威尼斯vns12356及时地发现问题和解决问题

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文章关键词:vns9848威尼斯城,通信协议组

  在自控装置和电力系统微机综合保护以及其它工业自动化控制领域,微控制器的应用越来越广泛,其装置的复杂性也越来越高。为了解决其开发对象实时多任务性的要求,单、单个开发的模式将被多个、多类型CPU和多人协同开发的模式所代替,在这新的开发模式中,面临一个新问题——在实施信息交互的过程中如何将实现CPU之间信息交互的软硬件标准化,这是关系到该模式能否成功实施的关键。在众多的通信方式中,基于串行通信模式以其连线简捷、高可靠性以及可带动多CPU的能力而被广泛采用。在软件通信协议的选择上,Modbus协议由于其通用、成熟的调试软件,为用户使用提供了诸多优势。因此,在开发新型-485串行通信方式和Modbus通信协议,实现了多CPU之间的数据和控制命令的信息交互。为了增强串行通信的高效、协调性,笔者在通信机制的软硬件结构上采取了很多措施,并取得了很好的效果。在调试系统通信阶段,使用了各CPU模块先与Modbus标准软件通信,之后再互相联调的方法,大大提高了协同开发的效率。实践证明,该设计思想简化了系统的结构,大大提高了装置的运行效率和可靠性。

  电动机综合保护装置除综合保护功能以外,兼有测量、远动和通信的功能;大屏幕的汉字液晶显示,可以实现友好的人机界面;利用CAN总线,与监控主机进行通信,从而构成分级分散式的变电站综合自动化系统的子系统。由于装置需要实现多任务,为了优化系统功能,采用了多CPU的系统结构设计方法。其中一个CPU负责定时采样脉冲发送;主CPU模块负责数据处理、电量计算、故障判断和开关操作;而板模块上CPU负责人机交互,并实现与主保护模块和监控主机的通信任务。各个CPU模块有明确的任务分工,研制时也容易实现多人协同开发。在整个构成中,串行通信沟通了主CPU和面板CPU,使人机交互成为可能,因而有着重要的地位。建立合理的通信机制则是串行通信部分的核心的所在,它决定着通信的协调性和系统开发后期调试的效率。

  本系统通信机制的提出以高效、可靠为目的。RS-485为半双工结构,现场中比全双工往往更接近于实用,在此采用只有2条信号线的简易型连接。系统图由图1所示,主保护模块上的8051单片机输出的TTL逻辑电平通过光电隔离后,由MAX485芯片转换为RS-495电平,再由面板模块上的MAX485芯片转换为TTL逻辑电平,由8031单片机读取。在8051单片机一侧,使用并行输入输出口2的一位P2.7对MAX输入使能端RE、输出使能端DE进行控制。由图1可知,当P2.7输出高电平时,RE使能,单片机一侧接收数据;当P2.7输出低电平时,DE使能,单片机一侧发送数据。这样,避免了盲目发送造成的数据叠加丢失现象,通信质量高,通信速度也能得到保证。

  为了保证保护装置中两个模块之间能够正确地传递数据,必须有一套关于信息传输的模式、数据格式和内容等的规定,即规约或通信协议。由于没有现成的较成熟的调试软件,主CPU模块基本是黑匣子,系统联调时的困难较多且难以克服。因此,采用了当前流行的Modbus通信协议,并结合本装置的特点加以简化,从而实现了模块间的通信,事实证明效果很好。Modbus的通信方式为主从方式,主方首先向从方发送通信请求指令,从方根据请求指令中的功能码向主方发回数据。每个从方都有自己独立的地址,主方所发的请求帧和从方所发的应答帧都是以从方地址开头的。从方只读发给自己的指令,对以其他从方地址开头的报文不作应答,它是通过8051的串行口工作方式2或方式3来实现的,这种一问一答的通信模式,威尼斯vns12356大大提高了通信的正确率,本文装置中采用了Modbus的RTU传送方式。

  Modbus报文末的两个字节为校验字节,RTU方式通信采用CRC-16位循环码冗余校验,它的编译码设备比较简单,误判概率很低,可通过计算法和编程法实现,几种方法如下:

  数据流左移16位,相当于扩大256×256倍,再除以生成多项式0x11021,进行不借位的除法运算(相当于按位异或),所得的余数就是CRC校验码。发送时的数据流为6字节:BYTE、BYTE、BYTE、BYTE[0]、CRC、CRC[0]。

