2        系统结构

 Modbu s 设备和EB I 软件之间的通信是我们所做的北京某集成电路企业楼宇系统集成中的一部分 属于变配电子系统。该工程中使用装有EB I Server 的PC 机作为上位监控机 监测对象 Modbu s 设备被分成两组 一组是高压设备 包括 ABB 公司的6 台PLC PLC 的型号为REF542 p lu s 智能型控制?保护单元; 另一组是低压设备也包括ABB 公司的6 台PLC PLC 的型号为 PMC915 电力监测与控制装置。每组设备都通过 RS485 总线连接成总线型网络 再分别经RS232? 485 转换器转换后接入PC 机上配置的多串口扩 51 　展卡的两个串口。上位机和Modbu s 设备之间采用主?从式通讯 上位机为主Modbu s 设备为从。设备支持的协议为Modbu s RTU。系统结构示意图如图1 所示。图1 中高低压Modbu s 网络的连接方式十分相似 低压部分网络略。图1　系统结构示意图.

3　M odbu s 协议及通讯原理

3. 1　Modbus 协议 Modbu s 协议是一个公开的、被广泛应用的串行通信协议 最初由Modicon (莫迪康) 公司为本公司的可编程控制器和工业自动化系统而制定。此协议在控制设备间传输数字和模拟的I?O 及寄存器数据时使用。由于协议和协议说明均可免费使用 它已经被成千上万的不同类型的设备所采用。

做Modbu s 通讯的前提是了解和掌握有关Modbu s 协议的核心内容。

首先应理解“传输模式”。

其次要明白寄存器表格的特点。

Modbu s 功能码将操作这些寄存器表格中的寄存器 从而实现配置、监控I?O 模块。Modbu s 寄存器地址的设置具有鲜明的特点 即通过0 1 3 4 等4 种类型的前导数字标明不同的寄存器类型。与Honeyw ellQ u ick Bu ilder 中"Data Tab le"的对应关系是: ABB PLC　Honeywell EB I 　0xxxx　D igital Output 　1xxxx　D igital Input 　3xxxx　Input Register 　4xxxx　Holding Register

另外还要了解功能码。

Modbu s 功能码将作为信息包裹中的一个域被传输 用来告诉从站应该执行何种动作。如04H 代表读输入寄存器 (3xxxx)。需要注意的是: 不是凡支持Modbu s 协议的设备都支持所有的功能码 往往只支持其中的一部分或很少几个。比如ABB 公司的PMC915 仅支持功能码03H 和10H 但这并不防碍它成为支持Modbu s 协议的设备。

3. 2　通讯原理

ABB Modbu s 网络采用RS485 物理回路 所有RS485 回路的通信都遵照主?从方式 信息和数据流原则上可在单个主站和最多32 个从站之间传递。主站将初始化和控制所有RS485 通信回路上传递的信息。所有RS485 回路上的信息都以 “打包”方式传递。信息包裹是字符串的集合 组成包裹的字节以异步串行的方式在主从设备之间传输。本工程中PLC 厂家支持的是Modbu s RTU 模式 每个Modbu sRTU 信息包裹的组成如下: 地址域,功能码域,数据域,校验域　　以EB I 读取2 号PLC 的三相电流为例 EB I 将向2 号PLC 发出请求信号: 02H (PLC 地址) 04H (功能码) 00H (欲读寄存器起始地址的高位字节) 00H (欲读寄存器起始地址的低位字节) 00H (欲读寄存器个数的高位字节) 06H (欲读寄存器个数的低位字节) 71 (校验码1) 4f (校验码2)。 PLC 的回答将是: 02H (PLC 地址) 04H (功能码) 0CH ( 字节数) I1HH I1HL I1LH I1LL I2HH I2HL I2LH I2LL I3HH I3HL I3LH I3LL (回应数据) crc1 (校验码1) crc2 (校验码2)。

4　EB I 软件平台中工程的组态利用EB I 监控平台实现对设备监控的大致过程是:

在EB I 的Q u ick Bu ilder 软件中对硬件进行组态 并存入EB I 数据库

→在EB I 的D isp lay Bu ilder 软件中以图形画面的形式开发出友好的 HM I

→在Stat ion 上执行HM I 实现对设备的监控。（三步）

在Q u ick Bu ilder 中组态是整个过程中的难点 也是实现通讯的关键。本工程组态的整体结构 52 　电气传动　如图2 所示。

图2　组态工程结构图由图2 可看出 整个组态工程由3 个层次组成: 通道、控制器、点。下面依次说明组态的过程必要时阐明某些难以理解的原理。

4. 1　通道组态本工程中由于涉及2 个相对独立的Modbu s 网络(高压部分和低压部分) 所以需要定义2 个 Modicon 类型的通道 分别对应高、低压变配电系统。和通道相关的需要特别注意的参量是选项卡 Po rt 下的参量 它们是Modbu s 协议中物理层上的相关属性 必须参照Modbu s 设备物理层的有关定义来设置 二者需一致 这是通讯的前提。

4. 2　控制器组态通道定义完后对通道所属的控制器进行定义 首先应该明确的是: 软件中定义的控制器是依据Modbu s 协议定义出的逻辑上的控制器 一个控制器对应一种类型的寄存器， 1 台PLC 最多可能定义Modbu s 协议中所规定的4 种类型的寄存器。当然实际系统中对于1 台PLC 要采集的数据涉及到几种寄存器就在Q u ick Bu ilder 中定义几个逻辑寄存器。比如对于高压系统每台PLC我们要采集的数据全部存放在PLC的3xxxx 和 1xxxx 地址寄存器中就相应地对每台PLC 都定义两个逻辑控制器 分别对应两种类型寄存器。

