基于MODBUS总线的智能配电系统的硬件设计

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基于MODBUS协议智能控制系统设计

3．系统软件设计3．1 MODBUS通信协议软件Modbua协议包括ASCII、RTU、TCP等，标准的Modbus采集器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、命令和应答的方式，数据通讯采用Maser／Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。在上位机监控界面上建立ADOData控件，ID为IDC_ADODCl，在通用属性的连接中输入服务器名称COMPUTER，选择数据库MASTER，点击测试连接，如果显示测试成功，表示连接SQLsever2000数据库成功。再在数据库中新建一个TABLEI表，表中包括时间，实际数据，设定数据字段，记录源的命令文本中SQL命令为select*from TABLEl；其次在监控界面上建立DataGrid控件，在datasource属性中选择IDC_ADODCl，与ADOData控件建立起联系，通过以上的步骤就实现了VC++6．O监控界面对数据库的访问。在VC++6．0环境完成程序编写，运行得到控制系统的数据显示界面。
4 结束语本系统由AVR单片机，数据采集模块，控制电路三部分组成。下位机采用C语言编程，上位机采用VC++6．O编程，以SQLever2000作为后台数据库，上位机与下位机之间采用RS-485总线通讯，研究并编写基于MODBUS协议的工控软件。实验测试表明，本系统实现了上下位机基于MODBUS协议的RS-485总线通讯，在下位机LCD和上位机VC界面显示数据值，在数据库中保存实际数据值，并且绘制实际数据曲线，实时显示数据误差不超过l℃。本控制系统符合工业控制系统设计的要求，有较好的扩展性和多功能的特点，可以扩展到255个设备多点的温度、湿度、压力、流量等数据监测控制，在橡胶、石油、冶金、食品加工、环境监测等工业自动化控制系统中可以取代工控仪表和PLC的检测和控制作用，开发具有自主知识产权产品并降低成本具有重要的现实意义，本文提出的方法对于采用MODBUS协议的智能控制系统的研究与开发也具有一定的理论研究和实用价值。

基于MoDBUS总线的智能配电控制系统的软件实现

图２ＳＣｌ中断发送子程序流程图
图１系统结构图
总线的软件实现主要由上位机和下位通信两部分组成。上位机作为服务器端具有控制的主动权．而下位机负责根据上位机的指令进行相应的动作。系统上位机主要完成数据管理、远端控制器管理，以及系统通信管理等功能。上位机的软件设计包括组态界面的开发与实现、串口通信和Ｍｏｕｄｂｕｓ协议实现三部分。
一
＿
叶断入ｌ１
２ＭＯＤＢＵＳ总线实现
消接收中断标志
２．１协议格式ＭＯＤＢＵＳ总线有ＡＳＣＩＩ和ＲＴＵ两种传输模式．本文采用ＲＴＵ传输模式。协议采用二进制代码编码格式，常用波特率为１９２００ｂｐｓ，采用半双工通信方式，每个字符由１１位组成，含１位起始位、８位数据位、２位停止位，字符的发送顺序为高位在前低位在后，帧结束标志为至少３．５个字符间隔时间，帧校验方式采用ＣＲＣ校验，一个消息帧一般由起始位、设备地址、功能码、数据、ＣＲＣ校验、结束符按相应格式组成。２．２ＳＣＩ通信程序２．２．１ＳＣＩ中断发送子程序（ＳＣＩＡＴｘｌｎｔｉｓｒ）
１系统结构设计
系统的结构如图１所示。系统采用半双工主从通信方式，系统通过Ｍｏｄｂｕｓ总线协议将主机与多个从机组网在一起．主机可以读取从机的报告并命令从机动作。因Ｐｃ机自带的是ＲＳ２３２串行口，为方便电平匹配，需要通过ＲＳ２３２／４８５转接卡实现系统组网。因利用ＭＯＤＢＵＳ总线协议组网有ＣＲＣ校验纠错功能．可以提升系统的稳定可靠性。

