水电站监控系统的通信协议转换

水电站监控系统的通信协议转换

在工业现场，有很多r-232设备。通过连接这些设备实现自动化和资源共享非常重要。一般来说，这些r-232设备与主机紧密相连，并且非常分散，因此使用多段卡并不局限于选择。在水电站的计算机监控系统中,由于上位机监控系统及LCU现场控制单元的生产厂商有很多,选用的现场总线的标准也各不相同,这就使得下位机与上位机监控系统通信时要考虑下位机是否支持所选现场总线,通信协议是否一致.嵌入式应用是计算机监控技术发展的必然趋势.由于上位机数据采集量非常大,不可避免的遇到通讯协议转换的问题,泓格公司生产的I-752N系列产品可以在一个RS-485网络上连接多个RS-232设备.I-7523嵌入式控制器本身是一种含有80188/20M主频CPU的PC机,内置MiniOS7嵌入式操作系统,它有256kBFLASHROM,128kBSRAM,2kBEEPROM,内置实时时钟,看门狗定时器,以及4个串行通信口.而且,作为嵌入式控制器,I-7523具有可裁剪性、实时性和可靠性等特点.以前下位机与上位机监控系统通讯一般在工控机上实现,程序是用VC++或C++Builder编写,开发维护及成本相对较高.而I-7523是用TC2.0编写程序,编程及维护更加简单方便,因此,是实现通讯协议转换的较佳方案.本文以台湾泓格公司的I-7523嵌入式控制器,来实现QuantumPLC和电量仪的两种通讯协议为例,提出了一种用C语言编写协议转换程序来实现下位机与上位机监控系统通信的通信方法.1电量仪测量接口QuantumPLC是施耐德电气公司推出的世界上第一个通用自动化平台,是具有强大处理能力的大型控制系统,可以满足大部分离散和过程控制的硬件控制,且经济、灵活.其通讯协议为Modbus通讯协议.电量仪是采用16位单片机进行测量控制的智能型电量参数测量仪;可同时测量单路或双路单相用电设备的电压、电流、功率、功率因素、频率等参数值;具有测量精度高、测量速度快、多参数同时数字显示以及采用薄膜式按键;操作使用极为方便的特点.泓格公司生产的I-7523有四个端口,其中COM3,COM4是RS-232接口,COM2是RS-485接口,COM1可通过跳线选择RS-232或者RS-485接口.其中COM1还用来从PC下载程序到I-7523.因为上位机用的Modbus现场总线是RS-232网络,所以用COM1连接QuantumPLC;而电量仪是RS-485网络,因此用COM2连接电量仪.如果有其它的RS-232设备,还可以接在其他COM端上.在本文中,6块电量仪串联后,再通过RS-485串行线与COM2端相连,其表址分别从1到6;COM1端通过RS-232串行线以ModbusSlave方式连接到Modbus网上,与QuantumPLC连接.2rtu模式简介Modbus协议是一种工业网络控制协议,在国内外已得到了广泛应用,它采用主从式通信方式,主机只能有1台,每个从机都有指定的地址,地址范围在0～247之间(其中0为广播地址).通信采取查询——回应的方式,只有主机具有主动权,从机只能对主机发送的命令做出响应.当主机发出请求命令时,从机做出响应并按主机请求进行操作.Modbus协议有两种数据传输模式:ASCII模式和RTU模式.在同一Modbus通信网络中,所有设备的传输模式和串口通信参数都必须保持一致,不允许两种模式混合使用.由于RTU模式在相同波特率下传输的字符的密度高于ASCII模式,因此一般采用RTU模式.RTU模式的帧结构以至少3.5个字符的时间停顿间隔开始(一般采用4个),然后规定设备地址、功能代码和数据,校验码采用CRC-16方式,为两个字节,最后以至少3.5个字符时间间隔的停顿作为消息的结束.典型的RTU消息帧如表1所示.