常見通信協(xié)議的接口調(diào)試方法_101

1、遼寧力迅風(fēng)電控制系統(tǒng)有限公司常見通信協(xié)議的接口調(diào)試方法版本號：1.0.1發(fā)布時(shí)間：2012-2-41. ModbusModbus是一種工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間相當(dāng)常用的連接方式。Modbus協(xié)議是一個(gè)Master/Slave架構(gòu)的協(xié)議。有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是Master 節(jié)點(diǎn)，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是 Slave 節(jié)點(diǎn)。Master節(jié)點(diǎn)類似Client/Server架構(gòu)中的Client，Slave則類似Server。工業(yè)上Modbus協(xié)議的常見架構(gòu)如下圖所示。1.1. 應(yīng)用場合Modbus協(xié)議主要用于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取、風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取。將來有可能用于集控系統(tǒng)中，

2、讀取各類數(shù)據(jù)和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在清三營、長風(fēng)風(fēng)電場，萊維賽爾的測風(fēng)塔使用Modbus RTU協(xié)議與功率預(yù)測系統(tǒng)通信。在向陽風(fēng)電場，明陽的SCADA服務(wù)器通過Modbus TCP協(xié)議向功率預(yù)測系統(tǒng)提供各風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。在烏力吉、浩日格吐、馬力、前后查臺等風(fēng)電場，賽風(fēng)的測風(fēng)塔使用Modbus RTU over TCP協(xié)議與功率預(yù)測系統(tǒng)通信。1.2. Modbus數(shù)據(jù)模型在Slave和Master進(jìn)行通信時(shí)，Slave會將其提供的變量映射到四張不同的表上，Master從表中相應(yīng)位置讀/寫變量，就完成了數(shù)據(jù)獲取或命令下達(dá)。這四張不同的表，稱作Modbus數(shù)據(jù)模型（Modbus Data Model）

3、。為了理解方便，這里將四張表分別稱作1位只讀表、1位可讀可寫表、16位只讀表、16位可讀可寫表。（類似電力通信國標(biāo)中的遙信、遙控、遙測、遙調(diào)。）1位表用來映射單比特?cái)?shù)據(jù)類型的變量，通常是布爾型變量；16位表用來映射雙字節(jié)數(shù)據(jù)類型的變量，如int16、float16等，如果希望映射int32、float32等四字節(jié)變量，可以通過一次使用16位表中的兩個(gè)位置來實(shí)現(xiàn)。只讀表用來映射Master只能讀取的變量；可讀可寫表用來映射Master既可讀取、又可改寫的變量。1位只讀表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）.1位可讀可寫表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）

4、.16位只讀表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）.16位可讀可寫表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）.例如，在某溫度監(jiān)視系統(tǒng)中，一部溫度傳感器與一臺上位機(jī)通過Modbus總線進(jìn)行通信，溫度傳感器是Server，上位機(jī)是Client。對溫度傳感器提供的變量做如下映射：變量含義數(shù)據(jù)類型映射表在映射表中的起始位置高8位在前是否停止運(yùn)行bool1位只讀表0-有無故障bool1位只讀表2-外部溫度float3216位只讀表1否內(nèi)部溫度float3216位只讀表3否外部溫度告警值float1616位可讀可寫表2否內(nèi)部溫度告警值float1616位可讀可寫表4否1

5、位只讀表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）是否停止運(yùn)行有無故障.1位可讀可寫表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）.16位只讀表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）外部溫度內(nèi)部溫度.16位可讀可寫表變量地址012345.數(shù)據(jù)區(qū)域（1個(gè)方格表示1 bit）外部溫度告警值內(nèi)部溫度告警值.再次說明，1位只讀表、1位可讀可寫表、16位只讀表、16位可讀可寫表等名稱是本文檔為了方便讀者理解自擬的，在Modbus協(xié)議規(guī)范中有它們的正式名稱。另外，不同廠商的設(shè)備/軟件說明書中，對這四張表的稱呼又有不同。1位只讀表1位可讀可寫表16位只讀表16位可