基于Modbus总线的智能断路器控制器设计

稳定的５Ｖ电压给单片机供电。要注意的是，场效应管的导通
与截止，会引起电流互感器负载阻值的变化。在一定频率下，根据电流互感器特性，电流互感器的负载阻值和次级电流大小
成反比，因此ＰＷＭ会引起检测信号的变化，在软件上需要对其
（．南大学电气与信息工程学院，南长沙１湖湖４０８２天正集团有限公司，江温州１０２．浙３５０）２６４
摘要：主要介绍了Ｍｏｂｓ议的智能断路器控制器的设计，用模块化的设计思想，个系统分为控制器模块和通ｄｕ协采器
２００１
第５期
ＩｓｒｍｅｔＴｃｎｑｅａｄＳｎｏｎｔｕｎｅｈｉｕｎｅｓｒ
Ｎｏ５．
基于Ｍｏｂｓ线的智能断路器控制器设计ｄｕ总
曾哲戴瑜兴王卫国，，
组，对小信号利用硬件电路进行放大处理后输入单片机，而大
信号则直接输入。根据电流互感器的性能参数选择小信号的
放大倍数，放大后的电流保持在ＡＤ转换量程的８％以使／０
内。
２３通信接口单元．
基金项目：浙江省重大科技专项项目（０７ｌ０２２０Ｃ１７）收稿日期：０９—１２００—１收修改稿日期：００—１７２１２—０３
ＤｅｉｎｆＩｅｌｇｎｔＣｉｃｔＢｒａｅｓｄｏｏｕｅｄｕｓｓｇｏｎｔｌｉｅｒｕｉｅｋｒＢａｅｎＭｄｂｓＦｉｌｂ

基于Modbus通信的单相智能电表设计

基于Modbus通信的单相智能电表设计王祥傲;钱小兵;汪先兵;彭靳;叶玺臣【摘要】随着生活水平的提高,居民用电量快速增加,对电网的稳定运行造成不利影响.智能电表的应用有助于平衡电力峰谷负荷.本文介绍了一种单相智能电表设计方案.系统采用模块化结构,包括电量采集、数据存储与显示和远程通信三部分.电量采集模块对配电线路的电压、电流进行采样,经由CS5460A电能计量芯片得出电能信息;按键电路、数码管与存储单元用于电能数据的查询、显示及存储.智能电表采用Modbus RTU通信协议实现与上位机的远程通信.该设计方案对提高电能表的智能化程度有一定的实用价值.【期刊名称】《滁州学院学报》【年(卷),期】2015(017)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】单相智能电表;CS5460A;远程通信;Modbus【作者】王祥傲;钱小兵;汪先兵;彭靳;叶玺臣【作者单位】滁州学院电子与电气工程学院安徽滁州239000;中兴通讯股份有限公司南京210000;滁州学院电子与电气工程学院安徽滁州239000;滁州学院电子与电气工程学院安徽滁州239000;滁州学院电子与电气工程学院安徽滁州239000【正文语种】中文【中图分类】TM933.4作为电能测量的专用仪表，电能表自诞生至今已有100多年的历史。

随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善，电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程：由机械感应式电能表、脉冲电能表，发展到现在的智能电表[1]。

