1引言

在工程設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到遠(yuǎn)程終端單元（rtu）與plc進行通訊的問題。plc和rtu都適用于環(huán)境比較惡劣的工業(yè)場所，特別是在煤礦井下變電所，一般都設(shè)置遠(yuǎn)動終端。有時候需要在原有的plc控制系統(tǒng)上進行變電所集控系統(tǒng)的接入，這時可以采用以plc作為集中控制單元，并配以觸摸屏作為hmi，然后通過plc與rtu的通訊實現(xiàn)井下變電所的集中控制。rtu主要有兩類通訊規(guī)約：一類是循環(huán)式數(shù)據(jù)傳送規(guī)約，另一類是問答式傳送規(guī)約。cdt規(guī)約即屬于前者，本文主要分析如何利用西門子通訊模塊cp340來解析cdt規(guī)約。

2cdt規(guī)約簡單介紹

部頒cdt循環(huán)規(guī)約是早期電力部頒布的一套遠(yuǎn)動規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，是電力系統(tǒng)中廣泛運用的協(xié)議之一。它規(guī)定了電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中循環(huán)式遠(yuǎn)動規(guī)約的功能、幀結(jié)構(gòu)、信息字結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則等，適用于點對點的遠(yuǎn)動通道結(jié)構(gòu)及以循環(huán)字節(jié)同步方式傳送遠(yuǎn)動設(shè)備與系統(tǒng)，多用于rtu設(shè)備和后臺主站之間的通信［1］。

3cdt規(guī)約特點

cdt規(guī)約的數(shù)據(jù)以幀格式循環(huán)發(fā)送，根據(jù)需要傳送的數(shù)據(jù)的類型和重要性不同，分為：重要遙測（a幀）、次要遙測（b幀）、一般遙測（c幀）、遙信狀態(tài)（d1幀）、電能脈沖數(shù)據(jù)（d2）幀、事件順序記錄（e幀）。幀結(jié)構(gòu)如表1所示，每幀都以同步字開頭，并有控制字，除少數(shù)幀外均應(yīng)有信息字。信息字的數(shù)量依實際需要設(shè)定，幀長度可變。

4幀系列傳送順序

幀系列可根據(jù)需要安排傳送順序，通常有下列3種方式［1］：

（1）固定循環(huán)傳送，用于傳送a、b、c、d1、d2幀。

（2）幀插入傳送，用于傳送e幀（e幀長度不得大于a幀）。soe信息可能連續(xù)出現(xiàn)，當(dāng)輪到發(fā)送e幀時用軟件指針定好發(fā)送界限，后續(xù)出現(xiàn)的可歸到下一次e幀時再送。

（3）信息字隨即插入傳送，具體插入的方式如下：①變位遙信、遙控命令的返校信息、升降命令的返校信息等剛一產(chǎn)生就應(yīng)插入當(dāng)前幀的信息字傳送，若當(dāng)前幀是a、b、c、d幀，則原信息字被取代，插入的信息在本幀內(nèi)連續(xù)（重復(fù)）三次（原幀長度不變，不許跨幀），以便接收端利用3取2原則作出判決。若本幀空間不夠連續(xù)重復(fù)三次，則全部改為下一幀插入傳送。當(dāng)前幀如是e幀，則應(yīng)在soe完整字之間插入，幀長度相應(yīng)加長。②對時的子站時鐘返回信息也插入傳送，但僅傳送一遍，其余與上述同。

圖1為各種幀類別均需傳送，當(dāng)需要以幀插入方式傳送e幀時，即在箭頭所指處插入傳送，并按規(guī)定連送三遍。

圖2所示為有遙信變位需要插入傳送時的示意圖。這種插入不是以幀為單位，而是以信息字為單位，優(yōu)先插入當(dāng)前一幀，并連傳三遍（取代三個原來信息字），若本幀不夠連傳三遍，就全部改在下一幀再傳送。對時的子站時鐘返回信息只插送一遍。如被插的幀為a、b、c、d幀，原信息字被取代后幀長不改變。

圖3所示為出現(xiàn)遙控返校信息時，被插的是e幀，則必須在事件順序記錄完整的信息之間插入，幀長度也相應(yīng)增加。

此外，當(dāng)子站初始加電或重新復(fù)位后，幀系列一律從幀開始，優(yōu)先傳送遙信狀態(tài)信息給調(diào)度端。下行通道中沒有上述問題，有命令隨時發(fā)送，無命令時連續(xù)不間斷地發(fā)送同步信號。

