基于MODBUS通信協議的低壓交流配電柜智能監控系

基于MODBUS通信協議的低壓交流配電柜智能監控系統

介紹了一種基于MODBUS協議的低壓開關柜智能監測系統：以工控機為主站，帶協議接口的智能控制器和網絡儀表為從站，使用MODBUS協議實現了計算機與現場智能儀表之間的數據傳輸。介紹了MODBUS通信協議的基本內容和格式，監控系統的組成與結構，以及軟件實現的具體功能。
關鍵詞：低壓控制柜，監控系統，MODBUS協議

1　引　言
　　現場總線是應用在生產現場，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。
　　目前，我國大多數配電房中使用的低壓配電系統沒有實現智能化控制，管理人員無法及時發現問題，處理突發事件。具有通信功能的智能控制器的開發及其在斷路器上的應用，以及智能網絡儀表的應用，使得通過現場總線實現低壓配電智能化成為可能。低壓配電監控系統采集配電房中各配電柜的電參量信息、斷路器狀態信息，實現對各配電柜的遙控、遙測、遙調、遙訊。
2　MODBUS協議介紹
　　MODBUS是MODICON公司為其生產的PLC設計的一種通信協議，從功能上看，可以認為是一種現場總線。MODBUS協議定義了消息域格式和內容的公共格式，使控制器能認識和使用消息結構，而無需考慮通信網絡的拓撲結構。它描述了一個控制器訪問其它設備的過程，當采用MODBUS協議通信時，此協議規定每個控制器需要知道自己的設備地址，識別按地址發來的消息，如何響應來自其它設備的請求，如何偵測錯誤并記錄。
　　控制器通信采用主－從技術，即，只有主設備能發出查詢，從設備響應消息。主設備可單獨和從設備通信，從設備返回一個消息。如果采用廣播方式（地址為零）查詢，從設備不作任何回應。
　　MODBUS通信有兩種模式：ASCII和RTU模式。一個MODBUS通信系統中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用。
　　采用RTU模式，消息的起始位以至少3．5個字符傳輸時間的停頓開始（一般采用4個），在傳輸完最后一個字符后，有一個至少3．5個字符傳輸時間的停頓來標識結束。一個新的消息可在此停頓后開始。在接收期間，如果等待接收下一個字符的時間超過1．5個字符傳輸時間，則認為是下一個消息的開始。校驗碼采用CRC－16方式，只對設備地址、功能代碼和數據段進行。整個消息幀必須作為一連續的流傳輸，傳輸速率較ASCII模式高。
　　MODBUS可能的從設備地址是0～247（十進制），單個設備的地址范圍是1～247。
　　可能的功能代碼范圍是十進制的1～255。其中有些代碼適用于所有的控制器，有些是針對某種MODICON控制器，有些是為用戶保留或備用。
3　系統實現
　　MODBUS標準物理層采用RS232接口，由于實際應用中強電干擾較大，且是多點連接，所以，我們采用RS485接口。同時，由于配電房中配電柜集中安裝，不需要采用復雜的網絡拓撲結構。
上位機采用工控機，外接RS232／485轉換接口。斷路器為某公司生產的HSW1系列，共5臺。主進線處采用法國“溯高美”（SOCOMEC）公司的“電能士系列”（DIRISSYSTEM）智能型電力系統電量監控器。為保證較快的傳輸速度，系統通信采用MODBUS推薦的RTU傳輸模式。表1所示為RTU傳輸模式每個字符的數據格式，表2為MODBUS協議RTU消息幀的格式。系統連接的通信介質為A類屏蔽雙絞線。系 統框圖如圖1所示。

3．1　智能控制器
　　低壓控制柜主要部件為HSW1智能型萬能式低壓斷路器，智能控制器基于PIC18C658單片機。斷路器硬件組成框圖如圖2所示。