電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要摘要：本文設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)上位機(jī)使用“組態(tài)王”軟件進(jìn)行監(jiān) 控，下位機(jī)使用電機(jī)智能綜合保護(hù)器，二者采用 rs485 轉(zhuǎn) rs232 通訊方式，以 modbus 通訊協(xié)議 rtu 報(bào)文傳輸格式進(jìn)行通訊。針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、斷相、 過(guò)壓、欠壓等故障的特性，通過(guò)單片機(jī)的綜合處理實(shí)現(xiàn)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)與有效保護(hù)。不僅可以提高工廠自動(dòng)化和機(jī)電設(shè)備管理水平，同時(shí)對(duì)機(jī)電設(shè)備的工 況在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)提示設(shè)備故障及具體信息，統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間及能耗，提示管理人 員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理，獲取設(shè)備能耗狀況，從而降低設(shè)備事故發(fā)生率，延長(zhǎng)電機(jī) 設(shè)備使用壽命，

2、保障工廠正常生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞：電機(jī)智能保護(hù)器；在線監(jiān)測(cè)；組態(tài)王；modbus rtu；rs485 the design of intelligent motor monitoring system abstract: in this paper the design and development of intelligent motor monitoring system. the host computer using the configuration software to monitorthe lower machine using the electrical machinery i

3、ntelligence protection device, between the two rs485 to rs232 communication method, rtu message transmit format of communicate with in order to modbus communication protocol. microcontroller integrated treatment for three-phase asynchronous motor overload, phase failure, over voltage, under voltage

4、and other fault characteristics, protection, real-time monitoring and effective protection of the motor. can not only improve the management level of factory automation, and mechanical and electrical equipment, at the same time-line monitoring of the conditions of the electrical and mechanical equip

5、ment in a timely manner to prompt the equipment failure and specific information, statistics, equipment run time and power consumption, suggesting that the management personnel of the equipment maintenance, management, access to equipment can consumption conditions, thereby reducing equipment accide

6、nt rate, extend the life of the electrical equipment to protect the normal production of the factory. key words: intelligent motor protective device; on-line monitoring; king view; modbus rtu; rs485 目 錄 摘要.1 1 引言.5 1.1 課題提出的依據(jù)和意義.5 1.2 針對(duì)工廠電機(jī)的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng).5 2 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架.5 2.1 本課題的主要任務(wù).5 2.2 本課題的主要內(nèi)

7、容.6 2.2.1 電機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)原理圖.6 2.2.2 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理.7 3 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì).7 3.1 電機(jī)智能綜合保護(hù)器介紹.7 3.1.1 主要特點(diǎn)及可實(shí)現(xiàn)功能.7 3.1.2 主要技術(shù)指標(biāo).8 3.1.3 單片機(jī)的選擇.8 3.1.4 儀表面板設(shè)計(jì).9 3.1.5 儀表參數(shù)設(shè)置.10 3.2 儀表與電機(jī)的接線方式.10 4 儀表與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì).12 4.1 modbus 協(xié)議簡(jiǎn)介 .12 4.1.1 modbus 通訊協(xié)議特點(diǎn) .13 4.1.2 modbus 通信協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸 .13 4.1.3 modbus 的傳輸模式 .14 4.1.4 m

8、odbus 的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式 .16 4.1.5 錯(cuò)誤檢測(cè)方法.17 4.2 modbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的通訊方式的設(shè)計(jì) .18 4.2.1 rs-485 串行標(biāo)準(zhǔn)接口.18 4.2.2 rs-485 轉(zhuǎn) rs-232 轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì).19 4.3 電機(jī)智能綜合保護(hù)器的 modbus-rtu 通訊協(xié)議.20 5 上位機(jī)及組態(tài)設(shè)計(jì).22 5.1 上位機(jī)選擇.22 5.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì).22 5.2.1.組態(tài)王主要參數(shù)設(shè)置.23 5.2.2 組態(tài)界面設(shè)計(jì).24 5.3 上位機(jī)仿真試驗(yàn).26 6 結(jié)束語(yǔ).30 總結(jié).30 參考文獻(xiàn).31 1 引言 1.1 課題提出的依據(jù)和意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，自動(dòng)化

9、水平的提高，電能的應(yīng)用和發(fā)展越來(lái)越具有重 要的位置。作為電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要工具，電動(dòng)機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪幸苍絹?lái)越重 要。三相交流電動(dòng)機(jī)正朝著功率與體積之比越來(lái)越大的方向發(fā)展，一些外形尺寸小、 效率高、功率大的電動(dòng)機(jī)陸續(xù)出現(xiàn)。為了安全可靠地運(yùn)行這些電機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù) 系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)必須正確無(wú)誤地保護(hù)電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī) 在允許的熱極限負(fù)載范圍內(nèi)工作，減少電動(dòng)機(jī)損壞事故的發(fā)生。在一些大型工廠的自 動(dòng)控制系統(tǒng)中，還要求對(duì)電動(dòng)機(jī)組進(jìn)行集中控制和狀態(tài)監(jiān)控。同時(shí)大型機(jī)電設(shè)備多為 高能耗設(shè)備，在提倡節(jié)能減排的背景下，如何有效降低工廠能耗已成為工廠可持續(xù)發(fā) 展的重要因素，對(duì)機(jī)電設(shè)備能

10、耗的監(jiān)督和管理也顯得尤為重要。為了滿足這些要求， 本設(shè)計(jì)將介紹一種新型的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)與監(jiān)控裝置。 本設(shè)計(jì)所開(kāi)發(fā)的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)與監(jiān)控裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與監(jiān)控的自 動(dòng)化，是電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。它的制成可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確保護(hù)和監(jiān)控，即 可使電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力得到充分的利用，還可減少電動(dòng)機(jī)燒毀事故的發(fā)生，對(duì)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。 1.2 針對(duì)工廠電機(jī)的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng) 通過(guò)對(duì)智能保護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，在理論上研究電動(dòng)機(jī)的保護(hù)原理，針對(duì)三相異步 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、斷相、過(guò)壓、欠壓等故障的特性，通過(guò)單片機(jī)的綜合處理實(shí)現(xiàn)保護(hù)， 采用模擬、數(shù)字相結(jié)合的辦法。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)原理

