MODBUS协议在智能断路器控制中的运用

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1、M O D B U S 协 议在 智 能 断 路 器 控 制 中 的 运 用因 此 主 要 介 绍 RTU模 式 。RTU 模 式 当在 MODBUS网 络 中 采 用 RTU(远 程 终 端 单元 )模 式 进行通信 时 ，错误检验 采用 CRC循 环 冗 长 检 验 码 。在 相 同 波 特 率 的 情 况 下 ，数 据 流 量 比 ASCII更 大 。每 一 帧 报 文 都 必 须 在 一 个 连 续 的 数 据 流 中 进 行 传 输 。RTU 帧 结 构 首先 ，RTU模 式 的 帧 结 构 以 至 少 3.5个 字 符的 时 间 停 顿间 隔 开 始 ，紧 接 着 的 第 一 地

2、址 域 是 设 备 地 址 ，网 络 设 备 不 断 监 听 总 线 ，当 第 一 地 址 域 到 达 时 ，每 个 设 备 都 对 其 进 行 解 码 以 判 断 是 否 是 发 给 自 己 的 。功 能 域 将 告 知 从 设 备 需 要 执 行 哪 些 行 为 。数 据 域 则 是 功 能 域 所 附 加 的 信 息 ，大 小 由 功 能 域 所 决 定 。CRC检 验 码 ，低 字 节 在 先 ，高 字 节 在 后 。最 后 以 至 少3.5个 字 符 时 间 间 隔 的 停 顿 作 为 消 息 的 结 束 。典 型 的 RTU消 息 帧 如表 1所示。场 总 线 技 术 是 当 今

3、工 业 自 动 化 领 域 研 究 的 热 点 。现 场总 线 的 出 现 使 低 压 智 能 断 路 器 通 信 水 平 大 大 提 高 ，通过 现 场 总 线 把 各 个 断 路 器 的 参 数 回 馈 给 控 制 计 算 机 ，集 中 管理 ，实 时 监 控 各 输 配 线 路 ，使 低 压 智 能 断 路 器 的 保 护 水 平 也 得到 了 很 大 的 改 善 ，从 原 来 的 “静 态 ”保 护 变 成 了 “动 态 ” 保护 ，实 现 主 、支 干 线 选 择 性 配 合 ，而 且 还 可 以 实 时 跟 踪 线 路 负荷 的 变 化 ，不 断 修 改 各 个 断 路 器 的 保

4、 护 特 性 整 定 值 ，真 正 实现遥 测 、遥控 、遥信和遥 调 等通信功能。MODBUS 协 议表 1 RTU消息 帧 格式MODBUS 原 为 美 国 MODICON公 司 专 门 用 于 和 本 公 司的 PLC进 行 通 信 的 通 用 协 议 ，后 来 慢 慢 成 为 一 种 工 业 标 准 ， 通 过 该 协 议 ，各 控 制 器 之 间 、控 制 器 经 由 网 络 和 其 他 设 备 之 间可 以 通 信 ，而 且 不 同 类 型 的 控 制 器 都 可 以 通 过 该 协 议 连 成 工业 网 络 ，实 现 集 中 监 控 。MODBUS协 议 主 要 采 用 主 从

5、通 信 技 术 ，网 络 中 只 有 一 个 主 设 备 ，并 且 只 有 主 设 备 才 能 初 始 化 通 信 。通 信 采 用 查 询 回 答 的 方 式 进 行 ，主 设 备 向 从 设 备 发 出 消 息 ，从 设 备 只 能响 应 主 机 的 查 询 ，或 根 据 查 询 作 出 响 应 的 动 作 。数 据 传 输 以帧 为 单 位 ，报 文 是 由 起 始 位 、设 备 地 址 、功 能 代 码 、数 据 、 错 误检 验 、结 束 符 等 按 一 定 格 式 组 成 的 一 个 数 据 单 元 。传 输 方 式 在 标 准 MODBUS网 络 中 ，控 制 器 可 以 采 用

