基于MODBUS的通信协议在智能配电电力系统中的应用

出处：赵崇伟发布于：2011-09-27 14:49:10

　　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