基于MODBUS通信協(xié)議的低壓交流配電柜智能監(jiān)控系-模擬電子
基于MODBUS通信協(xié)議的低壓交流配電柜智能監(jiān)控系 2011-05-27 22:56:28來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
介紹了一種基于MODBUS協(xié)議的低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：以工控機(jī)為主站，帶協(xié)議接口的智能控制器和網(wǎng)絡(luò)儀表為從站，使用MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表之間的數(shù)據(jù)傳輸。介紹了MODBUS通信協(xié)議的基本內(nèi)容和格式，監(jiān)控系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)，以及軟件實(shí)現(xiàn)的具體功能。
關(guān)鍵詞：低壓控制柜，監(jiān)控系統(tǒng)，MODBUS協(xié)議
1 引 言
現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
目前，我國(guó)大多數(shù)配電房中使用的低壓配電系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)智能化控制，管理人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，處理突發(fā)事件。具有通信功能的智能控制器的開(kāi)發(fā)及其在斷路器上的應(yīng)用，以及智能網(wǎng)絡(luò)儀表的應(yīng)用，使得通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)低壓配電智能化成為可能。低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)采集配電房中各配電柜的電參量信息、斷路器狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)各配電柜的遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙訊。
2 MODBUS協(xié)議介紹
MODBUS是MODICON公司為其生產(chǎn)的PLC設(shè)計(jì)的一種通信協(xié)議，從功能上看，可以認(rèn)為是一種現(xiàn)場(chǎng)總線。MODBUS協(xié)議定義了消息域格式和內(nèi)容的公共格式，使控制器能認(rèn)識(shí)和使用消息結(jié)構(gòu)，而無(wú)需考慮通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它描述了一個(gè)控制器訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，當(dāng)采用MODBUS協(xié)議通信時(shí)，此協(xié)議規(guī)定每個(gè)控制器需要知道自己的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，如何響應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，如何偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。
控制器通信采用主－從技術(shù)，即，只有主設(shè)備能發(fā)出查詢，從設(shè)備響應(yīng)消息。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，從設(shè)備返回一個(gè)消息。如果采用廣播方式（地址為零）查詢，從設(shè)備不作任何回應(yīng)。
MODBUS通信有兩種模式：ASCII和RTU模式。一個(gè)MODBUS通信系統(tǒng)中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用。
采用RTU模式，消息的起始位以至少3．5個(gè)字符傳輸時(shí)間的停頓開(kāi)始（一般采用4個(gè)），在傳輸完最后一個(gè)字符后，有一個(gè)至少3．5個(gè)字符傳輸時(shí)間的停頓來(lái)標(biāo)識(shí)結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。在接收期間，如果等待接收下一個(gè)字符的時(shí)間超過(guò)1．5個(gè)字符傳輸時(shí)間，則認(rèn)為是下一個(gè)消息的開(kāi)始。校驗(yàn)碼采用CRC－16方式，只對(duì)設(shè)備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段進(jìn)行。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸，傳輸速率較ASCII模式高。
MODBUS可能的從設(shè)備地址是0～247（十進(jìn)制），單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1～247。
可能的功能代碼范圍是十進(jìn)制的1～255。其中有些代碼適用于所有的控制器，有些是針對(duì)某種MODICON控制器，有些是為用戶保留或備用。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
MODBUS標(biāo)準(zhǔn)物理層采用RS232接口，由于實(shí)際應(yīng)用中強(qiáng)電干擾較大，且是多點(diǎn)連接，所以，我們采用RS485接口。同時(shí)，由于配電房中配電柜集中安裝，不需要采用復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
上位機(jī)采用工控機(jī)，外接RS232／485轉(zhuǎn)換接口。斷路器為某公司生產(chǎn)的HSW1系列，共5臺(tái)。主進(jìn)線處采用法國(guó)“溯高美”（SOCOMEC）公司的“電能士系列”（DIRISSYSTEM）智能型電力系統(tǒng)電量監(jiān)控器。為保證較快的傳輸速度，系統(tǒng)通信采用MODBUS推薦的RTU傳輸模式。表1所示為RTU傳輸模式每個(gè)字符的數(shù)據(jù)格式，表2為MODBUS協(xié)議RTU消息幀的格式。系統(tǒng)連接的通信介質(zhì)為A類屏蔽雙絞線。系 統(tǒng)框圖如圖1所示。
3．1 智能控制器
低壓控制柜主要部件為HSW1智能型萬(wàn)能式低壓斷路器，智能控制器基于PIC18C658單片機(jī)。斷路器硬件組成框圖如圖2所示。
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在實(shí)現(xiàn)智能控制器的MODBUS協(xié)議時(shí)，主要難點(diǎn)在RTU模式的停頓時(shí)間的實(shí)現(xiàn)上。首先，我們計(jì)算每個(gè)字節(jié)傳輸所需要的時(shí)間t，在初始化USART時(shí)，PIC18C658的Timer1置零并計(jì)時(shí)，Timer1的時(shí)限為4t，流程圖如圖3所示。因?yàn)镽TU模式下為連續(xù)數(shù)據(jù)流，在連續(xù)接收數(shù)據(jù)期間，如果字符接收時(shí)間超過(guò)2t，則丟掉本次信息。信息接收完畢，利用Timer1定時(shí)中斷控制結(jié)束時(shí)間間隔，同時(shí)處理數(shù)據(jù)及錯(cuò)誤。
3．2 電量監(jiān)控器
電網(wǎng)監(jiān)控所使用的DIRISC型電量監(jiān)控器，可檢測(cè)三相四線制的相電壓、線電壓、相電流、零線電流、有功／無(wú)功功率、功率因素、頻率及相應(yīng)的最大值。監(jiān)控器以RS485接口，采用MODBUS協(xié)議中的RTU模式與外界連接，傳送電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。電量監(jiān)控器根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，僅使用MODBUS通信協(xié)議中的部分功能：03功能，此功能可讀取電量監(jiān)控器中的任何測(cè)量值和設(shè)定值參數(shù)，一次最多可讀128個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)；06功能，此功能可向電量監(jiān)控器寫(xiě)入設(shè)定值參數(shù)，
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