基于RS-485总线实现智能断路器控制系统的设计

   2020-06-01 6

  随着输配电自动化程度越来越高,传统的输配电操作和控制方式已不再适应当今的发展要求,自动化控制系统得到越来越多的运用。因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制等领域。因此针对当前输配电行业的设备现状和发展需要,本文将介绍一种基于Modbus通讯协议的

  智能断路器是直接面向运行现场的智能节点,其核心控制器件智能控制器主要功能是采集现场电流、电压、频率及功率因素等数值,按照一定的控算方法对配电控制回路的断路器进行控制操作;将现场检测到的电流、电压、断路器分合闸状态等信息通过RS-485总线通信网络传送至监控机,并实时处理监控机下传的遥控分/合闸等各种命令。

  监控计算机的主要功能是对现场智能节点的运行参数进行实时检测,获得现场运行数据,监测系统状态异常,并根据故障信息发出相应的报警信号;以友好的图形界面直观指示当前各智能断路器的运行状况及参数信息;实现故障记录管理,并实现远程控制智能断路器分/合闸功能。

  RS-485控制网络部分主要由RS-485通信接口、通信介质、接口电路、Modbus通讯协议及相应的通信软件组成。RS-485通信接口实现智能节点与监控计算机之间的串行连接;Modbus通讯协议制定了消息域格局和内容的公共格式,为智能节点与监控计算机之间提供通信规约;通信介质为双绞线,负载连接在A、B线之间。为了深入说明RS-485总线接口在输配电自动化系统中的应用,本文以浙江正泰电器股份公司生产的NST1-H智能控制器为例,简要介绍该智能控制器的总体设计,并给出实现RS-485通信的硬件电路和软件。

  智能控制器在自动控制系统中需完成现场数据采集和处理、控制器各执行器件的控制及与远程监控计算机之间的通信等主要工作,因此智能控制器的设计是整个系统的关键部分。其结构框图如图1所示。

  考虑到可靠性、性价比等因素,智能控制器CPU采用三菱系列单片机M30201。智能控制器设计采用结构化设计方法,包括四大部分:RS-485通信接口电路部分、电源管理部分、信号输出执行部分、I/O接口部分。其中I/O接口部分包括现场数据采集、键盘输入与显示和执行器的控制信号输出等工作。

  在某些工业控制领域,由于现场情况十分复杂,各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力,但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于-7V时,接收器就无法正常工作,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。为消除此问题,增强智能控制器在通信中的抗干扰能力,本设计采用二次集成芯片MAX1480进行信号隔离,接口电路如图2所示。

  本设计的异步通信数据以字节的方式传送,在每一个字节传送之前,先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO(接收器输出)产生负跳变,使接收端MCU进入接收状态,在RO引脚外接3k缴侠缱瑁籔3.4与DE引脚之间通过74HC86实现反相控制,以防止MCU上电时对总线的干扰。

  本设计采用Modbus通信协议的RTU通讯模式,消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。网络设备不断侦测网络总线,包括停顿间隔时间内。当第一个域(地址域)接收到,每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。一个典型的消息帧为:起始位 设备地址 功能代码 数据 CRC校验 结束符。监控计算机通过将要联络的智能控制器的地址放入消息中的地址域来选通智能控制器。当智能控制器发送回应消息时,它把自己的地址放入回应的地址域中,以便监控计算机知道是哪一个设备做出回应。地址0是用作广播地址,以使所有的智能控制器都能认识。当消息从监控计算机发往智能控制器时,功能代码域将告之智能控制器需要执行哪些行为。在这里主要使用到2种功能码,03H:读寄存器数据;06H:写寄存器数据。读寄存器的内容包括开关分/合闸状态、当前电流值、电压值、故障记录值等。智能控制器回应时,它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生(称作异议回应)。对正常回应,智能控制器仅回应相应的功能代码。对异议回应,智能控制器返回一等同于正常代码的代码,并将功能代码首位置为逻辑1。例如:一从监控计算机发往智能控制器的消息要求读一组保持寄存器,将产生如下功能代码:0 0 0 0 0 0 1 1对正常回应,智能控制器仅回应同样的功能代码。对异议回应,它返回: 1 0 0 0 0 0 1 1除功能代码因异议错误作了修改外,智能控制器将一独特的代码放到回应消息的数据域中,监控计算机应用程序得到异议的回应后重发信息,直到智能控制器能够正确响应;通过写寄存器可实现开关遥控分/合闸控制及更改智能控制器系统参数等功能。在最后一个传输字符之后,一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束,一个新的消息可在此停顿后开始,如果停顿时间小于3.5个字符时就会引起CRC校验错误。在程序中设置一个帧计时器,当线路上有数据时就刷新该计时器,线路空闲时则停止刷新,计时时间达到3.5帧时计时器被软件清除,而下一帧则为地址帧。