5cp340通訊參數(shù)配置

西門子s7-300plc的編程軟件為step7，首先進行plc的硬件組態(tài)，再進行軟件編程。通訊模塊cp340集成了串行接口，允許用戶通過點對點的方式和通訊伙伴通訊，cp340通訊處理器的模塊系列有三種，這里選用cp340-rs422/485。cp340通過背板總線與plc的cpu相連，為減小通信時cpu模塊的負(fù)擔(dān)，cp340被設(shè)計成智能型的，cp340模塊上的處理器既受控制又有自主性，它根據(jù)cpu模塊的命令自主管理串行口的收發(fā)工作。模塊內(nèi)有接收緩沖器和發(fā)送緩沖器，依靠接收和發(fā)送緩沖器建立起cpu模塊與cp340的聯(lián)系。發(fā)送數(shù)據(jù)時，cpu只需把發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)，然后，由cp340把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)逐個發(fā)送出去。cp340接收數(shù)據(jù)時，把接收到的數(shù)據(jù)寫入接收緩沖區(qū)。cpu模塊可以查詢方式讀接收緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)不空，cpu便得到接收數(shù)據(jù)。讀寫cp340上的緩沖區(qū)需要調(diào)用專用的功能塊，寫緩沖區(qū)的功能塊稱為發(fā)送功能塊fb3，讀緩沖區(qū)的稱為接收功能塊fb2。cp340在使用前必須選擇通信協(xié)議并進行參數(shù)設(shè)置，cp340模塊參數(shù)設(shè)定簡便，集成在step

7軟件中的參數(shù)配置功能即可方便地設(shè)置cp340的通信協(xié)議及參數(shù)。rtu與cp340之間為異步串行通信，選用ascii通信協(xié)議［2］。串行通訊參數(shù)設(shè)置要與rtu相同：波特率為4800bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。圖4為step7中cp340的硬件組態(tài)中的參數(shù)配置圖。

6協(xié)議解析思路

三遙功能的實現(xiàn)。

遙測量的信息：主要在a、b、c幀中，遙信信息在d1幀，電能脈沖數(shù)據(jù)在d2幀，事件順序記錄在e幀。rtu會通過固定循環(huán)傳送向plc傳送（其中soe為幀插入方式傳送）。

遙控的過程則需要plc向rtu發(fā)送下行遙控命令；然后rtu會以信息字插入的方式向plc發(fā)送遙控返校信息；plc收到信息并確認(rèn)后再向rtu發(fā)送遙控執(zhí)行命令，或者撤銷命令；最后rtu執(zhí)行plc下發(fā)的遙控命令，并將遙信變位信號以信息字插入方式返送到plc。整個遙控過程如圖5所示。

7plc程序設(shè)計

7.1主程序

主程序放在一個功能fc內(nèi)，由主程序塊ob1調(diào)用執(zhí)行。通信程序首先通過調(diào)用功能塊fb2對cdt數(shù)據(jù)的接收，并轉(zhuǎn)存入數(shù)據(jù)接收區(qū)db20中。之后調(diào)用數(shù)據(jù)整理塊，取出db20中的一個字（6個字節(jié)），并查找同步字（eb90

eb90

eb90）。找到同步字之后再取下面的6個字節(jié)（控制字），并進行處理。然后根據(jù)控制字中的提供的信息字個數(shù)，分別對幀的信息字進行處理。在對控制字和信息字處理的時候首先進行crc的校驗，如果有錯誤，則拋棄此幀，進行下一幀同步字的查找［3］。程序主要部分如下：

call“rcv_data”//接收數(shù)據(jù)并存儲至db20

call“check_6byte”//處理數(shù)據(jù)，判斷是否有6個字節(jié)

a“istransneed”//需要處理數(shù)據(jù)

jc_001

jucom

_001：call“check_eb90”//查找同步字

a“isframetrans”//需要幀處理

jc_002

jucom

_002：call“contrw_trans”//控制字處理

a“isinfotrans”//需要信息字處理

jc_003

jucom

_003：call“infow_trans”//信息字解析

com：nop0

7.2數(shù)據(jù)的接受和處理

由于300plc處理數(shù)據(jù)的時間遠(yuǎn)比rtu傳送來數(shù)據(jù)的速率要快。因此不會存在rtu傳送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)覆蓋情況。在db20中建120個字節(jié)作為cpu接收rtu數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，因為cdt規(guī)約中無論是同步字、控制字還是信息字均為6個字節(jié)長，因此數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以存20個字。數(shù)據(jù)接收塊（rcv_data）對來自rtu數(shù)據(jù)的接收，并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)db20中。處理數(shù)據(jù)塊（check_6byte）是為了判斷db20中的數(shù)據(jù)是否有六個字節(jié)，如果有6個字節(jié)則置位“需要處理位”（istransneeded），為下面查找同步字打開通路；如果沒有6個字節(jié)則結(jié)束子程序功能塊，等待plc下個掃描周期對數(shù)據(jù)的接收。

