摘　要：PML 3720是一种专为工业应用而设计的数字式三相电力监测仪表。PML 3720综合考虑了在电力检测、分析和控制中的各种场合，针对恶劣的环境作了许多专门的设计以保证其可靠运行；它操作简单和经济，是传统模拟仪表的一种很好的替代产品。介绍了PML 3720的功能、通信协议，可以方便灵活地应用在电力监控系统中。
关键词：应用；电力监控；数字式仪表；测量

The Applications of PML 3720 in Power Measurement

TAN Tian-le
（Hu''nan University Department of Electrical Engineering and Information Technology,Hu''nan 410082,China）

Abstract：PML 3720 is a digital 3-phase Power Monitor/Meter designed for use in industry.PML 3720 considers different application conditions by integrating many critical aspects of power monitoring,analysis and control into one simple and economical instrument.It has many special design features to ensure the proper performance in electrically harsh environments.It is a state-of-art and cheap alternative to traditional analog electromechanical metering devices with easy operation.The functions and protocols used in PML 3720 are introduced.It can be widely used in power measurement.
Keywords：application; power monitoring；digital instrument; measurement▲

　　随着我国经济的增长，社会对于电力能源的需求越来越大。为了更好地保证电力供应的质量，许多已经建成的和正在修建的电力设施都需要推广实施电力综合自动化管理，供电的监控是其重要组成部分之一。电力系统各种电力参数的检测需要由专门的仪表完成，因此，在设计开发供电监控系统时需要慎重选择监测设备。加拿大电力测量有限公司(Power Measurement Ltd.)生产的电力监测智能仪表PML 3720是一种集多种参数测量于一体的底层监测模块。正确地使用该模块可以大大简化监控系统的开发研制过程。

1　用PML 3720组成电力监控系统

　　不管是变电站、水电站或是火电站，在监控中，首先需要的都是电力参数，然后才能在这个基础上进行数据的计算和管理，实施对电力系统的监控。利用PML 3720组成监控系统的结构如图1所示。在各个需要监测的线路上接上一个PML 3720智能模块。PML 3720带有RS-232和RS-485接口，可以简单迅速地加入到一个分布式系统之中。 每个模块在一个链路或网络中有一个唯一的地址，通过地址分配，主机与各模块之间可以实现相互通信，其通信协议为开放式现场总线通信协议。PML 3720可以进行复杂的运算，实现过流、速断、低电压保护等功能。但是它的开关量输入有限，而且不能进行灵活多变的逻辑控制，这是PML 3720的缺点和不足，因此，在有的系统中需要加入PLC等以配合使用。

2　PML 3720简介

　　PML 3720是一种基于微处理芯片的数字式三相监测仪表，它代替了传统的模拟仪表，不再需要数量庞大的变送器和一个个的显示面板。PML 3720是PML公司在3710上的改进，是一种高精度、可靠的数字智能仪表。比起3710，它增加了许多新的测量功能。模块中含有CPU和内存，可以独立进行电力监测，也可作为一个RTU监测大型电力网络。PML 3720功能强大，易于安装和使用。它可以测量各种接线形式电路(三相四线、三角形接法等)的各相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数，在电力线路产生故障时，又可以承受高过载。内置触发器，分辨率为1 ms。可通过RS-232和RS-485以及专用网卡与其他设备进行通信。

