一种采集器及基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法和系统
技术领域
1.本发明属于配电物联网技术领域，具体涉及一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法。
背景技术：2.随着配电物联网技术应用需求的不断扩展，针对台区内的电气量、开关量、环境量监测，需要实现不同设备适配，实现广泛的物联接入。
3.hplc是高速电力线载波，也称为宽带电力线载波，是在低压电力线上进性数据传输的宽带电力线载波技术。宽带电力线载波通信网络则是以电力线作为通信媒介，实现低压电用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。宽带电力线载波主要采用了正交频分复用技术(ofdm)，频段使用2mhz-12mhz。与传统的低速窄带电力线载波技术相比，hplc技术具有带宽达到、传输速率高，可以满足低压电力线载波通信更高的需求。
4.645协议是中华人民共和国电力工业部1998年2月批准的用于多功能电能表通信规约，于6月开始执行。数据域传输时采用余3编码原则；在数据分组、标识编码方面保证了传输数据的快捷方便，兼顾了信息的可扩充性。该协议标准适用于本地系统中多功能电能表的费率装置与手持单元(hhu)或其它数据终端设备进行点对点或一主多从的数据交换方式，规定了它们之间的物理连接、通信链路及应用技术规范，645协议是我国现行使用最多的电能表协议。
5.在目前现有及广泛应用的电力线通讯协议中，主要包括645协议、698协议、376.2协议，不支持modbus协议报文在电力线上的传输；现有技术中的集中抄表方案除了载波模块外，rs485电能表采用i型或ii型采集器方案接入，而针对塑壳断路器、表后微断、智能电容器、充电桩以及各类传感器等不具备上行通信功能的设备，无法有效的接入到智能配电系统，限制了电力设备的大数据采集及、应用及控制，若针对此类设备现场全部更换，设备成本以及施工费高，可操作性不强。
6.因此，需要对现有技术中的电力设备通信方法进行改进，以使其能适应多种设备的通信，以实现电力通信领域广泛的物联接入。
技术实现要素：7.为适应电力通信领域的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种采集器及基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法和系统，以实现远程与modbus协议的物联设备通讯的通信。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，基于采集器实现，包括以下步骤：
9.s1、对645协议数据进行扩展，将modbus设备的串口波特率及校验位信息通过协议规定包含在645协议报文的数据域中；
10.s2、利用采集器接收上层终端发送的645协议报文，然后通过采集器进行解析，将645协议报文中的串口配置信息、寄存器地址信息、modbus报文提取出来后，根据串口配置信息配置串口波特率及校验位；
11.s3、串口配置完成后，采集器将报文协议类型转化为modbus，然后将modbus报文发送至采用modbus协议设备；
12.s4、采集器收到采用modbus协议设备返回的数据后，将协议类型转化为645型，并组织645报文发回至上层终端。
13.所述采集器包括报文数据解析模块、载波通信模块、无线通信模块和485通信模块。
14.扩展后的645协议数据格式如下：
[0015][0016]
扩展后的645协议中，上行帧和下行帧数据域格式如下：
[0017]
数据内容数据格式字节数数据标识bin4寄存器地址bin4串口控制bin2modbus报文binl。
[0018]
上行帧和下行帧数据域中，串口控制数据的数据位格式如下：
[0019][0020]
所述步骤s3中，将modbus报文发送至modbus协议设备时，还包括设置定时器的步骤。
[0021]
所述步骤s4中，若超时未采集到数据，则采集器停止接收modbus报文，开始下一个循环。
[0022]
所述步骤s2中，采集器接收上层终端发送的645协议报文后，判断其是否与modbus相关，若相关，则进行解析，若不相关，则按照正常业务流程处理完成。
[0023]
此外，本发明还提供了一种采集器，用于执行所述的方法。
[0024]
此外，本发明还提供了一种基于采集器的modbus协议设备通信系统，包括modbus协议设备，上层终端，以及所述的一种采集器，所述上层终端的645协议数据为扩展后的协议数据。
[0025]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0026]
