基于MODBUS协议的智能配电系统设计

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基于MODBUS协议的智能配电系统设计江苏电器 (2007 No.4)

基于MODBUS协议的智能配电系统设计

陈德仙1，郑登峰2，俞国勇2，刘彦杰2

(1 金华职业技术学院，浙江 金华 321017；2 杭申控股集团，浙江 杭州 311234)

摘 要：介绍了基于MODBUS协议的现场总线技术在智能配电系统中的特点及应用；提出了一种基于现场总线的配电网络化、智能化的实现方法。给出了上位机通信软件设计和从设备通信软件设计。实现了集中监控管理，提高了配电保护水平和管理效率，控制系统简单经济，编程容易。

关键词：MODBUS协议；智能配电系统；设计

中图分类号：TM71；TP336 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2007)04-0025-04

Design of Intelligence Power Distribution System Based on

MODBUS Protocol

CHEN De-xian , ZHENG Deng-feng2, YU Guo-yong2, LIU Yan-jie2

（1 Jinhua Vocational Technology College, Jinhua 2 0 7, China; 2 Hangshen Share Holding Group, Hangzhou 2 4, China） Abstract: Introduction was made to the features and application of the fieldbus technique based on MODBUS protocol in intelligence power distribution system, raising a kind of fulfilling method of power distribution being made into a network and intellectualization which is based on fieldbus. The design of upper level computer communication software and design of Sub equipment communication software were given. Therefore centralized monitoring management is achieved, raising power distribution protection level and management efficiency, control system is simple and economic and easy to be programmed.

Key words: MODBUS protocol; intelligence power distribution system; design

现场总线技术是20世纪90年代初发展起来的应用于过程自动化和制造自动化领域的现场设备互联网络通信技术。它集成了自动化控制技术、网络通信技术、计算机技术等多项成果。从2000年以来，我国开始在低压电器领域开展应用工业现场总线技术的研究，目前，已经形成了多种总线并存的格局。随着对电网安全性和用电质量要求的不断提高，现场总线技术将广泛应用于低压配电领域；随着国内外新一代电器元件都配置了相应的通信接口，与现场总线相连实现了智能配电系统，使低压智能元件的保护水平也有了很大程度的提高[1]。

路器、智能塑壳断路器、智能双电源控制器、智能电动机保护器和起动器)发展很快，它是把微处理技术、网络技术和信息技术与现代机电一体化集成在一起的高新技术产品。智能配电系统正是在这些智能元件的基础上发展起来的。基于现场总线的配电自动化系统具有“四遥”(即遥控、遥测、遥信、遥调)、在线故障诊断、报警及记录等功能，可完成现场设备的远程参数设定，增强了系统的可维护性。1.1 具有开放性的协议并集成性好

基于MODBUS协议的工业现场总线标准是全开放式的，从总线协议、产品检测到信息发布都是公开的，面向所有制造商和用户。此外，现场总线还注重设备的互操作性、互换性，因此具有很好的可集成性[2]。

1.2 可提供设备运行状态的完整信息

采用数字信号通信，有效提高系统的测量和控

1 系统特点

近几年，智能低压开关电器(如智能万能式断

作者简介：陈德仙(1980- ),女,助教,本科，主要从事应用电子技术专业的教学和研究工作。

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江苏电器 (2007 No.4)基于MODBUS协议的智能配电系统设计表1 功能代码及含义

功能代码03H06H

含义

读取数据(单个或成组)

修改数据

制精度以及信号的抗干扰能力。将模拟信号转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。通过实时循环检测，及时了解设备的运行状态及相关报警、故障信息。

1.3 可降低设备的运行成本

基于现场总线的自动化系统可在监控室完成现场设备的远程参数设定与修改，操作简便、快捷。系统也可通过上位机的在线故障诊断、报警、记录功能，及时了解现场设备的运行状况，增强了系统的可靠性及可维护性,降低了成本。1.4 友好的人机交互界面

采用三维力控科技有限公司的PCAUTO组态软件，采用动态数据交换技术(DDE)和Windows API驱动编程。可根据用户需求组建智能配电网络系统，使得系统具有良好的交互界面，可靠性和可扩充性好。全汉化的上位机系统软件，使系统组态简易，操作简单快捷，配置直观简便。1.5 信息化的管理

系统中所有节点设备都具有通信功能，可实现“四遥”功能，在上位机上不仅可以看到所有的电参数、线路运行参数、设备状态以及故障、报警等信息，而且可以通过上位机软件对各种赔垫设备进行控制操作。各种报警、故障信息、趋势曲线、数据报表及操作记录信息都有相应的管理操作界面。友好的人机界面提供变配电系统的信息资源，获取最直接、最原始、最可靠的第一手数据。

从站地址1字节

功能码06H

从站地址1字节

功能码03H

功能代码说明： (1)读取数据

主站请求报文格式见表2。

表2 主站请求报文格式

数据起

始地址MSB

LSB

数据量(字)MSB

LSB

CRC校验LSB

MSB

从站应答报文格式见表3。

表3 从站应答报文格式

从站

功能码字节量地址1字节

03H

1字节

数据1MSB

LSB

……

数据nMSB

LSB

CRC校验LSB

MSB

(2)修改数据

主站请求报文格式见表4。

表4 主站请求报文格式

存放数据的地址MSB

LSB

修改值MSB

LSB

CRC校验LSB

MSB

从站应答报文格式见表5。

表5 从站应答报文格式

从站地址1字节

功能码06H

存放数据的地址MSB

LSB

修改值MSB

LSB

CRC校验LSB

MSB

2 基于MODBUS协议的智能配电控制系统

2.1 MODBUS协议

基于MODBUS协议的系统一般都采用主-从模式，网络中只有一个主机，通信采用查询-回答的方式进行，主机向从机发送消息，从机正确接收消息后响应主机的查询或根据主机的消息做出响应的动作。而且也只能由主机初始化系统通信设置。网络中通信数据传输是一帧为单位，报文由起始位、设备地址、功能码、数据、CRC校验、结束符按相应格式组成一个消息帧。在标准MODBSU网络中，系统一般可采用ASCII和RTU两种通信模式。本系统采用的是RTU(远程终端单元)通信模式。本文所介绍的系统采用的通信协议内容如下，功能代码及含义见表1。MODBUS通信采用RTU模式，1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，2个停止位。2.2 智能配电控制系统

在配电自动化系统中应用较为广泛的产品有西门子公司的3WN6系列断路器，ABB公司的F系列产品，国内的相关厂家有杭申控股集团、上海电器科学研究所、常熟开关股份有限公司为代表的相关产品。由智能电器元件构成的智能型开关柜与现场总线技术及上位机构成的配电自动化系统，具有功能强、系统完善、可靠性高、编程简易、控制简便、通信协议开放等特点。

基于MODBUS协议的低压智能配电控制系统的典型应用方框图如图1所示。

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