  由于Modbus编程主要需处理好CRC校验码的生成及数据包开始标志的测试,图3给出CRC校验码的生成流程。

  Modbus协议是目前得到广泛应用的通信协议,而其构筑的硬件平台RS-485总线具有硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点,在工控自动化系统中将得到越来越多的应用。

  主题简介及亮点:J1939通信是商用车,军工,船舰 ,农机,发电机,特种设备等上面的常用通信标准,这两年在新能源车上应用

  在传统的工业控制中,现场的传感器与控制器之间总是以4~20mA的直流电流或1-5V的直流电压来传递信....

  热插拔即允许带电拔插工作单板,其最基本的目的是要求带电拔插单板而不影响系统运行,以便维修故障板或重新....

  以工作模式来说,一般的RS485总线工作在主从模式下。整个通信总线系统由一个主节点、若干个从节点组成....

  根据国标GB/T17642-1998规定,有效渗流面积A≥200cm2。把高低压仓的口径及网络的有效....

  在数字化测控系统中,由于单总线根导线进行双向数据传送,并同时为远端器件提供电源,既降低了....

  IIC总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向、二线制、同步串行总线。它只需两根线(串行时钟线和....

  刚刚制备出来的软胶囊囊壳中含有多余的水分,干燥整理目的就是将半成品软胶囊囊壳中水份快速有效地降至12....

  于上图所示,各组印刷单元的网辊与版辊各分别由左右两侧的伺服控制,当收到全机中央控制系统启动信号时迅速....

  万能式断路器由于外面都包裹在一层框架之中,所以也经常被称为框架断路器,这一说法现在依然很普遍。万能式....

  使用断路器来保护电动机,必须注意电动机(主要是交流感应电动机)的两个特点:其一是具有一定的过载能力;....

  准确的说保险丝和断路器是用来防止电器过电流的。电路中的电流超出了保险丝和断路器的额定电流有两种情况。

  2、 主机先发送一帧地址信息,其中8位地址,第9为为地址/数据信息的标志位,该位置1表示该帧为地址信....

  串行通讯作为一种新型集中分散电梯控制系统,在国内已经得到广泛应用,较以往集中统一控制系统而言各分控器....

  整个项目控制系统的实施完全依照IntegraBBDC V1.02标准(奔驰和Siemens合订汽车厂....

  现场总线是用于生产制造现场的最底层通信网络,它实现了微机化的现场测量控制仪器或设备之间的双向串行多节....

  清华大学嵌入式微处理器芯片设计为国家重点863项目,单芯片多处理器设计为项目的一个延伸。单芯片多处理....

  CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络,是一种标准的现场总线。由于....

  系统结构框图如图1所示。C8051F120是整个系统的主控制芯片,负责对数据的处理和交换,包括通过R....

  字符式液晶显示模块SMC1602B由一块5x7点阵液晶屏和控制芯片HD44780及其辅助电路组成。它....

  EIB是一种标准的总线控制系统,控制方式为对等控制方式,不同于传统的主从控制方式,总线采用四芯屏蔽双....

  在PC/104总线设备上使用的数据存储设备通常有硬盘和基于闪存技术的固态电子盘。由于嵌入式系统工作环....

  PCI9054有M、C、J三种工作模式,可通过模式选择控制引脚MODE[1:0]进行控制。当MODE....

  控制系统的硬件组态采用SIEMENS公司的STEP7和安装软冗余软件包完成。软冗余硬件组态在HARD....

  现场总线系统具有开放性、互可操作和互用性,系统结构高度分散性,对环境的较强适应性等特点,同时还具有节....

  现场总线技术是当今世界各国都在关注的热点课题,以现场总线为基础的全数字控制系统将成为2l世纪自动化控....

  系统行为主要取决于DMPl的操作状态,这些状态由本地或总线的配置设备所控制,主要有以下三种状态。运行....

  PROFIBUS现场总线是一种国际化、开放式异步通讯标准,于1996年被批准为国际标准,符合IEC6....

  μC/OS-II 是美国学者Lacrosse 设计的一个优秀的嵌入式实时操作系统,其代码绝大部分用ANSIC 语言编写,可...

