韦启朋 刘练文
中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局，广西 百色 533000
摘要：近年来，随着我国经济社会的不断发展，供电的可靠性要求越来越高，就需要可靠的站用电直流电源，确保保护设备、自动化设备能够正常的运行以及故障时可靠动作。变电站直流电源系统在变电站电力系统中的作用越来越重要，就需要将直流电源的信息通过Modbus通信协议[2]接入至监控系统进行实时监控，确保站用直流电源出现异常时能及时发现、及时控制、及时处置，确保直流站用电源运行稳定。
关键词：直流电源；Modbus；通信协议；监控系统
0 引言
Modbus是一种串行通信协议，施耐德电气于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。由于其功能比较完善而且使用简单，数据易于处理，协议开放，因而在智能设备中被广泛采用。Modbus通信协议主要针对单监控系统与多站用直流系统之间的通信规则作出约定，规定数据传输以帧为单位，将报文作为一帧数据，报文是由发送数据、发送地址、控制信息、校验信息按一定格式组成的一个数据单元。监控系统发送的报文内容有接收者地址、任务、任务数据、校验方式；站用直流系统响应信息报文内容有站用直流系统地址、所执行的任务、执行任务得到的数据、校验方式当监控系统发送一报文后，所有站用直流系统都会收到报文，但只有被寻址的站用直流系统才能按要求执行任务，然后将执行任务的结果回传监控系统；如果监控系统发送了错误报文，站用直流系统会记录下来并发回出错应答信息．若监控系统未收到有效应答或在一定时间内未收到响应报文，则会再发报文给站用直流系统除广播信息因所有站用直流系统执行的是同一任务而无须响应外，所有的信息都是以问答形式发出的。Modbus通信协议的某些特性是固定的，如帧格式、帧顺序、通信错误、执行任务功能；其他特性是用户可选的，如传输介质、波特率、字符奇偶校验、停止位个数及传输模式。
1、站用直流电源与后台规约的研究
Modbus是一种请求/应答方式的协议，通过其RS485/232转换器与计算机通信，从而实现计算机与现场设备之间的数据传输，目前可以通过下列方式实现Modbus通信：以太网上的TCP/IP；2、各种介质（有线：EIA/TIA-232-F、EIA-422；无线、光纤等）上的异步串行传输；3、Modbus PLUS，一种高速令牌传递网络Modbus规约一般结构；4、应用数据单元（ADU）的一般结构（如图1所示）[3]。
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图1 应用数据单元（ADU）的一般结构
2 站用点直流系统
站用点直流系统中，#1、#2直流充电柜分别设有一台型号为JKQ2000D集中监控器，主要完成直流系统电压、充电器电流、蓄电池组电流等相关信息的数据采集处理，并采用RS485（双绞线）串行接口与国电南瑞科技股份有限公司监控系统联接，将直流信息送入站内计算机监控系统同时接受后台操作员的监控。
2.1 主要参数及接线方式
直流系统发出的模拟量主要有交流进线电压Uab、Ubc、Uca，直流负载电流、直流负载电流、直流电池电流、直流母线正对地电压、直流母线负对地电压、直流母线正对地电阻、直流母线负对地电阻、直流交流窜入电压、直流充电模块电压。信号主要有直流交流防雷故障、交流输入异常、电池过压告警、电池欠压告警、电池过流告警、电池均充超时、浮充电压过压、直流母线绝缘故障、直流母线交流过大、监控通信中断、交流进线空开跳闸等。直流系统中模拟量、信号使用RS485作为电气接口，采用总线式拓扑双绞线连接[1]，数据传输为半双工方式，接至监控系统中，确保监控系统能实时对直流系统进行监控，确保第一时间出问题发出告警信号，值班人员能及时处理，减少故障时间，确保直流系统的稳定运行。
2.2 帧格式[4]
字节格式：数据位：8；起始位：1；校验位：N（无校验），可设置N（无校验）、E（偶校验）、O（奇校验）；停止位：2，可设置为1、2
2.3 通信波特率
波特率：9600，可设置2400、4800、9600、19200。
2.4 报文格式
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设备地址：监控器通讯地址 1-247，0为广播地址这里不使用
功能码：命令监控器执行的功能：03H读取指定位置寄存器数据，可多个连续寄存器；06H设置指定位置寄存器数据，只适用于单个寄存器。
CRC校验，对带CRC的完整数据帧再计算CRC得到的结果应该是0。一帧最多取120个寄存器的数据，超过120个寄存器时，应分多帧读取。除非特殊说明，一般电压、电流、电阻等数值为实际值×10，以short数据类型传送。
2.5 遥测、遥信报文类型
功能码=03H
a、下行数据
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错误码： 01 非法的功能码；02 非法的数据地址；03 非法的数据值。
2.7 校验方式
冗余循环码（CRC）包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。CRC码的计算方法是，先预置16位寄存器全为1。再逐步把每8位数据信息进行处理。在进行CRC码计算时只用8位数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位，都不参与CRC码计算。在计算CRC码时，8位数据与寄存器的数据相异或，得到的结果向低位移一字节，用0填补最高位。再检查最低位，如果最低位为1，把寄存器的内容与预置数相异或，如果最低位为0，不进行异或运算。这个过程一直重复8次。第8次移位后，下一个8位再与现在寄存器的内容相相异或，这个过程与以上一样重复8次。当所有的数据信息处理完后，最后寄存器的内容即为CRC码值。CRC码中的数据发送、接收时低字节在前。其计算步骤为：（1）预置16位寄存器为十六进制FFFF（即全为1）。称此寄存器为CRC寄存器；（2）把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器；（3）把寄存器的内容右移一位(朝低位)，用0填补最高位，检查最低位；（4）如果最低位为0：重复第3步(再次移位)； 如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异或；（5）重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；（6）重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理； (7）最后得到的CRC寄存器即为CRC码。
结语：
实际应用表明，MODBUS通信协议具有开放性好、功能强、通信效率高等优点， 目前已被许多厂家所采用．此类产品在工业控制领域中被普遍使用，也说明该通信协议具有广泛的应用前景。通过此协议将站用电源直流系统遥信、遥测信息接入监控系统，具有推广作用，使得监控系统的监控信息更加完善，使现场工作人员对数据采集分析具有重要意义，同时便于工作人员对站用直流系统的监视，使工作开展更加细致，站用直流电源能够实时监控，确保其稳定安全运行，为站内微机保护设备提供稳定直流源保驾护航。
参考文献：
[1]阳宪惠，徐用懋，魏庆福．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1999．40-43．
[2]汪锡建，欧健伟，王为．MODBUS规约在前置机与现场微机设备间通信应用JJ．微型计算机信息，2002,92(3)：53-67．
[3]郑安平,王永华.MODBUS通信协议在低压配电监控系统中的应用,2002,17(2)，52-55.
[4]张丹月，等.ZHM10PS电力电源主监控通讯协议（MODBUS）.