分布式發(fā)電機(jī)勵磁監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、分布式發(fā)電機(jī)勵磁監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計    摘要：介紹了用分布式技術(shù)設(shè)計的發(fā)電機(jī)勵磁監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的雙微機(jī)采用松耦合并行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，調(diào)節(jié)器中的勵磁控制微機(jī)經(jīng)由通信控制微機(jī)實現(xiàn)與上位機(jī)的通信。介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成、通信方案、通信協(xié)議及軟件設(shè)計方法。 關(guān)鍵詞：分布式 發(fā)電機(jī)勵磁 監(jiān)控系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)是采集發(fā)電機(jī)電壓和電流的變化及其它輸入信號，并根據(jù)控制準(zhǔn)則控制勵磁功率單元輸出勵磁電流（供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈）的系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)對于維持電力系統(tǒng)的電壓水平、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力、改善電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的運行條件等起到重要的作用。微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)

2、器是勵磁系統(tǒng)的核心元件，除了完成控制功能外，還要實現(xiàn)人機(jī)交互、遠(yuǎn)方通信等功能。單微機(jī)難以實現(xiàn)所有功能，故采用雙微機(jī)設(shè)計勵磁調(diào)節(jié)器，并通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分布式發(fā)電機(jī)勵磁監(jiān)控系統(tǒng)。 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，其中，勵磁控制微機(jī)實現(xiàn)人機(jī)交互和勵磁電流控制，通信控制微機(jī)協(xié)調(diào)上位監(jiān)控機(jī)和勵磁控制微機(jī)的數(shù)據(jù)交換。 勵磁控制微機(jī)采用單片機(jī)的應(yīng)用模式，由顯示、顯示召喚、按鍵、模擬量輸入、參數(shù)設(shè)置、看門狗電路、同步信號輸入、觸發(fā)脈沖輸出、滅磁接點輸入等單元組成。顯示單元采用外接片串入并出移位寄存器芯片驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管，顯示內(nèi)容由召喚顯示撥輪開關(guān)進(jìn)行選擇，有巡回和召喚兩種顯示方式。外擴(kuò)一片并行接口芯片，的口與面

3、板上的撥輪開關(guān)相連，用于召喚顯示；口與八位地址開關(guān)相連，用于設(shè)定參數(shù)；口用于輸出觸發(fā)脈沖，脈沖經(jīng)達(dá)林頓管放大、脈沖變壓器隔離后接到主回路可控硅的觸發(fā)極。滅磁接點、按鍵接到單片機(jī)的口線，按鍵主要有增勵、減勵、運行方式恒電壓恒電流選擇等。同步信號經(jīng)隔離后接到單片機(jī)的管腳。模擬量經(jīng)轉(zhuǎn)換芯片接到單片機(jī)，采集的主要模擬量有發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、勵磁電流、發(fā)電機(jī)送出的無功電流、電壓給定值、勵磁電流給定值等。 通信控制微機(jī)由單片機(jī)、通信接口、波特率設(shè)置、地址編碼、等單元組成。波特率設(shè)置、地址編碼用地址開關(guān)來實現(xiàn)。地址編碼用于設(shè)置本子站的地址碼，共有個編碼。波特率有、等可選。外擴(kuò)一片用于存放通信中間數(shù)據(jù)。通信接口采

4、用實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。 上位監(jiān)控機(jī)可采用或機(jī)。操作系統(tǒng)為。機(jī)外接臺灣研華公司的實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換。 雙微機(jī)通信方案的設(shè)計 雙微機(jī)數(shù)據(jù)交換有松耦合和緊耦合兩種方式。松耦合采用數(shù)據(jù)通信方式進(jìn)行兩機(jī)數(shù)據(jù)交換，緊耦合采用共享數(shù)據(jù)存儲器方式進(jìn)行兩機(jī)數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)中勵磁控制微機(jī)與通信控制微機(jī)的數(shù)據(jù)交換方式為松耦合方式，通信協(xié)議自定義。在松耦合方式中可用的數(shù)據(jù)通信方式有串行異步通信、串行外設(shè)接口（）、并行數(shù)據(jù)通信等，如圖所示。 串行數(shù)據(jù)通信方式為一個字節(jié)的個位（低位在前、高位在后）依次傳送，傳送速度慢。為了提高數(shù)據(jù)交換的速度，采用并行數(shù)據(jù)交換。并行數(shù)據(jù)交換與串行數(shù)據(jù)交換的一個區(qū)別是通信時雙微機(jī)要進(jìn)行握手以保證數(shù)據(jù)可靠

5、傳輸。下面以圖（）中的向傳送數(shù)據(jù)為例說明數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好控制線，由控制；為數(shù)據(jù)已接收控制線，由控制。 發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為：送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線前應(yīng)置為，并判斷是否為，為則表示已做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，可以送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線；否則等待接收數(shù)據(jù)。送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線后置為，這表示已送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線。然后判斷是否為，若為則表示已接收到傳送的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行下一個數(shù)據(jù)的傳送；否則等待接收數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)的過程為：在接收來自的數(shù)據(jù)前置為，并判斷是否為，為表示已將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上，可從數(shù)據(jù)線上讀數(shù)；否則等待發(fā)送數(shù)據(jù)。讀入數(shù)據(jù)后置為，這表示已接收到數(shù)據(jù)。然后判斷是否為，若為則可準(zhǔn)備接收下一個數(shù)據(jù)；否則等待。程序采用語言實現(xiàn)

