[发明专利]基于Modbus协议的RS485总线通讯方法及基于该通讯方法的电力电子系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，具体涉及一种基于Modbus协议的RS485总线通讯方法及基于该通讯方法的电力电子系统。

背景技术

电力电子技术的日益发展成熟和电力自动化设备的广泛应用有力地推进了工业生产力发展和电气自动化水平的提高，但是由于单台电力电子装置的容量限制问题，使其在大功率应用领域受到制约。

利用现有的小容量电力电子装置的成熟技术，通过模块化并联组合的方式实现大容量场合的应用成为研究的热点。同时在某些情况下，需要将不同种类的电力电子装置(电力电子模块)组合在一起实现系统功能。实现这些应用的关键性问题之一是如何解决好不同电力电子装置之间的通讯协作问题，由此促使了大规模电力电子系统通讯总线体系的出现和发展。

随着各种编码、接口技术的发展和系统规模的不断扩大，出现了各种不同数据格式和接口的电力电子通讯系统和高速总线。

张怀晟等人在标题为大容量变换器的光纤CAN通信总线定时方案(清华大学学报：自然科学版.2007,47(1):17-20)中提出了一种物理层运用光纤的高速CAN总线通讯方法，实现了强电磁干扰环境下的高波特率和高可靠性。但是CAN总线的使用基于实现协议的芯片，成本较高，特别是在PC机上实现CAN时使用的CAN插卡，比其他总线如RS485所使用的接口转换电路成本要高很多。特别对于大规模电力电子系统，由于模块数众多，需要的光纤数量也极为庞大，一方面造成成本上升，另一方面，由于连接关系复杂，导致通信可靠性降低，极大的限制其在大规模电力电子系统中的应用。

穆斌等人在标题为RS-485总线网络应用中的安全与可靠性(光学精密工程.2003(02):193-197)中通过分析和改进RS485总线的硬件电路，保证总线网络的安全性，提高了通讯的可靠性，且成本低。但是由于RS485总线对应的应用层没有标准的协议，而通讯协议的构建及其逻辑处理的效率很大程度上会影响RS485总线通讯的利用率和传输延时。而模块数众多的大规模电力电子系统需要进行多机通讯，且对数据传输的实时性要求较高，因此，RS485总线通讯在大规模电力电子系统的应用也受到了严重限制。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于Modbus协议的RS485总线通讯方法及基于该通讯方法的电力电子系统。

一种基于Modbus协议的RS485总线通讯方法，实施于包括一个主控制器和若干个从控制器的RS485总线多机通信系统，所述的RS485总线通讯方法包括：

(1)主控制器根据用户输入的读写指令或者状态查询指令生成相应的控制指令，并将所述的控制指令封装成控制帧后发送到RS485总线上；

(2)从控制器侦听RS485总线，当侦听到控制帧到达后开始接收并处理侦听到的控制帧形成相应的响应帧，并将形成的响应帧发送到RS485总线上；

(3)主控制器通过侦听RS485总线接收响应帧，并判断接收到的响应帧是否正确：

若主控制器在设定的时间间隔内未接收到响应帧或接收到的响应帧不正确，则重新发送该控制帧，直至接收到正确的响应帧或连续发送M次都未接收到正确的响应帧后停止发送该控制帧，并结束侦听RS485总线，重新使能用户输入的读写指令和运行状态查询指令；

所述的控制帧和响应帧均包括5个字段，分别为起始段、控制器地址段、功能标志段、分控信息段和错误校验段。

本发明的RS485总线通讯方法中通过定义控制器生成的通讯帧的结构(主控制器生成的控制帧和从控制生成的响应帧)，使RS485总线通信系统采用基于Modbus协议的自定义帧进行通信，通过通讯程序的结构化设计，定义合理的通讯帧及处理逻辑，不需要另外构建通讯协议，提高通讯效率，加快数据的响应速度，提高了RS485总线通讯系统的利用率，还大大降低了传输延时，且采用RS485总线通信系统通讯可靠性强，成本较低，易于实现，适合在大规模电力电子系统中应用。