与传统电能表相比，智能电表具有测量精度高、功耗低、故障自诊断和远程通信、防窃电并可以实现分时计费等优点，适应现代电能管理的需要[2]。

现场总线技术是工业自动化的技术热点之一，它的出现标志着工业控制技术领域一个新时代的开始。

现场总线技术将分散控制和集中管理高度统一，使现场智能设备与中央控制计算机之间实现了双向、多节点数据通信。

现场总线技术的核心是通信技术及通信协议。

基于MODBUS协议下的智能化双电源配电系统

双电源互投电路、电流电压传感器、远程通供电。
信协议和远程软件监测端等多个部分组成。
（）４具备数据采集功能。通过电压、
该系统所涉及的技术包括电力设电路电流互感器采集各路电压、电流，具有４５器，８具有过压过流保护；１Ｙ１Ｑ带有１ＱＦｎ２Ｆ￣设计、信号通信、电压及电流传感器和计算通讯接口，在软件界面，可以动态显示各个机械联锁的电动机构，与普通的电动机构机等，实际上是多种科学技术在我台中控参数的数值和开关状态。机房智能化双电源配电系统上的综合应用。
要求、系统组成和硬件实现的方法，重点对基于ＭＯＤＢＵＳ协议下的软
件设计方案和主要功能进行了阐述
关键词：中控机房智能化双电源系统硬件组成软件组成主要功能
１引言
在主用电进线无电压输出的情况下，或操作处理后可以自可以动停止音响。
路负载的电流。Ｐ而９Ｍ￣ＩＰＯＭ件和软件两部分组成，在设计中，要求该系定各个回路中电量高限和底限的报警功能。用于监测８
统要具备如下功能：
报警方式可以是界面动态显示、音响声音报为多功能数字表，接于主、备进线断路器开
声音报警可设置延时时间，时间到达后关后面，用于监测进线的电压、电流，Ｏ１个（）１具备常规双电源自动互投的功能警，
久之计。同时，外电已我台有两路电源供应，的监测，可判断上级变压器输出电压是否
此背景下，中控机房实现低压双电源自动互载是否有用电器关闭。投便有了基础。为此，我台进行了中控机房（）３具备智能检测功能。任一时刻，

基于Modbus总线的智能配电监控系统设计

０引言
近几年，作为信息时代高新科技和建筑技术相结合的产物—— 智能建筑的发展极为迅猛。供配电系统为智能建筑提供动力能源供应，大是厦重要的基础部分。由于传统大厦中的供配电系统采用断路器、压互感器、电器保护装置电继为机械节点结构，系统运行性能差，误动作 … ，易必须利用各种先进技术与智能化系统和设备，保
使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，足使用者要求；满应具有开放性、展扩性、时性和安全可靠性；据库应具有开放性、实数全中文界面，于用户生成、改数据库；ｏｅ— 便修Ｐｗｒ
现代建筑电气
・
供配电・
基于Ｍｏｂｓ总线的智能配电ｄｕ监控系统设计冰
胡力勤 ‘ 王，迹
（．１浙江建设职￣－学院，浙江杭州，Ｒ术ｋ
３１１；１２１
２浙江财通物业发展有限公司，浙江杭州３００）．１０９
线应用主要有Ｆ、ｒｆｕ、ｏＷｏｋ、ＡＤｖＦＰｏｂｓＬｎｒｓＣＮ、ｅｉｉ —
ｃＮｔＭｏｂｓ等。ｅｅ、ｄｕ
Ｍｏｂｓｄｕ总线以其通用、熟的第三方标准测成试软件及较低的成本，用户使用提供了诸多方为便。下面以某大楼电力监控系统改造项目为例，说明基于Ｍｏｂｓ线的智能配电监控系统的应ｄｕ总

基于Profibus总线技术的智能配电柜系统的设计与实现

入运行后的监控界面图。该系统使得设备控制的集中化、智能化得到了实现，具有良好的可扩充性。
关键词：Ｐｒｏｉｆｂｕｓ协议；智能配电柜；ＰＬＣ；监控界面
中图分类号：ＴＰ２９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ７７２０（２０１３）１３－００６０ — ０３
ＮｅｔｗｏｒｋａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
基于Ｐｒｏｉｆｂｕｓ总线技术的智能配电柜系统的设计与实现
万力，宛晟
（１．合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥２３０００９；２．合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥２３０００９）
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｔｅｆａｒｃｅｍａｐ．Ｔｉｌｅｓｙｓｔｅｍｅｎａｂｌｅｓｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｖｉｃｅｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｇｏｏｄｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ．
ＷａｎＬｉ，ＷａｎＳｈｅｎｇ
（１．ＡｒｃｈｉｔｅｅｔｕｒｅＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；

