基于MODBUS的通信協(xié)議在智能配電電力系統(tǒng)中的應用

出處：趙崇偉發(fā)布于：2011-09-27 14:49:10

　　摘要本文主要介紹了Modbus 的通信功能，以及Modbus 的通訊總線在智能配電電力監(jiān)控系統(tǒng)電量檢測的應用。

　　1 序言

　　在工礦及企事業(yè)單位生產過程中，維持廠用電的穩(wěn)定、安全至關重要，因此加強對供電系統(tǒng)的監(jiān)控，尤為必要。傳統(tǒng)的供電監(jiān)控都是在變配電室安排專人檢查，實行三班倒即輪流值班工作制度，1 天24 小時不離人，既浪費人力，又不安全。新的輸配電系統(tǒng)期望在無人或少人值班的情況下，能自動記錄電力參數的變異，掌握電力運轉的品質。當事故發(fā)生時，可以迅速掌握故障所在，減少查詢時間，加速恢復正常供電。丹東華通測控有限公司生產的網絡電力儀表構成的供電監(jiān)控系統(tǒng)，通過電壓互感器和電流互感器監(jiān)測三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率等遙信、遙測、遙脈值。該監(jiān)控系統(tǒng)主機外接RS485 接口，采用Modbus RTU 通訊協(xié)議，通過屏蔽雙絞線以總線方式與網絡電力儀表相聯(lián)系。如果上位機不帶RS485 接口，而只有RS232 接口，可通過RS232/485 轉換器連接。

　　2 Modbus RTU 通信協(xié)議

　　Modbus RTU 通訊協(xié)議是Modicon 公司的注冊商標，采用主從問答方式工作，是目前國際智能化儀表普遍采用的主流通訊協(xié)議之一[1]。Modbus RTU 通訊協(xié)議有兩種傳輸模式，分為RTU 模式和ASCII 模式，其中RTU 模式信息幀中的8 位數據包括兩個4 位16 進制字符，相對于ASCII模式，RTU 模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。因此通常情況下，一般工業(yè)智能儀器儀表都是采用RTU 模式。丹東華通測控有限公司生產的電力儀表大都采用Modbus RTU 通訊協(xié)議，允許一臺主機和多臺從機之間進行數據通信，在其生產的PDM803 系列儀表通訊系統(tǒng)中，主機是微機（PC、工控機或PLC），從機是PDM803 型系列儀表。在該分散通訊系統(tǒng)中，允許總線掛接儀表多達32 塊，通訊距離可達到1200m。通訊方式采用主機請求，從機應答，即：主機提出命令請求，從機接收數據后作數據分析，如果數據滿足通訊規(guī)約，從機作數據響應。

　　主從機間的通訊約定：主機發(fā)送的每一幀數據由四個部分組成，分別為從機地址、命令字、信息字、校驗碼。

　　從機地址（1 個字節(jié)）是從機設備號，主機利用從機地址來識別進行通訊的從機設備，表明用戶設置地址的從機將接收主機發(fā)送來的信息。每個從機都必須有的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。命令字（1 個字節(jié)）是主機發(fā)送的功能碼，告訴從機執(zhí)行什么任務。信息字（N 個字節(jié)）包括進行兩機通訊中各種數據地址、數據長度、數據信息。校驗碼（2 個字節(jié)）用于檢測數據通訊錯誤，采用循環(huán)冗余碼CRC16。主機利用通訊命令，可以進行讀取點（保持寄存器）或返回值（輸入寄存器）的操作。保持寄存器和輸入寄存器都是16 位（2 字節(jié)，即1 個字）值，并且高位在前，這樣寄存器中相同數據區(qū)域可以是字地址表示，也可以是字節(jié)地址表示。若是字地址，主機就必須以字方式（通過WORD 地址）發(fā)送命令給寄存器；若是字節(jié)地址，主機就必須以字節(jié)方式（通過BYTE地址）發(fā)送命令給寄存器。在上述兩種方式下，若通訊正常，則從機返回相同的數據；但若字地址與字節(jié)地址搞反將會得到錯誤結果或得不到從機響應。Modbus 通訊系統(tǒng)中以字節(jié)方式通訊為主。

　　使用PDM803 型網絡電力儀表時，首先要進行通訊參數的設置：通過儀表上的編程鍵盤對儀表進行通訊參數設置：

　　（1）儀表地址：設置通訊網絡中從機（儀表）地址號，可以設置為1 ?247。

　　（2）通訊速度：設置通訊網絡中通訊速度，可選擇通訊速度（波特率）為2400、4800、9600、19200、38400bps。下位機與上位機的通信波特率一般可自由設定，但必須保證上下機的通信波特率對應匹配。

　　（3）數據格式：設置通訊網絡中數據格式：1 個起始位，8 個數據位，1 個停止位，可選擇無校驗位、奇校驗位、偶校驗位。

　?。?）通訊協(xié)議：可選擇字通訊或字節(jié)通訊。

　　為了更進一步提高網絡傳輸數據的實時性，丹東華通測控有限公司提出3+2 分層分布式網絡結構，在監(jiān)控計算機與從站（電力儀表）之間增加網絡通訊控制器，網絡連接示意圖如圖1 所示。組網儀表通訊線連接（RS485 ：A+,B-）如圖2 所示，連接線建議采用屏蔽雙絞線，同時屏蔽雙絞線要單端接地，以減少現場干擾。增加終端電阻Z0=120Ω 可減少反射干擾，建議在通訊速度快（9600）或通訊距離較遠的情況下（>700m）的情況下連接。

網絡連接示意圖