基于DeviceNet现场总线的电力监控模块网络控制研究

摘要：针对当前配电自动化领域中电量监测的技术问题，介绍了一种集检测、分析、记录、控制、通信于一体的Powermonitor3000电力监控模块。在研究了DeviceNet现场总线技术的基础之上，提出了基于M文件通信方式，采用ROCKWELL自动化公司的SLC5/05控制器，并通过正确的网络组态，在DeviceNet网络环境下实现对Powermonitor3000的在线监控，从而为电力配电自动化实现网络化计量监测提供了保证。

关键词：电力配电自动化；电力监控模块；DeviceNet；网络监测

作者简介：李斌（1978-），男，山西左权人，山西省电力公司晋中供电公司左权供电公司，工程师；白玲（1963-），女，山西左权人，山西省电力公司晋中供电公司左权供电公司，工程师。（山西 左权 032600）

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0221-02

电力配电自动化技术已成为当今最热门的话题之一，作为配电自动化技术中的电量检测是配电自动化成功实施的关键问题。本文在研究了国内外电力配电自动化技术的基础上，[1-4]提出了基于DeviceNet总线的Powermonitor3000电力监控模块的网络化监控应用。Powermonitor3000电力监控模块十分适用于配电自动化系统中的各种电力监测与控制装置，是美国AB公司替代传统电力计量及监控装置的最新替换产品，该模块只需连接电压和电流输入，模块即能检测、记录及显示，包括能对电力质量进行分析的各种电力数据。Powermonitor3000能通过各种通信网络（在本文中，主要是指DeviceNet）与监控中心或计算机工作站连接，构成完整的网络化电力自动化管理监控系统。Powermonitor3000强有力的监控及网络功能可使其广泛地应用于电力配电自动化系统、发电站、变电站、商业及工厂的变电所等应用场合。在DeviceNet通讯方式下，PowerMonitor3000支持SLC整数文件的读写操作。Powermonitor3000从第9个文件开始规定了一系列的整数文件和浮点文件，可以通过对其定N文件的写来组态定义所要读写的参数。

本文将就采用ROCKWELL自动化公司的SLC5/05控制器来实现对Powermonitor3000的控制进行研究。

一、系统的硬件结构原理

SLC5/05控制器硬件结构：一类属于固定式控制器，另一类是模块式控制器。[5]固定式控制器方式，将电源、输人与输出以及处理器集中在一个单元，同时还提供了一个2槽的扩展框架，以增加灵活性；模块式控制器使用户在组态系统时具有额外的灵活性，它具有更强的处理能力以及I/O容量。同时由于该控制器可提供各种各样的I/O模块，可使用户很经济地配置其控制系统。图1给出了Powermonitor3000的自动化网络结构。SLC5/05通过扫描器1747-SDN连接到DeviceNet网络上，Powermonitor3000则通过标准DeviceNet接口模块挂在DeviceNet上。扫描器1747-SDN作为SLC5/05和DeviceNet间的接口，其作用是进行设备数据的采样和格式转换。扫描器与设备之间的数据交换则通过扫描器1747-SDN来实现。工作时，扫描器1747-SDN扫描设备Powermonitor3000，采样其参数，并将采集到的数据映射到扫描器中与扫描方式相对应的数据缓冲区而转换成SLC5/05能接受的数据格式供SLC5/05控制器读取。数据经SLC5/05处理之后，送到扫描器与扫描方式相对应的输出数据缓冲区，转换为Powermonitor3000可以接受的数据格式。由此可见，SLC5/05控制器只需要读入、输出规定格式的数据，专门负责数据处理；而数据的采集、发送、缓冲和格式转换则交给扫描器1747-SDN来负责。显然在实际应用中SLC5/05除了通过扫描器对Powermonitor3000进行数据读写外，还可对其他挂接在DeviceNet上的电力设备进行监测与控制，而计算机监控站将完成该网络化电力监测系统的数据分析与决策。

