S7PLC基于DL／T645协议的电表数据采集应用.pdf

2 0 1 3年第 4 期 总 第 1 5 8期 冶 金 动 力 ME T A I J I R G I C A L P O WE R 8 1 S 7 P L C基于 DL ／ T 6 4 5 协议的电表数据采集应用 张然，郑玉根 马钢 自动化工程公司， 安徽马鞍山2 4 3 0 1 1 【 摘要】 介绍在 S I M A T I C s 7系列 P L C 控制系统中， 利用对串口 模块的软件编程， 实现使用 D L ／ T 6 4 5 通 讯协议与电能表通讯的应用。实际应用表明， 该方案具有低维护， 高可靠性， 高准确性的优点。 【 关键词】电表数据采集； 通讯协议； 串口 ； 模块 【 中图分类号】 T l r 2 7 4 【 文献标识码 】 B 【 文章编号l l o o 6 6 7 6 4 2 0 l 3 O 4 - o o 8 l _ 0 3 Ap p l i c a t i o n o f S 7 P LC Da t a c o l l e c t i o n f r o m Po we r M e t e r ba s e d o n DL 6 45 Pr o t o c o l Zh a n g Ra n Zh e n g Yu 。 g e n ‘ Ma s t e e l a u t o m a t i o n e n g i n e e r i n g c o m p a n y ，肘∞mk％ A n h u i ，2 4 3 0 1 1 [ A b s t r a c t 】T h i s p a p e r d e s c r i b e s h o w t o c o m m u n i c a t i o n w i t h p o w e r m e t e r a n d tr a n s m it d a t a wi th D L ／ T 6 4 5 p r o t o c o l b a s e d o n S I E MEN S CP 3 4 1 c o mmu n i c a t i o n mo d u l e ．Ap p l i c a t i o n s h o ws tha t the s c h e me h a s a l o w ma i n t e n a n c e ，h i g h r e l i a b i l i t y ，h i g h a c c u r a c y a d v a n t a g e s ． 【 K e y w o r d s 】d a t a f r o m p o w e r m e t e r ；c o m m u n i c a t io n p r o t o c o l ； s e r i a l ； m o d u l e 1 引言 电力是钢铁企业消耗的主要能源之一。近年 来 ， 为实现我国经济 的可持续性发展 ， 国家提出科 学发展观， 转变粗放型的经济增长模式。落实节能 减排政策更成为企业 的一项重要任务 ， 企业纷纷上 马能源采集监管系统， 其中基础电量的采集成为其 中的难点。 下文主要介绍使用 P L C串口通讯卡采集电能 表数据的方法。 2电量采集站的硬件配置 通常一级采集系统使用的是计算机系统， 具有 系统维护升级困难 ， 对于网络安全性要求高， 稳定 性低的缺点 ， 因而在南钢与马钢一钢轧的能源采集 系统中选择了P L C 作为采集的一级系统。 电表与 P L C的通讯方式通常有两种， 脉冲计数 与协议通讯方式。 脉冲计数方式对于 P L C数字量输入模板的采 集速度有要求当计量对象用电量很大时需要使用 高速计数模板， 而且传输过程中由于干扰等原因容 易丢失脉冲日积月累误差较大。协议通讯的方式， 可保证采集数据与表内计量数据的一致。 支持常见 P L C通讯协议如 P r o fi b u s 的电表多为进 口电表 ， 价 格贵采购周期长， 不符合国内电量计量人员操作习 惯， 国内现有新式电表都支持 D l_ f r 6 4 5 国标的通讯 协议， 此协议在国内电网系统中使用广泛， 是电表 升级的首选 。 最终采集子站的配置为 7 3 0 0系列 C P U一个， C P 3 4 1串口通讯卡一个通过 编程 实现 D I _ ／ F 6 4 5协 议支持 ， C P 3 4 3以太网通讯卡一个作为与二级系统 通讯的接 口。 3 建立 P L C 与电表间的通讯链路 3 ． 1 物理层 3 ． 1 ． 1 电气协议 C P 3 4 1 与电表间采用 E I A - 4 8 5的方式连接， 可 以支持多点通讯， 最大通讯距离 1 2 0 0 m， 在电表集 中的区域安装采集子站 ， 电表以线形 网络的方式连 接到 E I A一 4 8 5网络 中， C P 3 4 1网卡为主站 ，对需要 采集的数据发送请求消息， 电表以应答的方式将数 据送至 C P 3 4 1 。 3 ． 2 数据链路层 3 ． 2 ． 1 字节格式 每字节含 8 位二进制码， 传输时加上一个起始 位 0 、 一个偶校验位和一个停止位f 1 ， 共 1 l 位。 其 传输序列如图 1 。D O是字节的最低有效位， D 7是 字节的最高有效位。先传低位， 后传高位。 字节格式见 图 1 所示。 冶 金 动 力 MFr AL L URG I C AL P O W E R 2 0 1 3 年第 4 期 总 第 1 5 8期 图 1 字节格式 3 ． 2 ． 2 帧格式 通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧 来控制。每帧由帧起始符、 从站地址域 、 控制码、 数 据域长度、 数据域、 帧信息纵向校验码及帧结束符 7 个域组成。 每部分由若干字节组成。 帧是传送信息的 基本单元。帧格式如图 2所示。 