電源控制系統(tǒng)中通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：通信是電源控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，較為詳細(xì)地介紹了在直流電源微機(jī)控制系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的通信方式，在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用證明其有較好的效果。關(guān)鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統(tǒng)電源控制系統(tǒng)中通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：通信是電源控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，較為詳細(xì)地介紹了在直流電源微機(jī)控制系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的通信方式，在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用證明其有較好的效果。
關(guān)鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統(tǒng)1引言
電源控制系統(tǒng)中，通信部分的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，當(dāng)前的電源控制系統(tǒng)都是較為復(fù)雜的集散控制系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)紐帶，負(fù)責(zé)著系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)工作。由于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境一般較為惡劣，電磁干擾等較為嚴(yán)重，更對(duì)通信系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的要求。本文基于作者與西安新核電力電子公司聯(lián)合研制的電池充放電計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的通信系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)獲得了成功應(yīng)用。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能
電池充放電電源控制系統(tǒng)主要完成以下功能：
——主充、均充、浮充、逆變及自動(dòng)運(yùn)行等工作過(guò)程的控制；
——參數(shù)輸入和工作狀態(tài)設(shè)置；
——實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、故障診斷和報(bào)警；
——在現(xiàn)場(chǎng)和操作室的計(jì)算機(jī)均可對(duì)控制器進(jìn)行操作；
—連續(xù)運(yùn)行數(shù)小時(shí)以上。

圖1是電源控制器的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：計(jì)算機(jī)采用的是工控機(jī)，利用所編制的基于Win98操作平臺(tái)的監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行參數(shù)與工作方式設(shè)置、參數(shù)顯示、故障報(bào)警和過(guò)程曲線繪制等。顯示器采用的是東芝T6963驅(qū)動(dòng)的240X128點(diǎn)的液晶顯示器，用來(lái)進(jìn)行參數(shù)與工作方式設(shè)置及參數(shù)顯示與故障報(bào)警，由于顯示畫(huà)面大小有限，所以未進(jìn)行過(guò)程曲線顯示，接口板CPU采用Intel80C196KC，軟件采用PL/M96或C196編程，利用自建字庫(kù)完成全部漢字顯示。圖1中控制器采用與顯示器接口板同類型的單片機(jī)，該部分完成參數(shù)接收、各工作方式實(shí)現(xiàn)、參數(shù)發(fā)送、故障診斷等功能，同時(shí)利用非線性算法完成了電源控制，達(dá)到了控制指標(biāo)要求。
在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)和液晶顯示器作為上位機(jī)，兩者均可以獨(dú)立進(jìn)行工作，也可以同時(shí)工作（顯示相同參數(shù)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)）?？刂破鹘M作為該系統(tǒng)的下位機(jī)（具有可擴(kuò)展性）。由上述系統(tǒng)各部分功能可知，系統(tǒng)的 很大工作量是依靠通信完成的，所以通信在該控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。
3通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1通信方式選擇
在進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通信速度要滿足實(shí)時(shí)性要求，通信接口要簡(jiǎn)單方便，能滿足集散系統(tǒng)中的一對(duì)多（多對(duì)多）要求，數(shù)據(jù)傳輸要安全可靠，抗干擾性較好，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。基于此，本文選用在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的RS485總線方式進(jìn)行通信設(shè)計(jì)，該通信方式速率可達(dá)187.5kbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)該系統(tǒng)中的參數(shù)實(shí)時(shí)性傳遞對(duì)通信速率的要求；接口只需兩根通信線，利用差分線路進(jìn)行信號(hào)傳輸，在該系統(tǒng)中的電磁場(chǎng)干擾下也能夠正常工作；該方式下通信距離可達(dá)1000m，完全滿足該系統(tǒng)中控制室到現(xiàn)場(chǎng)間的距離要求。
3．2硬件設(shè)計(jì)
采用RS—485的通信模式在進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)非常簡(jiǎn)單，對(duì)于計(jì)算機(jī)只需增加一個(gè)擴(kuò)展的串口卡即可。在單片機(jī)系統(tǒng)中，可采用芯片75176A，該芯片的接口連線如圖2所示。圖中RXD和TXD分別連接CPU的串口接收和發(fā)送端，P1.5是利用一根單片機(jī)I/O線進(jìn)行發(fā)送和接收使能端控制，485B和485A接到其它單片機(jī)的對(duì)應(yīng)口或計(jì)算機(jī)串口的接收和發(fā)送端。連接線選用雙絞線就可以滿足系統(tǒng)要求，信號(hào)輸入輸出均采用了光電隔離。
3．3軟件設(shè)計(jì)
在該通信系統(tǒng)中，各計(jì)算機(jī)之間采用“Polling”方式，即問(wèn)答方式，該方式可以避免通信線路上的資源競(jìng)爭(zhēng)，防止死機(jī)等情況發(fā)生。
3．3．1幀格式
要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，首先需要制定一定的幀格式，否則就無(wú)法進(jìn)行串行通信。在復(fù)雜的集散控制系統(tǒng)中常采用變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)幀進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里為方便起見(jiàn)采用定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)于不同的控制器定義不同的地址。由于在本系統(tǒng)中上位機(jī)要向控制器發(fā)送較多的參數(shù)數(shù)據(jù)，如果幀較長(zhǎng)則可以使每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較多一些，但是，這樣將使得在上位機(jī)接收一些命令和數(shù)據(jù)時(shí)將浪費(fèi)掉一些時(shí)間。如果幀太短，則在發(fā)送命令時(shí)時(shí)間很短，但在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將需要發(fā)送較多的幀，所以，這一幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度必須合適?？紤]到串口的發(fā)送和接收以及編程實(shí)現(xiàn)的方便程度，以及參考同步鏈路層規(guī)程（HDLC）的協(xié)議，幀結(jié)構(gòu)定義如下：

