基于DSP和Modbus總線的智能斷路器控制器設計

2.2 Modbus協(xié)議棧設計
控制器能設置ASCII或RTU兩種傳輸模式中的任何一種在標準的Modbus網絡中通信。目前最常用的是RTU模式。在消息中的每個8 bit字節(jié)包含2個4 bit的十六進制字符，在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數據[1]。本設計采用Modbus RTU傳輸模式，使用RTU模式的關鍵是幀字符時間的處理。要求至少為3.5個字符時間的空閑間隔將報文幀區(qū)分開，同時整個報文幀必須作為一個連續(xù)的數據流傳輸，2個字符之間的空閑間隔小于1.5個字符時間[2]。
協(xié)議棧采用分層設計，分為協(xié)議狀態(tài)機處理部分和硬件相關部分。協(xié)議狀態(tài)機部分，通過查詢協(xié)議事件狀態(tài)維護協(xié)議狀態(tài)機，根據不同狀態(tài)對接收幀進行校驗以及對功能碼的處理函數。硬件相關部分包括對定時器和串口的初始化配置以及相應的定時器中斷、串口接收發(fā)送中斷。協(xié)議棧程序的流程圖如圖5。應用程序將AD采樣后處理好的數據存儲在特定的緩沖區(qū)中，供上位機查詢。協(xié)議棧的接收和發(fā)送Modbus RTU數據幀是通過一個由硬件提取層的調用驅動狀態(tài)機來實現的。協(xié)議棧開T3.5字符計時中斷、接收中斷和發(fā)送中斷，在主函數循環(huán)中對事件標志進行查詢和處理。

3 上位機監(jiān)控軟件的設計
在智能控制器監(jiān)控系統(tǒng)設計中，智能控制器與上位機系統(tǒng)通信采用主從方式，上位機的作用主要是實現“四遙”功能。智能控制器一方面將實時數據和信息上傳，另一方面接收上位PC機發(fā)出的控制命令。斷路器智能控制器系統(tǒng)中，上位機監(jiān)控主要實現如下功能[4]：
(1)實時接收下位機(智能控制器)上傳的數據，采用數據列表和實時曲線的方式顯示。上位機接收下位機定時發(fā)送的數據，包括：三相電壓、三相電流、中性線電流、有功功率、功率因素及累計電量等；可隨時讀取下位機中的數據。操作人員可在監(jiān)控機上隨時向下位機發(fā)送查詢幀，索取當前斷路器中的運行數據。
(2)具有在線設置下位機參數及發(fā)送遠程合分閘命令功能。這樣便于操作人員在遠離現場的情況下安全地控制和操縱斷路器的運行。
上位機監(jiān)控軟件可采用VB、VC等高級語言實現，亦或在組態(tài)軟件上進行二次開發(fā)?？紤]到人機界面構建簡易、程序便于集成和升級，設計中采用Visual C++ 6．0作為開發(fā)工具。在9 600 b/s波特率下，設置Modbus幀間間隔為50 ms。超時時間為300 ms時，對節(jié)點地址為10的額定100 A斷路器線路電流有效值進行監(jiān)控，監(jiān)控測試界面如圖6。

本文從硬件和軟件上設計實現了Modbus智能斷路器，給出了包括監(jiān)控上位機軟件在內的整套應用方案，通過上位機監(jiān)控軟件實現對斷路器的“四遙”等聯網應用功能。通過現場實驗測試表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、實時性高，為斷路器的網絡互聯提供一種較好的解決方案。