基于MODBUS通信协议的低压交流配电柜智能监控系-模拟电子
基于MODBUS通信协议的低压交流配电柜智能监控系 2011-05-27 22:56:28来源:互联网
介绍了一种基于MODBUS协议的低压开关柜智能监测系统：以工控机为主站，带协议接口的智能控制器和网络仪表为从站，使用MODBUS协议实现了计算机与现场智能仪表之间的数据传输。介绍了MODBUS通信协议的基本内容和格式，监控系统的组成与结构，以及软件实现的具体功能。
关键词：低压控制柜，监控系统，MODBUS协议
1 引 言
现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
目前，我国大多数配电房中使用的低压配电系统没有实现智能化控制，管理人员无法及时发现问题，处理突发事件。具有通信功能的智能控制器的开发及其在断路器上的应用，以及智能网络仪表的应用，使得通过现场总线实现低压配电智能化成为可能。低压配电监控系统采集配电房中各配电柜的电参量信息、断路器状态信息，实现对各配电柜的遥控、遥测、遥调、遥讯。
2 MODBUS协议介绍
MODBUS是MODICON公司为其生产的PLC设计的一种通信协议，从功能上看，可以认为是一种现场总线。MODBUS协议定义了消息域格式和内容的公共格式，使控制器能认识和使用消息结构，而无需考虑通信网络的拓扑结构。它描述了一个控制器访问其它设备的过程，当采用MODBUS协议通信时，此协议规定每个控制器需要知道自己的设备地址，识别按地址发来的消息，如何响应来自其它设备的请求，如何侦测错误并记录。
控制器通信采用主－从技术，即，只有主设备能发出查询，从设备响应消息。主设备可单独和从设备通信，从设备返回一个消息。如果采用广播方式（地址为零）查询，从设备不作任何回应。
MODBUS通信有两种模式：ASCII和RTU模式。一个MODBUS通信系统中只能选择一种模式，不允许两种模式混合使用。
采用RTU模式，消息的起始位以至少3．5个字符传输时间的停顿开始（一般采用4个），在传输完最后一个字符后，有一个至少3．5个字符传输时间的停顿来标识结束。一个新的消息可在此停顿后开始。在接收期间，如果等待接收下一个字符的时间超过1．5个字符传输时间，则认为是下一个消息的开始。校验码采用CRC－16方式，只对设备地址、功能代码和数据段进行。整个消息帧必须作为一连续的流传输，传输速率较ASCII模式高。
MODBUS可能的从设备地址是0～247（十进制），单个设备的地址范围是1～247。
可能的功能代码范围是十进制的1～255。其中有些代码适用于所有的控制器，有些是针对某种MODICON控制器，有些是为用户保留或备用。
3 系统实现
MODBUS标准物理层采用RS232接口，由于实际应用中强电干扰较大，且是多点连接，所以，我们采用RS485接口。同时，由于配电房中配电柜集中安装，不需要采用复杂的网络拓扑结构。
上位机采用工控机，外接RS232／485转换接口。断路器为某公司生产的HSW1系列，共5台。主进线处采用法国“溯高美”（SOCOMEC）公司的“电能士系列”（DIRISSYSTEM）智能型电力系统电量监控器。为保证较快的传输速度，系统通信采用MODBUS推荐的RTU传输模式。表1所示为RTU传输模式每个字符的数据格式，表2为MODBUS协议RTU消息帧的格式。系统连接的通信介质为A类屏蔽双绞线。系 统框图如图1所示。
3．1 智能控制器
低压控制柜主要部件为HSW1智能型万能式低压断路器，智能控制器基于PIC18C658单片机。断路器硬件组成框图如图2所示。
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在实现智能控制器的MODBUS协议时，主要难点在RTU模式的停顿时间的实现上。首先，我们计算每个字节传输所需要的时间t，在初始化USART时，PIC18C658的Timer1置零并计时，Timer1的时限为4t，流程图如图3所示。因为RTU模式下为连续数据流，在连续接收数据期间，如果字符接收时间超过2t，则丢掉本次信息。信息接收完毕，利用Timer1定时中断控制结束时间间隔，同时处理数据及错误。
3．2 电量监控器
电网监控所使用的DIRISC型电量监控器，可检测三相四线制的相电压、线电压、相电流、零线电流、有功／无功功率、功率因素、频率及相应的最大值。监控器以RS485接口，采用MODBUS协议中的RTU模式与外界连接，传送电网监控数据。电量监控器根据实际应用，仅使用MODBUS通信协议中的部分功能：03功能，此功能可读取电量监控器中的任何测量值和设定值参数，一次最多可读128个字数据；06功能，此功能可向电量监控器写入设定值参数，
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