常见通信协议的接口调试方法.docx

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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（总14页）

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。

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会将其提供的变量映射到四张不同的表上，Master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（ModbusDataModel）。

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。

）1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

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

...

1位可读可写表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

...

16位只读表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

...

16位可读可写表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

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Client。

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

在映射表中的起始位置

高8位在前

是否停止运行

bool

1位只读表

0

-

有无故障

bool

1位只读表

2

-

外部温度

float32

16位只读表

1

否

内部温度

float32

16位只读表

3

否

外部温度告警值

float16

16位可读可写表

2

否

内部温度告警值

float16

16位可读可写表

4

否

1位只读表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

是否停止运行

有无故障

...

1位可读可写表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

...

16位只读表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

外部温度

内部温度

...

16位可读可写表

变量地址

0

1

2

3

4

5

...

数据区域

（1个方格表示1bit）

外部温度告警值

内部温度告警值

...

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/软件说明书中，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

DiscretesInput

Coils

InputRegisters

HoldingRegisters

BachmannPLC

Disc

Coils

Regs

HRegs

SiemensPLC

InputCoil

OutputCoil

InputRegister

OutputRegister

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：

硬件接口

是否需要指定SlaveId

是否需要指定IP地址与TCP端口

其他需要指定的参数

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

ModbusRTUoverTCP

网口

是

是

无

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Windows2000/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 -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，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.OPCDA

OPC是OLEforProcessControl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、OPCDX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。

由于同一台机器上有可能运行多个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.PlcSta

1#风机的PLC状态

Short

否

ABB_WT2.Basic.WinSpe

2#风机的机舱外风速

Float

否

ABB_WT3.Basic.ActPow

3#风机的有功功率

Float

否

ABB_WT8.Basic.bErrSta

8#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规约

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7161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。

3.3.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300/2047。

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

以下例子需要好好研究，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/s

0.1

70米风向

度

0.2

50米风速

m/s

0.1

50米风向

度

0.2

10米风速

m/s

0.1

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

1

eb90eb90eb90

报文起始。

2

7161052d0fxx

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）；

2d表示源地址，0f表示目的地址，即接口的源地址为45（2d）、目的地址为15（0f）；

xx为CRC校验码。

3

0062004006xx

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9.8m/s；

0640对应十进制数1600，乘以倍数0.2，即70米风向为320度；

xx为CRC校验码。

4

0142000c06xx

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；

060c对应十进制数1548，即50米风向为309.6度；

xx为CRC校验码。

5

0220000e06xx

02是信息字的地址；

0020对应十进制数32，即10米风速3.2m/s；

060e对应十进制数1550，即10米风向310度；

xx为CRC校验码。

6

035a00e600xx

03是信息字的地址；

005a对应十进制数90，即气温9摄氏度；

00e6对应十进制数230，即相对湿度为23%；

xx为CRC校验码。

7

04e5030000xx

04是信息字的地址；

03e5对应十进制数997，即气压为997百帕；

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：

ToyID（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wms1sec、wms10min、wms1hou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-GW001-20111110155814-422105/20111110155815

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\t11

例2：

32.2\t\t998.2\t11

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ToyID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）wms1sec

物理量为：

实时风向（度）、实时风速（m/s）

例：

270\t2.3\t210\t2.2\t\t1.1\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）wms10min

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\t0.41\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）wms1hou

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:

ss）、3~25m/s有效风累计时间（分钟）

例：

\t4.1\t\t5.0\t2011-08-0107:

04:

36\t52\t...

含义如下：

第一路小时平均风向无

第一路小时平均风速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：

（1）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，以及各传感器挂接状态。

（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：

↙

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

若读取区站号，键入命令为：

ID↙

返回值：

↙

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：

↙

若读取采集器时间，键入命令为：

TIME↙

返回值：

04:

36>↙

（4）设置或读取传感器开启状态（命令符：

SENST）

参数：

18位的0或1，1表示传感器开启，0表示传感器关闭，详见下表。

示例：

若开启第1,2,3路智能风，以及辅助分机1，

键入命令为：

SENST111000000000100000↙

返回值：

↙

若读取传感器开启状态，键入命令为：

SENST↙

返回值：

↙

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：

序号

传感器名称

传感器标识符（XXX）

序号

传感器名称

传感器标识符（XXX）

1

第1路智能风

10

第10路智能风

2

第2路智能风

11

第11路智能风

3

第3路智能风

12

第12路智能风

4

第4路智能风

13

辅助分机1

5

第5路智能风

14

保留

6

第6路智能风

15

保留

7

第7路智能风

16

保留

8

第8路智能风

17

保留

9

第9路智能风

18

保留

（5）设置或读取智能风分机号及类型（命令符：

WST）

二级命令符：

Wxx（xx取01至12）

参数：

智能风分机号，智能风类型

智能风分机号取20至99，

智能风类型取0或1，0为风速风向一体，1为只有风速。

示例：

若设置第1路智能风分机号为21，类型为只有风速，

键入命令为：

WSTW01211↙

返回值：

↙

若读取第2路智能风状态，直接键入命令：

WSTW02↙

返回值：

↙

可以看到第2路智能风分机号为22，类型为风速风向一体。

（6）清空补报数据标志（命令符：

CLEAR）

示例：

CLEAR↙

返回值：

↙

（7）擦除全部存储数据（命令符：

ERASE）

擦除整个存储器约用时90-120秒

示例：

ERASE↙

返回值：

↙

（8）复位采集器（命令符：

RESET）

示例：

RESET↙

返回值：

↙

（9）调试指令（命令符：

TEST）

参数：

SS。

说明：

SS为秒数，即每间隔指定秒数，发出实时数据，以便于系统调试

示例：

若设置每10秒发出实时数据，键入命令为：

TEST10↙

返回值：

↙

若关闭此功能，键入命令为：

TEST00↙