常见通信协议的接口调试方法

常见通信协议的接口调试方法

版本号：1.0.1

发布时间：2012-2-4

1.Modbus

Modbus是一种工业领域通信协议标准，并且现在是工.业电子设备之间相当常用的连接方式。

Modbus协议是一个Master/Slave架构的协议。有一个节点是Master节点，其他使用Modbus协议参

与通信的节点是Slave节点。Master节点类似Client/Server架构中的Client,Slave则类似Server。工业上

Modbus协议的常见架构如下图所示。

IIModbusMaster

InstrumentBus

ModbusSlave

1.1.应用场合

Modbus协议主要用于测风塔数据实时读取、风机数据实时读取。将来有可能用于集控系统中，读取

各类数据和进行远程控制。

在清三营、长风风电场，莱维赛尔的测风塔使用ModbusRTU协议与功率预测系统通信。

在向阳风电场，明阳的SCADA服务器通过ModbusTCP协议向功率预测系统提供各风机的实时运行

数据。

在乌力吉、浩日格吐、马力、前后查台等风电场，赛风的测风塔使用ModbusRTUoverTCP协议与功

率预测系统通信。

1.2.Modbus数据模型

在Slave和Master进行通信时，Slave会将其提供的变量E央射到四张不同的表上，Maste，从表中相应

位置读/写变量，就完成了数据获取或命令下达。这四张不同的表，称作Modbus数据模型(ModbusData

Model)。

为了理解方便，这里将四张表分别称作1位只读表、1位可读可写表、16位只读表、16位可读可写表。

(类似电力通信国标中的遥信、遥控、遥测、遥调J1位表用来映射单比特数据类型的变量，通常是布尔

型变量；16位表用来映射双字节数据类型的变量，如int16、float16等，如果希望映射int32、float32等四

字节变量，可以通过一-次使用16位表中的两个位置来实现。只读表用来映射Master只能读取的变量；可

读可写表用来映射Master既可读取、又可改写的变量。

1位只读表

变量地址012345•••

数据区域

•••

（1个方格表示1bit）

1位可读可写表

变量地址012345・・・

数据区域

（1个方格表示1bit）

16位只读表

变量地址012345・・・

数据区域

（1个方格表示1bit）

16位可读可写表

变量地址012345・・・

数据区域

（1个方格表示1bit）

例如，在某温度监视系统中，一部温度传感器与一台上位机通过Modbus总线进行通信，温度传感器是

Server,上位机是Clieni。对温度传感器提供的变量做如下映射：

变量含义数据类型映射表在映射表中的起始高8位在前

位置

是否停止运行bool1位只读表0-

有无故障bool1位只读表2-

外部温度tloat3216位只读表1否

内部温度float3216位只读表3否

外部温度告警值float1616位可读可写表2否

内部温度告警值float1616位可读可写表4否

1位可读可写表

变量地址012345・・・

数据区域

•••

（1个方格表示1bit）

16位可读可写表

再次说明，1位只读表、1位可读可写表、16位只读表、16位可读可写表等名称是本文档为了方便读

者理解自拟的，在Modbus协议规范中有它们的正式名称。另外，不同厂商的设备/软件说明马中，对这四

张表的称呼又有不同。

1位只读表1位可读可写表16位只读表16位可读可写表

Modbus协议规范DiscretesInputCoilsInputRegistersHoldingRegisters

BachmannPLCDiscCoilsRegsHRegs

OutputRegister

SiemensPLCInputCoilOutputCoilInputRegister

HoldingRegister

1.3.ModbusRTU、ModbusTCP与ModbusRTUoverTCP