6、讀可寫表Modbus協(xié)議規(guī)范Discretes InputCoilsInput RegistersHolding RegistersBachmann PLCDiscCoilsRegsHRegsSiemens PLCInput CoilOutput CoilInput RegisterOutput RegisterHolding Register1.3. Modbus RTU、Modbus TCP與Modbus RTU over TCPModbus協(xié)議有很多種變體，最常見的是Modbus RTU、Modbus TCP和Modbus RTU over TCP。為了能從眾多Slave中唯一地標(biāo)識出希

7、望與其通信的Slave，需要知道Slave的地址。不同的變體對Slave地址的描述方式不同。對于Modbus RTU、Modbus TCP和Modbus RTU over TCP，其硬件接口與對Slave地址的描述方式如下表：硬件接口是否需要指定Slave Id是否需要指定IP地址與TCP端口其他需要指定的參數(shù)Modbus RTU串口是否通信端口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)方式、停止位Modbus TCP網(wǎng)口否是無Modbus RTU over TCP網(wǎng)口是是無1.4. 調(diào)試工具與調(diào)試方法Modbus Poll和Modbus Slave是Modbus Tools系列軟件中的兩個(gè)工具軟件，可運(yùn)行在Wi

8、ndows 2000/XP/Vista/7平臺。Modbus Poll可用于測試從Slave中實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)。Modbus Slave是一款Slave模擬軟件，可用于模擬出一個(gè)假想的Slave設(shè)備。modpoll 的用法./modpoll -m tcp -a 1 -r 2 -c  8 -t 3 -p 5021 192.168.100.1-a 后面接 slave id-r 后面接 起始偏移地址，這個(gè)地

9、址要比配置文件中的地址大1-c 后面接 讀取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)-t 后面接數(shù)據(jù)類型-p 后面接端口最后加上 ip172.18.106.11:10004liksunliksungogogo/liksunispower/liksun/home/opps/config/opps.cfg2. OPC DAOPC是OLE for Process Control 的縮寫，其最大的特點(diǎn)是必須運(yùn)行在Windows平臺，因?yàn)樗谖④浀腛LE、COM、DCOM技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。嚴(yán)格地說，OPC是指一系列協(xié)議，如OPC DA、OPC HDA、OPC DA-XML、OPC AE、O

10、PC UA、OPC DX等。但由于OPC DA的使用最為廣泛，所以一般說OPC就是指OPC DA，即OPC Data Access。OPC DA最新的協(xié)議版本是OPC DA 3.0，目前主流的版本是OPC DA 2.0。2.1. 應(yīng)用場合OPC協(xié)議目前多用于風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取，且主要為華銳SCADA服務(wù)器的風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口。將來有可能用于集控系統(tǒng)中，讀取各類數(shù)據(jù)和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在高山子、阜北、彰北、通榆等風(fēng)電場，華銳的SCADA服務(wù)器通過OPC協(xié)議向功率預(yù)測系統(tǒng)提供各風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。2.2. OPC DA 的特點(diǎn)為了從同一局域網(wǎng)的眾多機(jī)器中標(biāo)識出OPC服務(wù)軟件所在的機(jī)器，需要指定該機(jī)器的I

11、P地址。由于同一臺機(jī)器上有可能運(yùn)行多個(gè)OPC服務(wù)，需要指定該OPC服務(wù)的名稱。最后，通過字符串形式的變量名稱來指定希望讀/寫的變量。例如高山子風(fēng)電場華銳SCADA系統(tǒng)的OPC服務(wù)器的信息和部分變量如下：IP地址86.21.0.19服務(wù)名稱HrDataSvr變量名稱含義數(shù)據(jù)類型是否可寫ABB_WT1.Basic.PlcSta1#風(fēng)機(jī)的PLC狀態(tài)Short否ABB_WT2.Basic.WinSpe2#風(fēng)機(jī)的機(jī)艙外風(fēng)速Float否ABB_WT3.Basic.ActPow3#風(fēng)機(jī)的有功功率Float否ABB_WT8.Basic.bErrSta8#風(fēng)機(jī)是否故障Boolean否與Modbus不同，OPC的