说明 代码 帧起始符 6 8 H A0 A1 A 2 地址域 A3 A4 A5 帧起始符 6 8 H 控制码 C 数据长度域 L 数据域 D A T A 校验码 C S 结束符 1 6 H 图 2 帧格式 3 ． 3 P L C编程 当传输数据时， 所有通讯伙伴都必须遵守一套 用于处理和实现数据通讯的固定规则。I S O定义了 一 个 7层模型， 该模型被公认为是国际标准化传输 协议的基础。按 I S O的 O S I 七层参考模型 D IJ T 6 4 5 通信协议主要涉及三层 ， 物理层、 链路层、 应用层。 物理层 规定了数据终端通信接口之间的物理接口、 接口的物理和电气特性， 负责物理媒体上信息的接 收和发送。 数据链路层 负责数据终端之间通信链路的建 立并以帧为单位传输信息， 保证信息的顺序传送， 具 有传输差错检测功能。应用层 利用数据链路层的 信息传递功能， 在数据终端设备之间发送、 接收各种 数据信息。 3 ． 3 ． 1 组态 C P 3 4 1 通讯处理器 A S C I I驱动程序通过通讯处理器和通讯伙伴之 间的点对点连接控制数据传输。该驱动程序包含物 理层 第 1层 。 在将完整的发送消息帧传输给通讯 处理器的过程中， 消息帧的结构保持开放。对于接 收方向， 必须组态消息的结束标准。 因而选择 C P 3 4 1 通讯协议为 A S C I I 。 按照 D I ， r 6 4 5对单个字节 的定义对字节格式进 行设置。D a t a 为 8位 ， 一个停止位 ， 校验方式为偶校 验 。 按照 D i l l 6 4 5 对消息帧的定义， 设置消息帧中字 节允许的最长间隔时间为5 0 0 m s ， 结束符为 1 6 H。 3 ． 3 ． 2 P L C端发送主站请求帧 P L C 作为采集主站，一般不负责对电表的设置 及维护操作 ， 因而发送 的请求指令通常为对各种 电 量的查询指令。以读取 0 8 1 7 5 0 5 0号电表当前正向 有 功 总 电 为 例 ， 需 要 发 送 的 数 据 帧 为 “ 6 8 5 0 5 0 1 7 O 8 0 0 O 0 6 8 O l o 2 4 3 C 3 9 8 1 6 ” 。在数据块中建 立 1 4个字节的地址 区填人数据帧编写校验程序 ， 确 保在发送数据前完成对校验位的数据运算， 调用功 能块 F B 8“ P S N D R K ” 将请求帧由 C P 3 4 1 发送至 电表 网络。 3 ． 3 ． 3 P L C端接收应答帧 F B 8 正确发送请求帧后 D O N E返回值为 l ， 当网络上电表接收到 C P 3 4 1 发送的请求帧后， 电表 表号与请求帧中吻合的电表做出相应， 发送应答帧 至网络 ， C P 3 4 1 调用功能块 F B 7 “ P _ R C V R K ” 接 收数据并 由C P 3 4 1 的数据区传送给 P L C中由用户 指定 的数据块中。 3 ． 4 编写对网络上多表轮询的程序 前面两节介绍了如何发送请求帧与接收应答 帧 ，但在 R S 4 8 5网络上通常挂有多块电表 ，由于 C P 3 4 1的通讯与 P L C的 C P U处理周期并不一致 ， 同 时多表抄表的过程中如何分配资源， 如何对出错讯 息处理均需用户编程实现。 使用 F B功能块编程， 便于程序重复使用， 如下 图所示每个采集站调用此功能块时 ， 只需在发送命 令数据块中填人地址 ， 控制码 ， 数据长度和数据。制 定需要发送的命令帧的数量，发送数据帧所在的 D B块， D B 地址 ，抄表返回的数据存放的D B块，D B 地址， 发送命令帧的间隔时间， 通讯超时出错的时 间。“ P _ S N D _ R K“ “ P R C V R K” 两个 C P 3 4 1内部功 能块均在通讯功能块 内部调用 ， 他们的背景数据块 不再 占用新的 D B块 ， 包含在通讯功能块内部 ， 整个 程序占用的D B块数量更少， 程序结构更加简洁。 如 图 3所示。 2 0 1 3年第 4 期 总 第 1 5 8期 冶 金动 力 M E T AL L URGI CALP OWER D B 2 1 O Co m m F u c t i o n C y c l e F B 2 O E N E № 1 O一 N u ra O f C o m ． a n d s 加 2 0 ll S e n d _．C o a n d． _D a t a 一 C d D B B l o c k 2 0 1一 C m d D B N o D B 2 O 2 E e c v D a t a 一 D a t a D B Bl o c k 2 o 2一 D a t a D B No 肺 加l3 R e s u l t D a t a 一 R e s u 1 t D B B 1 o c k 2 5 6一 M o d u a l A d d r e s s S 5 5 0 O M S G a p _T i m e S 5 6 o 0 M S 一 E r r o r _T i m e 图 3 通讯功能块 调用 通讯功能块， 程序时序图如图4 所示 4 结束语 本程序在马钢股份公司第一钢轧总厂 L F炉电 量考核系统中应用 取代原有脉冲计数方法对电量 进行记录， 项目 投用一年来工作， 解决了原系统计量 误差大的缺点。本程序也应用于南钢集团能源采集 系统一级电量采集 ，对整个集团上百块 电表进行抄 表工作， 由于使用了功能块编程 ， 程序具有良好的通 用性避免了重复编程， 大大节约了现场调试时间， 缩 短 了工期。 ’ 图 4 程序时序 图 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 2 8 作者简介 张然 1 9 8 5 一 ， 男， 助理工程师， 现从事电气自动化工程 设计和调试方面的工作。