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MODBUS通信协议在风力发电系统中的应用

时间:2011-03-30


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20 年第 9 ( 08 期 总第 19 ) 2期  

应用能源技术 

4  5

MO B S通信 协议在风 力发 电系统 中的应 用  DU
张大 庆 。 冯江 哲 



要: 主要讨论 了 M D U 通信协议在风力发 电电网参数采集 系统 " 中的应用, OB S 3 - 重点介 

绍 了 P C程 序 和 电量采 集模 块 的应 用和 通信 。 L  

关键 词 :L   P4  D U P CC 31MO B S电网参数  
中图分 类 号 : K 9 T 8  文 献标 识码 :   B 文 章编 号 :0 9 2 0 2 0 )9一 X4 10 —3 3 (0 8 0 () 5—0  3

Th   p l a i n o  h   o b s pr t c li   e a p i to   f t e m d u   o o o  n c
t e wi d po r s s e   h   n   we   y t m

Z A G D —qn ,F N  i g h  H N  a i g E G J n —ze a

A src:T elpr瑚 il dsusstea pi t no l bl rt o o   d pr t sgt r g btat h  e  ̄ ny i s  h  p lai  f idL o cl n   c e c o i o ¥p o     aa e   a ei   me r h n
mo ue, h n ito u e   ep o rm  sg   to   fPLC a d te mo ue. d l T e  n rd c st   r ga de in me d o   h h   n  h   d l  
K e   r s: PL y wo d C; CP 41 MODBUS Grd p r ees 3 ;   i   aa tr  m

0 引 言   
风 能作 为一 种 清 洁丰 富 的 能 源 , 近 期 可 在  使

控制 系统 采 用 的是 西 门子 ¥ 3 0系列 P C, 电  70 L 而

网 参 数 采 集 模 块 则 使 用 的 是 山 东 力 创 公 司 的  E A 03系 列 电 量 采 集 模 块 , 模 块 采 用 的 是  D 93 此

生能源当中开发 的重点 , 我们风能资源丰富 , 但是 
利用 率却 很 低 , 当前 随 着 国家对 可 再 生 能 源 发 展  支持 力度 的加 大 , 国 的风力 发 电事 业 正 在 进 入  我


M D U  T O B SR U通信协议 , 以要把 电网参 数采集  所
模块 采集 到 的 数 据 及 时 准 确 的传 送 给 P C控 制  L 器 就必 然涉 及到 了通 信 的 问题 。  

个 快 速发 展 的 阶 段 , 力发 电机 组 的 电控 系统  风

是整 个 风力 发 电机 组 的 大脑 , 电 网参 数 采 集 系  而

1 风力发 电机组 电量采集系统的设计 
1 1 通信 模块 的选 取  .

统是 风 力发 电当 中不 可缺 少 的环 节 , 定 桨 距 三  在 相异 步 发 电机 当 中 , 要 设 计 到 P 对 三 相 电  主 E I 压, 三相 电流 , 有功 功率 , 无功 功率 , 率 等参数 的  频 采集 。并 且 对 电 网 的 整 个 电 能质 量 进 行 实 时 监 
测, 以便 保 证整 个 风力 发 电机 组 的安全 运行 。   山东莱 州某 兆 瓦级 别风 力发 电机 组控 制 系统 

此 型号 风力 发 电机 组 中心 控制 器 为西 门子公 
司 ¥ 3 0系列 P E, 了实 现 P C可 以实 时地 监  70 I 为 L

控 整个 风 电场 的 电网质 量 , 采集 必 要 的数据 , 这里 

我们 为 P 选配 了 C 3 1 E I P4 通信模块 , P4 模块  C 31 使通过点到点连接 , 用于高速强大 的串行数据通 
信 , 减 轻 C U 的 负 担 。 该 模 块 基 本 型 号 支 持  以 P A CI36 ( 和 R 52通 信协 议 没 , 可 以完成  S I 94R) K 1 、 也
和 D S系 统 或 者 其 他 较 复 杂 的 MO B S主站 和  C DU 从 站 的 通 信 。 设 计 中 C 3 1作 为 M d u  T   P4 ob s R U