每幀均以同步字開(kāi)頭，標(biāo)明一幀開(kāi)始；地址是用來(lái)區(qū)分不同的控制器和計(jì)算機(jī)；命令字說(shuō)明幀的類型；信息字是要傳送的數(shù)據(jù)，在有的幀中只需要地址和命令字就可以了，而不需要信息字；校驗(yàn)字部分本文是利用相加和進(jìn)行校驗(yàn)的；結(jié)束符表明一幀的結(jié)束（一定要與同步字有所區(qū)別）。幀中的同步字、地址、命令字、校驗(yàn)字和結(jié)束符均為一個(gè)字節(jié)，信息字本文取為4個(gè)字節(jié)。在串口的設(shè)置中選擇通信速率為9600bps，校驗(yàn)方式為奇偶校驗(yàn)。通信模式設(shè)置選用模式2和模式3的組合方式進(jìn)行多機(jī)通信[1]。
3．3．2通信協(xié)議
根據(jù)系統(tǒng)的需要，本文定義了一種較為簡(jiǎn)單的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。表1是由上位機(jī)發(fā)往下位機(jī)的部分幀的定義，主要是命令字與信息字的定義，在地址的定義中，本文取計(jì)算機(jī)地址為0（顯示器與地址相同），控制器組的地址定義為1、2……n，n由實(shí)際系統(tǒng)中所接的控制器個(gè)數(shù)決定。

表1是整個(gè)通信協(xié)議中的一部分，全部協(xié)議中還包括了其它從上位機(jī)發(fā)往下位機(jī)的幀，以及從下位機(jī)發(fā)往上位機(jī)的幀的定義，由于篇幅有限，其它部分從略。
3．3．3軟件設(shè)計(jì)
有了通信協(xié)議和幀的定義后，就可以進(jìn)行程序編制了。在程序編制中要利用幀格式中的同步字、命令字以及校驗(yàn)字進(jìn)行編程，程序編制主要是依據(jù)同步字作為有效接收的開(kāi)始，然后把接收的一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和信息分解。用PL/M96語(yǔ)言編制的程序如下：
RX(INDEX)=SBUF;/*讀接收緩沖器*/
IFRX(0)=7EHTHEN/*幀頭提取*/
INDEX=INDEX＋1;
ELSE
INDEX=0;
IFINDEX=8THEN
DO;
INDEX=0;/*指針歸零*/
CALL幀解析子程序;
END;
4結(jié)論
電源控制系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)是提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的有力保證，本文所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化的通信系統(tǒng)具有較高的實(shí)用性和較高的可移植性。該系統(tǒng)在新核電力電子公司的電源控制系統(tǒng)應(yīng)用中，運(yùn)行一年多來(lái)未出現(xiàn)過(guò)通信故障問(wèn)題，運(yùn)行效果令人滿意。