微山污水处理厂智能电量表的MODBUS通讯调试

胡宝棋　 张波　 邢超

　　摘要：通过微山污水处理厂的工程实例，详细介绍了工程中常用的电量表与施耐德PLC通过MODBUS通讯的实现方法。对类似的工程有一定的参考作用。
　　关键字：MODBUS 通讯

1．微山污水处理厂的情况

　 山东省微山县污水处理厂日处理污水4万吨，采用CAST生物池的处理技术，出水水质达到国家二级综合排放标准。一个运行周期分为四个阶段：进水，曝气，沉淀和滗水。
　　自控系统遵循“集中管理、分散控制，资源共享”的原则，采用二级分布式计算机控制系统。全厂的自动监控系统由现场仪表, 现场PLC站，防雷系统和上位监控站组成。

微山污水处理控制系统框图

　　配电室高低压配电柜共有智能电量表24块，通过MODBUS总线将电量测量信号送到PLC。MODBUS总线应用十分广泛，并且已经成为国家标准。不同生产厂家提供的MODBUS 数据格式略有不同，给工程应用带来了一定困难。本项目经过一定时间的摸索实验，成功地把数据读取出来。现把过程方法介绍，与大家分享。

2．电量表的调试

　　微山污水处理厂使用了2种类型的智能电量表EPM420A和DPM400，分别安装于低压配电柜和高压配电柜上，共有24块。
　　仪表情况
　　EPM420A原产地为英国，显示测量一体单元，可以有三种接线形式：单相测量；三相三线制不平衡负载测量；三相四线制不平衡负载测量。可以测量电压、电流、功率因数、频率、功率、能量等参数。具有RS485 MODBUS通讯口。EPM420A有2张数据表，分别需要MODBUS的3#和4#总线代码来访问，数据存放格式为单精度浮点，首地址为高字，末地址为低字。
　　DPM400原产地为瑞士，显示测量一体单元，可以测量电压、电流、功率因数、频率、功率、能量等45种参数。具有RS485 MODBUS通讯口。DPM400有一张数据表，需要MODBUS的3#总线代码访问，数据格式为无符号整数，设备制造商提供一张计算公式表，读到的整数经过公式计算，得到对应的电量值。
　　PLC情况
　　采用施耐德公司的PREMIUM 系列PLC，SCY21601通讯卡。
　　组态软件：PL7PRO 4.2

　　MODBUS 命令表

Modbus 请求

功能码

命令函数 读位

16#01 READ_VAR 读字

16#03 READ_VAR 读输入位

16#02 SEND_REQ 读输入字

16#04 SEND_REQ

　　接线和协议设置
　　电气接口为2线制RS485，使用屏蔽双绞线连接（典型线规为22BELDEN8761或等同规格），所有“A”和“B”型接口都是菊链在一起的，屏蔽线应该连接到“地”端，采用单点接地。
　　EPM420A和DPM400统一设定RTU数据格式：数据位 8，无校验，停止位 1，波特率9600bps。
　　调试过程
　　DPM400：用READ_VAR命令把对应地址的整型数读上来，通过提供的计算公式可以把相应电量计算出来。

　　注意:用PL7的DEBUG窗口Identification 按钮测试，这类表没有响应,表内置的可能不是完整的MODBUS，PL7 DEBUG 用的功能码表内软件没有提供。所以，不能用PL7的DEBUG测试这块表是否连通，要到程序中通过报告字来判断是否通讯成功。
　　　EPM420A：由于仪表内有2张数据表，用不同的功能码来访问，并且数据格式为浮点型，数据读取就非常困难和复杂。PL7的READ_VAR命令中没有做3#和4#功能的区分，所以起初技术人员认为这2张表的数据地址有重叠，是无法正确地读到PLC中的。进一步的查找资料，READ_VAR和SEND_REQ命令的不同之处，4#功能码可以由SEND_REQ来实现，这样理论上就可以通过READ_VAR和SEND_REQ把2张表的数据读上来。
　　参数初始化

　　

　　读取命令
　　
　　数据转换
　　读上来的数据存放在目标地址%MW1350起始的变量中，PL7中浮点数的格式为IEC标准型，首地址为低字，末地址为高字，这点与EPM420A中的浮点格式不同（顺序相反）。
　　%MW1350：返回状态0—成功，1—失败；
　　%MW1351：=16#0004 返回功能码
　　%MW1352:=16#PF₀0A　 0A 为接收的字节长度
　　%MW1353:=16#PF₁pf₀ PF/pf 为接收的字节数据
　　%MW1354:=16#PF₂pf₁ 把接收的字节数据解析为浮点数测量值的过程:
　　

　　%MF360 为读到的电量表的浮点测量值。
　　另外，仪表的通讯响应速度比PLC慢得多，当仪表的数量较多时，需要用时间片的方法来控制PLC的读取时间间隔，以避免造成通讯数据的堵塞。在本工程中采用定时器和报告字第一个字的X0位（表示该表的反应状态，0-等待，1-正在发送数据）共同控制PLC的读取时间间隔。
　　通过以上的方法，比较好地解决了本项目中的电量表通讯问题。

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作者：胡宝棋　　 中自控（北京）环境工程有限公司
　　　邢超　　　　　　 微山污水处理厂