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　　摘要：探讨MODBUS协议在2KW分布式光伏发电站监控系统设计中的应用。分析分布式光伏发电的现状，阐述MODBUS协议通信规格及主要功能代码，探讨基于MODBUS协议的2KW分布式光伏发电站监控系统硬件构成、软件设计与开发，以及MODBUS协议实现。 

　　关键词：MODBUS协议；分布式；光伏发电；监控系统 

　　中图分类号：TP319 

　　文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）003-0077-03 

　　0 引言 

　　分布式发电通常是指利用分散式资源，装机规模较小，布置在用户附近的发电系统，一般接入低于35KV或更低电压的电网。分布式光伏发电指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。 

　　目前，应用最为广泛的分布式光伏发电项目一般建在城市建筑物屋顶。此类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式系统就无法保证用户用电的可靠性。在我国，分布式光伏发电项目效益影响因素很多，主要有：上网电价、工程投资、当地日照条件、运营年限、技术选择、政府政策、送出条件[1]。同时，分布式光伏发电具有输出功率相对较小、污染小、能缓解局部地区用电紧张状况的特点，而被业内寄予厚望。 

　　1 MODBUS的基本概念 

　　Modbus由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明。其协议是一种应用于电子控制器上的通用语言。通过此协议，控制器之间以及控制器经由网络和其它设备之间均可通信。目前，它已经成为一个通用工业标准。 

　　1.1 Modbus的特点 

　　（1）标准开放，用户可以免费使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。 

　　（2）Modbus支持多种电气接口[2]，如RS232、RS485等，可在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。 

　　（3）Modbus协议帧格式简单、紧凑、通俗易懂，用户使用便捷、开发简单。 

　　1.2 MODBUS网络传输模式 

　　控制器可设置ASCII或RTU传输模式，在标准的Modbus网络通信中，用户可以修改串口通信参数。配置每个控制器时，Modbus网络上所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数，否则不能通信。 

　　（1）ASCII模式。当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信时，消息中的每个8bit字节都作为一个ASCII码（两个十六进制字符）发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。 

　　（2）RTU模式。当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信时，消息中的每个8bit字节包含两个4bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII模式传送更多的数据，本设计采用MODBUS-RTU模式。 

　　1.3 Modbus RTU信息帧 

　　Modbus-RTU信息以帧的方式传输，每帧有确定的起始点和结束点，使接收设备在信息的起点开始读地址，并确定要寻址的设备，以及信息传输的结束时间。 

　　在RTU模式中，信息开始至少需要有3.5个字符的静止时间，依据使用的波特率，很容易计算静止的时间（见表1）。 

　　各个区允许发送的字符均为16进制的0～9，A～F。网络上的设备连续监测网络信息，包括静止时间，当接收第一个地址数据时，设备立即对它进行解码，以决定是否是自身的地址。发送完最后一个字符号后，也有一个3.5个字符的静止时间，以发送一个新的信息。整个信息必须连续发送。如果在发送帧信息期间，出现大于1.5个字符的静止时间，则接收设备刷新不完整的信息，并假设下一个地址数据。 

　　1.4 地址设置 

　　有效的从机设备地址范围为0～247（十进制），各从机设备的寻址范围为1～247。主机将从机地址放入信息帧地址区，并向从机寻址。从机响应时，将自身地址放入响应信息地址区，让主机识别已作出响应的从机地址。地址0为广播地址，所有从机均能识别。 

　　1.5 功能码设置 

　　MODBUS协议相关功能码对照表，如表2所示。 

　　1.6 数据区内容 

　　数据区有2个16进制的数据位，数据范围为00H～FFH。 

　　主机向从机设备发送的信息数据中包含了从机执行主机功能代码中规定的请求动作，如逻辑线圈地址，处理对象数目，以及实际的数据字节数等。 

　　1.7 错误校验 

　　CRC域是两个字节，包含一个16位的值，2个8位字节，它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值进行比较，如果两个值不同，则有误。 

　　2 分布式光伏电站硬件设计 

　　太阳能光伏发电系统利用光伏组件半导体材料的光伏效应，将太阳光的辐射转换为电能。其规模可大可小，在发电过程中无污染物排放，具有安装方便，没有噪音，整个寿命期间几乎无需维护等优点。太阳能光伏发电系统分为两大类：一类是太阳能光伏发电独立系统；另一类是太阳能光伏发电并网系统[3]，本文探讨后者。太阳能光伏发电并网系统由太阳能光伏组件、光伏汇流箱、避雷器、空气开关、并网型逆变器和单向电度表等组成。本文设计的是并网型分布式光伏系统，由于规模不大，无需交直流配电柜。硬件系统框架如图1所示。 

　　本文监控系统设计主要针对GROWATT 2000并网逆变器，利用并网逆变器提供的RS485接口采集相关技术参数。由于普通PC机上采用的是RS232接口，故本设计中增加了RS485转RS232接口设备。 

　　3 分布式光伏电站系统监控软件设计与实现 

　　3.1 VB在工业通讯中的应用

　　Visual Basic（VB）是一款Windows环境下简单、易学、高效的可视化编程语言开发系统，以其所见即所得的可视化界面设计风格和32位面向对象的程序设计等特点，广泛应用于各领域。 

　　VB不但提供了良好的界面设计功能，而且在微机串口通信方面也有很强的功能。采用 VB开发Winodws下的数据采集和工业控制应用软件十分方便，尤其是软件界面设计非常便捷，编程工作量较小，开发周期短，特别适合非计算机专业的工程技术人员掌握和使用。