計算機實現(xiàn)對A40表參數(shù)的半自動校驗

李勇剛/上海煙草集團有限責任公司

0 引言

電力系統(tǒng)是否正常事關安全生產(chǎn)，為此對電力系統(tǒng)檢測儀表的運行維護、保養(yǎng)是相當重要的工作。對新的電力測量儀表的性能檢測進行試驗，實現(xiàn)計算機對多功能電力測量儀A40的半自動測試，利用此方法大大提高了工作效力。

在電力系統(tǒng)中有廣泛應用的A40表，由于其功能強大、可顯示的參數(shù)豐富，給使用提供了極大方便，但相應地給儀表的維護與校驗帶來一定的麻煩，雖然廠方提供了測試軟件，可由于不夠直觀，實用中不夠方便。為此，在計算機上編寫對A40表參數(shù)進行測試的程序，并與開發(fā)的硬件設備聯(lián)用，實現(xiàn)對主要參數(shù)進行半自動校驗：只要在檢測點輸入標準信號，計算機會自動記錄被測量和標準值，自動計算誤差值，判別是否超差。它界面直觀、操作方便，為A40表校驗提供了嶄新的工具。

1 被測參數(shù)的選擇

A40表輸入的主要端口只是電流、電壓，但可以顯示的參數(shù)多達幾十個。其實各種參數(shù)只是對入口端的電流、電壓在表的內(nèi)部按其與電流電壓的內(nèi)在關系，通過數(shù)學計算得出的值。一般說來，如果表內(nèi)部CPU芯片沒有損壞、程序沒有沖亂，只要輸入的電流電壓測試正確，其他參數(shù)也不會出錯。為簡化對表的校驗，僅選擇了有限的電流、電壓、頻率、功率和用電數(shù)的測試。如果要校驗其他參數(shù)，對程序來講，只不過改動界面和參數(shù)地址而已，十分方便。

2 計算機與A40電力參數(shù)表的通信

校驗程序的核心是計算機與A40表的串口通信。A40表提供了各種數(shù)據(jù)的詳細地址和說明，同時提供一個可插在A40表背部接口上的RS-485轉(zhuǎn)接模塊，使表內(nèi)數(shù)據(jù)通過該模塊，以RS-485通信方式與計算機進行通信，為采集表中數(shù)據(jù)提供了方便。信息交換采用MODBUS-RTU格式進行，計算機對A40表進行讀的03H命令（因為只對A40表進行讀，所以只用03命令）格式：

● 設備地址

● 功能碼 03

● 數(shù)據(jù)首地址

● 數(shù)據(jù)長度

● CRC16校驗碼

信息按上述次序從設備地址到CRC16校驗碼依次發(fā)送到A40表。信號傳輸形式都用2進制，下文具體說明。

設備地址：要讀參數(shù)所在A40表的通信地址。出廠時默認為05H 。如果使用中已經(jīng)改動，則要用從A40表中查出表的實際地址。只占用1個單字節(jié)。

功能碼：本程序是對A40表參數(shù)校驗，按MODBUS通信規(guī)定，為計算機讀A40表數(shù)據(jù)，所以其功能代碼為03H，只占用1個單字節(jié)。

數(shù)據(jù)首地址：指計算機要讀的數(shù)據(jù)在A40表中存放的首地址。說明書中提供2種地址：一種是十進制（Decimal address）地址，一種是16進制(Hexa.address)地址。可以自己決定采用那種地址，但在發(fā)送接收時都為二進制。在說明書中這些地址旁邊有列雙字節(jié)數(shù)（Number of words）的說明，如果下面標注的數(shù)字為2，則說明本參數(shù)要有2個雙字節(jié)地址（即有4個8位的單字節(jié)）存放數(shù)據(jù)，表中列出的地址為低位的1個雙字節(jié)首地址，另一個雙字節(jié)高地址未標出。雙字節(jié)數(shù)列下面如果為數(shù)字1，則說明參數(shù)只要1個雙字節(jié)地址（即有2個8位的單字節(jié)）存放數(shù)據(jù)，表中的地址即為1個雙字節(jié)地址。對于電流、電壓等大部分參數(shù)均為雙字節(jié)地址。發(fā)送時先發(fā)首地址高8位單字節(jié)，后發(fā)首地址低8位單字節(jié)。

數(shù)據(jù)長度：對于計算機讀表A40的03命令，這里數(shù)據(jù)長度是指要讀全部數(shù)據(jù)的地址長度（全部雙字節(jié)地址個數(shù)）—— 即數(shù)據(jù)所放雙地址的個數(shù)，它占用2個單字節(jié)。發(fā)送時，先發(fā)地址長度數(shù)的高8位單字節(jié)，再發(fā)地址長度數(shù)的低8位單字節(jié)。每個數(shù)據(jù)的地址長度，即為A40說明書表中所列的雙字節(jié)數(shù)。

CRC16校驗碼：它是MODBUS中規(guī)定的用稱為CRC16方法對校驗碼前面所有傳輸?shù)男畔ⅲòㄔO備地址碼）進行計算，占2個單字節(jié)。計算的校驗碼高字節(jié)放在前，先發(fā)送。

接收計算機03讀命令后，A40表首先按接收到的信息，用同樣規(guī)則計算出的CRC16 校驗碼，與收到的CRC16 校驗碼進行比較。若不等，表示信息傳輸發(fā)送錯誤，據(jù)此可以重發(fā)或進行其他處理；若相等，則A40發(fā)出正常返回信息，把要讀的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。一般情況下，無大的干擾，程序與設備本身正常，二者連接正確，對使用者不必考慮。

接收計算機03讀命令后，A40表返回給計算機信息的格式：

● 設備地址

● 功能碼 03

● 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)