12、變量名稱一旦指定，其數(shù)據(jù)類型與是否可寫就是確定的了。另外，OPC的變量除了具有value屬性（表示該變量的實(shí)時(shí)值）之外，還具有quality和timestamp屬性，表示讀取該變量時(shí)的通信質(zhì)量和該變量的更新時(shí)間。Modbus的變量只有值。2.3. 調(diào)試工具與調(diào)試方法MatrikonOPC是一家專業(yè)開發(fā)OPC相關(guān)軟件的加拿大公司。MatrikonOPC Explorer是一款OPC客戶端軟件，可用于測試OPC服務(wù)器。MatrikonOPC OPC Simulation Server是一款OPC服務(wù)器模擬軟件。OPC Quick Client是一款小巧的OPC客戶端軟件，無需安裝，快捷簡便。3.

13、CDT規(guī)約CDT，也稱部頒CDT，是我國的電力和自動控制領(lǐng)域的常見的通信接口。與其他規(guī)約相比，它的特點(diǎn)是：1）相對簡單；2）并非客戶端/服務(wù)器端工作方式，而是發(fā)端不管收端是否接收，總是將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；3）所表示的遙測數(shù)據(jù)為12位的整數(shù)。其中最高位為符號位，所以表示范圍是-2048（負(fù)2的11次方）2047（正2的11次方減1）。3.1. 應(yīng)用場合CDT規(guī)約目前主要用于從遠(yuǎn)動柜獲取升壓站處采集的風(fēng)電場實(shí)時(shí)總功率，以及其他廠家的測風(fēng)塔實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。還用于向電網(wǎng)上報(bào)測風(fēng)塔的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。3.2. 報(bào)文說明CDT規(guī)約傳輸?shù)囊唤M數(shù)據(jù)被封裝在一個(gè)數(shù)據(jù)幀中。數(shù)據(jù)幀包括同步字、控制字和信息字三部分。同步字：標(biāo)識一個(gè)幀

14、的開頭，一般是三個(gè)EB90?？刂谱郑河涊d幀的一些重要信息，如數(shù)據(jù)類型，信息字的長度等。也是三個(gè)字節(jié)。對遙測數(shù)據(jù)，控制字常常是71 61開頭。信息字：數(shù)據(jù)本身，長度可變（由控制字中指明）。因?yàn)檫@個(gè)原因，CDT規(guī)約的原始報(bào)文中，往往可以看到三個(gè)EB 90，后面再接71 61。在本系統(tǒng)工程實(shí)施上，這可以看做CDT規(guī)約報(bào)文的特征。若干廠家（如許繼、四方）擴(kuò)展了CDT的通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，加入了自身的規(guī)范內(nèi)容。但是目前，遠(yuǎn)動裝置給過來的CDT報(bào)文，都還是標(biāo)準(zhǔn)CDT報(bào)文。3.3. 倍率問題在與第三方廠家對接CDT接口時(shí)，往往需要根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)表，設(shè)定一個(gè)合適的倍率。雖然大多時(shí)候，倍率由第三方廠家指定，但是有時(shí)候由我

15、們指定，或者我們與第三方廠家共同論定，所以知道如何設(shè)定合適的倍率是必要的。設(shè)置方式：CDT遙測原始數(shù)據(jù)（有時(shí)被稱為碼值）表示范圍：-20482047，其真實(shí)含義（比方，準(zhǔn)備表示一個(gè)300MW的風(fēng)場的有功功率）的數(shù)據(jù)的變化范圍：-1兆瓦300兆瓦。所以倍率應(yīng)該小于等于300/2047。在這個(gè)范圍內(nèi)選擇一個(gè)合適的數(shù)字就好，但不要小于300/2047太多，否則造成表示范圍的浪費(fèi)，從而造成表示誤差的升高；也不能大約300/2047，否則無法表示滿發(fā)時(shí)風(fēng)場的有功功率。3.4. 實(shí)例詳解以下例子需要好好研究，以便理解CDT規(guī)約是如何包裝數(shù)據(jù)的。設(shè)有若干數(shù)據(jù)需要CDT傳輸。列表如下：物理量單位倍數(shù)70米風(fēng)速