11、，本文設(shè)計(jì)了以單片 機(jī)為核心的智能型電機(jī)綜合保護(hù)器的硬件系統(tǒng)和以“組態(tài)王”軟件為主的上位機(jī)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，并利用 modbus 通訊協(xié)議 rtu 報(bào)文傳輸格式進(jìn)行二者通訊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備工作 狀況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與有效保護(hù)，不僅可以提高工廠自動(dòng)化和機(jī)電設(shè)備管理水平，同 時(shí)對(duì)機(jī)電設(shè)備的工況在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)提示設(shè)備故障及具體信息，統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間及 能耗，提示管理人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理，獲取設(shè)備能耗狀況，從而降低設(shè)備事故 發(fā)生率，延長(zhǎng)電機(jī)設(shè)備使用壽命，保障工廠正常生產(chǎn)。 2 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 2.1 本課題的主要任務(wù) 本課題的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)和狀態(tài)監(jiān)控。具有對(duì)交流電機(jī)短路、 缺相

12、、堵轉(zhuǎn)、欠壓、三相電流不平衡、接地、漏電、過(guò)載、反序的保護(hù)功能，可對(duì)電 機(jī)三相電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數(shù)的測(cè)量顯示、電度計(jì)量及顯示。 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)是通過(guò)設(shè)置電動(dòng)機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型模擬電動(dòng) 機(jī)的發(fā)熱和散熱過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)壓和欠壓保護(hù)是用一位撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置其動(dòng)作值， 當(dāng)電網(wǎng)電壓超出其動(dòng)作值規(guī)定的范圍并持續(xù)一定時(shí)間后，過(guò)壓和欠壓保護(hù)動(dòng)作。漏電 保護(hù)是按照漏電電流與漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的反時(shí)限關(guān)系設(shè)計(jì)的。堵轉(zhuǎn)和起動(dòng)超時(shí)保護(hù) 是通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置起動(dòng)電流和起動(dòng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而短路保護(hù)是電動(dòng)機(jī)線電流達(dá)到 短路保護(hù)動(dòng)作值后采取瞬時(shí)動(dòng)作來(lái)完成的。缺相及相不平衡保護(hù)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)缺相或線 電流不平

13、衡度超過(guò)設(shè)定值并達(dá)到一定時(shí)間后切除電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 本設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 1）上位機(jī)對(duì)電機(jī)保護(hù)性報(bào)警及工況監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)各個(gè)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行工況，在線了 解設(shè)備運(yùn)行信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備異常情況，避免設(shè)備亞健康運(yùn)行； 2）電機(jī)保護(hù)監(jiān)測(cè)及故障查詢：采用電機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的 過(guò)載、失衡、缺相、反序、漏電、欠壓等故障進(jìn)行保護(hù)和報(bào)警。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)或上位機(jī)可 隨時(shí)查詢最新 18 條電機(jī)故障記錄及每條記錄下的電機(jī)故障時(shí)參數(shù)，包括：故障代碼、 故障時(shí)三相電流、電壓、故障電流與額定電流的比值、故障時(shí)刻。上位工況監(jiān)測(cè)：上 位機(jī)可顯示監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行電壓、電流、單相及三相功率計(jì)量（有

14、功、無(wú)功、功率因數(shù)） 、 電機(jī)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)單次運(yùn)行時(shí)間和電機(jī)運(yùn)行次數(shù)等參數(shù)； 3）電機(jī)及設(shè)備定期維護(hù)提示： 將電機(jī)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)單次運(yùn)行時(shí)間和電機(jī)運(yùn)行次數(shù)等參數(shù)作為電機(jī)定 期維護(hù)的參照, 提示工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)；同時(shí)工作人員也可手動(dòng)查詢各個(gè) 設(shè)備在線數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況做出預(yù)判后進(jìn)行維護(hù)這樣不僅可以保障生產(chǎn)，降低機(jī) 電設(shè)備的事故發(fā)生率，而且還能延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命； 4）電耗節(jié)能管理 通過(guò)智能儀表采集設(shè)備電能消耗值并通過(guò)上位組態(tài)界面顯示機(jī)電設(shè)備電能消耗情 況，判斷設(shè)備電能使用狀況，對(duì)電耗合理管理。 2.2 本課題的主要內(nèi)容 2.2.1 電機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 電機(jī)

15、智能綜合 保護(hù)器 1 電機(jī)智能綜合 保護(hù)器 2 電機(jī)智能綜合 保護(hù)器 3 電機(jī) 1電機(jī) 2電機(jī) 3 上位機(jī)（組態(tài)王） rs485/232 轉(zhuǎn)換器 rs232 rs485rs485 接口 modbus 通訊協(xié)議 圖圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.2.2 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 硬件方面：下位機(jī)設(shè)計(jì)使用以單片機(jī)為核心的電機(jī)智能綜合保護(hù)器，對(duì)電機(jī)工作 信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換后進(jìn)入智能儀表的單片機(jī),通過(guò)其進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷和 故障診斷，處理后的結(jié)果可在其 led 面板上顯示，由于其采用 modbus 通訊協(xié)議，所 有的數(shù)據(jù)可以通過(guò) modbus 通訊協(xié)議的 rtu 報(bào)文傳輸模式，rs

16、-485 通訊方式與上位機(jī) 連接，上位機(jī)采用北京亞控公司的“組態(tài)王軟件”，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于 擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了工作人員在調(diào)度室就能實(shí)時(shí)在線監(jiān)控 工廠現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)運(yùn)行狀況，及時(shí)對(duì)工況進(jìn)行判斷和處理，提高了工作效率，降低了事 故發(fā)生率，保障工廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 3 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 電機(jī)智能綜合保護(hù)器介紹 3.1.1 主要特點(diǎn)及可實(shí)現(xiàn)功能 1) 集保護(hù)和測(cè)量于一體：具有對(duì)交流電機(jī)短路、缺相、堵轉(zhuǎn)、欠壓、三相電流不 平衡、接地、漏電、過(guò)載、反序保護(hù)功能，可對(duì)電機(jī)三相電流、電壓、有功、 無(wú)功、功率因數(shù)的測(cè)量顯示、電度計(jì)量及顯示； 2) 運(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能

