基于DSP和Modbus總線(xiàn)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(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方式傳送更多的數據[1]。本設計采用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)間的空閑間隔將報文幀區分開(kāi)，同時(shí)整個(gè)報文幀必須作為一個(gè)連續的數據流傳輸，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)議棧采用分層設計，分為協(xié)議狀態(tài)機處理部分和硬件相關(guān)部分。協(xié)議狀態(tài)機部分，通過(guò)查詢(xún)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(jìn)行校驗以及對功能碼的處理函數。硬件相關(guān)部分包括對定時(shí)器和串口的初始化配置以及相應的定時(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。應用程序將AD采樣后處理好的數據存儲在特定的緩沖區中，供上位機查詢(xún)。協(xié)議棧的接收和發(fā)送Modbus RTU數據幀是通過(guò)一個(gè)由硬件提取層的調用驅動(dòng)狀態(tài)機來(lái)實(shí)現的。協(xié)議棧開(kāi)T3.5字符計時(shí)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(jìn)行查詢(xún)和處理。

3 上位機監控軟件的設計
在智能控制器監控系統設計中，智能控制器與上位機系統通信采用主從方式，上位機的作用主要是實(shí)現“四遙”功能。智能控制器一方面將實(shí)時(shí)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中，上位機監控主要實(shí)現如下功能[4]：
(1)實(shí)時(shí)接收下位機(智能控制器)上傳的數據，采用數據列表和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的方式顯示。上位機接收下位機定時(shí)發(fā)送的數據，包括：三相電壓、三相電流、中性線(xiàn)電流、有功功率、功率因素及累計電量等；可隨時(shí)讀取下位機中的數據。操作人員可在監控機上隨時(shí)向下位機發(fā)送查詢(xún)幀，索取當前斷路器中的運行數據。
(2)具有在線(xiàn)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(chǎng)的情況下安全地控制和操縱斷路器的運行。
上位機監控軟件可采用VB、VC等高級語(yǔ)言實(shí)現，亦或在組態(tài)軟件上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)?？紤]到人機界面構建簡(jiǎn)易、程序便于集成和升級，設計中采用Visual C++ 6．0作為開(kāi)發(fā)工具。在9 600 b/s波特率下，設置Modbus幀間間隔為50 ms。超時(shí)時(shí)間為300 ms時(shí)，對節點(diǎn)地址為10的額定100 A斷路器線(xiàn)路電流有效值進(jìn)行監控，監控測試界面如圖6。

本文從硬件和軟件上設計實(shí)現了Modbus智能斷路器，給出了包括監控上位機軟件在內的整套應用方案，通過(guò)上位機監控軟件實(shí)現對斷路器的“四遙”等聯(lián)網(wǎng)應用功能。通過(guò)現場(chǎng)實(shí)驗測試表明，系統運行穩定可靠、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。