电量仪通信协议也是采用查询—回应的方式进行通信,这点与Modbus协议相同,但是它的消息帧格式与Modbus协议的消息帧格式不同.Modbus协议的查询消息帧和回应消息帧格式是相同,而FX通信协议的查询消息帧和回应消息帧格式不同.它的查询消息帧中,第一位是表址,接着规定命令标志字,然后是起始标志地址、数据长度,帧的最后用的是累加和校验与结束码.回应消息帧则是以表址作为报文开始,中间是命令标志字、起始标志地址、数据长度、返回的数据和累加与校验,以结束码ODH作为报文结束,电量仪通信协议的查询消息帧格式和回应消息帧格式分别如表2和表3所示.这里需要进行消息帧格式的转换,查询时,将监控系统发出的Modbus消息帧中的功能代码和数据提取出来,然后按照FX通信协议的消息帧格式发送至PLC;回应时,将PLC返回的消息帧中的数据提取出来,然后按照Modbus消息帧格式发送至监控系统.嵌入式程序中给I-7523协议转换器分配了一个地址,上位机监控系统发送过来的Modbus消息帧进入I-7523的串口缓冲区,嵌入式程序对消息帧中的表址进行判断,如果表址匹配,就把Modbus消息帧转换成相应的电量仪通信协议消息帧发送到电量仪中,电量仪进行响应后返回的消息帧再通过协议转换器转换成相应的Modbus消息帧送到上位机监控系统.3在库函数中的驱动作用I-7523内置的MiniOS7操作系统是基于OS的嵌入式操作系统,它具有程序下载和执行功能,可以执行DOS格式的可执行文件及批处理文件,并可以使用AUTOEXEC.BAT来设定一开机就要执行的程序.实现步骤如下:首先调用库函数打开串口并初始化设置串口通信参数.并设置Modbus串口通信参数.然后查询串口,获得Modbus查询帧消息.如经CRC校验无误,定义全局数组DataBuf,用于存放PLC发出的Modbus命令;OutMsg用于存放电量仪响应后返回到PLC的数据;DLYOutBuf用于存放发给电量仪的命令;DLYInBuf用于存放电量仪响应返回的数据.在子函数MakeResponseToPLC()中实现协议转换.先调用库函数ModGetInAddr()读取消息帧的首字节对从机地址(站点)进行判断,如果地址匹配,就调用库函数ReadCom(2)将COM2输入缓冲区的数据读入并存放到数组DataBuf中.再调用库函数ModGetInFuncNo()获取功能码.然后用一个switch语句判断功能码是否为3.再用一个if语句判断,如站点号在1～6之间,查询对应电量仪的数据.此时在DataBuf数组中,DataBuf为起始地址高字节,DataBuf为起始地址低字节,DataBuf为起数据长度高字节,DataBuf为数据长度低字节.在DLYOutBuf中,DLYOutBuf为表址,DLYOutBuf为命令标志字,DLYOutBuf为起始标志地址低字节,DLYOutBuf为起始标志地址高字节.若站点号为1,则表址为1的电量仪响应.调用子函数SendCmdToDLY()把DLYOutBuf数组存放的命令发到COM1的输出缓冲区.延时等待COM1的输出缓冲区空了后电量仪就可以进行响应了.接着调用子函数ResponseFromDLY()不断查询COM1的输入缓冲区有没有数据,若有数据就调用库函数ReadCom(1)把数据读入并存放到数组DLYInBuf中.根据电量仪查询应答命令(检验每一个内容是否正确)判断返回的数据是否正常,如果正常就截取数组DLYInBuf中需要返回的数据存放到数组Temp中.设数据数量为L,如果返回数据正常,表址为1的电量仪返回的数据为Temp～Temp[L*4-1].其中,每个数据占4个字节,从低字节到高字节排列,Modbus的数据排列方式正好相反,需要注意.电量仪响应完后,将数据送到OutMsg中,并交换数据各个字节,使之从高字节到低字节排列.最后调用库函数ModSendMessage()把数组OutMsg中存放的电量仪响应发送至COM1的输出缓冲区,从而对PLC作出响应.同理,若站点号为2表示