基于MCGS與DSP28335通信的模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置人機(jī)接口設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：陳玲（1988—），女，講師，碩士；研究方向：無(wú)功補(bǔ)償裝置。

摘要：為了對(duì)模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中控制，文章基于Modbus通信協(xié)議，構(gòu)建了單臺(tái)MCGS和多臺(tái)DSP28335構(gòu)成的模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置人機(jī)接口，包括對(duì)接口電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、通信控制流程設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件配置等，成功實(shí)現(xiàn)通信。通過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行有效監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：DSP28335；MCGS；模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置

中圖分類號(hào)：TN91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而大量非線性負(fù)載的使用造成了電能功率因數(shù)的下降［1-2］。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置一旦裝機(jī)，容量很難改變，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整。

本文設(shè)計(jì)了一種一主多從的模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置，可根據(jù)情況增減無(wú)功補(bǔ)償模塊數(shù)量。但是這種模塊化的無(wú)功補(bǔ)償裝置需要對(duì)各模塊進(jìn)行集中管理。因此，實(shí)現(xiàn)模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制參數(shù)輸入和運(yùn)程參數(shù)操控也成為用戶的迫切需求。近年來(lái)，觸摸屏技術(shù)快速發(fā)展：運(yùn)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大、反應(yīng)靈敏及具有豐富的數(shù)據(jù)通信接口；而DSP因其運(yùn)算速度快、控制能力強(qiáng)，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［3-4］。本文基于modbus協(xié)議，設(shè)計(jì)了模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的人機(jī)接口，詳細(xì)介紹了人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)的功能。

1人機(jī)接口架構(gòu)

該系統(tǒng)主站采用北京昆侖通泰觸摸屏，從站為多臺(tái)由DSP28335組成的下位機(jī)。主站統(tǒng)一發(fā)送控制命令，控制每個(gè)無(wú)功補(bǔ)償模塊的啟停；從站通過(guò)內(nèi)部的A/D模塊采集系統(tǒng)的模擬量信息，將這些模擬量信息以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)串行接口上傳給觸摸屏。該系統(tǒng)采用Modbus通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了觸摸屏和DSP28335的人機(jī)交互。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2通信接口設(shè)計(jì)

Modbus可以使用RS232、RS485以及RS422作為物理接口，實(shí)現(xiàn)一主多從的人機(jī)交互。本系統(tǒng)選用的TPC7062TX型號(hào)MCGS觸摸屏作為上位機(jī)，其提供通信接口是485接口。DSP28335作為下位機(jī)，采用SCI口作為通信接口，但是各節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓，一旦系統(tǒng)共模電壓超過(guò)RS485接收器的極限接收電壓時(shí)，接收器將無(wú)法正常工作。本系統(tǒng)采用ADM257E芯片，將系統(tǒng)電源和RS485的收發(fā)器進(jìn)行隔離，如圖2所示。DSP和ADM257E芯片工作電平不一致，DSP的輸出信號(hào)為33V，而ADM257E芯片的輸入信號(hào)的電壓為5V。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用74HCT245實(shí)現(xiàn)了33V到5V的轉(zhuǎn)變，如圖3所示。

3軟件設(shè)計(jì)

31Modbus通信協(xié)議

Modbus協(xié)議是由美國(guó)Modicon公司開發(fā)出來(lái)的串行現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)不同控制設(shè)備之間、控制設(shè)備與其他功能設(shè)備之間的通信［5-6］。基于Modbus通信協(xié)議，不同廠家的設(shè)備都能夠連接在一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中，從而通過(guò)上位機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。

Modbus尋址空間由256個(gè)不同地址組成。Modbus主站沒有特定地址，只有從站有一個(gè)地址，在Modbus串行總線上，這個(gè)地址必須是唯一的。Modbus尋址范圍如圖1所示，地址0為廣播地址，所有從站必須識(shí)別廣播地址。

本系統(tǒng)采用Modbus一主多從的通信方式。觸摸屏作為上位機(jī)，即主站；DSP作為下位機(jī)，即從站。為實(shí)現(xiàn)模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置與不同廠家生產(chǎn)的HMI設(shè)備通信的兼容性，本系統(tǒng)通信支持的功能碼有：01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H和17H。目前，采用的HMI設(shè)備是北京昆侖通態(tài)觸摸屏，該HMI設(shè)備支持的功能碼有：01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH和10H。標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU的部分功能碼及相應(yīng)的說(shuō)明如表2所示。

本系統(tǒng)采用03H、06H功能碼實(shí)現(xiàn)主站和從站的報(bào)文交互。本系統(tǒng)采用03H功能碼讀取模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的狀態(tài)：主站按照一定的時(shí)間循環(huán)讀取從站的主控狀態(tài)，從站收到主站的請(qǐng)求，將所需要的數(shù)據(jù)上傳給主站。本系統(tǒng)采用06H功能碼向模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)送控制命令：主站按照用戶的需要，對(duì)控制器執(zhí)行相應(yīng)的一次命令操作，從站收到命令后，執(zhí)行操作。

32ModbusDSP程序

DSP28335串行通信SCI是一個(gè)雙向的異步串行接口，與觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。觸摸屏和DSP采用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)的通信，分別為接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理以及發(fā)送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)主要利用SCI接收中斷實(shí)現(xiàn)，SCI接收中斷的流程如圖5所示。

DSP接收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)，按照上位機(jī)的需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理函數(shù)流程如圖6所示。回復(fù)的報(bào)文存入DSPSCI模塊的發(fā)送器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，通過(guò)發(fā)送引腳將報(bào)文發(fā)出，回復(fù)上位機(jī)。

4人機(jī)界面設(shè)計(jì)

MCGS組態(tài)軟件工程主要分為5個(gè)部分，即主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略，各部分分工明確，組合可共同完成用戶所需功能。

在該人機(jī)接口設(shè)計(jì)中，觸摸屏與DSP間的通信采用的是RS485串口通信。以觸摸屏作為串口父設(shè)備，同時(shí)在串口父設(shè)備屬性中配置多個(gè)模塊下位機(jī)（DSP28335），模塊的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行增減。設(shè)備窗口配置如圖7所示。

然后，進(jìn)行ModBusRTU子設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置采集周期是2000ms，設(shè)備地址為1，通信等待時(shí)間為800ms，校驗(yàn)方式選擇0，將DSP數(shù)據(jù)與觸摸屏數(shù)據(jù)通道進(jìn)行連接設(shè)置，如圖8所示。在完成上述通信配置后，就實(shí)現(xiàn)了DSP和觸摸屏數(shù)據(jù)地址的規(guī)定，可進(jìn)行觸摸屏和DSP兩端通信程序的設(shè)計(jì)。

開機(jī)后，直接進(jìn)入主菜單界面，如圖9所示。

通過(guò)主菜單界面可以進(jìn)入各子界面查看設(shè)備的運(yùn)行情況，例如：可以通過(guò)點(diǎn)擊諧波柱狀圖了解諧波補(bǔ)償前后的對(duì)比，如圖10所示；也可以通過(guò)觸摸屏控制各個(gè)從模塊的啟停，如圖11所示。

5結(jié)語(yǔ)

運(yùn)行結(jié)果證明，昆侖通態(tài)觸摸屏與TI公司的DSP28335能夠?qū)崿F(xiàn)基于Modbus通信協(xié)議的一主多從的人機(jī)交互。觸摸屏能夠正確地顯示模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠集中控制模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的啟停。該系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)模塊化無(wú)功補(bǔ)償裝置的集中監(jiān)控，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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（編輯王永超）