16、m/s0.170米風(fēng)向度0.250米風(fēng)速m/s0.150米風(fēng)向度0.210米風(fēng)速m/s0.110米風(fēng)向度0.2氣溫?cái)z氏度0.1相對濕度%0.1氣壓百帕1則CDT報(bào)文往往是：片段序號報(bào)文內(nèi)容說明1eb 90 eb 90 eb 90報(bào)文起始。271 61 05 2d 0f xx71 61表示本報(bào)文是遙測數(shù)據(jù)；05是信息字個(gè)數(shù)，CDT每個(gè)信息字可存放2個(gè)物理量，一共9個(gè)物理量，故信息字個(gè)數(shù)為5（向上取整）；2d表示源地址，0f表示目的地址，即接口的源地址為45（2d）、目的地址為15（0f）；xx為CRC校驗(yàn)碼。300 62 00 40 06 xx00是信息字的地址；00 62（高低字節(jié)對調(diào)）對應(yīng)十

17、進(jìn)制數(shù)98，即表示70米風(fēng)速為9.8m/s；06 40對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)1600，乘以倍數(shù)0.2，即70米風(fēng)向?yàn)?20度；xx為CRC校驗(yàn)碼。401 42 00 0c 06 xx01是信息字的地址；00 42對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)66，即表示50米風(fēng)速大小為6.6m/s；06 0c對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)1548，即50米風(fēng)向?yàn)?09.6度；xx為CRC校驗(yàn)碼。502 20 00 0e 06 xx02是信息字的地址；00 20對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)32，即10米風(fēng)速3.2m/s；06 0e對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)1550，即10米風(fēng)向310度；xx為CRC校驗(yàn)碼。603 5a 00 e6 00 xx03是信息字的地址；00 5a對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)9

18、0，即氣溫9攝氏度；00 e6對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)230，即相對濕度為23%；xx為CRC校驗(yàn)碼。704 e5 03 00 00 xx04是信息字的地址；03 e5對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)997，即氣壓為997百帕；00 00處是無用的數(shù)據(jù)，一般補(bǔ)0；xx為CRC校驗(yàn)碼。3.5. 調(diào)試工具與調(diào)試方法Windows平臺：SSCOM串口調(diào)試工具（用于調(diào)試串口）監(jiān)控模擬系統(tǒng)調(diào)試工具（用于調(diào)試CDT規(guī)約）Linux平臺：readcom（用于讀取串口原始報(bào)文）readcdt（用于讀取和解包CDT數(shù)據(jù)）writecdt（用于寫入CDT數(shù)據(jù)）4. 長儀DETT協(xié)議DETT（梯度風(fēng)協(xié)議）是長春氣象儀器廠自有的測風(fēng)塔實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取協(xié)

19、議。該協(xié)議除可讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還能夠通過監(jiān)控操作指令對測風(fēng)塔的部分參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。4.1. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸出格式1、每條記錄之間用“n”分開。2、每條記錄由4段組成,每段之間用“t”分開。第一段：ToyID（每個(gè)元素之間用“/”分開，每個(gè)元素每次基本上都可讀到）格式：數(shù)據(jù)類型/站號-采集時(shí)間-唯一ID/本記錄生成時(shí)間數(shù)據(jù)類型：現(xiàn)有wms1sec、wms10min、wms1hou三種站號：區(qū)站號（由施工人員現(xiàn)場確定并輸入）采集時(shí)間：格式為 YYYYMMDDHHmmss唯一ID：取當(dāng)前時(shí)間的微秒數(shù)本記錄生成時(shí)間：程序執(zhí)行時(shí)寫入當(dāng)前時(shí)間（格式與采集時(shí)間一樣）例：wms1sec/fuxin_fubei