17、：方便用戶定期檢修、維護(hù)電機(jī)； 3) 通訊方式：采用rs485通訊方式，rs485標(biāo)準(zhǔn)接口，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、通 訊距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)，方便與各種監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)大范圍、甚 至跨地域的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通訊協(xié)議翻涌工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)modbus 協(xié)議rtu方式。 4) 故障追憶：存儲(chǔ)近期電機(jī)所發(fā)生的十次故障原因。上位機(jī)經(jīng)過(guò)通訊接口讀取記 錄。 3.1.2 主要技術(shù)指標(biāo) (1) 測(cè)量范圍 a相電流輸入；范圍：0-999a；精度：1% b相電壓輸入；范圍：ac150-ac500v；精度：1% (2) 過(guò)載保護(hù)：電機(jī)負(fù)載在1.05-8倍額定電流值時(shí)進(jìn)行的過(guò)載保護(hù) (3) 堵轉(zhuǎn)保護(hù)：當(dāng)

18、工作電流達(dá)到3.5-8倍額定電流值時(shí)，進(jìn)行堵轉(zhuǎn)保護(hù)。 (4) 短路保護(hù)：當(dāng)工作電流達(dá)到8倍額定電流以上保護(hù) (5) 漏電保護(hù):漏電電流大于60ma可進(jìn)行保護(hù) (6) 欠壓保護(hù)：工作電壓連續(xù)120秒低于175v時(shí)，欠壓指示燈亮，進(jìn)行欠壓保護(hù) (7) 缺相保護(hù)：當(dāng)任一相0.10倍額定電流時(shí)進(jìn)行缺相 保護(hù) 被測(cè)量 a/d 轉(zhuǎn)換接口 單片機(jī) 面板鍵盤(pán) 鍵盤(pán)輸入接口 工作電源 d/a 轉(zhuǎn)換接口 顯示器接口led 通信 rs458 ram 圖圖 2 電機(jī)智能綜合保護(hù)器結(jié)構(gòu)框圖電機(jī)智能綜合保護(hù)器結(jié)構(gòu)框圖 3.1.3 單片機(jī)的選擇 本系統(tǒng)的智能儀表采用 atmel89 系列單片機(jī)中的 at89c55 作為微控

19、制器，其最 大特點(diǎn)就是片內(nèi)含有 flash 存儲(chǔ)器，便于修改程序代碼。以下是 89 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1）內(nèi)含 flash 存儲(chǔ)器，可以承受 l 萬(wàn)次寫(xiě)擦循環(huán)。在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可隨 意進(jìn)行程序修改，這樣就大大縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期，減少了軟件開(kāi)發(fā)中的浪費(fèi)。 2）提供兩種省電工作方式。為了盡可能地發(fā)揮 cmos 電路功耗低的特點(diǎn)，at89 系列單片機(jī)有兩種由軟件產(chǎn)生的低功耗方式：空閑方式和掉電方式。在空閑方式下， cpu 停止工作，ram 和其他片內(nèi)的部件(如振蕩器、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等)繼 續(xù)工作。此時(shí)的電流可降到大約為正常工作方式時(shí)的 15在掉電方式下，所有片內(nèi) 的部件都停止工作，一切

20、功能都暫停，只有片內(nèi) ram 的內(nèi)容被保持。這種方式下的電 流可降到 15a 以下，最小可降到 06a。以上工作方式可有效降低功耗、節(jié)省電能。 3)由 8031 內(nèi)核構(gòu)成，與 mcs51 系列單片機(jī)兼容，這對(duì)于熟悉 mcs51 系列的用戶 來(lái)說(shuō)，用 at89 系列單片機(jī)取代 5l 系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的。 3.1.4 儀表面板設(shè)計(jì) 良好的儀表面板可以為用戶提供友好的操作界面，外觀美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方 便是其設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本儀表的面板設(shè)計(jì)了四個(gè)鍵盤(pán)、多個(gè)指示燈和四位數(shù)碼顯示器， 用于完成數(shù)據(jù)設(shè)置和顯示。面板示意圖如圖3所示 圖圖 3 操作面板示意圖操作面板示意圖 表表 1 電機(jī)智能綜合保護(hù)

21、器面板說(shuō)明電機(jī)智能綜合保護(hù)器面板說(shuō)明 設(shè)置鍵遞增鍵遞減鍵確認(rèn)鍵 表表 2 故障時(shí)指示燈故障時(shí)指示燈 指示燈過(guò)載失衡缺相反序漏電欠壓 顏色紅色 故障提示發(fā)生過(guò)載發(fā)生失衡發(fā)生缺相發(fā)生反序發(fā)生漏電發(fā)生欠壓 表表 3 運(yùn)行指示燈參數(shù)運(yùn)行指示燈參數(shù) 指示燈vakwkvarcoskwhkvarhtt 顏色紅色 指示顯 示內(nèi)容 電壓電流 有功 功率 無(wú)功 功率 功率 因數(shù) 無(wú)功 電度 累計(jì)運(yùn) 行時(shí)間 表表 4 查詢故障保護(hù)時(shí)參數(shù)指示燈（單位指示燈）查詢故障保護(hù)時(shí)參數(shù)指示燈（單位指示燈） 指示燈vakwkvarcoskwhkvarhtt 顏色紅色 指示顯 示內(nèi)容 故障時(shí) 電壓 故障時(shí) 電流 故障時(shí) 電流比 故

