S7PLC基于DL/T645協議的電表數據采集應用

張 然,鄭玉根

（馬鋼自動化工程公司，安徽馬鞍山 243011）

1 引言

電力是鋼鐵企業消耗的主要能源之一。近年來，為實現我國經濟的可持續性發展，國家提出科學發展觀，轉變粗放型的經濟增長模式。落實節能減排政策更成為企業的一項重要任務，企業紛紛上馬能源采集監管系統，其中基礎電量的采集成為其中的難點。

下文主要介紹使用PLC串口通訊卡采集電能表數據的方法。

2 電量采集站的硬件配置

通常一級采集系統使用的是計算機系統，具有系統維護升級困難，對于網絡安全性要求高，穩定性低的缺點，因而在南鋼與馬鋼一鋼軋的能源采集系統中選擇了PLC作為采集的一級系統。

電表與PLC的通訊方式通常有兩種，脈沖計數與協議通訊方式。

脈沖計數方式對于PLC數字量輸入模板的采集速度有要求當計量對象用電量很大時需要使用高速計數模板，而且傳輸過程中由于干擾等原因容易丟失脈沖日積月累誤差較大。協議通訊的方式，可保證采集數據與表內計量數據的一致。支持常見PLC通訊協議如Profibus的電表多為進口電表，價格貴采購周期長，不符合國內電量計量人員操作習慣，國內現有新式電表都支持DL/T645國標的通訊協議，此協議在國內電網系統中使用廣泛，是電表升級的首選。

最終采集子站的配置為S7300系列CPU一個，CP341串口通訊卡一個通過編程實現DL/T645協議支持，CP343以太網通訊卡一個作為與二級系統通訊的接口。

3 建立PLC與電表間的通訊鏈路

3.1 物理層

3.1.1 電氣協議

CP341與電表間采用EIA-485的方式連接，可以支持多點通訊，最大通訊距離1200m，在電表集中的區域安裝采集子站，電表以線形網絡的方式連接到EIA-485網絡中，CP341網卡為主站，對需要采集的數據發送請求消息，電表以應答的方式將數據送至CP341。

3.2 數據鏈路層

3.2.1 字節格式

每字節含8位二進制碼，傳輸時加上一個起始位(0)、一個偶校驗位和一個停止位(1)，共 11位。其傳輸序列如圖1。D0是字節的最低有效位，D7是字節的最高有效位。先傳低位，后傳高位。

字節格式見圖1所示。

圖1 字節格式

3.2.2 幀格式

通信鏈路的建立與解除均由主站發出的信息幀來控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數據域長度、數據域、幀信息縱向校驗碼及幀結束符7個域組成。每部分由若干字節組成。幀是傳送信息的基本單元。幀格式如圖 2所示。

圖2 幀格式

3.3 PLC編程

當傳輸數據時，所有通訊伙伴都必須遵守一套用于處理和實現數據通訊的固定規則。ISO定義了一個7層模型，該模型被公認為是國際標準化傳輸協議的基礎。按ISO的OSI七層參考模型DL/T645通信協議主要涉及三層，物理層、鏈路層、應用層。物理層：規定了數據終端通信接口之間的物理接口、接口的物理和電氣特性，負責物理媒體上信息的接收和發送。

數據鏈路層：負責數據終端之間通信鏈路的建立并以幀為單位傳輸信息，保證信息的順序傳送，具有傳輸差錯檢測功能。應用層：利用數據鏈路層的信息傳遞功能，在數據終端設備之間發送、接收各種數據信息。

3.3.1 組態CP341通訊處理器

ASCII驅動程序通過通訊處理器和通訊伙伴之間的點對點連接控制數據傳輸。該驅動程序包含物理層（第1層）。在將完整的發送消息幀傳輸給通訊處理器的過程中，消息幀的結構保持開放。對于接收方向，必須組態消息的結束標準。因而選擇CP341通訊協議為ASCII。

按照DL/T645對單個字節的定義對字節格式進行設置。Data為8位，一個停止位，校驗方式為偶校驗。

按照DL/T645對消息幀的定義，設置消息幀中字節允許的最長間隔時間為500ms，結束符為16H。

3.3.2 PLC端發送主站請求幀

PLC作為采集主站，一般不負責對電表的設置及維護操作，因而發送的請求指令通常為對各種電量的查詢指令。以讀取08175050號電表當前正向有功總電為例，需要發送的數據幀為“6850501708000068010243C39816”。在數據塊中建立14個字節的地址區填入數據幀編寫校驗程序，確保在發送數據前完成對校驗位的數據運算，調用功能塊FB 8“P_SND_RK”將請求幀由CP341發送至電表網絡。

3.3.3 PLC端接收應答幀

FB 8正確發送請求幀后DONE返回值為1，當網絡上電表接收到CP341發送的請求幀后，電表表號與請求幀中吻合的電表做出相應，發送應答幀至網絡，CP341調用功能塊FB 7“P_RCV_RK”接收數據并由CP341的數據區傳送給PLC中由用戶指定的數據塊中。

3.4 編寫對網絡上多表輪詢的程序

前面兩節介紹了如何發送請求幀與接收應答幀，但在RS485網絡上通常掛有多塊電表，由于CP341的通訊與PLC的CPU處理周期并不一致，同時多表抄表的過程中如何分配資源，如何對出錯訊息處理均需用戶編程實現。

使用FB功能塊編程，便于程序重復使用，如下圖所示每個采集站調用此功能塊時，只需在發送命令數據塊中填入地址，控制碼，數據長度和數據。制定需要發送的命令幀的數量，發送數據幀所在的DB塊，DB地址，抄表返回的數據存放的DB塊,DB地址，發送命令幀的間隔時間，通訊超時出錯的時間。“P_SND_RK”、“P_RCV_RK”兩個 CP341內部功能塊均在通訊功能塊內部調用，他們的背景數據塊不再占用新的DB塊，包含在通訊功能塊內部，整個程序占用的DB塊數量更少，程序結構更加簡潔。如圖3所示。

圖3 通訊功能塊調用

通訊功能塊，程序時序圖如圖4所示

4 結束語

本程序在馬鋼股份公司第一鋼軋總廠LF爐電量考核系統中應用,取代原有脈沖計數方法對電量進行記錄，項目投用一年來工作，解決了原系統計量誤差大的缺點。本程序也應用于南鋼集團能源采集系統一級電量采集，對整個集團上百塊電表進行抄表工作，由于使用了功能塊編程，程序具有良好的通用性避免了重復編程，大大節約了現場調試時間，縮短了工期。

圖4 程序時序圖