国产化 工程 当中就 遇到 了此 类 的问题 。整 个 风机 
收 稿 日期 :20 0 8—0 8—1  6 修 订 稿 日期 :20 —0 —2   08 8 5

作者简介 :张大 庆 (99~) 男 , 北保定 人 , 教授 , 学  15 , 河 副 工 学 士, 主要 研 究 方 向为 工 程 图 学 、 算 机 图形 学 。 计  

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应 用 能源 技术 

20 08年第 9期 ( 总第 19 ) 2期  

M s rE A系列采集模块作为 M du R US v , ae,D t obs T  l e   a  
C31 P4 需要 通 过单 独订 购 的 D nl M du 1   og e和 obs ' RU

机组 对 电网 参 数 质 量 的 要 求 。其 输 出接 口为 R   S


45接 口, 8 二线 制 。通讯 规 约为标 准 MO B S   DU —

Msr ae软件来 实现双方 的主从通信 , 可 以实现  t 其
的代 码 为 :1o ,30 ,5 0 ,7 0 , l1 ,5  O ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1,2 l ,

R U通讯 规 约 。为 了实 现 E A电 量 采 集 模 块 和  T D C 3 1 块 的通 信 , 们 对 电量 采 集 模 块 的通 信  P4 模 我

1, 6传输速率最高可 以达到 7 .K is P4 与  6 8 b/。C 3 1 t
E A系列 电量 采 集 模 块 之 间 的通 讯 为 R 45方  D S8

协议设定如下 : S8 标准接 口: R 45 异步传输方式 ,   起始位 1 , 位 数据位 8 , 止位 1 , 位 停 位 无奇偶 校 
验 : 据传 输速 率 设 定 为 90Bt :6进 制 编码 : 数 60 is1 /  

式, 其连接方式如 图 1 所示  。  
至C 3 1 P 4 模块  ( l 针 脚 公头 ) 带 5  
4   DA A r :■= ■一   Tl =

通信方式为半双工 , 主从方式 , 其中从主站到从站 
位命令 信 息 , 站到 主站 为 响应 信息  。 从 ] 
1 3 软 件实现 方 法  .

要通过 C 3 1 P 4 通信模块 同 E A系列电量 采  D
集模块 之 间的 通 信 , 件 的设 计 也是 一 个 比较 重  软
要 的环节 , 于 C 3 1 要 包 括 M d u  at 的  对 P4 主 ob sM s r e

’ =?1     1

D T +l AA  

I 墨堡   

下装 和对 应 的发 送 、 收模块 程 序 的设 计 , 接 对于 电  量采 集模 块 则 是 设 定 与 C 31相 匹 配 的通 信 速  P4
图 1  

率 。在 C 3 1 P4 中下 载 MobsMat 驱 动 , 以进  du  s r e 可
入 Se7中的 H rw r C n g r i t p a ae of uao d   i t n中选 中模 块 双  击, 在弹 出 的 窗 口 中选 择 Pr nt 按 钮 , 出 现  am e r e 在
的 A s n gP r e r t P it o—P it on c si i   a m t s o o —t gn a e    n o   n e— nC  

12 E A系列 电量 采集模 块通信 协 议的 设计  .  D

E A系列 电 量 采 集 模 块 是 一 种 智 能 性 三 相  D

电量采集模块 , 广泛应用于各种工业控制与测量  系统及各种 集散式/ 分布式电力监控 系统 中。可 
准确 测 量三 相三 线 制或三 相 四线制 交流 电路 中 的 

tn 窗 口 中进 行 对 应 的驱 动 下 载 。C 3 1 收 、 is o P4 接  
发送 程序 ve 计 主要包 括 D d设 B块 的设 计 和 F B功  能 块 的调 用 J 。  

三相电压、 三相 电流( 真有效值 )总的及各单相的  ;
有 功功 率 、 功 功率 、 无 视在 功率 、 功率 因数 、 波有  基 功 、 波 有 功 、 波无 功 ; 率 、 反 向有 功 电度 、 谐 基 频 正  

()P4 发送 模块 的设 计  1C 31

对于通 过 C 3 1 M du  a e 驱动通信  P4 的 obsM t s r
的发 送模 块 需 要 设 计 D B块 和 调 用 F B块 , D   其 B
块 结构 如 图 2所示 :  

