南京理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院 季漢濤，閆小靜，孔繁欣

    摘  要：介紹了80C320單片機(jī)雙串口同時(shí)通訊的實(shí)現(xiàn)及其在電能量自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)討論了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)已可靠運(yùn)行。本文對(duì)集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有一定的參考價(jià)值。

    關(guān)鍵詞：DCS；數(shù)據(jù)采集；串行通訊；中斷

    1  系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    1．1  系統(tǒng)要求與總體方案設(shè)計(jì)

    該系統(tǒng)中有單相、三相、機(jī)械式和電子式等各種型號(hào)電能表，要求實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速、可靠地采集各分散電能表的用電量數(shù)據(jù)，適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件，連續(xù)運(yùn)行、操作簡(jiǎn)便、維修快捷。硬件系統(tǒng)要具有通用性、可擴(kuò)展性，并能適應(yīng)各種大中型發(fā)電、用電企業(yè)的電量管理。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了以下因素：實(shí)時(shí)性、高可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性、通用性、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性等。

    集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed ControlSystem)是一種分散控制、集中信息管理系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是在電廠使用，并已有DCS平臺(tái)，因此采用DCS作為主站，也可采用單獨(dú)的上位機(jī)來管理。DCS中采用了雙前置機(jī)熱后備的冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，2臺(tái)前置機(jī)可相互替換以提高系統(tǒng)可靠性。

    本DCS采用Interllution iFox工控組態(tài)軟件，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線RS422將集抄系統(tǒng)硬件連入前置機(jī)，進(jìn)行電量分析，負(fù)荷管理，并具有圖形、曲線、報(bào)表打印輸出功能，可與其他網(wǎng)絡(luò)接口。

    由于采集模塊一般都不少于幾十個(gè)，如直接連入DCS，則測(cè)點(diǎn)太多，因此在DCS和采集模塊之間增加一級(jí)數(shù)據(jù)集中器(簡(jiǎn)稱集中器)，將一個(gè)集中器作為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，減輕DCS的負(fù)擔(dān)和大幅度降低成本，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。    

    集中器和采集模塊之間，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線RS485進(jìn)行雙向通訊。

    集中器不斷巡測(cè)采集模塊，以統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)各種用電數(shù)據(jù)，同時(shí)又要保證和DCS之間的正常通訊，這就要求集中器具備雙串口同時(shí)通訊的能力。集中器中采用一片具有雙串口的CPU(DS80C320)來實(shí)現(xiàn)雙串口同時(shí)通訊。

    本系統(tǒng)中的RS422，RS232、紅外通訊均使用通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ModBus協(xié)議。

    1．2  系統(tǒng)組成與功能

    集抄系統(tǒng)由電量采集模塊、數(shù)據(jù)集中器、專用掌上電腦和DCS經(jīng)RS422和RS485總線靈活配置而成。集抄系統(tǒng)組成圖如圖1所示。采集模塊通過檢測(cè)機(jī)械式電表表盤的轉(zhuǎn)數(shù)或電子式電表輸出的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成電表用電量，經(jīng)RS485總線將用電量數(shù)據(jù)上傳。采集器中保存的用電量數(shù)據(jù)與原有電表上的用電量窗口顯示值相一致。安裝采集器后不改變?cè)须姳淼恼w結(jié)構(gòu)和計(jì)量精度。

    采集模塊具有獨(dú)立的CPU和非易失性斷電保持存儲(chǔ)器及工作狀態(tài)燈指示�？涩F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置初始參數(shù)。故障自動(dòng)保護(hù)。適應(yīng)現(xiàn)有各種型號(hào)的機(jī)械式、電子式電能表。

    集中器負(fù)責(zé)各電表用電量數(shù)據(jù)的集中收集，處理和存儲(chǔ)。通過RS485總線與采集模塊通訊，讀取每個(gè)采集模塊中存儲(chǔ)的用電量數(shù)據(jù)。每臺(tái)集中器最多可管理256臺(tái)電表。經(jīng)RS422總線可與DCS之間進(jìn)行雙向通訊，接受DCS的各種集中器具有獨(dú)立的CPU和非易失性斷電保持存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)當(dāng)前用電量數(shù)據(jù)和歷史用電量數(shù)據(jù)。內(nèi)部有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，斷電后繼續(xù)保持走時(shí)。故障自動(dòng)診斷，并將異常狀態(tài)上報(bào)DCS。可與其他系統(tǒng)(SCADA，MIS)直接進(jìn)行接口。

    DCS通過RS422總線與集中器進(jìn)行雙向通訊，讀取集中器中存儲(chǔ)的各電表當(dāng)前用電量數(shù)據(jù)和歷史用電量數(shù)據(jù)。用電量數(shù)據(jù)經(jīng)DCS的記錄存儲(chǔ)及分析處理，為有關(guān)部門提供用電狀況的統(tǒng)計(jì)分析和管理。每個(gè)DCS可管理64個(gè)集中器。

    DCS具有系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、校時(shí)、事件記錄管理、曲線圖形報(bào)表打印輸出功能。實(shí)時(shí)讀取并顯示各電表的用電量數(shù)據(jù)，進(jìn)行用電量數(shù)據(jù)分析�？膳c其他網(wǎng)絡(luò)接口，將數(shù)據(jù)傳輸給其他系統(tǒng)(SCADA，MIS)供分析處理。

    專用掌上電腦又稱掌上終端機(jī)。當(dāng)掌上電腦安裝上相應(yīng)的軟件后，利用紅外口現(xiàn)場(chǎng)初始化采集模塊，利用紅外口/RS232口現(xiàn)場(chǎng)初始化集中器、抄取數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等，是系統(tǒng)維護(hù)的重要工具。筆記本電腦也具有同樣的功能。

    2  集抄系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    集抄系統(tǒng)軟件包括DCS軟件、集中器軟件、采集模塊