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多能電力儀表以MODBUS構(gòu)建遠程抄表系統(tǒng)

2018/2/26 14:53:28 人評論 次瀏覽 分類:二次儀表  文章地址:http://prosperiteweb.com/tech/1802.html

文章以多功能電力儀表作為實驗設(shè)備,運用MODBUS協(xié)議,設(shè)計了遠程抄表系統(tǒng),實現(xiàn)用戶對多功能電力儀表的遠程參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取,組成一對多的遠程抄表系統(tǒng)?;贛ODBUS的遠程抄表系統(tǒng)實現(xiàn)電量的實時采集,進而實現(xiàn)對用戶電量參數(shù)的遠方抄錄與控制,系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了管理人員的工作效率。

采用傳統(tǒng)的模擬信號控制或者數(shù)字-模擬信號控制的缺點在于其需要“點對點”控制,無法構(gòu)成現(xiàn)場控制大系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)可以突破瓶頸,它綜合了微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)手段,構(gòu)成全分散、全數(shù)字化、雙向多點互聯(lián)的多功能電力儀表通信控制系統(tǒng)。

1、遠程抄表系統(tǒng)方案設(shè)計
如圖1所示,抄表系統(tǒng)由上位機,多功能電力儀表以及相應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換器組成。多功能電力儀表的連接方式為總線型拓撲結(jié)構(gòu)。通訊介質(zhì)為RS485,采用的是Modbus RTU協(xié)議。上位機與多功能電力儀表采用一主多從的通信方式。通信由主機發(fā)起,從機對主機發(fā)出信息中的地址碼進行識別,并根據(jù)識別的結(jié)果,做出相應(yīng)的響應(yīng)。主機的通信接口方式有兩類,主要取決于主機的外設(shè)接口。第一類由USB發(fā)出,經(jīng)過USB/232模塊,轉(zhuǎn)換成RS-232電平,再由232/485模塊接入RS485網(wǎng)絡(luò)。第二類直接由主機的RS232端口發(fā)出,經(jīng)232/485模塊接入RS485網(wǎng)絡(luò)。上位機與多功能電力儀表之間采用半雙工工作方式,即在同一時刻只能處于接收信息狀態(tài)或者發(fā)送信息狀態(tài),不能同時收發(fā)信息。
遠程抄表系統(tǒng)拓撲圖-昌暉儀表網(wǎng)
圖1   系統(tǒng)拓撲圖
多功能電力儀表采用國際最新電子技術(shù),以專用DSP器件,高速微處理器為核心的數(shù)字式智能電參數(shù)測量儀,是一款智能型電參數(shù)采集模塊,可測量三相三線制、三相四線制等系統(tǒng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、頻率、電能等。其輸出為RS485數(shù)字信號:有電壓值、電流值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)。系統(tǒng)采用RS485總線。485總線采用數(shù)據(jù)差分傳輸方式進行數(shù)據(jù)通信。利用兩條線之間的壓差作為邏輯狀態(tài)的判定標準。因此,其共模抑制抗干擾能力較強,傳輸速率高。485總線上連接著多臺多功能電力儀表,通過向485總線上廣播出Modbus協(xié)議信息,對應(yīng)地從機做出反饋。在RS485總線上理論上可接256個(地址碼00-FF)多功能電力儀表。系統(tǒng)采用支持Modbus RTU協(xié)議的多功能電力儀表YR-GFE-2S4。同時該表還提供多種波特率選擇,可通過顯示屏進行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取。多個多功能電力儀表之間使用地址碼進行區(qū)分,保證地址不重復(fù),不會發(fā)生沖突。多功能電力儀表通過RS485通信接口接到485總線上與上位機之間進行數(shù)據(jù)通信。

2、Modbus協(xié)議實現(xiàn)
當主機以RTU模式在Modbus總線上進行通訊時,1個字節(jié)分成2個4位16進制的字符,該模式的主要優(yōu)點是在相同波特率下其傳輸?shù)淖址拿芏雀哂贏SCII模式。
RTU模式下每個字節(jié)的格式