基于MODBUS通信协议的智能型低压电器监控系统设计

ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＭＯＤＢＵＳｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＰＣｓｉｄｅ．ｗｈｉｃｈｍａｉｎｌｙｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｆｏｕｒｍｏｄｕｌｅｓ：
对ＰＣ端监控的要求。关键词：智能型低压电器，ＭＯＤＢＵＳ通信协议，虚拟仪器技术，监控系统，ＬａｂＶｌＥＷ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＡｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｏｗｖｏｌｔａｇｅａｐｐａｒａｔｕｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷａｎｄＭＯＤＢＵＳｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｉｓｄｅ —
Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｉｎｄｅｔａｉｌｓａｂｏｕｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｗａｒｅｕｓｅｓｔｈｅｇｒａｐｈｉｃａｌｅｄｉｔｉｎｇｌａｎｇｕａｇｅｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＬａｂＶＩＥＷ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＬａｂＶｌＥＷｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｏ

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基于MODBUS总线的智能配电系统的硬件设计[摘要]：阐述了智能配电系统的结构设计及配电模块的组网实现，分析了
MODBUS总线技术在智能配电系统中的作用，给出了基于MODBUS协议的分
布式控制系统组网架构图，以某电厂为例，介绍了本次设计实现的智能配电柜强大的监测、监控和管理功能，说明了此设计方案的先进性，以及市场推广的前景。

关键词：智能配电；MODBUS总线技术；硬件设计
0 引言
智能化配电是结合了城市和农村配电网系统的特点而研究开发的新型配电网智能系统。

传统的配电房中采用的配电设备主要以人工手动操作为主，无法实现较为复杂的控制逻辑，可靠性低。

随着现代工业的发展，对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高，利用现代电子技术、传感器技术、通信技术、计算机及网络技术，将电力设备在正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量同工厂集散控制系统DCS、PLC 企业资源计划管理融合在一起，达到高层次、高透明度的良好管理。

智能化、网络化、组合化、模块化、高性能、小型化和多功能化是智能配电系统的趋势，现场总线技术的发展与应用将提高智能电器产品在网络上的兼容性和系统运行的可靠性。

MODBUS现场总线是应用于电子控制器上的一种通用协议，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以通信。

有了它，不同的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控，基于MODBUS现场总线的智能配电控制系统通过总线组网，可以对配电柜及主令元件实现遥控、遥调、遥信、遥测，大大提升了配电控制的智能化、可靠性。

1 配电控制系统结构设计
智能配电系统典型结构如图1所示【1】。

图1 智能配电系统典型结构图
系统上位机采用了普通PC，用户可以在其操作系统上开发各种功能强大的应用程序，足以支撑智能配电控制系统的软硬件开发，它自带多个RS232串行口，可以方便与下位机组网，但需要通过RS232/485网络转接卡实现。

通过工控机来指挥下游的智能配电元件，使用电力仪表对智能配电元件的用电情况进行检测和信息反馈。

2 配电控制模块的组网实现
在智能配电控制系统中，需要通过Modbus现场总线的拓扑结构将多个远端控制节点组网在一起通信，Modbus现场总线是应用于电子控制器上的一种通用协议，不同的控制设备可通过Modbus总线连成工业网络，对配电柜及主令元件实现遥控、遥调、遥信、遥测，提升了配电控制的扩展性、开放性和互连性。

标准的MODBUS协议物理层采用的是RS-232标准。

RS-232的传送速率较低，传送距离较短，抗干扰能力差，只适用于点对点的通信。

RS-232-C的规定传送速率为20000波特，一般单个装置之间电缆长度不超过15m,而与之相应的RS-485标准就是应用于多点之间的通信，正好弥补了RS-232标准的不足，所以RS-485广泛的应用于分布式工业控制系统中。