需要强调如下。PLC Station ID: 指Modbu s PLC 的地址 这可以通过操作PLC 门板上的HM I 来查找到。 Data Tab le: 有4 种类型可选 即D igital Inpu t、D igital O u tpu t、Ho lding Register、Inpu t Register。这些表与Modbu s 设备寄存器的地址类型一一对应 依次分别对应以1、0、4、3 开头的地址。假设我要读取的是3xxxx 地址类型的寄存器 那么就应当选择Inpu t Register 类型的Data Tab le。从整个定义过程来看 这个选择相当于给点设置了基地址 00000、10000、30000 或40000。

 Offset: 如果要读取的寄存器的相对地址超过了8192 时才需要设定 相当于设定一个大于0 的起始地址。

4. 3　点组态控制器定义完后是定义控制器所属的点。点的“PV Sou rce”设置是难点也是关键 设置的正确与否将直接影响监测结果的正误。EB I 与 Modbu s 设备通讯时点的“PV Sou rce”的格式因点的类型不同而不同。数字量的点相对简单 只要设置成: ControllerN am e A ddress 即可 不需要数据类型。其中A ddress 指的是寄存器表格中的偏移地址 (xxxx) 为十进制数。模拟量点“PV Sou rce”的格式是: Con t ro llerN am eA ddressDataFo rm at。    

总结下来 点组态的难点在于以下两点。1)Address 的设定。2)DataFormat 的设定

1)Address 的设定。

通过工程中的实例更容易说明白。我们来看REF542 p lu s 寄存器表格的一段见表1。表1　REF542 plus 寄存器表 DEF IN IT IO NNAM E CA TEGORY ADDRESS TYPE L EN PhasesCurrent I1212I123 M easure 30001 A I 4 U 122U 223U 321U 12U 3 M easure 30007 A I 4 Io M easure 30019 A I 4 　　从表1 中可以看出 各电压电流被测量量的长度都是4 个字节 即占用两个寄存器单元;

2)DataFormat 的设定。模拟点定义时需要指明数据类型 指明数据类型实际上就暗含着指明了该点需要读取的寄存器个数。数据类型的确定应该参照设备寄存器表格中给出的类型及测量量的长度分清是有符号数还是无符号数 占用了1 个寄存器还是2 个寄存器。针对不同的设备和数据 我们在高压系统中把电压电流等占用两个寄存器即4 个字节的测量量定义成S32BB 格式 把低压系统中电压电流等占用一个寄存器即2 个字节的测量量定义成S16B 格式。除“PV Sou rce”的设置外 还需注意的是“PV Scan Period”不能设成0。数据采集到数据库中后还要显示到人机界面上 往往还要根据需要的显示效果进行一些处理 例如采集到的数据比实际值扩大了1 000 倍 要正确的显示就要在D isp lay Bu ilder 中利用它提供的 VBA 代码功能来进行修正 对前面的要求就可在 O nPeriodicU pdate (　) 过程中编写一些处理代码。

5　总结克服种种问题之后 我们完全实现了EB I 与 Modbu s 设备的通讯 实时监控状态点、模拟点总计1100 点 收到良好的效果。总之 在理解 Modbu s 协议和双方通讯原理的基础上再进行工程实施会更好一些 遇到问题要善于灵活运用各种辅助手段 如小测试软件TRAN S、ModScan32 以及EB I 系统提供的modt st、t race 命令工具等从多角度进行探测和推算 就一定能够实现EB I 对第三方Modbu s 设备的集成 从而让EB I 不但对Honeyw ell 产品有很好的支持还能支持更多设备供应商的产品 成为真正开放的智能大厦系统集成软件平台。

参考文献 1　A cromag Inc. IN TRODUCT ION TO MODBU S. 2002 2　Honeywell. So lution Suite: EB IOpen Interfaces2MODBU S. 2002 3　Honeywell L im ited A ustralia. Enterp rise Buildings Integrato rTM Configuration and A dm inistration Guide. 2002 4　Honeywell L im ited A ustralia. Enterp rise Buildings Integrato rTM D isp lay Building Guide. 2002 5　厦门ABB 低压电器设备有限公司. PMC915 电力监测与控制装置MODBU S 串行通信协议. 2003 6　ABB Xiamen Sw itchgear Co L td. A nalysis ofModbus. 2002 收稿日期: 2004201207 修改稿日期: 2004212201 (上接第36 页) 4. 3　实验结果分析从电流波形可看出 在死区补偿前电流波形穿越零点时 存在明显的零电流钳位现象A 相电流受到B 、C 两相电流的影响 在电流峰值附近同样存在较大的失真和较多毛刺 对电机的运行十分不利。在应用本文所提出的死区补偿方案后 可以看到 零电流钳位现象得到了明显的改善 同时电流波形的正弦性好、波形平滑。通过实验 可得出如下结论: ①死区时间值设置越大 其不利影响越大; ②载波频率设置越大 死区影响越明显; ③ 电机运行在低频时受死区时间的影响比运行在高频时大。 5　结束语本文详细分析了PWM 变频器死区时间对输出电压的影响 推导出消除死区时间影响的电压补偿量。在判断电流矢量空间角确定三相定子电流极性的基础上 提出了在静止坐标系下进行电压补偿的方法。最后 通过实验验证了本方案在电机空载和带载条件下均能获得良好的补偿效果。结果显示本方案不仅适用于矢量控制变频器