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↙
升级会员 