  1)将扩大后的数据流(6字节)高16位(BYTE、BYTE)放入长度为16的寄存器;

  2)如果寄存器的首位为1,将寄存器左移1位(寄存器的最低位从下一个字节获得),再与生成多项式的简记式异或;否则仅将寄存器左移1位(寄存器的最低位从下一个字节获得);

  把按字节排列的数据流表示成数学多项式,设数据流为BYTE[n]BYTE[n-1]BYTE[n-2]。..BYTEBYTE[0],表示成数学表达式

  经过推导可知,BYTE[n-1]字节的CRC校验码等于上一字节CRC校验码Y[n]的高8位(YH8[n])与本字节BYTE[n-1]异或结果。

  3)原CRC寄存器组高8位(右移8位)与数据字节进行异或运算,得出一个指向值表的索引。

  8051单片机可以使用中断的方法通过串行口发送和接收数据,串行口控制器SCON可以初始化、可以位寻址,当串行口发生中断请求时,SCON低两位能锁存发送中断和接收中断,当CPU向串行口的发送数据缓冲器SUBF写入一个数据或字符时(指令MOVSUBF,A),威尼斯vns12356发送器就开始发送,当发送完一帧数据后,由硬件置“1”TI标志,表示串行口正在向CPU请求中断,请求发送下一帧数据。同样,若串行口接受器允许接收,当接收器接收到一帧数据,置“1”RI标志,表示串行口正在向CPU请求中断,请求CPU到接收数据缓冲器读取数据。

  由于设计软件结构时使用了多个中断,为了保证程序的可靠运行,减少不同任务相互冲突的机率,在编制软件时尽可能简练各种中断的任务,缩短中断执行时间。在通信中断子程序中,进入中断后执行必要的任务,如:清串行口控制寄存器中相应的状态位,将刚接收到的字符或需要发送的字符从缓冲区内读出或写入缓冲区,已接收或发送字符数增1等,之后便立即退出中断。其它任务如判断帧的有效性、对接收帧命令(遥测、遥控命令)的应答,准备发送帧等,都放在主程序中完成。

  利用单独的软件定时器,来判断一帧接收报文结束,可以防止若报文接收不完整,该帧通信任务无法结束而影响下一帧的接收。由于一帧报文中字节与字节之间的时间间隔和帧与帧之间的时间间隔相比要小得多,因此每当接收一个新字节,就启动软件定时器开始计时,定时器的时间设定为帧与帧的最小时间间隔。波特率不同,该时间间隔也不同。若不到预定的时间内又接收到下一个字节,则说明一帧报文未结束,定时器重新计时;若定时器顺利计数到预定时间,就会触发相应的中断号,在该定时器中断子程序中设定帧结束标志字节,表明一帧报文接收完毕。当主程序内检测到一帧报文接收完毕后,会通过核查从方地址及循环冗余校验字节是否正确来判断该帧的有效性。若确定接收到的是一帧发送给已方的正确报文,则会根据报文内的功能码对该帧命令进行相应的处理,并准备发送帧,当从方接收报文不正确时发回出错帧,如果从方收到的报文校验不正确,可采取不作应答的方式,主方若在规定时间内未收到从方的应答报文时,将重发请求报文;若多次未收到从方应答报文,则报通讯故障。

  由于所用的装置都在同一机箱内,模块与模块之间的间距很短,而Modbus是基于RS485的长距离通信,可以不考虑距离对通信波特率的影响,并且由于采用主从式通信模式,不会出现线路堵塞现象。因此从通信效率来看,只要不超过模块所使用芯片对最高波特率的限制,则设定的波特率越高,信息交互越快,通信效率也越高,由于设定通信双方波特率完全一致,可以使接收端对每一个数据位的采样都发生在位周期的中点,从而实现可靠通信。

  调试时先将各个CPU模块分别通RS485/RS232数据转化模块与微机进行通信测试,成功后再进行模块间联调,大大提高了联调的效率。在调试各模块与微机通信的过程中,微机使用Modbus调试软件,模仿主方的通信过程,主动向从方索要信息,整个接收、发送过程都是透明的、清晰的,从而使得模块中存在的问题得以及时解决;联调时,利用总线监控软件观察双方的数据,及时地发现问题和解决问题。

  第一,本文在保护装置中的采用Modbus这种通用的工业标准,所需的工具软件可以直接从相关网站获得,不需知识产权方面的花费;第二,保护装置实施多任务化,利用Modbus协议创建了CPU模块间合理的联调机制,大大提高了系统协同开发的效率。

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