Modbus协议有很多种变体，最常见的是ModbusRTU.ModbusTCP和ModbusRTUoverTCP。

为了能从众多Slave中唯一地标识出希望与其通信的Slave,需要知道Slave的地址。不同的变体对Slave

地址的描述方式不同。对于ModbusRTU、ModbusTCP和ModbusRTUoverTCP,其硬件接口与对Slave

地址的描述方式如下表：

是否需要指定是否需要指定IP地址其他需要指定

硬件接口

SlaveId与TCP端口的参数

ModbusRTU串口是否通信端口、波特

率、数据位、校

验方式、停止位

ModbusTCP网口否是无

ModbusRTU

网口是是无

overTCP

1.4.调试工具与调试方法

ModbusPoll和ModbusSlave是ModbusTools系列软件中的两个工具软件，可运行在Windows

2000/XP/Vista/7平台。ModbusPoll可用于测试从Slave中实时读取数据。ModbusSlave是一款Slave模拟

软件，可用于模拟出一个假想的Slave设备。

modpoll的用法

./modpoll-mtep-a1-r2-c8-t3-p5021192.168.100.1

-a后面接slaveid

-r后面接起始偏移地址，这个地址要比配置文件中的地址大1

-c后面接读取数据个数

-t后面接数据类型

・p后面接端口

最后加上ip

172.18.106.11:10004

liksun

liksungogogo/liksunispower/liksun

/home/opps/config/opps.cfg

2.0PCDA

()PC是OLEforProcessConlrol的缩写，其最大的特点是必须运行在Windows平台，因为它基于微软

的OLE、COM、DCOM技术而实现。

严格地说，OPC是指一系列协议，如OPCDA、OPCHDA.OPCDA-XML.OPCAE、OPCUA、OPC

DX等。但由于OPCDA的使用最为广泛，所以一般说OPC就是指OPCDA,即OPCDataAccess。

OPCDA最新的协议版本是OPCDA3.0,目前主流的版本是OPCDA2.0。

2.1.应用场合

OPC协议目前多用于风机实时数据的读取，且主要为华锐SCADA服务器的风机实时数据接口。将来

有可能用于集控系统中，读取各类数据和进行远程控制。

在高山子、阜北、彰北、通榆等风电场，华锐的SCADA服务器通过OPC协议向功率预测系统提供各

风机的实时运行数据。

2.2.OPCDA的特点

为了从同一局域网的众多机器中标识出OPC服务软件所在的机器，需要指定该机器的IP地址。由于

同一台机渊上有可能运行多个OPC服务，需要指定该OPC服务的名称。最后，通过字符串形式的变量名

称来指定希望读/写的变量。

例如高山子风电场华锐SCADA系统的OPC服务器的信息和部分变量如下：

IP地址86.21.0.19

服务名称HrDataSvr

变量名称含义数据类型是否可写

ABB.WT1.Basic.PlcSta1#风机的PLC状态Short否

ABB_WT2.Basic.WinSpe2#风机的机舱外风速Float否

ABB_WT3.Basic.ActPow3#风机的有功功率Float否

ABB_WT8.Basic.bErrSta8#风机是否故障Boolean否

与Modbus不同，OPC的变量名称一旦指定，其数据类型与是否可写就是确定的了。

另外，OPC的变量除了具有value属性（表示该变量的实时值）之外，还具有quality和timestamp属

性，表示读取该变量时的通信质量和该变量的更新时间。Modbus的变量只有值。

2.3.调试工具与调试方法

MatrikonOPC是一家专业开发OPC相关软件的加拿大公司。MatrikonOPCExplorer是一款OPC客户

端软件，可用于测试OPC服务器，MatrikonOPCOPCSimulationServer是一款OPC服务器模拟软件。