图1　电力监控系统结构图

　　PML 3720带有前置的显示面板，可以显示所有高精度实时参数，可以毫秒级的速度采样并显示波形，便于了解供电质量。PML 3720还可以AB，ModBus或PML等通信协议互连及与PC机通信，可方便、灵活地定义历史数据和事件。
　　通过设置通信口，PML 3720可以很方便地添加到大型电力监测网络中去，开放式通信协议使其可以与PLC，DCS，EMS以及SCADA系统相融合。与PML 3720配套的有几种软件，如PowerView(用于监测实时数据)、Power Measurement''s SCADA(可以安排及显示所有事件记录)。这些软件是针对不同用户的不同需要而设计的，因此既可以满足大型电力自动化系统要求，也可以用于小型企业。PML 3720的应用非常广泛，可以使用在工厂、办公楼、医院、电信部门、商业中心、超级市场等许多需要监测电力性能质量的情况下。PML 3720具有远程通信的功能，并可以利用配套软件以1 ms，最高不超过10 ms的精度实现全网对时，在电力系统中，这对于分析供电质量，查找故障原因是极为有用的。PML 3720针对工矿企业的恶劣环境作了专门的设计，可以在-30℃～+70℃的范围内存储数据，在5%～95%的相对湿度以及0℃～50℃(普通型)或-20℃～+70℃的温度环境下工作。PML 3720本身的工作电源可以为100～240 V AC(10%误差)或110～300 V DC(0.2 A)。
　　PML 3720通过RS-232及RS-485与其他模块通信，最高波特率为19 200 bit/s。为了扩展其通信能力以及组网的方式，可以更换其通信卡，如多口通信卡(Multi-Port Communication Card-MPCC)或多口以太网通信卡(Multi-Port Ethernet Communication Card-MPE),更换后的指标如下所示。
　　MPCC卡
　　A口： RS-232　 半双工　 最高115 200 bit/s
　　B口： RS-485　 半双工　 最高115 200 bit/s
　　C口： RS-485　 半双工　 最高115 200 bit/s
　　MPE卡
　　A口： RS-232　 半双工　 最高115 200 bit/s
　　B口： RS-485　 半双工　 最高115 200 bit/s
　　C口： 以太网符合IEEE 802.3协议，10Base-T，最高10 Mbit/s。
　　这使PML 3720模块的通信能力大大增强。特别是MPE卡的以太网组网方式，数据传送快，可以迅速采集实时数据。因为遵循TCP/IP协议，因此又可以直接并入LAN网，从而使系统规划变得非常容易。

3　基于ModBus总线的通信

3.1　简介
　　ModBus通信协议是一种广泛应用于工业上的开放式现场总线协议。PML 3720在使用中，充分考虑到与其他仪表的兼容、配合等问题，设计了可以按照AB，PML或者ModBus协议互连或与PC机进行通信。工程技术人员在设计监控系统时可以根据情况，因地制宜地采取合适的规约。PML 3720在出厂时的默认协议是PML协议。用户如想改用其他通信协议，需要在显示面板或配套的软件中加以设置，否则会与其它PML 3720或者个人计算机通信不上。PML 3720可以利用RS-232或者RS-485进行通信。只是当采用RS-232串口进行通信时，一个串口只能带一个PML 3720，而采用RS-485电气标准时则可以在一个串口上链接最多32个PML 3720。两种连接方式都适用于ModBus协议。一条通信回路上只能有一个主站控制通信，基本通信方式是主站发出数据请求指令，而子站响应主站的数据请求信号。在一个时刻只能有一个PML 3720响应主站的请求。数据的传送采用ASCII码，8位数据位，无校验，1个停止位。
3.2　ModBus协议数据包的结构
　　每个ModBus数据包由子站地址、功能码、数据和错误校验4个部分组成。
　　子站地址为1个字节，且在1个链路中应当唯一，有效的地址范围为1～247，当所有PML 3720模块接收到符合ModBus协议的标准的数据包时，首先检查该数据包的子站地址，若与自己的相吻合，则作处理后返回结果，否则不予响应。其中处理结果数据包的子站地址即为该PML 3720的地址。在这里需要注意的是在ModBus协议中， 地址用一个字节表示， 所以在数据包中其地址值不能超过255，而PML 3720在出厂时其地址不一定满足这个条件，需要用户通过面板加以设置。
　　功能码也是一个字节长，它指明该指令要求子站执行什么操作。类似的，响应数据包告知主站已经完成了什么操作。PML 3720支持的基于ModBus协议的功能只有两个——读取数据(功能码03H)，设定模块化参数(功能码16H)。
　　数据的长度视指令功能而定。一般而言，数据按照16位或者32位模式组织。在16位模式下，寄存器的高位字节在前，低位字节在后。在32位模式下，高位字在前，低位字在后。例如，一个16位寄存器的值为12ABH，则在数据包中显示为“12 AB”。一个32位寄存器的值为12AB 34CDH，则显示为“12AB 34CD”。
　　错误校验，采用CRC-16校验方式。这种校验极为普遍，这里就不作详述。
　　在以上标准的通信包结构之外，还有两种情况：第一种情况，当主站发送了一个指令读取无效寄存器内容时，将会返回一个出错指令，该出错数据包也符合ModBus协议规约，只是功能码为01H，而数据位则分别为01(表示功能码错)或02H(地址出错)或03H(无效的值)；第二种情况，广播的方式，这种方式下，所有的子站都完成同样操作，在这种指令中，地址码为00H，只有设置参数功能(功能码为16H)支持这种指令。
　　以下列举读写两种操作的实例(一个PML 3720模块，三相四线制星型接法)。
　　读取寄存器值：设模块地址为100(64H)，主站需读取A，B，C三相实时电压，从寄存器分布表中知要读取的物理寄存器为40011，40012，40013，分别对应逻辑寄存器10，11，12(4xxxx-40001)。格式如下：