22、障記 錄代碼 故障時(shí) 間（秒） 故障時(shí) 間（分） 故障時(shí) 間（日 月） 故障記 錄編號(hào) 在進(jìn)行故障保護(hù)時(shí)的參數(shù)查詢時(shí)，單位指示燈用于指代顯示窗口的內(nèi)容。 3.1.5 儀表參數(shù)設(shè)置 監(jiān)控器在工作狀態(tài)下，通過(guò)菜單操作可以設(shè)置監(jiān)控器保護(hù)功能的開(kāi)啟和關(guān)閉，修 改時(shí)鐘和各種參數(shù)。對(duì)于本系統(tǒng)使用的智能綜合保護(hù)器，由于其要與上位機(jī)通訊，采 用的 modbus 通訊協(xié)議，主從模式，因而需要對(duì)各個(gè)電機(jī)綜保進(jìn)行地址設(shè)定，具體設(shè)置 步驟如下： 第一步：按確認(rèn)鍵，進(jìn)入用戶參數(shù)代碼選擇狀態(tài)，同時(shí)第四位數(shù)碼管閃爍，表示 用戶參數(shù)代碼的最后一位數(shù)字可以修改； 第二步：按遞加鍵或者遞減鍵，選擇用戶參數(shù)代碼的最后一位數(shù)，選擇“

23、c”； 第三步：按設(shè)置鍵，第三位數(shù)碼管閃爍，表示用戶參數(shù)代碼的倒數(shù)第二位數(shù)可以 修改； 第四步：按遞加鍵或者遞減鍵，選擇用戶參數(shù)代碼的倒數(shù)第二位，選擇“3”，則用 戶參數(shù)代碼選擇為“5-3c”，進(jìn)入地址設(shè)置界面； 第五步：按設(shè)置鍵、按遞加鍵或遞減鍵輸入“1”，即將該儀表地址設(shè)置為 1 其余電機(jī)智能綜合保護(hù)器地址設(shè)置方法同上，依次設(shè)置為 2、3、n 表表 5 參數(shù)設(shè)置表參數(shù)設(shè)置表 參數(shù)設(shè)置 abc 5-0年月時(shí)日分秒 5-1變比漏電復(fù)延 5-2模式起延動(dòng)延 5-3額定速率地址 5-4降起反序曲線 3.2 儀表與電機(jī)的接線方式 本電機(jī)智能綜合保護(hù)器主機(jī)端有兩路繼電器輸出，模擬量輸出插座；電流互感器

24、 插座，三相電壓輸入以及與 pc 機(jī)的通訊接口。如圖 4 所示： 圖 4 是主機(jī)端子接線圖: 圖圖 4 主機(jī)端子圖主機(jī)端子圖 本種型號(hào)電機(jī)綜合智能保護(hù)器外部接線端子分為兩排共 18 個(gè)接線端子，和兩個(gè)插 座即模擬量輸出插頭和電流互感器插頭。需要說(shuō)明的是，保護(hù)器內(nèi)部工作電壓是 ac220v 由接線端子 1 和 2 接入；接線端子 3 和 4,5 和 6 是電機(jī)保護(hù)器的兩路繼電器輸 出，保護(hù)器在工作中根據(jù)檢測(cè)到的電機(jī)電流、電壓和運(yùn)行時(shí)間，結(jié)合各種判據(jù)得出降 壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換或保護(hù)等結(jié)論，通過(guò)繼電器輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，提供給用戶接入電機(jī)控制回路 或報(bào)警回路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行保護(hù)或報(bào)警；本系統(tǒng)采用的是 rs485 通

25、訊即接線時(shí)連 9 和 10 號(hào)接線端子；模擬量輸出插座內(nèi)部與 1、2、3、4 號(hào)端子相接，模擬量輸出時(shí)與插座 相連便能實(shí)現(xiàn)其功能；電流互感器插座內(nèi)部與 1、2、3、4、5、6 端子相接，外部接的 是三相電流互感器；三相電壓 av380v 是從 13、14、16、18 接入電機(jī)綜合保護(hù)器內(nèi)部 的。 圖 5 是電機(jī)綜合保護(hù)器外部接線圖， 圖圖 5 外部接線圖外部接線圖 4 儀表與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì) 在實(shí)際應(yīng)用中，常采用工控機(jī)或性能及配置較高的pc機(jī)作為上位機(jī)，以智能儀表 作為下位機(jī)構(gòu)成小型集散式測(cè)控系統(tǒng)。作為下位機(jī)的智能儀表完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和各 種控制任務(wù)，同時(shí)需要將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從

26、而實(shí)現(xiàn)集中管理和最優(yōu) 控制。智能儀表的串口通信硬件電路已經(jīng)設(shè)計(jì)好，此時(shí)采用一個(gè)可靠、成熟且易于實(shí) 現(xiàn)的通信協(xié)議是該系統(tǒng)穩(wěn)定通信的關(guān)鍵。由于該儀表傳送的數(shù)據(jù)量并不大，所以基于 rs-485的modbus協(xié)議是一個(gè)較好的選擇。 4.1 modbus 協(xié)議簡(jiǎn)介 modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互 之間，控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)例如以太網(wǎng)和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)控。 此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 通信的。它描述了一個(gè)控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程

27、，如果回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng) 求以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄，它制定了數(shù)據(jù)域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)在modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址， 識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)，如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息 并用modbus 協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了modbus 協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上 使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤 檢測(cè)的方法。 4.1.1 modbus通訊協(xié)議特點(diǎn) （1）標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用modbus協(xié)議，不需要交納許可證 費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，支持modbus的廠家超過(guò)

28、400家，支持modbus的產(chǎn)品 超過(guò)600種。 （2）modbus可以支持多種電氣接口，如rs-232、rs-485等，還可以在各種介質(zhì) 上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。 （3）modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。 4.1.2 modbus通信協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸 (1) 在modbus網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 modbus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò) 公用線路或局部專(zhuān)用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用 于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。標(biāo)準(zhǔn)的modbus口是使用rs-232c兼容串行接口它定義了 連接口的針腳、電纜、信號(hào)

29、位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由modem 組網(wǎng)。 控制器通信使用主從技術(shù)，即僅一臺(tái)設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢).其它設(shè)備 (從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)反應(yīng)。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信， 從設(shè)備返回一數(shù)據(jù)作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。modbus 協(xié) 議建立了主設(shè)備查詢的格式，設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、 一錯(cuò)誤檢測(cè)域。 從設(shè)備回應(yīng)數(shù)據(jù)也由modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、 和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在數(shù)據(jù)接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從 設(shè)