6、，流程圖如圖所示。 上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信協(xié)議 通信控制微機(jī)與上位機(jī)之間的通信采用協(xié)議。協(xié)議是一種應(yīng)用于電子控制器上的協(xié)議，通過該協(xié)議，控制器之間以及控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信，已成為一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議有兩種傳輸模式：模式和模式，本系統(tǒng)中采用模式，使用總線。通信格式為：數(shù)據(jù)幀共位，個起始位，個數(shù)據(jù)位，兩個停止位，無奇偶校驗位；通信功能碼為：（召測），（設(shè)置）；通信時對數(shù)據(jù)域進(jìn)行校驗，校驗只針對數(shù)據(jù)位，不包括起始位、停止位；校驗多項式為（）；命令行格式為：地址碼功能碼數(shù)據(jù)域校驗。 上位機(jī)要監(jiān)測勵磁調(diào)節(jié)器的信息時發(fā)送：地址碼功能碼（）起始寄存器地址寄存器個數(shù)校驗碼低

7、字節(jié)校驗碼高字節(jié)。正常情況下，勵磁調(diào)節(jié)器回送：地址碼功能碼（）數(shù)據(jù)域字節(jié)數(shù)第個數(shù)據(jù)第個數(shù)據(jù)第個數(shù)據(jù)校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)。出錯時，勵磁調(diào)節(jié)器回送：地址碼功能碼（）錯誤代碼（）校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)，其中，錯誤代碼 “”表示“非法數(shù)據(jù)位置”，“”表示“調(diào)節(jié)器正忙”?？勺x取的勵磁調(diào)節(jié)器寄存器內(nèi)容如表所示。 表1 可讀取的寄存器的內(nèi)容數(shù)據(jù)地址 內(nèi) 容 0    0H01H02H03H04H05H06H 機(jī)端電壓（Uc）變換電阻后的電壓（Ut）勵磁電流實際值（ILc)電壓給定值（Ug)勵磁電流給定值（ILg)可控硅觸發(fā)角（a)勵磁電流額定值（ILe) 上位機(jī)

8、要遠(yuǎn)方控制勵磁系統(tǒng)時，需通過設(shè)置命令來實現(xiàn)，發(fā)送：地址碼功能碼（）起始寄存器地址寄存器個數(shù)（）數(shù)據(jù)（字節(jié)）校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)，設(shè)置時一次只能設(shè)置一種參數(shù)。正常情況下，勵磁調(diào)節(jié)器回送：地址碼功能碼（）起始寄存器地址寄存器個數(shù)（）校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)。出錯時，勵磁調(diào)節(jié)器回送：地址碼功能碼（）錯誤代碼（）校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)，其中，錯誤代碼“”表示“非法數(shù)據(jù)位置”，“”表示“非法數(shù)據(jù)值”?？稍O(shè)置的勵磁調(diào)節(jié)器寄存器內(nèi)容如表所示。 表2 可設(shè)置的寄存器的內(nèi)容數(shù)據(jù)地址 內(nèi) 容 00H01H02H03H04H 增勵減勵給定電壓給定電流恒電壓/電流控制 若上位機(jī)發(fā)送除和外的其它命令，勵磁調(diào)節(jié)器則

9、將收到的功能碼邏輯或“”作為回送幀的功能碼，回送內(nèi)容為：地址碼功能碼錯誤代碼（）校驗碼低字節(jié)校驗碼高字節(jié)。 上位機(jī)的軟件設(shè)計 上位機(jī)完成人機(jī)交互、與勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的通信控制微機(jī)進(jìn)行通信等任務(wù)。其軟件用設(shè)計，其中數(shù)據(jù)庫用自帶的數(shù)據(jù)庫。人機(jī)交互功能主要有：對勵磁系統(tǒng)各重要參數(shù)（如勵磁電流、機(jī)端電壓、可控硅觸發(fā)角等）進(jìn)行實時監(jiān)測，并可進(jìn)行圖形化顯示、報表打印、事件順序記錄、越限報警；向勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)送增勵、減勵等各種控制命令；操作人員可進(jìn)行管理等。軟件的另一模塊為通信程序。利用設(shè)計串口通信程序一般有三種方法：一是利用的通信函數(shù)；二是利用第三方提供的通信用動態(tài)鏈接庫；三是采用或其它公司的通信控件。本系統(tǒng)采

10、用公司的通信控件來設(shè)計通信軟件。是中的控件，使用前要將其添加到中，添加方法如下：選擇菜單“”下的子菜單“ ”，在“”頁內(nèi)選擇“ ”，點擊“”安裝。編程時應(yīng)注意其和屬性的數(shù)據(jù)類型為，這與和不同。 通信協(xié)議的軟件設(shè)計主要為校驗碼生成的實現(xiàn)方法。校驗碼生成編寫程序有兩種方法：一種為計算法；另一種為查表法。上位機(jī)采用計算法。下面為的計算過程： （）設(shè)置寄存器，并給其賦初值?。 （）將全部數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù)與位寄存器的低位進(jìn)行異或，并把結(jié)果存入寄存器。 （）寄存器整體向右移一位，補零，移出并檢查。 （）如果為，重復(fù)第三步；若為，寄存器與多項式碼相異或。 （）重復(fù)第（）與第（）步?直到次移位全部完成。此時一個數(shù)據(jù)處理完畢。 （）重復(fù)第（）至第（）步?直到所有數(shù)據(jù)全部處理完畢。 （）最終寄存器的內(nèi)容即為值。 環(huán)境下實現(xiàn)的函數(shù)如下： ? ? ? ? 寄存器 ? 中間寄存器 ? 生成多項式 ? 需校驗數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) ? 移位的次數(shù)（次） ? ? 給寄存器賦初值 （） ? ? 多項式碼（） ? 各字節(jié)數(shù)據(jù) ? ? 各字節(jié)數(shù)據(jù) 與寄存器進(jìn)行異或 ? ? ? ? ? 高字節(jié)右移一位 ? ? 低字節(jié)右移一位 ? ? 若高字節(jié)為，則低字節(jié)置 ?