20、-GW001-20111110155814-422105/20111110155815 第二段：基本數(shù)據(jù)（每個(gè)元素之間用“t”分開，元素可能缺少）物理量依次為：溫度（）、相對濕度（%）、氣壓（hPa）、降水量（mm）例1：32.2t56t998.2t11例2：32.2tt998.2t11第三段：附加數(shù)據(jù)（每個(gè)元素之間用“/”分開，元素可能缺少）目前的物理量為：主板電壓（V）、主板溫度（）例1：  13.6/22例2：  /22第四段：第112路智能風(fēng)數(shù)據(jù) （每個(gè)元素之間用“t”分開，元素可能缺少）共12路數(shù)據(jù)，每一路由多個(gè)數(shù)據(jù)組成，分三種情況，根據(jù)ToyID的間隔

21、時(shí)間來判斷（注：下述風(fēng)向均以正北風(fēng)向?yàn)榱愣龋皂槙r(shí)針方向?yàn)檎?）wms1sec物理量為：實(shí)時(shí)風(fēng)向（度） 、實(shí)時(shí)風(fēng)速（m/s）例： 270t2.3t210t2.2tt1.1t .含義如下：第一路風(fēng)向 270、第一路風(fēng)速 2.3第二路風(fēng)向 210、第二路風(fēng)速 2.2第三路風(fēng)向 無、第三路風(fēng)速 11.（2）wms10min物理量為：10分平均風(fēng)向（度） 、10分平均風(fēng)速（m/s）、標(biāo)準(zhǔn)偏差例：270t2.3t0.41t210tt0.33t .含義如下：第一路風(fēng)向 270、第一路風(fēng)速 2.3、第一路標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.41第二路風(fēng)向 210、第二路風(fēng)速 無、第二路標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.33.（3）wms1hou

22、物理量為： 小時(shí)平均風(fēng)向（度）、小時(shí)平均風(fēng)速（m/s）、極大風(fēng)向（度）、極大風(fēng)速（m/s）、極大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間 (YYYY-MM-DD HH:mm:ss)、325m/s有效風(fēng)累計(jì)時(shí)間（分鐘）例：t4.1tt5.0t2011-08-01 07:04:36t52t .含義如下：第一路小時(shí)平均風(fēng)向 無第一路小時(shí)平均風(fēng)速 4.1第一路極大風(fēng)向 無第一路極大風(fēng)速 5.0第一路極大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間 2011-08-01 07:04:36第一路325m/s有效風(fēng)累計(jì)時(shí)間 52.4.2. 監(jiān)控操作指令執(zhí)行readdett程序時(shí)，加入?yún)?shù)-c，即可進(jìn)入指令模式。各指令分述如下：（1）采集器自檢（命令符：AUTOCHECK

23、）返回的內(nèi)容包括采集器時(shí)間，主板溫度，主板電壓，各傳感器開啟狀態(tài)，以及各傳感器掛接狀態(tài)。（2）設(shè)置或讀取區(qū)站號（命令符：ID）參數(shù)：區(qū)站號（5位數(shù)字或字母）示例：若設(shè)置區(qū)站號為57494，鍵入命令為：ID 57494 返回值：<ID 57494 T>整體在<>中，F(xiàn)表示設(shè)置失敗，T表示設(shè)置成功,各項(xiàng)由半角空格隔開，結(jié)尾為回車換行。 若讀取區(qū)站號，鍵入命令為：ID 返回值：<ID A5890> 表示當(dāng)前區(qū)站號為A5890（3）設(shè)置或讀取采集器時(shí)間（命令符：TIME）參數(shù)：YYYY-MM-DD HH:MM:SS示例：若設(shè)置采集器時(shí)間為2011年7月21日12時(shí)34分10秒， 鍵入命令為：TIME 2011-07-21 12:34:10 返回值：<TIME A5890 T> 若讀取采集器時(shí)間，鍵入命令為：TIME 返回值：<TIME A5890 2011-08-01 07:04:36>（4）設(shè)置或讀取傳感器開啟狀態(tài)（命令符：SENST）參數(shù)：18位的0或1，1表示傳感器開啟，0表示傳感器關(guān)閉，詳見下表。示例：若開啟第1,2,3路智能風(fēng)，以及輔助分機(jī)1， 鍵入命令為：SENST 111000000000100000 返回值：<SENST A5890 T> 若讀取傳感器開啟狀態(tài)，鍵入命令為：SENST 返回值：&l