正反向无功 电度等 电参数 。模块实时数据的更新 
周期4 m 0 S~l 0 m 可 设 置 , 以 实 现 风 力 发 电  O0S 可

图2  

而发 送 程 序 主要 是 通 过 调 用 功 能 块 F 8来  B 实现 , 其程 序可 以设 计 为如 图 3所示 。  
( ) P 4 接 收程序 的设计   2C31 由于 C 3 1 以处 理 接 收程 序 的细 节 部 分 , P4 可  

块 的结 构 :   下 图 5为调 用接 收数 据 F B块 , 收读 取数据  接 的程序设 计 :   ()C 3 1 3 、P4 发送 、 收程 序管 脚定 义 : 接  
F 8 数设 置如 下 : B参  

因此对 于 设计 者来 说 只需要 进行 简单 的设计 就 可  以实现 数 据 的 接 收 。接 受 程 序 同 样 也 需 要 设 计  D B块 和 调 用 F B程 序 块 , 图 4为 接 收 数 据 D   下 B

S : 令 类 型, F命 s为 Sn ed命 令 , F为 Ft e h命  c
令 ; 例为 S 此  

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20 年第 9期 ( 第 19 ) 08 总 2期  

应 用 能源 技术 

4  7

R Q 发送请求 , E: 每个 上升沿发送一侦数据 ;  
此处 为每两 秒 发 送 一 组 数 据 L D R:P4 A D C 31的 逻  辑地 址 ; 处从 38 始  此 6开 D  N 指定 接 受 区 (e h的得 到 的数 据存  B O: Ft c
放本 地 哪一个 D B块 中 ) B地址 为 11 D 8 
DBB


N 指 定 接 受 区 ( e h的得 到 的 数 据  O: Ft c

存放 本地 D B块 中 的起 始 字 节 )第 0个 字 节 开 始  ;
存储 

L N: 信 区长度 ; 个 字节  E 通 六
R O: e h对 方 的 D  N Ft c B块 号 , 果 R— T  如  
‘ 

为 ‘ 或 ‘ 有效 ; D’ x’  



cF



B T 通 信标 志 的字 节号 , 区 ; Y: M   ‘   图3  

’ 一  

R F I 通信 标 志 的位号 ;  C  BT:   Dn : 送完 成输 出一个 脉 冲 ; oe发  

图4   DBB



N 发送数据起 始地址, 例为 0 O: 本  

( B 8 . B 0  D 13 D B )

N R: O 接收完 成 位 , 收完 成后 为 T U 同 时  接 R E,
没 有错 误 。   E R R: R O 错误 位 , T U 为 R E说 明有 错误 。   S A U : 态位 , 识错 误代 码 。 T T S状 标  

2 结 束 语   
通 过 使 用 C 3 1 对 点 通 讯 模 块 和 E A 电  P4 点 D
量 采 集 模 块 实 现 了 不 同 的 应 用 系 统 之 间 通 过 

MO B S 准 通 信 进 行 互 相 通 信 的 目的 , DU标 同时 也 
为将 不 同 系统 的数 据集成 到 一个 系统 提 供 了一种  新 的方 案 。该 电量采 集 系统 的完成 将 在一 定程 度 
图 5  

上促进 我 国风 电产 业 电控 系 统 国产 化 的进 程 , 从  而保 证 国产 风机 的安 全平 稳 运行 。  
参 考 文 献 

E R R: 送失 败输 出为 1  RO 发 ;
S A U : 态字 。 T T S状  

F 7参 数设 置 如下  B
L D Ri P 4 A D   3 1的逻 辑 地址 ; C 此处 从 3 8 始  6开
DB


[ ] C M1Maul Se es & 1 P   na, i n  D公 司,00 4 . m A 20 ()   [ ] E A 系列 电量采集 系统参考 手册 , 东立创 科技 有  2 D 山
限 公 司 ,0 7. 20  

N 发送 数 据块 地址 , 处为 D 13 O: 此 B 8 

[ ] M du  at   aulS m n & 3  obsM s r n a,i esA D公 司 ,03 5 . eM e 20 ( )  


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