下发指令　　　　　　　　　 上传数据
模块地址　　1个字节　　　　模块地址　　　　　　1个字节
功能码　　　1个字节(03H)　 功能码　　　　　　　1个字节(03H)
起始寄存器　2个字节　　　　字节数　　　　　　　1个字节
寄存器个数　2个字节　　　　第一个寄存器的值　　2个字节
CRC校验　　 2个字节　　　　第二个寄存器的值　　2个字节
　　　　　　　　　　　　　 …　　　　　　　　　…
　　　　　　　　　　　　　 CRC校验　　　　　　 2个字节

　　相应的指令及返回数据如下：

地址　　功能码 　起始寄存器 　寄存器个数 　CRC校验
　64　　　03　　　00　　0A　　00　　　03　　2C　3C
地址　功能码　字节数　第一个寄存器的值　第二个寄存器的值　第三个寄存器的值　CRC校验
　64　　03　　　06　　　04　　　　AE　　　04　　　　B0　　　04　　　　B5　　9D 　DB

　　设置寄存器值：设模块地址为200(C8H)，起始寄存器3001(0B B9H)，要求之后两个寄存器中的值为1200(04 B0H)和1000(03 E8H)，格式如下：

下发指令　　　　　　　　　　　 上传数据
模块地址　　　1个字节　　　 　 模块地址　　　1个字节
功能码　　　　1个字节(16 H)　　功能码　　　　1个字节(03 H)
起始寄存器　　2个字节　　　　　起始寄存器　　2个字节
寄存器个数　　2个字节　　　　　寄存器个数　　2个字节
字节数　　　　1个字节　　　　　CRC校验　　　 2个字节
第一个寄存器的值　　　　　　　 2个字节
第二个寄存器的值　　　　　　　 2个字节
…　　　　　…
CRC校验　　2个字节

　　相应的指令及返回数据包如下：

地址　功能码　起始寄　寄存器　字节数　第一个寄　第二个寄　CRC
　　　　　　　 存器　　个数　　　　　 存器的值　存器的值　校验
　C8　　16　　0B　B9　00　02　　04　　04　　B0　03　　E8　99　77
地址　　功能码　　起始寄存器　　寄存器个数　　CRC校验
　C8　　　16　　　　0B 　B9　　　00 　02　　　83　90

　　一个寄存器(16位)包含2个字节，最大只能表示到65535。对有些较大的采集量，这显然是不够的，因此，对于某些量，设置两个寄存器(32位)存放数据。这就是ModBus通信的32位模式。其原理以及数据包的格式与16位方式类似。
　　PML 3720模块通过内部的寄存器存放数据以及模块的参数。对于不同的数据，这些寄存器的读写属性各不相同，具体哪个寄存器存放什么数据，其所附使用说明中列出了一个寄存器表。开发者可以从中自行查找。根据上述通信规约及指令编写程序代码，可以非常容易地将PML 3720集成到系统中，实现对电力参数的快速采集。

4　结束语

　　PML 3720模块的体积小(38×25×18 cm)，重量轻(3.9 kg)，性能可靠，功能强大而且价格便宜。其生产厂家是一个已经有二十多年电力监测设备专业生产历史的跨国公司，并通过了质量管理体系ISO9000国家认证。其类似的产品除了PML 3720之外，还有3300，3710，3780，7300，7700等等，它们在功能和安装使用上大同小异，用户可以酌情使用。■

作者简介：谭天乐(1973-)，男，硕士研究生，主攻方向为计算机技术及其应用，现从事水电站
　　　　　实时监控系统的开发及综合自动化新技术方面的研究工作。
作者单位：谭天乐（湖南大学电气与信息工程学院，湖南　长沙　410082）

参考文献：

［1］Power Measurement Ltd.3720 ACM Moderbus Protocol and Register Map［Z］，1996
［2］Power Measurement Ltd.3720 Installation and conmmunication Instructions［Z］，1996