7.3同步字查找

當(dāng)以上程序判斷出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中有大于6個字節(jié)的數(shù)據(jù)，將會調(diào)用同步字查找塊（check_eb90）。對取回的數(shù)據(jù)進行處理首要問題就是要找到同步字，可依次取出六個字節(jié)，并判斷它們是否為同步字（三組eb90h）。若不是，則丟掉第一個字節(jié)，同時再取出隨后的那個字節(jié)，再次進行判斷。每個plc的掃描周期都要重復(fù)這樣的過程，直到找到同步字為止。當(dāng)找到兩個同步字，將同步字之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到控制、信息字db區(qū)，并置位“需要幀處理”標(biāo)志位（isframetrans）。

7.4控制字處理

isframetrans為1時，程序?qū)⑻娇刂谱痔幚韷K（contrw_trans），即開始數(shù)據(jù)幀的控制字處理。首先，取出6個字節(jié)，并調(diào)用crc校驗塊對其進行crc8校驗，若校驗正確，則說明這6個字節(jié)即為控制字，從控制字的第三個字節(jié)可得到該數(shù)據(jù)幀的信息字字?jǐn)?shù)，存入變量info_len；根據(jù)控制字的第二個字節(jié)幀類別置位不同的標(biāo)志位，以便信息字處理塊取出不同的遙測遙信以及遙控返校信息；最后置位信息字處理標(biāo)志位（isinfotrans）。若不正確，則復(fù)位“需要幀處理”標(biāo)志位（isframetrans）重新開始尋找同步字。

7.5信息字的解析

根據(jù)控制字處理塊所提供的幀類別和取出的信息字總長度info_len，就可以開始信息字的解析，每次還是取出六個字節(jié)，調(diào)用crc校驗塊對其進行crc8校驗。若校驗錯誤，則丟掉這一信息字，接著取出下一個信息字進行解析。若校驗正確則說明該信息字有效。根據(jù)幀類別去處理不同的信息字，信息字中的第一個字節(jié)為功能碼，通過功能碼可以確定這一個信息字的具體意義，這樣就可以把信息字中的信息數(shù)據(jù)取出來轉(zhuǎn)存到plc的某個特定存db區(qū)內(nèi)。不管crc8校驗是否正確，都對已處理信息字進行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值與信息字總長度info_len相同時即說明該數(shù)據(jù)幀已經(jīng)全部解析完，并復(fù)位信息字處理標(biāo)志位（isinfotrans）。接下來應(yīng)該是下一幀的同步字，根據(jù)上面步驟繼續(xù)處理rtu傳來的數(shù)據(jù)幀。

7.6遙控和crc8校驗的實現(xiàn)

遙控功能是在上面信息字處理的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)的，在ob1內(nèi)設(shè)置檢測遙控命令的語句，每個掃描周期執(zhí)行一次。一旦檢測到控制中心下發(fā)的遙控命令，即調(diào)用遙控選擇程序，根據(jù)遙控開關(guān)序號及動作要求按照cdt規(guī)約格式生成遙控選擇幀，通過cp340發(fā)送出去。發(fā)出遙控選擇命令，同時啟動一脈沖定時器sp，在定時時間內(nèi)，對上面收到的信息字進行檢測，若收到正確的遙控返校信息字，則調(diào)用遙控執(zhí)行程序，生成遙控執(zhí)行幀，通過cp340發(fā)送出去，遙控操作即完成。如果在定時時間內(nèi)沒有收到遙控返校信息或返校信息字校驗錯誤，則遙控失敗。

cdt規(guī)約中采用的校驗碼為crc8校驗。其控制字和信息字都是（n、k）＝（48、8）碼組，生成多項式為g（x）＝x8＋x2＋x＋1，陪集碼為ffh。由于300plc的db數(shù)據(jù)區(qū)很大，因此程序中采用查表法計算crc校驗值。對于下面格式的控制字或者信息字的crc8校驗方法如表2所示。

（1）00h與第一個字節(jié)data0異或，結(jié)果查表，得temp0；

（2）temp0和data1異或，結(jié)果查表，得temp1；

（3）temp1和data2異或，結(jié)果查表，得temp2；

（4）temp2和data3異或，結(jié)果查表，得temp3；

（5）temp3和data4異或，結(jié)果查表，得temp4；

（6）crc8校驗的值即為temp4的反碼。

8結(jié)束語

利用西門子300plc和串口通訊模塊cp340可以很好地對cdt規(guī)約進行解析，從而實現(xiàn)煤礦井下變電所等特殊場合的集中監(jiān)控。在棗莊泉興礦業(yè)集團某礦的變電所自動化改造中已經(jīng)成功運用了這種方法，并得到了很好的應(yīng)用效果。

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