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电源控制系统中通信的设计与实现

http://www.dykf.com 2008/1/16 电源开发网

电源控制系统中通信的设计与实现

杜振宇1，李利森2

(1杨凌职业技术学院机电系，陕西杨凌712100）(2西安新核电力电子有限公司，陕西西安710075)

1引言
电源控制系统中，通信部分的设计是非常关键的，当前的电源控制系统都是较为复杂的集散控制系统。通信系统是整个系统的联结纽带，负责着系统各部分的协调工作。由于现场工作环境一般较为恶劣，电磁干扰等较为严重，更对通信系统提出了严格的要求。本文基于作者与西安新核电力电子公司联合研制的电池充放电计算机控制系统，设计了一套简单实用的通信系统，在现场获得了成功应用。
2系统结构与功能
电池充放电电源控制系统主要完成以下功能：
——主充、均充、浮充、逆变及自动运行等工作过程的控制；
——参数输入和工作状态设置；
——实时数据显示、故障诊断和报警；
——在现场和操作室的计算机均可对控制器进行操作；
—连续运行数小时以上。

图1是电源控制器的总体结构示意图。图中：计算机采用的是工控机，利用所编制的基于Win98操作平台的监测软件进行参数与工作方式设置、参数显示、故障报警和过程曲线绘制等。显示器采用的是东芝T6963驱动的240X128点的液晶显示器，用来进行参数与工作方式设置及参数显示与故障报警，由于显示画面大小有限，所以未进行过程曲线显示，接口板CPU采用Intel80C196KC，软件采用PL/M96或C196编程，利用自建字库完成全部汉字显示。图1中控制器采用与显示器接口板同类型的单片机，该部分完成参数接收、各工作方式实现、参数发送、故障诊断等功能，同时利用非线性算法完成了电源控制，达到了控制指标要求。
在该系统中，计算机和液晶显示器作为上位机，两者均可以独立进行工作，也可以同时工作（显示相同参数数据和工作状态）。控制器组作为该系统的下位机（具有可扩展性）。由上述系统各部分功能可知，系统的很大工作量是依靠通信完成的，所以通信在该控制系统中占有非常重要的地位。
3通信系统设计
3．1通信方式选择
在进行通信系统设计时，通信速度要满足实时性要求，通信接口要简单方便，能满足集散系统中的一对多（多对多）要求，数据传输要安全可靠，抗干扰性较好，可进行远距离通信。基于此，本文选用在工业控制中广泛应用的RS485总线方式进行通信设计，该通信方式速率可达187.5kbps，远远超过该系统中的参数实时性传递对通信速率的要求；接口只需两根通信线，利用差分线路进行信号传输，在该系统中的电磁场干扰下也能够正常工作；该方式下通信距离可达1000m，完全满足该系统中控制室到现场间的距离要求。
3．2硬件设计
采用RS—485的通信模式在进行硬件实现时非常简单，对于计算机只需增加一个扩展的串口卡即可。在单片机系统中，可采用芯片75176A，该芯片的接口连线如图2所示。

图中RXD和TXD分别连接CPU的串口接收和发送端，P1.5是利用一根单片机I/O线进行发送和接收使能端控制，485B和485A接到其它单片机的对应口或计算机串口的接收和发送端。连接线选用双绞线就可以满足系统要求，信号输入输出均采用了光电隔离。
3．3软件设计
在该通信系统中，各计算机之间采用“Polling”方式，即问答方式，该方式可以避免通信线路上的资源竞争，防止死机等情况发生。
3．3．1帧格式
要接收和发送数据，首先需要制定一定的帧格式，否则就无法进行串行通信。在复杂的集散控制系统中常采用变长结构帧进行设计，这里为方便起见采用定长结构，对于不同的控制器定义不同的地址。由于在本系统中上位机要向控制器发送较多的参数数据，如果帧较长则可以使每次传输的数据比较多一些，但是，这样将使得在上位机接收一些命令和数据时将浪费掉一些时间。如果帧太短，则在发送命令时时间很短，但在发送数据时将需要发送较多的帧，所以，这一帧数据的长度必须合适。考虑到串口的发送和接收以及编程实现的方便程度，以及参考同步链路层规程（HDLC）的协议，帧结构定义如下：

每帧均以同步字开头，标明一帧开始；地址是用来区分不同的控制器和计算机；命令字说明帧的类型；信息字是要传送的数据，在有的帧中只需要地址和命令字就可以了，而不需要信息字；校验字部分本文是利用相加和进行校验的；结束符表明一帧的结束（一定要与同步字有所区别）。帧中的同步字、地址、命令字、校验字和结束符均为一个字节，信息字本文取为4个字节。在串口的设置中选择通信速率为9600bps，校验方式为奇偶校验。通信模式设置选用模式2和模式3的组合方式进行多机通信[1]。
3．3．2通信协议
根据系统的需要，本文定义了一种较为简单的协议，实现了系统的数据传输要求。表1是由上位机发往下位机的部分帧的定义，主要是命令字与信息字的定义，在地址的定义中，本文取计算机地址为0（显示器与地址相同），控制器组的地址定义为1、2……n，n由实际系统中所接的控制器个数决定。

表1是整个通信协议中的一部分，全部协议中还包括了其它从上位机发往下位机的帧，以及从下位机发往上位机的帧的定义，由于篇幅有限，其它部分从略。
3．3．3软件设计
有了通信协议和帧的定义后，就可以进行程序编制了。在程序编制中要利用帧格式中的同步字、命令字以及校验字进行编程，程序编制主要是依据同步字作为有效接收的开始，然后把接收的一帧数据进行校验和信息分解。用PL/M96语言编制的程序如下：
RX(INDEX)=SBUF;/*读接收缓冲器*/
IFRX(0)=7EHTHEN/*帧头提取*/
INDEX=INDEX＋1;
ELSE
INDEX=0;
IFINDEX=8THEN
DO;
INDEX=0;/*指针归零*/
CALL帧解析子程序;
END;
4结论
电源控制系统中的通信系统设计是提高系统实时性和可靠性的有力保证，本文所设计的简化的通信系统具有较高的实用性和较高的可移植性。该系统在新核电力电子公司的电源控制系统应用中，运行一年多来未出现过通信故障问题，运行效果令人满意。

参考文献

[1]孙涵芳.Inter16位单片机[M].北京航空航天大学出版社，1995.
[2]同向前等.变电所直流系统自动调压装置的研制[J].电力电子技术，1999,(1).
[3]刘建平.微机监控保护系统中的通信控制[J].计算机应用，1999,(6).
[4]刘启胜.80C196单片机控制闭环逆变系统的研究[J].华北电力技术，1999,(7).

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作者：杜振宇李… 来源：电源技术应用0204 点击数：

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