  本系统构成如图1,其中略去了现场仪表信号的采集、控制部分。系统上位机采用横河CS3000型DCS集散....

  在烟草行业中,卷烟的质量及品质主要由不同品质烟叶掺兑比例及所施加的料液及表香来决定。其中料香生产中的....

  70年代以前,控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递,其精度差、受干扰信号影响大,因而整....

  可编程序控制器(plc)现场通讯网络是plc开发应用的一个重要方向,能使plc在工业现场获得了更大应....

  莱钢集团股份公司所属炼钢厂是该公司支柱单位,应生产要求,对原煤气回收自控系统进行改造,原有的煤气回收....

  geinus i/o总线是美国ge fanuc自动化公司推出的一种工业控制总线,它既是i/o总线又是....

  宁夏银川中策(长城)橡胶有限公司二车间10#挤出联动装置是1988年自行设计的一套胎面冷却联动装置,....

  我国作为世界产煤大国,煤矿产量占世界35%。但我国同时也是矿难大国,因矿难的死亡人数竟占世界的80%,煤矿百万吨死...

  通过数据交换,PLC能读取设备发送回来的报文并写数据给设备,如果数据包含了模拟量测量值,设备通常发送....

  目前国内现有的火灾楼层显示器大都以51单片机作为MCU。因为ROM寻址空间所限,火灾楼层显示器大都只....

  CAN-bus(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场....

  CC-link现场总线是日本三菱电机公司主推的一种基于PLC系统的现场总线,这是目前在世界现场总线市....

  在石油化工企业中,为了配合生产流程,要对原材料、半成品、成品进行运输和存储, 为此企业均建有大量的各....

  武汉人天包装技术公司开发的DWG型民爆中包生产线正是满足这种需求的一款产品。生产线针对炸药的包装工艺....

  我们想用TM4C1294NCPDT实现i2c总线在主模式下实现数据的收发,作为主时可以收到总线上...

  在现代战争中,随着武器装备系统的机动化、自动化和信息化程度的不断提高,军用车辆上的车载设备也不断增多....

  作为纺纱过程中的一道工序,并条介于精梳和粗纱之间。其主要任务是:并合、牵伸、混合、成条,将生条进一步....

  在CAN节点的设计中,我们通常为了总线的通讯更为可靠,为CAN接口增加各种器件,但实际并非所有应用都需要,过多...

  MEMS是在集成电路生产技术和专用的微机电加工方法的基础上蓬勃发展起来的高新科技,其研究开发主要集中....

  攀钢线材厂本次“提质降耗、扩大品种规模”技术改造是在原来的只有精轧机组、夹送辊、吐丝机设备的基础上,....

  如果采用常规PLC集中控制方式,将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上,由于工艺线路长、现场....

  随着信息技术的高速发展,汽车电子产品在汽车上的应用比例越来越大,汽车电子技术逐渐成为汽车高新技术的特....

  现场总线技术是当今自动化领域发展的热点之一,是实现工业控制网络化的重要技术。许多自动化公司都开发了多....

  对于化纤生产来说,Q/A空调系统是影响品质的关键因素,智能控制系统是由中央管理站、各种AI显示控制仪....

  机械制造业从单机自动化发展到分布式DNC控制系统,在技术上首先要解决的是数控机床计算机(上位机)的信....

  近年来,无论在大型的自动化展览会,还是在学术交流会上,现场总线始终是一个热门话题。现场总线给工业自动....

  微型断路器,是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护设备,适用于125A以下的单相、三相的短....

  关于POWERBUS二总线总线总线是根据电平翻转的方式来进行通讯,当然接线线制的。发现这种二总线

  你好,我有2个pic微芯片,在一张图片中我使用了3个变量:“variable1”,“variable2”和“variable3”。我想把它们通...

  [tr] 我用的TL138-EVM-A3的开发板,只跑dsp核,J2接口上连接的是TL7656-A1。 &nb...

  RS一485总线由于平衡差分传输的特性,具有抗干扰能力强,传输距离远、有较强的级连的能力。能实现多站远距离通信...

  我有一个关于MCC Lin Driver 2.2从机的问题:目标系统:PIC18F14K22(作为Lin从机)开发工具:MAPLAB...

  近年来,ГOCT18977、1553B和ARINC429已成为我军机载设备间、飞机与导弹间数据通信所广泛采用的总线标准。这种...


特别提示:本信息由相关企业自行提供,真实性未证实,仅供参考。请谨慎采用,风险自负。
举报 收藏
相关行情
推荐行情
点击排行
浙ICP备2021030705号-2