OPCQuickClient是一款小巧的OPC客户端软件，无需安装，快捷简便。

3.CDT峭

CDT,也称部颁CDT,是我国的电力和自动控制领域的常见的通信接口。与其他规约相比.它的特点

是：

1）相对简单；

2）并非客户端/服务器端工作方式，而是发端不管收端是否接收，总是将数据发送出去；

3）所表示的遥测数据为12位的整数。其中最高位为符号位，所以表示范围是・2048（负2的11次方）〜

2047（正2的11次方减1）。

3.1.应用场合

CDT规约目前主要用于从远动柜获取升压站处采集的风电场实时总功率，以及其他厂家的测风塔实时

数据。还用于向电网上报测风塔的实时数据。

3.2.报文说明

CDT规约传输的一组数据被封装在一个数据帧中。数据帧包括同步字、控制字和信息字三部分。

同步字：标识一个帧的开头，一般是三个EB90,

控制字：记载帧的一些重要信息，如数据类型，信息字的长度等。也是三个字节。对遥测数据，控制

字常常是716I开头。

信息字：数据本身，长度可变（由控制字中指明）。

因为这个原因，CDT规约的原始报文中，往往可以看到三个EB90,后面再接7161。在本系统工程

实施上，这可以看做CDT规约报文的特征。

若干厂家（如许继、四方）扩展了CDT的通信规约标准，加入了自身的规范内容。但是目前，远动装

置给过来的CDT报文，都还是标准CDT报文。

33倍率问题

在与第三方厂家对接CDT接口时，往往需要根据数据点表，设定一个合适的倍率。虽然大多时候，

倍率由第三方厂家指定，但是有时候由我们指定，或者我们与第三方厂家共同论定，所以知道如何设定合

适的倍率是必要的。

设置方式：CDT遥测原始数据（有时被称为码值）表示范围：・2048〜2047,其真实含义（比方，准备

表示一个300MW的风场的有功功率）的数据的变化范围：-1兆瓦〜300兆瓦。所以倍率应该小于等于

300/2047o在这个范围内选择一个合适的数字就好，但不要小于300/2047太多，否则造成表示范围的浪费，

从而造成表示误差的升高；也不能大约300/2047,否则无法表示满发时风场的有功功率。

3.4.实例详解

以卜例子需要好好研究，以便理解CDT规约是如何包装数据的。

设有若干数据需要CDT传输，列表如下：

物理量单位倍数

70米风速m/s0.1

70米风向度0.2

50米风速m/s0.1

50米风向度0.2

10米风速m/s0.1

10米风向度0.2

气温摄氏度0.1

相对湿度%0.1

气压百帕1

则CDT报文往往是:

片段序号报文内容说明

1eb90eb90eb90报文起始.

7161表示本报文是遥测数据;

05是信息字个数，CDT每个信息字可存放2个物理量，一共9

个物理量，故信息字个数为5(向上取整)：

27161052dOfxx

2d表示源地址，Of表示目的地址，即接口的源地址为45(2d)、

目的地址为15(Of)；

xx为CRC校验码。

00是信息字的地址；

0062(高低字节对调)对应十进制数98,即表示70米风速为

30062004006xx

9.8m/s；

0640对应十进制数1600,乘以倍数0.2,即70米风向为320,里;

xx为CRC校验码。

01是信息字的地址；

0042对应十进制数66,即表示50米风速大小为6.6m/s；

40142000c06xx

060c对应十进制数1548,即50米风向为309.6度；

xx为CRC校验码。

02是信息字的地址；

0（）20对应十进制数32,即10米风速3.2m/s：

50220000e06xx

060e对应十进制数1550,即10米风向310度；

xx为CRC校验码。

03是信息字的地址；

005a对应十进制数90,即气温9摄氏度；

6035a(X)c6()0xx

00e6对应十进制数230,即相对湿度为23%；

xx为CRC校验码。

04是信息字的地址；

03e5对应十进制数997,即气压为997百帕；

704e5030000xx

0000处是无用的数据,一般补0;

