基于串口服務(wù)器的電機(jī)保護(hù)裝置與組態(tài)王的通訊

摘 要：文章設(shè)計(jì)了一種基于串口服務(wù)器的電機(jī)保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了水泵房的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到了無(wú)人值守、集中化管理的目的。此方案對(duì)于中小型工程項(xiàng)目或小廠區(qū)改造來(lái)說(shuō)，具有一定優(yōu)勢(shì)，既節(jié)省了改造時(shí)間，又降低了開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：串口服務(wù)器；電機(jī)保護(hù)裝置；RS-485；遠(yuǎn)程監(jiān)控

引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控在工業(yè)生產(chǎn)中也成了一種趨勢(shì)。文章針對(duì)內(nèi)蒙古海拉爾一較偏遠(yuǎn)廠區(qū)內(nèi)的水泵房?jī)?nèi)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種基于串口服務(wù)器的電機(jī)保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案，從而提高其企業(yè)的智能化、無(wú)人化和集中化的管理。

1 方案設(shè)計(jì)

目前，該廠區(qū)泵房有4臺(tái)水泵電機(jī)，一直由工作人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，又因?yàn)殡x調(diào)度中心較遠(yuǎn)，有時(shí)發(fā)生故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理，并且不便于管理，現(xiàn)想將其進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，使其能夠在調(diào)度中心完成對(duì)該泵房的控制。但是由于建廠時(shí)間較早，電機(jī)生產(chǎn)年限較早，不支持遠(yuǎn)傳功能，這為遠(yuǎn)程通訊增加了一定的難度，所以一種新的設(shè)備，即電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，并能完成對(duì)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，它支持標(biāo)準(zhǔn)的RS485通信接口，支持Modbus協(xié)議。但是由于該泵房離調(diào)度監(jiān)控中心較遠(yuǎn)，不能采用RS485工業(yè)總線直接與上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，而且擴(kuò)展不靈活，所以加增一個(gè)串口服務(wù)器，它能實(shí)現(xiàn)RS485與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，提供串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能，可快速實(shí)現(xiàn)RS485串口轉(zhuǎn)為T(mén)CP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通訊，輕松實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)功能，為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了有利條件[1]。

2 方案設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

本方案設(shè)計(jì)有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）由于設(shè)備較早，不具備遠(yuǎn)程通訊功能，如果重新更換設(shè)備，一是影響生產(chǎn)，二是增加了不必要的投資。直接加裝電機(jī)保護(hù)裝置，既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)。

（2）新增加的電機(jī)保護(hù)裝置，體積小，安裝方便，價(jià)格便宜，并且能夠提供電機(jī)的運(yùn)行三相電流、三相電壓、監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測(cè)量，能夠提供電機(jī)的過(guò)載（過(guò)流）、欠載（欠流）、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡、過(guò)壓、欠壓、短路、漏電、接地等的保護(hù)，提供RS-485通訊功能，支持自定義協(xié)議、Modbus通訊協(xié)議，方便用戶對(duì)MCC進(jìn)行集中智能化、數(shù)字化保護(hù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通訊一體化管理[2]。

（3）為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，增加一個(gè)串口服務(wù)器，它能夠?qū)⒍嗯_(tái)裝置進(jìn)行組網(wǎng)，并將RS-485的物理串口映射成虛擬的標(biāo)準(zhǔn)串口，上位機(jī)軟件組態(tài)王通過(guò)虛擬串口能夠直接對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)和控制，就不需要再安裝和開(kāi)發(fā)其他軟硬件，對(duì)于該泵房來(lái)說(shuō)，降低了成本，節(jié)省了開(kāi)支[3]。

3 方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電機(jī)和電機(jī)保護(hù)器采用直接啟動(dòng)的接線方式。串口服務(wù)器將電機(jī)保護(hù)器RS-485接口轉(zhuǎn)換為Base-T（x）網(wǎng)絡(luò)接口，將采集到的電壓、電流等數(shù)據(jù)通過(guò)串口服務(wù)器進(jìn)行傳輸，上位機(jī)組態(tài)王將數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)，可查詢、控制、及打印報(bào)表。本方案網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

3.2 硬件連接

本方案電機(jī)保護(hù)裝置選用的是蒼南格瑤GY600，該保護(hù)裝置支持專業(yè)的電動(dòng)機(jī)控制方式及提供精確的監(jiān)測(cè)功能，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行遙信、遙測(cè)、遙控、保護(hù)、聯(lián)鎖、故障信息處理；提供RS-485通訊功能，支持Modbus-RTU通訊協(xié)議。電機(jī)和電機(jī)保護(hù)器采用直接啟動(dòng)的接線方式，接線圖如圖2所示。

