基于MODBUS协议的发电机原动系统仿真器监控系统的设计

　　0　引言

　　MODBUS协议是它是一种应用于报文传输协议,与底层的物理接口及电气规范无关,支持传统的RS232/422/485设备和最新发展出来的以太网设备等[1]。随着计算机网络、通讯、控制等技术的快速发展,目前,多数智能仪表已利用该协议向用户提供通信接口。主要针对电力系统动态模拟实验室的发电机原动系统仿真器,利用VisualBasic6. 0 (VB6. 0 )及其中丰富的控件资源,设计了基于MODBUS通信协议如何把发电机原动系统仿真器的实时数据传输到主机以及主机如何可靠地控制它们。

　　1　发电机原动系统仿真器的结构和功能

　　原动仿真系统是进行电力系统动态模拟的重要设备之一,研制原动系统仿真器,建立室内电力系统,在实验室内对电力系统的真实原动机(主要是水轮机和汽轮机)及其调速系统与自平衡特性进行模拟,是对电力系统进行研究的重要工具[2]。它主要由数字控制部分、模拟控制部分和主回路组成。数字部分完成原动机调速器的仿真,模拟控制部分、主回路以及直流电动机完成对原动机即水轮机和汽轮机自平衡特性的仿真,它们共同完成原动机及其调速系统的仿真,其结构原理如图1所示。

　　图中:kα为调节器放大倍数;τL为调节器积分时间常数;τ

　　为整流桥等效时间常数;τr为整流桥等效时间常数; kscr为整流桥电压放大倍数;τR为电枢回路时间常数;R为电枢回路等效电阻;Cm为转子系数;Jn为转动惯量;S为微分算子;Ki为电流反馈系数,ki<1;Kn,Kn′为速度反馈系数kn<1, kn′<1; n为发动机实际转速。

　　2　MODBUS通信协议简述

　　MODBUS通信使用Master-Slave(主-从)方式,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询),其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应,需要注意的是MODBUS协议采用“大头”(Big-Endian)传输方式,即先传输数据高字节。在系统中以80C196KC单片机作MODBUS从设备,主从设备查询/回应过程见图2。在标准的MODBUS网络上,MODBUS协议有2种数据传输方式:ASCII模式和RTU模式[3]。在一个MODBUS通信系统中只能选择一种模式,不允许两种模式混合使用。当采用ASCII模式通信时,在消息中的每个字节都作为2个ASCII字符发送,数据校验方式采用LRC。这种格式的优点是字符发送的时间间隔可达到1 s而不产生错误,缺点是通信速率较慢。使用RTU模式,消息发送至少以3. 5个字符时间的停顿间隔开始,采用CRC-16的冗余校验方式,其优点是数据用二进制表示,通信速率较快。在所设计的监控系统中,开机时主机要对从机的各个参数进行整定,运行时还要实时监控从机的运行状态,即从机要把转速N、电枢电压Ud、电枢电流Id、励磁电流If、D /A输出、PK输出等参数回发到主机来,通信数据量大,所以系统采用MODBUS RTU协议。一个典型的RTU消息帧格式如表1所示。