6、ASCII或 RTU中 的 任 意 一 种 通 信 模 式 。在 同 一 MODBUS网 络 中 ，所 有 设CRC 检 验RTU模 式 采 用 CRC检 验 整 个 消 息 内 容 ，不 包 括 字 节 的 起 始 位 、停 止 位 、奇 /偶 检验 ，也 不 检 验 消 息 帧 的 起 始 和 结 束间 隔符 。CRC域 是 两 个 字 节 ，由 传 输 设 备 计 算 加 入 到 消 息 中 ，接收 设 备 重 新 计 算 ，并 与 接 收 到 的 CRC域 中 的 值 比 较 ，如 果 两 值 一 样 ，表 示 数 据 传 输 正 确 ，否 则 数 据 有 误 。基 于 MODBUS协

7、 议 的 低 压 智 能 断 路 器 控 制 系 统基于 MODBUS协 议 的 低 压 智 能 断 路 器 控 制 系 统 的 网 络拓扑 结 构如 图 1所示。总 线 协 议 采 用 MODBUS 串 行 通 信 协 议 ，物 理 层 采 用起 始 位 设 备 地 址 功 能 代 码 数 据 CRC 校 验 结 束 符T1-T2-T3-T4 8Bit 8Bit n 个 8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4现采用M ODBUS协 议 实 现 PC机 和 智 能 断路 器 之 间的串行通信， 很容易把线路的各断路器整合起 来， 实现集中监控， 提高断路器保 护水平， 具有简 单经济、

8、软 件 编 程 容 易 等 优 点 。PC RS485MODBUS RS485 RS485 RS485断路器1 断路器2 断路器 N图 1 低 压 智 能 断 路 器 控 制 器 系 统 网 络 图MODBUS 通 信 初 始 化 N 要 发 送 消 息 吗 ？Y是 广 播 信 息 吗 ？ 发 送 广 播消 息 N Y发 送 消 息 给 某 断 路 器 N 回 应 消 息 到 了 吗 ？Y 回 应消 息 正 确 吗 ？YN丢 弃 该 信息 ，重 发图 2 PC 机 MODBUS 协议 流程 图正 确 ，无 论 是 帧 错 误 还 是 响 应 超 时 都 将 产 生 一 个 错 误 ，并 会重

9、发 这 个 消 息 ，重 复 这 个 过 程 。如 果 没 事 情 ，主 设 备 将 一 直 处 于 空 闲 状 态 。MODBUS 通 信 流 程 图 如 图 2 所 示 。 从 设备 (智能断路器 )MODBUS协 议 通 信 设 计 从 设 备 在 对 串 口 通 信 初 始 化之 后 ，就 将 一 直 监 视 串 口 事件 的 发 生 ，一 旦 接 收 到 消 息 ，就 运 用 MODBUS协 议 对 消 息 进 行 处 理 。首 先 判 断 消 息 的 类 型 ，如 果 是 系 统 广 播 ，则 接 收 但不 回 应 主 设 备 ；如 果 是 非 广 播 消 息 ，则 判 断 是 否

10、 是 发 给 自 己 的 ，不 是 将 丢 弃 该 消 息 ，是 就 对 该 消 息 进 行 校 验 ，包 括 该 消息 发送是否超 时 ，或 CRC校 验 码 不 正 确 ，一 旦 错 误 就 发 送 一 个 错误 处 理 消 息 告 诉 主 设 备 重 发 ，正 确 则 正 常 回 馈 一 条 消息 告 诉 主 设 备 该 消 息 已 正 确 接 收 。总 体 上 ，软 件 设 计 和 主 设机 ，从 设 备 为 各 个 主 支 路 的 智 能 断 路 器 。本 系 统 要 实 现 的 主 要 功 能 是 通 过 PC机 实 时 监 控 各 线 路 的 运 行 情 况 ，各 条 线 路 的

