基于DSP和Modbus總線(xiàn)的智能斷路器控制器設(shè)計(jì)

2.2 Modbus協(xié)議棧設(shè)計(jì)
控制器能設(shè)置ASCII或RTU兩種傳輸模式中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)中通信。目前最常用的是RTU模式。在消息中的每個(gè)8 bit字節(jié)包含2個(gè)4 bit的十六進(jìn)制字符，在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)[1]。本設(shè)計(jì)采用Modbus RTU傳輸模式，使用RTU模式的關(guān)鍵是幀字符時(shí)間的處理。要求至少為3.5個(gè)字符時(shí)間的空閑間隔將報(bào)文幀區(qū)分開(kāi)，同時(shí)整個(gè)報(bào)文幀必須作為一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸，2個(gè)字符之間的空閑間隔小于1.5個(gè)字符時(shí)間[2]。
協(xié)議棧采用分層設(shè)計(jì)，分為協(xié)議狀態(tài)機(jī)處理部分和硬件相關(guān)部分。協(xié)議狀態(tài)機(jī)部分，通過(guò)查詢(xún)協(xié)議事件狀態(tài)維護(hù)協(xié)議狀態(tài)機(jī)，根據(jù)不同狀態(tài)對(duì)接收幀進(jìn)行校驗(yàn)以及對(duì)功能碼的處理函數(shù)。硬件相關(guān)部分包括對(duì)定時(shí)器和串口的初始化配置以及相應(yīng)的定時(shí)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(yīng)用程序?qū)D采樣后處理好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在特定的緩沖區(qū)中，供上位機(jī)查詢(xún)。協(xié)議棧的接收和發(fā)送Modbus RTU數(shù)據(jù)幀是通過(guò)一個(gè)由硬件提取層的調(diào)用驅(qū)動(dòng)狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。協(xié)議棧開(kāi)T3.5字符計(jì)時(shí)中斷、接收中斷和發(fā)送中斷，在主函數(shù)循環(huán)中對(duì)事件標(biāo)志進(jìn)行查詢(xún)和處理。

3 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)
在智能控制器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，智能控制器與上位機(jī)系統(tǒng)通信采用主從方式，上位機(jī)的作用主要是實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。智能控制器一方面將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息上傳，另一方面接收上位PC機(jī)發(fā)出的控制命令。斷路器智能控制器系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)如下功能[4]：
(1)實(shí)時(shí)接收下位機(jī)(智能控制器)上傳的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)列表和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的方式顯示。上位機(jī)接收下位機(jī)定時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括：三相電壓、三相電流、中性線(xiàn)電流、有功功率、功率因素及累計(jì)電量等；可隨時(shí)讀取下位機(jī)中的數(shù)據(jù)。操作人員可在監(jiān)控機(jī)上隨時(shí)向下位機(jī)發(fā)送查詢(xún)幀，索取當(dāng)前斷路器中的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
(2)具有在線(xiàn)設(shè)置下位機(jī)參數(shù)及發(fā)送遠(yuǎn)程合分閘命令功能。這樣便于操作人員在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的情況下安全地控制和操縱斷路器的運(yùn)行。
上位機(jī)監(jiān)控軟件可采用VB、VC等高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，亦或在組態(tài)軟件上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)?？紤]到人機(jī)界面構(gòu)建簡(jiǎn)易、程序便于集成和升級(jí)，設(shè)計(jì)中采用Visual C++ 6．0作為開(kāi)發(fā)工具。在9 600 b/s波特率下，設(shè)置Modbus幀間間隔為50 ms。超時(shí)時(shí)間為300 ms時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)地址為10的額定100 A斷路器線(xiàn)路電流有效值進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控測(cè)試界面如圖6。

本文從硬件和軟件上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Modbus智能斷路器，給出了包括監(jiān)控上位機(jī)軟件在內(nèi)的整套應(yīng)用方案，通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的“四遙”等聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性高，為斷路器的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)提供一種較好的解決方案。