30、備將建立一錯(cuò)誤數(shù)據(jù)并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。 (2) 在其它類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 在其它網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對(duì)等技術(shù)通信，故任何控制都能初始和其它控制器的 通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多 個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。 在數(shù)據(jù)位，modbus 協(xié)議仍提供了主從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果 控制器發(fā)送一數(shù)據(jù)，它只是作為主設(shè)備，并期望從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接 收到數(shù)據(jù)，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。 (3)查詢回應(yīng)周期 a）查詢 查詢數(shù)據(jù)中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè) 備要執(zhí)行功能的任何附加信

31、息。例如功能代碼03 是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它 們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù) 量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證數(shù)據(jù)內(nèi)容是否正確的方法。 b）回應(yīng) 如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng)，在回應(yīng)數(shù)據(jù)中的功能代碼是在查詢數(shù)據(jù)中的功能 代碼的回應(yīng)，數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，像存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生， 功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息 的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)數(shù)據(jù)內(nèi)容是否可用。 主主設(shè)設(shè)備備的的查查詢?cè)兿⑾?功功能能代代碼碼 從從設(shè)設(shè)備備的的回回應(yīng)應(yīng)消消息息 設(shè)設(shè)備備地地址址 錯(cuò)錯(cuò)誤誤檢檢測(cè)測(cè)

32、 錯(cuò)錯(cuò)誤誤檢檢測(cè)測(cè) 功功能能代代碼碼 設(shè)設(shè)備備地地址址 數(shù) 據(jù) 段 數(shù) 據(jù) 段 圖圖6 主主-從查詢從查詢-回應(yīng)周期表回應(yīng)周期表 4.1.3 modbus 的傳輸模式 modbus 通信協(xié)議有 ascii（美國(guó)信息交換碼）和 rtu（遠(yuǎn)程傳輸單元）兩種報(bào)文 傳輸模式。ascii 可打印字符便于故障檢測(cè)，而且對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言（如 fortan）編程的 主計(jì)算機(jī)及主 pc 很適宜。rtu 則適用于機(jī)器語(yǔ)言編程的計(jì)算機(jī)和 pc 主機(jī)。 用 rtu 模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是 8 位二進(jìn)制字符，如欲轉(zhuǎn)換為 ascii 模式，則每個(gè) rtu 字符首先應(yīng) 分為高位和低位兩部分，這兩部分各含 4 位，然后轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制

33、等量值。用以構(gòu)成 報(bào)文的 ascii 字符都是十六進(jìn)制字符。ascii 模式使用的字符雖是 rtu 模式的兩倍， 但 ascii 數(shù)據(jù)的譯碼和處理更為容易一些，此外，用 rtu 模式時(shí)報(bào)文字符必須以連續(xù) 數(shù)據(jù)流的形式傳送，用 ascii 模式，字符之間可產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá) 1s 的間隔，以適應(yīng)速度較慢 的機(jī)器。ascii 模式采用 lrc（縱向冗余校驗(yàn)）方式進(jìn)行校驗(yàn)，其報(bào)文格式如下表所 示： 表表 6 ascii 模式報(bào)文格式模式報(bào)文格式 ：地址功能碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) nlrc 高字節(jié)lrc 低字節(jié)回車(chē)換行 ascii 模式中，報(bào)文幀中的每個(gè) 8 位字節(jié)都轉(zhuǎn)換為兩個(gè) ascii 碼發(fā)送。報(bào)文中的每

34、個(gè) ascii 碼都由 16 進(jìn)制字符組成，傳輸?shù)拿總€(gè)字符都包括 1 個(gè)起始位、7 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 個(gè)奇偶校驗(yàn)位、1 個(gè)停止位；如果沒(méi)有校驗(yàn)位，則有兩個(gè)停止位。lrc 計(jì)算時(shí)不包括 開(kāi)始的冒號(hào)符、lrc 本身和回車(chē)換行符。 rtu 模式的報(bào)文格式如下表所示： 表表 7 rtu 模式的報(bào)文格式模式的報(bào)文格式 地址功能碼數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) ncrc 高字節(jié)crc 低字節(jié) 地址：modbus 地址，1 個(gè)字節(jié)； 功能碼：modbus 功能代碼，1 個(gè)字節(jié)。modbus 協(xié)議支持的功能碼共 16 條 （116） ，其中西門(mén)子 modbus rtu 協(xié)議庫(kù)支持最常用的 8 條； 信息數(shù)據(jù)：n 個(gè)字節(jié)，格式與功能

35、碼有關(guān)； crc ：循環(huán)冗余校驗(yàn)，兩個(gè)字節(jié)。 本系統(tǒng)采用 rtu 報(bào)文傳輸模式， rtu 模式下，報(bào)文中的每個(gè) 8 位字節(jié)被轉(zhuǎn)化為 兩個(gè) 16 進(jìn)制字符，然后以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸，并采用 crc（循環(huán)冗余校驗(yàn)）方式進(jìn) 行校驗(yàn)。rtu 模式的優(yōu)點(diǎn)在于在同樣的波特率下可比 ascii 方式傳送更多的數(shù)據(jù)，即 意味著同波特率下有著比 ascii 模式更高的傳輸效率。 代碼系統(tǒng)為 （1）8 位二進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)0.9 a.f（2）數(shù)據(jù)中的每個(gè)8位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制 字符組成每個(gè)字節(jié)的位 （3）1個(gè)起始位 （4）8個(gè)數(shù)據(jù)位最小的有效位先發(fā)送 （5）1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無(wú)校驗(yàn)則無(wú) （6）1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)