注意:如果沒有校驗位的話,則用停止位補充,即兩位停止位。

RTU模式下的幀格式
①定義defbyte數(shù)組依次拼接地址碼,功能碼,寄存器開始地址,寄存器數(shù)量,如表1所示。
表1   數(shù)據(jù)請求包

②根據(jù)defbyte數(shù)組的內(nèi)容,送入CRC校驗子函數(shù),計算出CRC碼并返回。
③重新定義rebyte數(shù)組,將CRC碼拼接到數(shù)組尾部。CRC校驗碼低位在前,高位在后。在RTU模式下,沒有開始與結(jié)束標志位。取而代之的是t3.5:表示的是3.5個字符的靜止時間。這是因為在RTU模式下,信息幀之間以需間隔至少t3.5,即若兩個字節(jié)之間間隔大于或等于t3.5,則自動識別為兩個不同的信息幀。
如表2所示,在接到數(shù)據(jù)當中,第4,5個字節(jié)分別代表電壓和電流量程,讀取后需先轉(zhuǎn)換成10進制數(shù)據(jù)類型。第6,7字節(jié)代表電流變比為4位16進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成10進制的策略是:高八位若不為0,則高八位乘以256,加上第八位的數(shù)值。若高八位為0,則只需計算第八位數(shù)值即可。
表2  數(shù)據(jù)回復(fù)包


3、UI界面設(shè)計
在進行UI界面設(shè)計的時候,需將同一類的一些控件放到同一個模塊里面,這樣用戶在使用的時候就不會感到很凌亂。如圖2所示,在串口設(shè)置模塊當中,有關(guān)于串口設(shè)置的端口號,波特率,校驗位,數(shù)據(jù)位,停止位的設(shè)置。經(jīng)過這樣的設(shè)計之后,用戶不至于會與電表的波特率設(shè)置相互混淆。在還沒有打開串口的時候,有可能用戶會觸發(fā)發(fā)送按鍵,這樣程序就會報錯。因此,在還沒有打開的時候,能激活相應(yīng)的按鍵。只有在串口打開的條件下,才能對發(fā)送等按鍵進行激活。串口打開的時候,應(yīng)沒有辦法二次打開,串口打開按鍵應(yīng)該無法使用,串口關(guān)閉的按鍵激活,防止用戶進行誤操作。
遠程抄表系統(tǒng)UI界面-昌暉儀表網(wǎng)
圖2   遠程抄表系統(tǒng)UI界面

在設(shè)計UI界面的時候,須考慮到用戶的操作順序。用戶的操作順序:打開串口→寫入相應(yīng)參數(shù)→讀取多功能電力儀表讀數(shù)。因此,在設(shè)計的時候應(yīng)有這方面的考慮,讓用戶操作盡量舒適,滿足從上到下,從左到右的習(xí)慣。此外,界面增加一個信息提示欄,讓用戶知道自己的指令是否已經(jīng)發(fā)送出去,得到的數(shù)據(jù)是否校驗成功等,增加人機互動性。

基于Modbus的總線系統(tǒng)優(yōu)勢在于其系統(tǒng)的錯誤校驗,數(shù)據(jù)交換速度以及可靠性都是傳統(tǒng)電力儀表所不能比擬的,這套系統(tǒng)克服了其他通信方式一些沒有辦法彌補的缺陷。網(wǎng)絡(luò)管理功能落后,對錯誤的處理能力弱等缺陷。此外,因本系統(tǒng)嚴格按照Modbus協(xié)議的有關(guān)規(guī)定,所有支持Modbus控制協(xié)議的設(shè)備都可以經(jīng)過簡單的編程搭接到總線上,具有較強的通用性。本系統(tǒng)設(shè)計了良好的UI界面,設(shè)計了眾多的按鍵功能,各個組合鍵的配合使用可以方便現(xiàn)場的操作和設(shè)置。

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