[發(fā)明專利]基于Modbus協(xié)議的RS485總線通訊方法及基于該通訊方法的電力電子系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410301602.0
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104065545B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳國柱;徐群偉;王異凡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Modbus協(xié)議的RS485總線通訊方法及基于該通訊方法的電力電子系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電力電子技術(shù)的日益發(fā)展成熟和電力自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用有力地推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展和電氣自動化水平的提高，但是由于單臺電力電子裝置的容量限制問題，使其在大功率應(yīng)用領(lǐng)域受到制約。

利用現(xiàn)有的小容量電力電子裝置的成熟技術(shù)，通過模塊化并聯(lián)組合的方式實現(xiàn)大容量場合的應(yīng)用成為研究的熱點。同時在某些情況下，需要將不同種類的電力電子裝置(電力電子模塊)組合在一起實現(xiàn)系統(tǒng)功能。實現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵性問題之一是如何解決好不同電力電子裝置之間的通訊協(xié)作問題，由此促使了大規(guī)模電力電子系統(tǒng)通訊總線體系的出現(xiàn)和發(fā)展。

隨著各種編碼、接口技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了各種不同數(shù)據(jù)格式和接口的電力電子通訊系統(tǒng)和高速總線。

張懷晟等人在標(biāo)題為大容量變換器的光纖CAN通信總線定時方案(清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2007,47(1):17-20)中提出了一種物理層運用光纖的高速CAN總線通訊方法，實現(xiàn)了強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的高波特率和高可靠性。但是CAN總線的使用基于實現(xiàn)協(xié)議的芯片，成本較高，特別是在PC機(jī)上實現(xiàn)CAN時使用的CAN插卡，比其他總線如RS485所使用的接口轉(zhuǎn)換電路成本要高很多。特別對于大規(guī)模電力電子系統(tǒng)，由于模塊數(shù)眾多，需要的光纖數(shù)量也極為龐大，一方面造成成本上升，另一方面，由于連接關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致通信可靠性降低，極大的限制其在大規(guī)模電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

穆斌等人在標(biāo)題為RS-485總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的安全與可靠性(光學(xué)精密工程.2003(02):193-197)中通過分析和改進(jìn)RS485總線的硬件電路，保證總線網(wǎng)絡(luò)的安全性，提高了通訊的可靠性，且成本低。但是由于RS485總線對應(yīng)的應(yīng)用層沒有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，而通訊協(xié)議的構(gòu)建及其邏輯處理的效率很大程度上會影響RS485總線通訊的利用率和傳輸延時。而模塊數(shù)眾多的大規(guī)模電力電子系統(tǒng)需要進(jìn)行多機(jī)通訊，且對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求較高，因此，RS485總線通訊在大規(guī)模電力電子系統(tǒng)的應(yīng)用也受到了嚴(yán)重限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于Modbus協(xié)議的RS485總線通訊方法及基于該通訊方法的電力電子系統(tǒng)。

一種基于Modbus協(xié)議的RS485總線通訊方法，實施于包括一個主控制器和若干個從控制器的RS485總線多機(jī)通信系統(tǒng)，所述的RS485總線通訊方法包括：

(1)主控制器根據(jù)用戶輸入的讀寫指令或者狀態(tài)查詢指令生成相應(yīng)的控制指令，并將所述的控制指令封裝成控制幀后發(fā)送到RS485總線上；

(2)從控制器偵聽RS485總線，當(dāng)偵聽到控制幀到達(dá)后開始接收并處理偵聽到的控制幀形成相應(yīng)的響應(yīng)幀，并將形成的響應(yīng)幀發(fā)送到RS485總線上；

(3)主控制器通過偵聽RS485總線接收響應(yīng)幀，并判斷接收到的響應(yīng)幀是否正確：

若主控制器在設(shè)定的時間間隔內(nèi)未接收到響應(yīng)幀或接收到的響應(yīng)幀不正確，則重新發(fā)送該控制幀，直至接收到正確的響應(yīng)幀或連續(xù)發(fā)送M次都未接收到正確的響應(yīng)幀后停止發(fā)送該控制幀，并結(jié)束偵聽RS485總線，重新使能用戶輸入的讀寫指令和運行狀態(tài)查詢指令；

所述的控制幀和響應(yīng)幀均包括5個字段，分別為起始段、控制器地址段、功能標(biāo)志段、分控信息段和錯誤校驗段。

本發(fā)明的RS485總線通訊方法中通過定義控制器生成的通訊幀的結(jié)構(gòu)(主控制器生成的控制幀和從控制生成的響應(yīng)幀)，使RS485總線通信系統(tǒng)采用基于Modbus協(xié)議的自定義幀進(jìn)行通信，通過通訊程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，定義合理的通訊幀及處理邏輯，不需要另外構(gòu)建通訊協(xié)議，提高通訊效率，加快數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度，提高了RS485總線通訊系統(tǒng)的利用率，還大大降低了傳輸延時，且采用RS485總線通信系統(tǒng)通訊可靠性強(qiáng)，成本較低，易于實現(xiàn)，適合在大規(guī)模電力電子系統(tǒng)中應(yīng)用。