36、），2個(gè)bit（無(wú)校驗(yàn)時(shí)） （7）錯(cuò)誤檢測(cè)域 表表 8 rtu 傳輸模式的特性傳輸模式的特性 特性rtu(8 位) 編碼系統(tǒng)二進(jìn)制 開(kāi)始位1 位 數(shù)據(jù)位8 位 奇偶校驗(yàn)1 位（此位用于奇偶校驗(yàn) 無(wú)校驗(yàn)則無(wú)該位） 停止位1 或 2 位 每一個(gè)字符位數(shù) 錯(cuò)誤校驗(yàn)crc(循環(huán)冗余校驗(yàn)) 4.1.4 modbus 的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式 crc-16（循環(huán)冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)） crc-16 錯(cuò)誤校驗(yàn)程序如下：報(bào)文（此處只涉及數(shù)據(jù)位，不指起始位、停止位和任 選的奇偶校驗(yàn)位）被看作是一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制，其最高有效位（msb）首選發(fā)送。報(bào) 文先與 x16 相乘（左移 16 位），然后看 x16+x15+x2+1 除，x16

37、+x15+x2+1 可以表示為二進(jìn)制數(shù) 11000000000000101。整數(shù)商位忽略不記，16 位余數(shù)加入該報(bào)文 （msb 先發(fā)送），成為 2 個(gè) crc 校驗(yàn)字節(jié)。余數(shù)中的 1 全部初始化，以免所有的零 成為一條報(bào)文被接收。經(jīng)上述處理而含有 crc 字節(jié)的報(bào)文，若無(wú)錯(cuò)誤，到接收設(shè)備后 再被同一多項(xiàng)式（x16+x15+x2+1）除，會(huì)得到一個(gè)零余數(shù)（接收設(shè)備核驗(yàn)這個(gè) crc 字節(jié)，并將其與被傳送的 crc 比較）。全部運(yùn)算以 2 為模（無(wú)進(jìn)位）。 習(xí)慣于成串發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備會(huì)首選送出字符的最右位（lsb-最低有效位）。而在 生成 crc 情況下，發(fā)送首位應(yīng)是被除數(shù)的最高有效位 msb。由于在

38、運(yùn)算中不用進(jìn)位， 為便于操作起見(jiàn)，計(jì)算 crc 時(shí)設(shè) msb 在最右位。生成多項(xiàng)式的位序也必須反過(guò)來(lái)， 以保持一致。多項(xiàng)式的 msb 略去不記，因其只對(duì)商有影響而不影響余數(shù)。 生成crc16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下： （1） 取一個(gè)16 bit 之緩存器設(shè)定值= ffffh （所有數(shù)位全部為1），作為crc 緩存器； （2）該16位寄存器的高位字節(jié)與開(kāi)始8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果放入這 個(gè) 16位寄存器； （3）把這個(gè)16寄存器向右移一位； （4）若向右(標(biāo)記位)移出的數(shù)位是1，則生成多項(xiàng)式1010000000000001和這個(gè)寄存 器進(jìn)行“異或運(yùn)算；若向右移出的數(shù)位是0，則返回3； （5）

39、重復(fù)（3）和（4），直至移出8位； （6）另外8位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算； （7）重復(fù)（3）（6），直至該報(bào)文所有字節(jié)均與16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算， 并移位8次； （8）這個(gè) 16 位寄存器的內(nèi)容即 2 字節(jié) crc 錯(cuò)誤校驗(yàn)，被加到報(bào)文的最高有效位。 4.1.5 錯(cuò)誤檢測(cè)方法 標(biāo)準(zhǔn)的modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。奇偶校驗(yàn)對(duì)每個(gè)字符都可用，幀 檢測(cè)(crc)應(yīng)用于整個(gè)消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過(guò) 程中檢測(cè)每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。用戶要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間問(wèn)隔， 這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng)，以便任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。如果從設(shè)備測(cè)到一

40、傳輸 錯(cuò)誤，消息將不會(huì)接收，也不會(huì)向主設(shè)備做出回應(yīng)。這樣超時(shí)事件將觸發(fā)主設(shè)備來(lái)處 理錯(cuò)誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。 (1)奇偶校驗(yàn) 用戶可以配置控制器是奇或偶校驗(yàn)，或無(wú)校驗(yàn)。這將決定了每個(gè)字符中的奇偶校驗(yàn)位 是如何設(shè)置的。本系統(tǒng)配置控制器是偶校驗(yàn)。如果指定了偶校驗(yàn)，“1”的位數(shù)將算到每 個(gè)字符的位數(shù)中（rtu中8個(gè)數(shù)據(jù)位），例如rtu 字符幀中包含以下8個(gè)數(shù)據(jù)位： 1 1 0 0 0 1 0 1 整個(gè)“1”的數(shù)目是4個(gè)。如果便用了偶校驗(yàn)，幀的奇偶校驗(yàn)位將是0 ，便得整個(gè)“1” 的個(gè)數(shù)仍是4個(gè)。 (2) crc檢測(cè) 使用rtu模式，消息包括了一基于crc方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。crc域檢

41、測(cè)了整個(gè)消 息的內(nèi)容。crc域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到 消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的crc，并與接收到的crc域中的值比較，如果 兩值不同，則有誤。 4.2 modbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的通訊方式的設(shè)計(jì) 數(shù)字化通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并成 為自動(dòng)化領(lǐng)域的熱門(mén)技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐。傳統(tǒng)的有線通信由于對(duì)通信線路的依賴，應(yīng)用 范圍有所限制，無(wú)線通信正在得到巨大的發(fā)展和使用。無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化系 統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在各類(lèi)支持無(wú)線通信的智能儀表及遠(yuǎn)程、分布控制系統(tǒng)的通信上。 雖然各種先進(jìn)的通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和終端中獲得了廣泛的應(yīng)

42、用，傳統(tǒng)的通信 方式(如串口通信)仍然是許多儀表和裝置的基本通信方式，在終端級(jí)它們是所有通信方 式中應(yīng)用最多的。 4.2.1 rs-485 串行標(biāo)準(zhǔn)接口 串口是一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單說(shuō)只是物理層的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 沒(méi)有規(guī)定接口插件電纜以及使用的協(xié)議，所以只要我們使用的接口插件電纜符合串口 標(biāo)準(zhǔn)就可以在實(shí)際中靈活使用，在串口接口標(biāo)準(zhǔn)上使用各種協(xié)議進(jìn)行通訊及設(shè)備控制。 串行通訊方式具有使用線路少、成本低的特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)被廣泛采用。在串行通 訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通 訊。rs-232接口和rs-485接口是目前最常用的兩種串行通訊接

