基于MODBUS的通信协议在智能配电电力系统中的应用

时间:2011-09-27

  摘 要 本文主要介绍了Modbus 的通信功能, 以及Modbus 的通讯总线在智能配电电力监控系统电量检测的应用。

  1 序言

  在工矿及企事业单位生产过程中,维持厂用电的稳定、安全至关重要,因此加强对供电系统的监控,尤为必要。传统的供电监控都是在变配电室安排专人检查,实行三班倒即轮流值班工作制度,1 天24 小时不离人,既浪费人力,又不安全。新的输配电系统期望在无人或少人值班的情况下,能自动记录电力参数的变异,掌握电力运转的品质。当事故发生时,可以迅速掌握故障所在,减少查询时间,加速恢复正常供电。丹东华通测控有限公司生产的网络电力仪表构成的供电监控系统,通过电压互感器和电流互感器监测三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率等遥信、遥测、遥脉值。该监控系统主机外接RS485 接口,采用Modbus RTU 通讯协议,通过屏蔽双绞线以总线方式与网络电力仪表相联系。如果上位机不带RS485 接口,而只有RS232 接口,可通过RS232/485 转换器连接。

  2 Modbus RTU 通信协议

  Modbus RTU 通讯协议是Modicon 公司的注册商标,采用主从问答方式工作,是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通讯协议之一[1]。Modbus RTU 通讯协议有两种传输模式,分为RTU 模式和ASCII 模式,其中RTU 模式信息帧中的8 位数据包括两个4 位16 进制字符,相对于ASCII模式,RTU 模式表达相同的信息需要较少的位数,且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。因此通常情况下,一般工业智能仪器仪表都是采用RTU 模式。丹东华通测控有限公司生产的电力仪表大都采用Modbus RTU 通讯协议,允许一台主机和多台从机之间进行数据通信,在其生产的PDM803 系列仪表通讯系统中,主机是微机(PC、工控机或PLC), 从机是PDM803 型系列仪表。在该分散通讯系统中,允许总线挂接仪表多达32 块,通讯距离可达到1200m。通讯方式采用主机请求,从机应答,即:主机提出命令请求,从机接收数据后作数据分析,如果数据满足通讯规约,从机作数据响应。

  主从机间的通讯约定:主机发送的每一帧数据由四个部分组成,分别为从机地址、命令字、信息字、校验码。

  从机地址(1 个字节)是从机设备号,主机利用从机地址来识别进行通讯的从机设备,表明用户设置地址的从机将接收主机发送来的信息。每个从机都必须有的地址码,并且只有符合地址码的从机才能响应回送。命令字(1 个字节)是主机发送的功能码,告诉从机执行什么任务。信息字(N 个字节)包括进行两机通讯中各种数据地址、数据长度、数据信息。校验码(2 个字节)用于检测数据通讯错误,采用循环冗余码CRC16。主机利用通讯命令,可以进行读取点(保持寄存器)或返回值(输入寄存器)的操作。保持寄存器和输入寄存器都是16 位(2 字节,即1 个字)值,并且高位在前,这样寄存器中相同数据区域可以是字地址表示,也可以是字节地址表示。若是字地址,主机就必须以字方式(通过WORD 地址)发送命令给寄存器; 若是字节地址,主机就必须以字节方式(通过BYTE地址)发送命令给寄存器。在上述两种方式下,若通讯正常,则从机返回相同的数据;但若字地址与字节地址搞反将会得到错误结果或得不到从机响应。Modbus 通讯系统中以字节方式通讯为主。

  使用PDM803 型网络电力仪表时,首先要进行通讯参数的设置:通过仪表上的编程键盘对仪表进行通讯参数设置:

  (1)仪表地址:设置通讯网络中从机(仪表)地址号,可以设置为1 ?247。

  (2)通讯速度:设置通讯网络中通讯速度,可选择通讯速度(波特率)为2400、4800、9600、19200、38400bps。下位机与上位机的通信波特率一般可自由设定,但必须保证上下机的通信波特率对应匹配。

  (3)数据格式:设置通讯网络中数据格式:1 个起始位,8 个数据位,1 个停止位,可选择无校验位、奇校验位、偶校验位。

  (4)通讯协议:可选择字通讯或字节通讯。

  为了更进一步提高网络传输数据的实时性,丹东华通测控有限公司提出3+2 分层分布式网络结构,在监控计算机与从站(电力仪表)之间增加网络通讯控制器,网络连接示意图如图1 所示。组网仪表通讯线连接(RS485 :A+,B-)如图2 所示,连接线建议采用屏蔽双绞线,同时屏蔽双绞线要单端接地,以减少现场干扰。增加终端电阻Z0=120Ω 可减少反射干扰,建议在通讯速度快(9600)或通讯距离较远的情况下(>700m)的情况下连接。

网络连接示意图

图1 网络连接示意图

 

 维库PDF:基于MODBUS的通信协议在智能配电电力系统中的应用.rar

参考文献:

[1]. RS485  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS485+_585289.html.
[2]. RS232  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS232+_585128.html.
[3]. PLC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PLC_1248813.html.

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