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1、精品名师归纳总结MODBUS通信协议在水厂供电系统中的应用2021-7-29:58:00吴 杰供稿摘 要： 本文主要介绍了 Modbus的通信功能 , 以及 ModBus的通讯总线在水厂生产过程中对电量监 测的应用 .Modbus通讯协议在水厂中应用既节省人力, 降低生产成本。又能削减事故发生可能性, 提高工作效率和生产安全性 . 实际应用说明 , 该系统运行稳固牢靠 , 安装爱护简洁便利 , 为水厂供电监测系统供应了一种较好的选择方案.关键词： 网络电力外表 ,Modbus 通讯协议 ,RS485 接口, 供电系统Application of Modbus Communication Pro
2、tocol in Water Plant Power Supply SystemAbstract： In this paper, the communication function of Modbus protocol and the applica tion of its communication bus in the electric parameter measurement of water plant pr oduction process are narrated. The application of Modbus communication in water plant n
3、ot only reduces the cost of production by saving labour power, but also improves wo rk efficiency and production security by cutting down the possibility of accident occuring. Practical application indicates the system runs stably and reliably, whose installatio n and maintenance are simple and conv
4、enient .So the system offers a better choice fo r water power supply monitoring system.Keywords：network electric instrument, Modbus communication protocol,RS485 interfac e, power supply system1. 绪论在水厂生产中 , 爱护恒压供水至关重要 . 而要实现恒压供水 , 把握水泵转速意义重大 , 水泵转速与供电系统有关 , 因此加强对供电系统监控, 尤为必要 . 传统的的供电监控都是在变配电室支配专人检查,
5、实行三班倒即轮番值班工作制度, 一天二十四小时不离人 , 既铺张人力 , 又担忧全 .新的输配电系统期望在 无人或少人值班的情形下 , 能自动记录电力参数的变异, 把握电力运转的品质 . 当事故发生时 , 可以快速把握故障所在 , 削减查询时间 , 加速复原正常供电 . 基于上述目的 , 本文争论应用江阴长江斯菲尔公司生产的网络电力外表构成供电监控系统, 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、频率和四象电能等电量 . 该监控系统主机外接 RS485 接口, 接受 MODBUS RTU 通讯协议, 通过屏蔽双绞线以总线方式与网络电力外表相联系 . 假如上位机不带
6、RS485 接口, 而只有 RS232 接口, 可通过 RS232/485 转换器连接 . 合肥供水集团公司巢湖水源厂安装了该监控系统 , 运行一年来 , 没有发生过一次故障 , 实时性好 , 牢靠性高 , 既节省了人力 , 提高了工作效率。又削减了事故发生的可能性, 提高了生产安全性 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. MODBUS RTU通信协议ModBus RTU通讯协议是 Modicon公司的注册商标 , 接受主从问答方式工作 , 是目前国际智能化外表普遍接受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