串口服務(wù)器選擇的是深圳三旺通訊公司的NP301。NP301是一款能讓串口設(shè)備立即具備聯(lián)網(wǎng)能力的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，提供1路RS-232/485/422和1路10/100Base-T（x）網(wǎng)絡(luò)接口，可以把分散的串行設(shè)備、主機(jī)等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中管理，簡(jiǎn)易、方便，支持TCP、UDP、ARP協(xié)議，支持網(wǎng)絡(luò)中斷自動(dòng)恢復(fù)連接功能。

該泵站共有4臺(tái)電機(jī)，需加裝4臺(tái)電機(jī)保護(hù)裝置，由于一個(gè)串口服務(wù)可將多臺(tái)裝置進(jìn)行組網(wǎng)，所以只需一個(gè)串口服務(wù)器即可。具體接線圖如圖3所示。

RS485總線必須要接地，良好接地能保證電壓一致，防止共模干擾。另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是終端負(fù)載電阻，RS485應(yīng)在總線電纜的開(kāi)始和末端都并接120Ω終端電阻，降低電纜特性阻抗。

3.3 網(wǎng)絡(luò)配置

3.3.1 電機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)配置

蒼南格瑤GY600的通訊協(xié)議類型[4]：MODBUS-RTU

物理層傳輸方式：RS485

通訊地址號(hào)：1-255

通訊波特率：19200

通訊介質(zhì)：屏蔽雙絞線

一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位

3.3.2 串口服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)配置

NP301串口服務(wù)器提供功能強(qiáng)大的基于Windows平臺(tái)的管理配置工具，所有設(shè)置可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串口實(shí)現(xiàn)，用戶可靈活配置IP地址、Server和Client模式等。

NP301默認(rèn)的IP地址是：192.168.1.254，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0。設(shè)置串口服務(wù)器和計(jì)算機(jī)的IP必須在同一個(gè)局域網(wǎng)中，以便進(jìn)行Web訪問(wèn)。

進(jìn)入產(chǎn)品的Web界面，單擊串口服務(wù)器/串口配置，在菜單對(duì)應(yīng)的下拉框里選擇需要的配置：波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位、串口數(shù)據(jù)幀、字符間隔等。注意此處設(shè)置的串口波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位應(yīng)該與電機(jī)保護(hù)裝置的參數(shù)配置一致。

該串口服務(wù)器NP301，配有VSP虛擬串口管理軟件，可以通過(guò)串口服務(wù)器的名稱、IP地址以及MAC地址，直接創(chuàng)建出與真實(shí)串口無(wú)區(qū)別的虛擬串口（Com2），上位機(jī)軟件可直接與該虛擬串口進(jìn)行通訊。

3.3.3 組態(tài)王的通訊配置

本方案采用北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)王6.55。組態(tài)王與其通過(guò)Modbus-RTU協(xié)議進(jìn)行通訊，在組態(tài)王工程瀏覽器中定義設(shè)備時(shí)應(yīng)選擇PLC-莫迪康-Modbus（RTU）-串口-Com2，并指定PLC設(shè)備地址，同時(shí)雙擊Com2，完成通訊參數(shù)配置，與電機(jī)保護(hù)裝置通訊參數(shù)相同。設(shè)備選擇完成后，還要在數(shù)據(jù)詞典中定義變量與所定義的設(shè)備地址相連，這樣才能實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與電機(jī)保護(hù)裝置之間的交互。

3.4 上位機(jī)組態(tài)

組態(tài)王監(jiān)控主界面包括電機(jī)保護(hù)裝置的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、電壓、電流以及運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)，同時(shí)還包括歷史趨勢(shì)、歷史查詢、故障報(bào)警、操作紀(jì)錄等曲線圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

本方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，已經(jīng)進(jìn)行了改造和調(diào)試，目前本系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)電機(jī)工作的電壓、電流、故障狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控并控制電機(jī)啟停，工作較穩(wěn)定。方案中是將電機(jī)保護(hù)裝置通過(guò)串口服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊的，當(dāng)然換成一些智能儀表同樣適用，這對(duì)于中小型工程項(xiàng)目或小廠區(qū)改造來(lái)說(shuō)，既節(jié)省了改造時(shí)間，又降低了開(kāi)發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]深圳三旺通信技術(shù)有限公司.技術(shù)資料手冊(cè).NP301[Z].深圳：深圳三旺通信技術(shù)有限公司，2015.

[2]蒼南格瑤電子有限公司.電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置使用說(shuō)明書(shū)GY600[Z].蒼南：蒼南格瑤電子有限公司，2015.

[3]閆保中，張磊，閆鑫.串口服務(wù)器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2008，35（12）：40-42.