43、口。 由于 rs232 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)： （1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cttl 電平 不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與ttl 電路連接。 （2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20kbps； （3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共 地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 （4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50 英尺，實(shí)際上也只能用在 50 米左右。 綜上所述原因，所以rs-232接口在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用中不能得到推廣。 針對(duì)rs-232的不足，出現(xiàn)了rs-485接口標(biāo)準(zhǔn)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

44、價(jià)格低廉、通 信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)，被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇 控制、監(jiān)控報(bào)警等領(lǐng)域。 它具有以下特點(diǎn)： （1）rs-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps。 （2）rs-485接口的最大傳輸距離為1200m。 （3）rs-485接口采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即 抗噪聲干擾性好。 （4）rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以rs485接口均采用 屏蔽雙絞線傳輸。 （5）rs-485接口在總線上允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，可以利 用rs-485接口方便地建立控制網(wǎng)絡(luò)。 基于rs-485接口標(biāo)準(zhǔn)的以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)

45、采用rs-485通信接口。采用rs-485作為 物理層，modbus總線系統(tǒng)如圖7所示。 主機(jī) 轉(zhuǎn)換器 rs232rs485 設(shè)備 1設(shè)備 2設(shè)備 3 圖圖7 modbus總線系統(tǒng)圖總線系統(tǒng)圖 4.2.2 rs-485 轉(zhuǎn) rs-232 轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì) 隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，通常由單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，如儀器儀表、智 能設(shè)備等，都需要與pc機(jī)之間交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與pc機(jī)之間的通訊功能，以充分發(fā)揮pc 和單片機(jī)之間的功能互補(bǔ)，資源共享的優(yōu)勢(shì)。以往常用的rs-232協(xié)議在很大程度上已 不能滿足設(shè)計(jì)的要求，如傳輸速率慢，傳輸距離短，傳輸信號(hào)易受外界的干擾等缺點(diǎn)， 為了克服rs-232協(xié)議的缺點(diǎn)，采

46、用加接性能優(yōu)越的rs-485接口芯片方式，利用此芯片 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與pc機(jī)的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，從而實(shí)現(xiàn)用pc機(jī)來(lái)管理單片機(jī)的功能。 rs485-232轉(zhuǎn)換器主要包括了電源、232電平轉(zhuǎn)換、485電路三部分。本電路的232 電平轉(zhuǎn)換電路采用了max232集成電路，485電路采用了max485集成電路。為了使用 方便，電源部分設(shè)計(jì)成無(wú)源方式，整個(gè)電路的供電直接從pc機(jī)的rs232接口中的 dtr（4腳）和rts（7腳）竊取。pc串口每根線可以提供大約9ma的電流，因此兩根 線提供的電流足夠供給這個(gè)電路使用了。使用本電路需注意pc程序必須使串口的dtr 和rts輸出高電平，經(jīng)過(guò)d3穩(wěn)壓后得到vcc。 ma

47、x485 是通過(guò)兩個(gè)引腳 re（2 腳）和 de（3 腳）來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng) re 為低電平時(shí)，max485 數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng) de 為高電平時(shí)，max485 數(shù)據(jù)輸出有效。 在半雙工使用中，通?？梢詫⑦@兩個(gè)腳直接相連，當(dāng) pc 機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，使用 max232 的 9 腳輸出低電平，使 max485 的/re 和 de 為低電平而處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。 當(dāng) pc 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) max232 的 9 腳輸出高電平，使 max485 的/re 和 de 為高電平 而處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。 vcc gnd ro 1 re 2 de 3 di 4 gnd 5 b 6 a 7 vcc 8 u6 max

48、485 1 6 2 7 3 8 4 9 5 db2 db9 0.1uf c19 1uf c18 gnd 0.1uf c20 1uf c21 vcc c1+ 1 v+ 2 c1- 3 c2+ 4 c2- 5 v- 6 t2o 7 r2i 8 r2o 9 t2i 10 t1i 11 r1o 12 r1i 13 t1o 14 gnd 15 vcc 16 u5 max232cpe 1k r15 res2 1.1uf c22 vcc 120 r17 gnd vcc 1 2 j1 con2 a b txd rxd d3d4 vinvout gnd vr2 1uf c15 gnd 0.1uf c17 1uf

49、 c16 vcc gnd 120 r16 120 r18 gnd vcc 圖圖8 rs485-232轉(zhuǎn)換器電路圖轉(zhuǎn)換器電路圖 4.3 電機(jī)智能綜合保護(hù)器的 modbus-rtu 通訊協(xié)議 （1）通訊口設(shè)置 通訊方式：異步串行通訊接口，rs-485 波特率 11038400bps（默認(rèn) 9600） （2）數(shù)據(jù)禎格式 一位起始位 八位數(shù)據(jù)位 偶校驗(yàn) 一位停止 表表9 數(shù)據(jù)幀格式表數(shù)據(jù)幀格式表 11-bits character frame start bit 0123456stop bit even panty n 7 8-data bits （3）電機(jī)智能綜合保護(hù)器寄存器起始地址 表表10 電機(jī)

50、綜合保護(hù)器寄存器地址表電機(jī)綜合保護(hù)器寄存器地址表 功能功能說(shuō)明 寄存器 地址 寄存器長(zhǎng)度 （字） 數(shù)據(jù)類(lèi)型 0000h 有功電度 0001h 2long 0004h 10h 累計(jì)運(yùn)行時(shí)間 0005h 2long 電機(jī)狀態(tài)（d0- d8 代表欠壓、 漏電、反序、 缺相、失衡、 過(guò)流、保護(hù)、 運(yùn)行、啟動(dòng)） 0006h1ushort a 相電流0007h1ushort b 相電流0008h1ushort c 相電流0009h1ushort 000dh 三相有功功率 000eh 2long 三相功率因數(shù)0011h1ushort 0012h 有功電能 0013h 2long 04h a 相有功功率001