7、, 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位置数, 且在相同通讯速率下具有更大的数据流量. 因此通常情形下 , 一般工业智能仪器外表都是接受RTU 模式. 江阴长江斯菲尔公司生产的电力外表大都接受MODBUS RTU通讯协议 , 答应一台主机和多台从机之间进行数据通信, 在其生产的 CD194E系列外表通讯系统中 ,主机是微机（PC、工控机或 PLC ）, 从机是 CD194E型外表 . 在该分散通讯系统中, 答应总线挂接外表多达128 块, 通讯距离可达到 1 千 200M. 通讯方式接受主机请
8、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 , 假如数据中意通讯规约 , 从机作数据响应 .主从机间的通讯商定： 主机发送的每一帧数据由四个部分组成, 分别为从机的址、 命令字、 信息字、校验码 . 从机的址（ 1 个字节）是从机设备号 , 主机利用从机的址来识别进行通讯的从机设备, 说明用户设置的址的从机将接收主机发送来的信息. 每个从机都必需有唯独的的址码, 并且只有符合的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 , 告知从机执行什么任务 . 信息字（ N 个字节） 包括进行两机通讯中各种数据的址、数据长度、数据信息 . 校验码（
9、2 个字节）用于检测数据通讯错误 , 接受循环冗余码 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的址表示 , 也可以是字节的址表示 . 如是字的址 , 主机就必需以字方式（通过 WORD 的址）发送命令给寄存器。如是字节的址 , 主机就必需以字节方式（通过 BYTE 的址）发送命令给寄存器. 在上述两种方式下 , 如通讯正常 , 就从机返回相同的数据 . 但如字的址与字节的址搞反将会得到错误结果或得不到从机响应 .M
10、ODBUS 通讯系统中以字节方式通讯为主 .CD194E 型外表支持这两种方式 .使用 CD194E型网络电力外表时 , 第一要进行通讯参数的设置：通过外表上的编程键盘对外表进行通讯参数设置： （ 1 ）外表的址：设置通讯网络中从机（外表）的址号, 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4800或 9600.下位机与上位机的通信波特率一般可自由设定 , 但必需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 ）
11、通讯协议： 可选择字通讯或字节通讯 . 网络连接如图 1 所示. 连接好外表上通讯线（RS485 ：A+,B-）. 连接线建议接受双绞屏蔽线 , 同时双绞屏蔽线的两端都接的, 以削减现场干扰 . 增加终端电阻 Z0=120可削减反射干扰, 建议在通讯速度快（ 9600 ）或通讯距离较远的情形下（700m）的情形下连接 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1 网络连接3. 应用 Modbus实现电量监测电力测量包括高压电力计量和低压电量计量, 其中高压部分包括进线相电压, 相电流 , 全厂有功功率, 无功功率及电度 . 低压包括各主要电气设备的电压、电流和功耗. 由于电量监控点
12、较多, 而且分布较广, 因此单独布线不仅增加了工程量, 而且对于资源也是铺张 , 假如所选用的电力外表具有通讯功能, 不仅可以获得更完整的信息 , 而且节省了大量的布线 . 原设计接受了点对点的连接, 全部的电量监测量大约为 24 个数字量 ,42 个模拟量 , 需要 2 个 16 路 DI,3个 16 路 AI, 不仅占用大量有限资源 , 而且信息无法中意监测的需要 . 在改进中 , 准备接受总线通讯方式 , 利用双绞线来取代大量的点对点接线工作, 通过 RS485 通讯接口 , 依据 Modbus协议进行数据交换 , 既可以得到更详尽的信息 , 又降低了生产成本 , 同时远程调度打下了基础
13、 .4. 应用合肥市巢湖水源厂低压配电房安装了7 台型号为 CD194E-2S4型电力外表 , 通过 RS485口, 用双屏蔽通讯线将它们与上位机连接起来, 上位机选用的是研华工控机. 上位机的通信软件接受VB6.0的开发环境 . 一般用 VB 开发串行通信程序有两种方法: 一是利用 Windows的通信 API 函数。另一种是采 用 VB 标准控件 Mscomm来实现 2. 利用 API 编写串口通信程序较为复杂,需要把握大量通信学问 , 其优点是可实现的功能更丰富、应用面更广泛, 更适合于编写较为复杂的低层次通信程序.VB 通信控件Mscomm供应了功能完善的串口数据的发送和接收功能,Ms