xx为CRC校验码。

3.5.调试工具与调试方法

Windows平台：

SSCOM串口调试工具（用于调试串口）

监控模拟系统调试工具（用于调试CDT规约）

Linux平台：readcom

（用于读取串口原始报文）readcdt

（用于读取和解包CDT数据）

writecdt（用于写入CDT数据）

4.长仪DETT协议

DETT（梯度风协议）是长春气象仪器厂自有的测风塔实时数据读取协议。该协议除可读取实时数据

外，还能够通过监控操作指令对测风塔的部分参数进行远程配置。

4.1.实时数据的输出格式

1、每条记录之间用“\n”分开。

2、每条记录由4段组成，每段之间用“\t”分开。

第一段：ToylD（每个元素之间用分开，每个元素每次基本上都可读到）

格式：数据类型/站号-采集时间-唯一ID/本记录生成时间

数据类型：现有wmslsec、wmslOmin、wmslhou三种

站号：区站号（由施工人员现场确定并输入）

采集时间：格式为YYYYMMDDHHmmss

唯一ID：取当前时间的微秒数

本记录生成时间：程序执行时写入当前时间（格式与采集时间一样）

例：wms1sec/fuxin_fubei-GWOO1-20111110155814-422105/20111110155815

第二段：基本数据（每个元素之间用“\t”分开，元素可能缺少）

物理量依次为：温度（℃）、相对湿度（％）、气压（hPa）、降水量（mm）

例1：32.2\t56\t998.2\tll

例2：32.2\t\t998.2\tll

第三段：附加数据（每个元素之间用分开，元素可能缺少）

目前的物理量为：主板电压（V）、主板温度（℃）

例1：13.6/22

例2：/22

第四段：第1~12路智能风数据（每个元素之间用“\t”分开，元素可能缺少）

共12路数据，每一路由多个数据组成，分三种情况，根据ToylD的间隔时间来判断

（注：下述风向均以正北风向为零度，以顺时针方向为正）

（1）wmslsec

物理量为：实时风向（度）、实时风速（m/s）

例：270\t2.3\t210\t2.2\t\tl.l\t...

含义如下：

第一路风向270、第一路风速2.3

第二路风向210、第二路风速2.2

第三路风向无、第三路风速11

（2）wmslOmin

物理量为：10分平均风向（度）、10分平均风速（m/s）、标准偏差

例：270\t2.3\t0.4l\t210\t\t0.33\t...

含义如下：

第一路风向270、第一路风速2.3、第一路标准偏差0.41

第二路风向210、第二路风速无、第二路标准偏差0.33

（3）wmslhou

物理量为：小时平均风向（度）、小时平均风速（m/s）、极大风向（度）、极大风速（m/s）、极大风出

现时间（YYYY-MM-DDHH:mm:$s）、3~25m/s有效风累计时间（分钟）

例：\t4.1\t\t5.0\l2011-08-0107:04:36\t52\t...

含义如下：

第一路小时平均风向无

笫一路小时平均风速4.1

第一路极大风向无

第一路极大风速5.0

第一路极大风出现时间2011-08-0107:04:36

第一路3~25m/s有效风累计时间52

4.2.监控操作指令

执行readdett程序时，加入参数-c,即可进入指令模式。各指令分述如下:

⑴采集器自检(命令符：AUTOCHECK)

返回的内容包括采集器时间，主板温度，主板电压，各传感器开启状态，以及各传感器挂装状态。

(2)设置或读取区站号(命令符：ID)

参数：区站号(5位数字或字母)

示例：若设置区站号为57494,键入命令为：ID57494/

返回值：<ID57494T>/

整体在<>中，F表示设置失败，T表示设置成功，各项由半集空格隔开，结尾为回车换行。

若读取区站号，键入命令为：ID/

返回值：<IDA5890>/

表示当前区站号为A5890

(3)设置或读取采集器时间(命令符：TIME)

参数：YYYY-MM-DDHH:MM:SS

示例：若设置采集器时间为2011年7月21日12时34分10秒，

键入命令为：TIME2011-07-2112:34:10/

返回值：<TIMEA58901>/

若读取采集器时间，键入命令为：TIME/

返回值:<TIMEA58902011-08-0107:04:36>/

(4)设置或读取传感器开启状态(命令符：SENST)

参数：18位的。或1,1表示传感器开启，。表示传感器关闭，详见下表。

示例：若开启第123路智能风，以及辅助分机1,

键入命令为:SENST111000000000100000/

返回值：〈SENSTA5890T〉/

若读取传感器开启状态，键入命令为：SENST/

返回值：<SENSTA5890()1II()()()(K)(X)()()()(K)()>/

可以看到第2,3,4路智能风是开启的。

各传感器标识符如下表所示:

传感器标识