● 數(shù)據(jù)

● CRC16校驗碼

信息按次序從設備地址到CRC16校驗碼依次返回給計算機。傳輸形式也為2進制，具體說明如下。

設備地址：A40表已經(jīng)確定的通信地址。出廠時默認為05H。如果使用中已經(jīng)改動，則自動為改動后的A40表實際地址。一般情況下，計算機發(fā)送過來的設備地址與表返回信息的設備地址相同。只占用1個單字節(jié)。

功能碼：返回計算機發(fā)出的功能碼。本程序計算機發(fā)出的是03功能代碼，相應A40表信息返回時仍為1個單字節(jié)的03H功能碼。

字節(jié)數(shù)：A40表按計算機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)個數(shù)），返回給計算機的數(shù)據(jù)雙字節(jié)個數(shù)。例如計算機發(fā)送過來要讀的數(shù)據(jù)個數(shù)為N，如果每個數(shù)據(jù)為2個雙字節(jié)（A40表中也有1個數(shù)據(jù)只占1個雙字的參數(shù)），則返回的字節(jié)數(shù)=2N。只占用1個單字節(jié)，所以對占2個雙字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)，一般最多能讀（返回）127個數(shù)據(jù)，對占一個雙單字節(jié)的數(shù)據(jù)，最多能讀（返回）255個。

數(shù)據(jù)：這里放的就是計算機要讀的A40中變量的數(shù)據(jù)值，每個數(shù)據(jù)所占的雙字節(jié)數(shù)即為A40表說明書中所列雙字節(jié)數(shù)標題下面寫的數(shù)字。返回時先發(fā)低地址（即計算機發(fā)送到A40要讀數(shù)據(jù)的首地址）里的數(shù)據(jù)，再發(fā)高地址中數(shù)據(jù)，直到把最后一個數(shù)據(jù)發(fā)完，而每個數(shù)據(jù)發(fā)送是先發(fā)數(shù)值的高8位，最后發(fā)數(shù)值的最低8位，直到把4個單字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)完（如果數(shù)據(jù)是一個雙字節(jié)，則一個數(shù)據(jù)只要發(fā)數(shù)值的高8位、數(shù)值的低8位二個單字節(jié)）。

CRC16校驗碼：情況與前面計算機發(fā)送時相同，只是這個校驗碼是對A40表返回信息（校驗碼前的所有字節(jié)）計算的結(jié)果。計算機收到A40表的返回信息，同樣對校驗碼前的所有字節(jié)進行CRC16校驗碼計算，計算的校驗碼和A40表的返回的CRC16校驗碼相等，則表示信息傳輸正確。同樣通信正常情況下，對使用者來說好像不存在一樣，沒有什么關系。

以讀一個相電壓1數(shù)據(jù)為例進行說明（詳見表 1）。

相電壓1的16進制地址=30 EH、雙字節(jié)數(shù)=2、單位=V/100（即A40表返回時單位為10 mV）。

返回的電壓值轉(zhuǎn)為十進制，則電壓=0+0+(5×16+5)×256+15×16 = 22000(10×10-3) = 220(V)。

3 連接

連接比較簡單， 對本測試只要在A40表的I11和U1N接入標稱電流、標稱電壓，在計算機和A40表的RS485插件之間接上RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)換器，A40表和計算機接上電源就完成連接。需要注意的是，表的輸入相位非常重要，不能搞錯。這里表的I11和U1N必須與表的電源是同一相位，否則測試結(jié)果會不對。具體接線參考圖1。

表1 相電壓1的數(shù)據(jù)

4 操作界面與功能

操作界面分二個部分：上部為校驗表所需要題寫的內(nèi)容，如送檢單位和通信參數(shù)等。下部為參數(shù)測試的測試結(jié)果表格。實際操作界面如圖2。

圖1 電力參數(shù)測試接線示意圖

功能：

1）可以測試上述指出的五個參數(shù)，除電度數(shù)外測試5點后自動計算出最大誤差。在電度數(shù)標稱值中填入輸入的電流電壓值和測試時間，就會計算出標準的電度數(shù)和從A40中讀出測試時間內(nèi)電度數(shù)差及相對誤差；

2）用陰影框來顯示等待測試的參數(shù)，使測試十分明了。測試點可以跳過，也可后退重新進行測試；

3）可以按A40表的實際地址、波特率等使用的五個通信參數(shù)數(shù)值，更改通信參數(shù)設置；

4）測試過程中提示區(qū)不斷提示正在測試的內(nèi)容或過程信息，使測試變得十分方便、明了；

5）自動顯示測試時間；

6）測試結(jié)果可以打印和保存到Excel的表格中。

5 操作

操作簡單：打開電源，打開軟件，把界面表格以上部分按名稱填好測試表格所需的欄目（例如測試單位等）和A40表的實際通信參數(shù)。按表格內(nèi)容填入1個標稱值，按“測試”按鈕，立即顯示出測試值（對電度數(shù)要經(jīng)過填入的時間后才能顯示結(jié)果）。該點如不準備測試可按向前按鈕，要重測前面一點，則按后退按鈕，一直到最后，測試數(shù)據(jù)結(jié)束。根據(jù)測試結(jié)果，選擇檢測結(jié)果：合格、不合格或限用。這時，要打印測試的界面，按打印按鈕，要把界面保存起來，則按保存按鈕。最后關閉軟件，結(jié)束測試。

如果要測試其他電壓或電流，軟件上只要加上其地址，界面中加上它們的顯示位置就可以。

測試結(jié)束，用鼠標點測試軟件標題欄上關閉符號“×”，本測試軟件退出，測試工作全部結(jié)束。

圖2 計算機上操作界面