51、8h2long 0019h 001ah b 相有功功率 001bh 2long 001ch c 相有功功率 001dh 2long a 相電壓000ah1ushort b 相電壓000bh1ushort c 相電壓000ch1ushort 5 上位機(jī)及組態(tài)設(shè)計(jì) 5.1 上位機(jī)選擇 本系統(tǒng)上位機(jī)采用研華工控機(jī)ipc-610，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力 （2）機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)用底板，底板上有pci和isa插槽 （3）機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)門(mén)電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力 （4）具備連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作能力 （5）采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱 （6）性能穩(wěn)定、可靠 5.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

52、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)在自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的地位是相當(dāng)突出的，良好的人機(jī)界面 對(duì)系統(tǒng)性能的改善起到極大的推進(jìn)作用。但一個(gè)實(shí)用的界面設(shè)計(jì)離不開(kāi)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié) 構(gòu)和工作機(jī)制的了解，良好的界面技術(shù)是人們對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制理解的外觀表現(xiàn)，只有 將實(shí)際工程問(wèn)題與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能開(kāi)發(fā)出友好的人機(jī)界面。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，他們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控 層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良 好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)潔的使用方法，其預(yù)置的各種軟件模塊可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和 完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用北京亞控的“組態(tài)王”組態(tài)軟件，其具有以下特點(diǎn)： （

53、1）強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能，運(yùn)行于windows環(huán)境下，充分利用windows的圖 形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接 進(jìn)人開(kāi)發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。豐富的圖形控件和工況圖庫(kù)，既提供所需的組件，又是界 面制作向?qū)?。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可 任意編輯，從而將開(kāi)發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，豐富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如 隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使界面生動(dòng)、直觀。 （2）適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短。開(kāi)放性是指組態(tài)軟件 能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開(kāi)放性是衡量一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要 指標(biāo)。 組態(tài)軟件向下

54、應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實(shí)現(xiàn)上 位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信 （3）具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)連接功能； （4）中文界面，具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶而言，操作簡(jiǎn)單 易學(xué)且編程簡(jiǎn)單，參數(shù)輸入與修改靈活，具有多次獲重復(fù)反震運(yùn)行的能力，可以實(shí)時(shí) 的顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線，能很直觀的顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)曲線； （5）豐富的功能模塊。提供豐富的功能庫(kù)，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)需求。利 用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、產(chǎn)生功能報(bào)表、顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提供報(bào) 警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作； （6）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)。配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可

55、存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字 符型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 （7）可編程的命令語(yǔ)言。有可編程的命令語(yǔ)言，使用戶可根據(jù)自己的需要編撰程 序，增強(qiáng)圖形界面 5.2.1.組態(tài)王主要參數(shù)設(shè)置 （1）定義組態(tài)王設(shè)備 組態(tài)王定義設(shè)備時(shí)選擇：plc 莫迪康 modbus(rtu) 串行 （2）設(shè)備地址及地址參數(shù)定義 設(shè)備地址格式：address:delay:delay2 address 1-247 設(shè)備地址，此處設(shè)備地址應(yīng)與電機(jī)綜合保護(hù)器內(nèi)部設(shè)置的地址保持 一致 delay 0-60000 發(fā)送每條命令幀后的延遲時(shí)間（毫秒） delay2 0-100000 發(fā)送每條命令幀前的延遲時(shí)間（毫秒） 例

56、如： 1:300:500 若 delay/delay2 為 0，或者不輸入 delay/delay2，驅(qū)動(dòng)里發(fā)送命令幀后/前就不會(huì) 有延遲。 建議的通訊參數(shù)：無(wú)需設(shè)置通訊參數(shù)，視具體設(shè)備而定 （3）串口設(shè)置 圖圖9 組態(tài)王串口設(shè)置組態(tài)王串口設(shè)置 （4）組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典i/o 變量定義 表表11 組態(tài)王組態(tài)王i/o變量定義表變量定義表 寄存器名稱(chēng)讀寫(xiě)屬性數(shù)據(jù)類(lèi)型變量類(lèi)型寄存器范圍 dddd 0dddd讀寫(xiě)biti/o 離散1 , 50000 1dddd只讀biti/o 離散1 , 9999 3dddd只讀shortushorti/o 整數(shù)1 , 65535 4dddd讀寫(xiě)shortushorti/

57、o 整數(shù)1 , 65535 8dddd只讀float,longi/o 實(shí)數(shù)1 ,65534 9dddd讀寫(xiě)float,longi/o 實(shí)數(shù)1 ,65534 swap讀寫(xiě)ushorti/o 整數(shù) 5.2.2 組態(tài)界面設(shè)計(jì) 第一步：添加變量，如下圖所示 圖圖 10 組態(tài)王變量添加界面組態(tài)王變量添加界面 第二步：繪制組態(tài)界面，如下圖 圖圖 11 組態(tài)王繪制界面組態(tài)王繪制界面 第三步：連接變量，以 a 相電壓為例： 雙擊文本框，出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接，選擇模擬值輸出，在表達(dá)式后點(diǎn)擊“？”選擇“a 相電壓” 圖圖 12 組態(tài)王變量連接界面組態(tài)王變量連接界面 這樣就完成了變量的連接，其余變量連接方法同上。 5.3 上位機(jī)仿真試驗(yàn) （1）設(shè)置配置向?qū)?，?i/o 設(shè)備列表顯示區(qū)中，選中 plc 設(shè)備，單擊符號(hào)“+”將 該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，再選中“亞控”，單擊符號(hào)“+”將該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，選中“仿真 plc”設(shè)備，再單 擊符號(hào)“+”將該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，選中“串行”。 之后分別設(shè)置邏輯名稱(chēng)、設(shè)備地址、通訊參 數(shù)，完成設(shè)備配置信息。 圖圖 13 仿真設(shè)備配置向?qū)нx擇仿真設(shè)備配置向?qū)нx擇 （2）