基于MODBUS协议的分布式控制系统组网架构如图2所示。

图2 基于MODBUS协议的分布式控制系统组网架构
3 典型应用
3.1系统的总体设计
以某发电厂配电项目为例，该项目要求是结合现场总线技术及实时监控控制技术，设计出一个可靠性高、成本较低、可实现多种控制功能的智能配电系统。

，系统的结构图如图3所示。

图3 系统的结构图
系统结构采用了计算机网络形式，通过工控机来指挥下游的智能配电元件，使用电力仪表对万能式断路器、智能塑壳断路器、智能双电源转换开关、和智能软启动器等元件的用电情况进行检测、反馈。

电力一次图如图4所示。

图4 一次电力图
3.2 柜体设计要求
机房供配电系统是机房安全运行动力保证，采用机房专用配电柜来规范机房供配电系统，该工程样机柜由现场工控机机柜、进线柜、框架断路器馈电柜、抽屉柜和电机控制柜组成。

根据用电实际情况设计配电系统并配置相应输入输出配电柜，保证机房供配电系统的安全性，合理性。

为防止以后的扩展需要，配电柜采用了模块化配电。

配电柜需符合计算机设备对供配电的要求，并应满足【2】：
（1）所用的自动空气开关，接触器和熔断器应满足计算机系统的电压、电流要求。

（2）配电柜所设计的供电路数，应能足够提供主机和外部设备使用，各配电柜均应留有一定数量的备用开关。

（3）为检查供给计算机的电源电压、电流等参数，配电柜需设置智能仪表，并应设置转换开关以便能随时检查三项电流的不平衡情况。

（4）配电柜具有通信接口，并集成至动力与环境监控系统中。

对每台配电柜输入均可实现电流、电压、频率、用电功率的监测。

对UPS配电柜的输出开关的通断应能进行监控
（5）配电柜应根据计算机系统的设计要求，设置必要的中线、安全地、逻辑地接线端子配电设计要考虑与其他专业系统的接口问题，解决好电气系统与空调及通风系统、电气系统与弱点系统的相互接口，适时提出并交换相互的要求，从而完成一个整体的设计。

在开关柜面图上主要显示了开关的合、分状态，设备的远程、本地状态，抽屉柜的连接、分离、试验三位置、电动机的启动、停止等信息。

这些离散量信息都在系统柜面图上以指示灯等图形的方式直观的加以表达。

在此系统中，基于Moudbus 协议的分布式控制系统组网架构的通信方式选择RS-485，系统的通信介质选择了价格便宜、抗干扰能力较强的屏蔽双绞线。

该系统采用RS-485作为协议物理层，下位机智能控制器中已有RS-485接口, 上位机中只需加一个RS-232/RS-485 转换接口就可组成总线系统。

现场操作时，可通过PC机可对智能电气元件的开合等进行控制，可设定或修改电气元件的参数，并能实时查看配电系统的运行情况。

如果某只断路器发生断开等故障，系统会立即显示故障信息，包括显示故障的电气型号、位置和故障原因等，实现了对配电系统全面、准确、轻松的控制。

在配电监控组态软件上，可直观看到一次图中配电柜系统的各个受电、馈电回路的开关分合状态、电流、电压等数据。

同时，用户点击开关位置可进入相关的设备图。

4 结束语
本文对智能配电系统的硬件设计进行了样机实现，分析了Modbus现场总线技术在智能配电系统中的作用，以某电厂为例介绍了本次设计实现的智能配电柜强大的监测、监控和管理功能，说明了基于Modbus协议的智能配电控制系统运行稳定可靠，简单经济，即提高了配电保护水平，也提高了管理的效率及系统稳定性，结果表明了，此设计方案的先进性，以及市场推广的前景。

参考文献
【1】陈德仙，应玉明.一种智能配电控制系统的硬件设计【J】.金华职业技术学院学报，2013,13（6）：45-48.
【2】张伟。

基于Modbus现场总线技术的智能配电系统设计与实现【D】.南京：南京邮电大学，2012.。