MODBUS协议在智能断路器控制中的运用

1、modbus协议在智能断路器控制中的运用采用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，提高断路器保护水平,具有简 单经济、软件编程容易等优点。甲总线技术是当今工业口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人人提高，通 过现场总线把各个断路器的参数冋馈给控制计算机,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 得到了很人的改善，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护特性整定值，真 正实现遥测、遥控、遥信

2、和遥调等通信功能。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 率的怡况下，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，紧接着的第一地址域是设备地址，网络设备不附 监听总线,当第地址域到达时，每个设备都对其进行解腿 以判断是否是发给口己的。功能域将告知从设备需要执行明i 些行为。数据域则是功能域所附加的信息，大小由功能域莎 决定°crc检验码，低字节在先，高字节在后。最后以至少

3、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。modbus协议modbus原为美国mod i con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z间、控制器经由网络和其他设备z 间可以通信，而口不同类型的控制器都可以通过该协议连成 工业网络，实现集屮监控。modbus协议主要采用主一从通信技术，网络小只冇 一个主设备，并且只冇主设备才能初始化通信。通信采用查 询一回答的方式进行，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

4、、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modbis网络中，控制器可以采用ascii或rtu中的任意一种通信模式。在同一 modbus网络中，所有设表1 rtu消息帧格式起始位 i殳备地址 功能代码数据crc校驗 结束符一t1-t2-t3-t4 - 8bit8bitn个8bit 16bitt1-t2-t3-t4crc检验rtu模式采用crc检验整个消息内容，不包括字节机 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

5、确，否则数据有误。基于modbus协议的低圧智能断路器控制系统基tmodbis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机实时临控各线路 的运行情况,各条线路的电气参数（电压、电流、功率因数等） 上传给pc,同时英运行状况（故障和正常）也报告给pc机还可人为通过i绷l,根据线路负荷人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和务个智能断路器进行通信,必须进行消

6、息通信，通信的功能由modbus i办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。表2功能号名称作用03h06h10h读取保持寄存器 预置单寄存器 预置多舒存器读取各个线路的电气参数（电压、电流、功率等） 预置智能昕路器的额定电流/额定电压预置智 能断路器的三段保护待性各个整定值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pc机软件设计包括串口通信和modbus协议实现两部 分。pc机串口通信冃前大部分都采

7、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 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，并实时判断断路器的回答消息是否 正确，无论是帧错课还是响应超时都将产生-个错误，并会 重发这个消息，重复这个过程。如果没事情，主设备将一直 处于空闲状态。modbu

8、s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-日.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,包括谚 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，软件设计和主设备差不多，因此这里就不给出具体的软件框图。图2 pc机modbus协议流稈图modbus协议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. 5 个字符时间间隔,以及数据传输过程中耍求其间隔必须小于 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,共时间计算必须准确共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is。采用modbus协议实现pc机和御能断路器之间的串 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