二、系统通信方式

RSNetWorx for DeviceNet网络组态软件是专门为设备网（DeviceNet）提供的组态软件。RSNetWorx能够读取DeviceNet上的网络信息并提供组态功能，首先通过其Scanlist功能把Powermonitor3000映射到1747-SDN中，并完成对Powermonitor3000结点号、输入输出字等参数的配置。RSLogix500梯形图逻辑编辑器是SLC5/05可编程序控制器的编程环境，在此环境下就可以实现把Powermonitor3000的参数记录在整型文件中并显示其工作状态。Powermonitor3000参数的读取跟其他的控制器不同在于：它只能通过Explicit Message（显性信息）方式读取，即通过M文件通信方式。M文件通信方式是DeviceNet通信模块提供的功能最为强大的通信模式。[6]

1.M文件的数据链路

SLC5/05处理器必须通过扫描器1747—SDN和DeviceNet通信模块才能与Powermonitor3000通信，其数据链路如表1所示。用户可通过DeviceNet通信模块来读写设备参数。

2.M文件的构成

M文件是报文（MESSAGE）文件的简称，传送的信息较多，用于两个设备之间多用途的信息交换。它由M0文件和M1文件组成；其中M0文件是通信模块输出文件（只写），而M1文件是模块输入文件（只读）。M文件只驻留在特殊的I/O模块中（如DeviceNet接口模块），在SLC5/05的I/O上并无相应映象地址，因此使用M文件进行指令操作时，要利用中间手段，即通过SLC5/05的整数文件（N文件），只有这样用户才能通过M文件得到和改变Powermonitor3000的参数值。M0文件用来存放用户通过SLC5/05处理器送来的对Powermonitor3000操作的指令，其中包括要操作的行为、操作对象和数据；M1文件用来存放对上述操作响应的内容，即从Powermonitor3000反馈回来的数据。

扫描器1747—SDN中的M文件是一个256个字的文件，[7]其M0和M1文件的映射如表2所示。

3.M文件的数据结构

DeviceNet通信模块的M文件是通过被称为对象的特殊的数据结构进入DeviceNet设备（Powermonitor3000）的参数数据库，其结构如表3所示。每个对象所包含的信息对应一个特定的操作目的，并且M0和M1文件一定要配合使用。

三、系统在线监控

由于M0和M1文件只驻留在DeviceNet通信模块中，在SLC5/05的I/O上没有映象，故在梯形图程序中不能对它们的内容直接改变。这就要求需要利用SLC5/05本身的数据文件，且文件的数据格式要与M文件的读参数的数据格式一样。在本程序中使用SLC5/05的整数文件N10 文件，表4是读取Powermonitor3000中日期与时间（date&time）参数值时N10文件的内容。

为了保证通信的正常进行和通信的可靠性，以及利用M文件反复进行数据通信，就必须应用1747-SDN的状态字和命令字相配合才能完成。首先，按M0文件的格式填好，并将准备位置1，把N文件的内容复制到M0文件，通过扫描器与Powermonitor3000通信。当扫描器的完成位为1，则已经获得应答数据，可以进行读数操作，把M1文件的数据复制到N文件。读数后，要执行删除命令，从应答队列中删除数据块，释放缓冲区的内存，准备下一次数据传送，这就完成了一次读写数据的过程。[8]

四、结论

Powermonitor3000检测参数多、精度高、功能强大、配置灵活，是理想的配电自动化系统中进行电力监控和计量的装置。一台Powermonitor3000可代替许多个传统的传感器和仪表。通过DeviceNet网络配置，可方便地实现对Powermonitor3000的网络化监控，从而为网络化配电自动化系统的技术发展提供了可靠的支持。

参考文献：

[1]Tannlund，P，Bjorkman，G.An advanced distribution automation system experience from application development and project implementation，Power System Technology[C].2000，（1）：127-132.

[2]徐宏.我国配电自动化的现状与未来[J].河北农业大学学报，2003，（Z1）：271-274.

[3]黄健.配电自动化发展趋势[J].电工技术杂志，2003，（3）：5-8.

[4]张建国.配电自动化技术的发展及系统构成[J].河北电力技术，1998，（6）：27-30.

[5]钱晓龙.MicroLogix控制器应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6]浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[7]Rockwell Automation Company.Device Net Scanner （Cat.No.1747-SDN） Configuration Manual[N].1997.

[8]Rockwell Automation Company.Powermonit or 3000 User Manual[Z].1997.