14、comm控件具有两种处理方式 :1. 大事驱动方式 : 由 Mscomm控件的 OnComm大事捕获并处理通信错误及大事。2. 查询方式 : 通过检查 Com mEvent属性的值来判定大事和错误.Mscomm控件的通信功能实现 , 实际上是调用了API 函数, 而 AP I 函数是由 Comm.drv说明并传给设备驱动程序执行的, 对于 VB 程序开发者只需知道Mscomm控件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的属性和大事的用法即可以实现串口的操作. 不论接受哪种方法编写的串行端口通信程序, 一般都可分为以下几个过程 :（1 ）初始化串行端口 3在初始化程序中 , 需要设定好整
15、个帧结构的命令数组、 传输波特率、 奇偶校验、 停止位, 开创数据缓冲区, 完成一些必需的串口初始化设定 .（2 ）数据传输读写串行端口可分四种方式 : 查询方式、同步 I/O 、异步（后台） I/O 和大事驱动 I/O. 命令字的发送应当严格依据 Modbus 规约所设计的帧格式和上下位机在该规约基础上所定义的通信协议来编程 .（3 ）超时把握为了防止意外情形使串口读写无休止的等待, 必需在程序中设置超时把握.（4 ） CRC 校验的实现目前外表类比较普遍接受的是 CRC16 校验码 . 其生成多项式为 X16+X15+X2+1. 在算法实现上 , 可以先预置一个 16 位的寄存器 FFFF
16、（全 1 ） , 然后把 8 位的 2 进制数据（一个字节）与 16 位的 CR C 寄存器低 8 位异或 , 并把结果放回 CRC 寄存器同时寄存器内容右移 ,MSB 补 0, 并检查移出的 LSB.假如 LSB 为 0 就连续右移动 ,为 1 就 CRC 寄存器与多项式异或 . 重复上面操作到一个8bit字节完成 ,再连续对下一个数据进行相同处理, 直到全部数据终止 . 这个时候 CRC 寄存器中的数据就是我们所要的CRC 码了.下位机一般是使用固化好通信协议及工作指令的单片机. 由于测控系统多接受的是单发多收的通信机制 4, 所以在下位机要答应用户预先设定本机的的址码, 并且保证不能重复
17、 .此外, 要留意通信波特率必需与上位机的波特率相匹配. 在下位机软件开发中, 要遵循 Modbus规约的通信帧结构对上位机传输的命令进行解读：非呼叫对象应能准时重新复原等待接受状态。响应呼叫的下位机要解读命令代码并进行相应的功能处理 , 对非法的命令操作要能回送报错信息. 在具体的工程开发中, 下位机多是接受各个厂家出产的基于 Modbus规约的智能外表 . 这样虽然简化了我们开发的工作量, 但是下位机的合理支配与设计能降低系统误码率、 提高牢靠性 . 因此是每个工业系统设计人员所不应当忽视的重要部分. 在工业把握中 , 由于各种干扰源的存在且一般下位机数量较大, 要对 RS-485芯片选型
18、有很认真的考虑 . 条件许可的话尽量选用抗电击和有较大级连驱动才能的芯片. 理论上 485 芯片的级连才能至少32 门, 目前很多芯片厂家都能使工业级的级连数达到128以上. 在实际应用中应当让系统具有确定的富余度, 一般级连数不能超过该器件满载的70%.在选配 RS232到 RS485转换头的时候也应当尽量选用有源的转 换器, 以提高驱动才能和稳固性 . 此外, 工业现场的降噪、隔离、布线、屏蔽等等措施的合理与否也会对最终系统的稳固产生影响 .该套系统在合肥市供水集团巢湖水源厂投入运行后, 工作人员对系统运行状况能随时监控, 减轻了劳动强度 , 同时, 供应了故障情形下实时在线分析的功能,
19、使故障报警到排除故障时间大为缩短, 实现了配电治理自动化的预期目的. 到目前为止 , 使用已有一年多时间, 总体来说 ,该系统实时性好 , 牢靠性高 , 故可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结障率低 , 爱护简洁便利 .5. 结论本文创新点在于： 在水厂供电系统中应用Modbus通讯协议组建电量监测系统, 比使用传统外表有了较大改善 , 主要表现在以下几个方面：（1 ）使配电系统融入企业的综合治理系统中,能对企业的配电进行实时的动态治理.（ 2 ）工作效率大大提高 ,巡检时间大为削减.（ 3 ）因人为因素所造成的缺失大幅降低. （3 ）接线简洁 , 稳固性好 , 牢靠性高 , 易于爱护 . 因此, 值得进一步争论开发, 推广使用 .可编辑资料 - - - 欢迎下载