11、 电 气 参 数 (电 压 、电 流 、功 率 因 数 等 )上 传 给 PC，同 时 其 运 行 状 况 (故 障 和 正 常 )也 报 告 给 PC机 ；还可 人 为 通 过 PC机 ，根 据 线 路 负 荷 大 小 及 时 发 消 息 给 各 个 智 能 断 路 器 ，调 整 断 路 器 的 各 参 数 整 定 值 ，实 现 各 个 线 路 智 能 断 路 器 之 间 的 选 择 性 保 护 ，其 保 护 水 平 由 静 态 变 成 动 态 保 护 。 为 了 让 上 位 机 PC和 各 个 智 能 断 路 器 进 行 通 信 ，必 须 进 行 消息 通 信 ，通 信 的 功 能 由 M

12、ODBUS协 议 的 功 能 代 码 所 决 定 ，本系 统 支 持 三 种 MODBUS功 能 编 码 ，具 体 实 现 由 上 位机 PC对 各 个 断 路 器 进 行 读 写 操 作 。功 能 表 如 表 2所 示 。备 差 不 多 ，因 此 这 里 就 不 给 出 具 体 的 软 件 框 图 。表 2系 统 软 件 实 现系 统 软 件 包 括 上 位 机 和 从 设 备 (智 能 断 路 器 )的 设 计 两 部分 。无 论 是 主 设 备 还 是 从 设 备 ，其 通 信 协 议 设 计 都 必 须 严 格遵 守 MODBUS 协 议 。PC机 通 信 设 计MODBUS 协 议

13、实 现 的 难 点 和 要 点采 用 RTU模 式 的 MODBUS通 信 协 议 ，其 难 点 要 点 首 先 是 传 输 过 程 中 时 间 间 隔 问 题 ，如 起 始 和 停 止 的 大 于 等 于 3.5PC机 软 件 设 计 包 括 串 口 通 信 和 MODBUS协 议 实 现 两 部分 。PC机 串 口 通 信 目 前 大 部 分 都 采 用 高 级 语 言 在 WINDOWS底 下 编 程 ，本 文 采 用 VISUAL C+6.0在 WIN98系 统 下 直 接 运 用 第 三 方 编 写 的 通 信 类 进 行 串 口 通 信 软 件 设 计 ，采 用 多 线 程 。串

14、口 通 信 编 写 不 是 本 文 的 重 点 ，这 里 不 作 具 体 的 论 述 ，主 要 包 括 串 口 初 始 化 、串 口 参 数 设 置 、串 口 事 件 监 视 等 。下 面 将 主 要 细 述 PC机 MODBUS协 议 的 软 件 实 现 ，首先 主 设 备 对 MODBUS通 信 进 行 初 始 化 以 便 主 从 设 备 能 够 正 常 通 信 ，然 后 如 果 有 必 要 可 以 发 送 消 息 给 某 个 断 路 器 ，接 着 等待 那 个 断 路 器 的 回 应 ，并 且 实 时 判 断 断 路 器 的 回 答 消 息 是 否个 字 符 时 间 间 隔 ，以 及 数

15、 据 传 输 过 程 中 要 求 其 间 隔 必 须 小 于1.5个 字 符 间 隔 ，因 为 这 两 个 时 间 间 隔 关 系 到 数 据 报 文 的 传 输 正 确 与 否 ，其 时 间 计 算 必 须 准 确 ；其 次 是 等 待 从 设 备 响 应 时 间 ，必 须 保 证 较 低 速 的 从 设 备 都 能 来 得 及 响 应 ，以 免 造 成 错误 ，一般 这 个 时间为 1s。采 用 MODBUS协 议 实 现 PC机 和 智 能 断 路 器 之 间 的 串 行 通 信 ，很 容 易 把 线 路 的 各 断 路 器 整 合 起 来 ，实现 集中 监 控 ，提 高 断 路 器 保

16、 护 水 平 ，具 有 简 单 经 济 、软 件 编 程 容 易 等优 点 。EA功 能 号 名 称 作 用03H06H10H读 取 保 持 寄 存 器预 置 单 寄 存 器 预 置 多 寄 存 器读 取 各 个 线 路 的 电 气 参 数 (电 压 、电 流 、功 率 等 )预 置 智 能 断 路 器 的 额 定 电 流 /额 定 电 压 预 置 智能 断 路 器 的 三 段 保 护 特 性 各 个 整 定 值file:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档 .txtdf机及ov及 ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56