文章以多功能電力儀表作為實驗設備，運用MODBUS協(xié)議，設計了遠程抄表系統(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，無法構成現(xiàn)場控制大系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術可以突破瓶頸，它綜合了微電子技術、自動控制技術、網(wǎng)絡技術等多種技術手段，構成全分散、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的接口轉換器組成。多功能電力儀表的連接方式為總線型拓撲結構。通訊介質為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)識別的結果，做出相應的響應。主機的通信接口方式有兩類，主要取決于主機的外設接口。第一類由USB發(fā)出，經(jīng)過USB/232模塊，轉換成RS-232電平，再由232/485模塊接入RS485網(wǎng)絡。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。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。



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，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，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)回復包



3、UI界面設計
在進行UI界面設計的時候，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，在串口設置模塊當中，有關于串口設置的端口號，波特率，校驗位，數(shù)據(jù)位，停止位的設置。經(jīng)過這樣的設計之后，用戶不至于會與電表的波特率設置相互混淆。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，應沒有辦法二次打開，串口打開按鍵應該無法使用，串口關閉的按鍵激活，防止用戶進行誤操作。



圖2   遠程抄表系統(tǒng)UI界面

在設計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→寫入相應參數(shù)→讀取多功能電力儀表讀數(shù)。因此，在設計的時候應有這方面的考慮，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)議的有關規(guī)定，所有支持Modbus控制協(xié)議的設備都可以經(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)設計了良好的UI界面，設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)場的操作和設置。