1、本发明提供了一种采集器及基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法和系统，通过扩展645协议，将完整的modbus协议报文包含到645报文的数据域中，从而使得上层终端如集中器、智能配电终端，只需按照协议规定组织645报文，报文通过电力线传输给采集器，采集器接收到该报文后，按照协议规定进行解析，提取出modbus报文，因采集器是通过485与modbus设备通讯的，采集器会该modbus报文转发到485上，并等待回复；接收到回复后，再次按照协议规定，将收到的modbus报文打包成645报文，然后发送到电力线上，传输给上层终端，本发明可以实现电力线通讯645协议到modbus协议的转换，其基于现有的硬件和成熟稳定系统进行协议扩展，开发成本低，系统程序及设备硬件稳定性强，协议一致性强，具有广泛的认可度，其避免了网络层协议的变更，具有很好的兼容性。
[0027]
2、由于不同modbus协议设备通讯的波特率和校验位不同，大多数modbus设备都支持波特率配置，有的还支持通讯校验位配置，而有的是固定死的，无法更改。鉴于modbus设备的多样性以及缺乏统一标准，本发明采取通信参数由上而下，抄读报文带配置参数的方式，将波特率以及校验位信息添加到645协议报文的数据域中，增加了协议的通用性，使得本发明可以适用于各种modbus协议设备。当发生modbus协议设备替换时，只需上层终端修改下发的报文即可，采集器无需进行程序变更，保证程序更加稳定、高效。
附图说明
[0028]
图1为本发明实施例一提供的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法的流程示意图；
[0029]
图2为本发明实施例一中采用的采集器的电路结构示意图；
[0030]
图3为本发明实施例三提供的一种基于采集器的modbus协议设备通信系统的结构示意图。
[0031]
具体实施例方式
[0032]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例一
[0034]
本发明实施例一提供了一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，其特征在于，基于采集器实现，包括以下几个步骤。
[0035]
s1、对645协议数据进行扩展，将modbus设备的串口波特率及校验位信息通过协议规定包含在645协议报文的数据域中。
[0036]
具体地，本实施例中，对645扩展协议内容如下：首先，rs485通信速率适配各种速率；其次，校验位适配奇校验、偶校验、无校验；停止位，数据位均可适配；具体地，扩展后的645协议数据格式如表1所示。
[0037]
表1扩展后的645协议数据格式
[0038][0039]
控制码：11h、91h；
[0040]
数据域长度：4字节数据标识+4字节寄存器地址+2字节串口控制信息+modbus报文长度l。
[0041]
具体地，本实施例中，下行帧数据域格式如表2所示。
[0042]
表2下行帧数据域格式
[0043]
数据内容数据格式字节数数据标识bin4寄存器地址bin4串口控制bin2modbus报文binl
[0044]
其中，包括四个部分：
[0045]
1、数据标识：0x04b0ffff；
[0046]
2、寄存器地址：4字节，用于保存此次发送的modbus报文的寄存器地址信息，因modbus协议的回复帧中不带有寄存器地址。
[0047]
3、串口控制：4bits-波特率，2bits-校验，1bit-停止位，2bits-数据位，2bits-流控，其余预留。串口控制数据格式如表3所示。
[0048]
表3串口控制数据格式
[0049][0050]
波特率：{300bps(0)，600bps(1)，1200bps(2)，2400bps(3)，4800bps(4)，7200bps(5)，9600bps(6)，19200bps(7)，38400bps(8)，57600bps(9)，115200bps(10)，自适应(11)}，
[0051]
校验位：{无校验(0)，奇校验(1)，偶校验(2)}，
[0052]
数据位：{5(0)，6(1)，7(2)，8(3)}，
[0053]
停止位：{1(0)，2(1)}，
[0054]
流控：{无(0)，硬件(1)，软件(2)}
[0055]
4、modbus报文：完整的modbus报文信息
[0056]
具体地，本实施例中，上行帧数据域格式如表4所示。
[0057]
表2上行帧数据域格式
[0058][0059][0060]
其中，包括四个部分：
[0061]
1、数据标识：0x04b0ffff；
[0062]
2、寄存器地址：4字节，用于保存此次发送的modbus报文的寄存器地址信息，因modbus协议的回复帧中不带有寄存器地址。
[0063]
3、串口控制：4bits-波特率，2bits-校验，1bit-停止位，2bits-数据位，2bits-流控，其余预留。串口控制数据格式与下行帧相同，如表3所示。
[0064]
4、modbus报文：完整的modbus报文信息。
[0065]
s2、利用采集器接收上层终端发送的645协议报文，然后通过采集器进行解析，将645协议报文中的串口配置信息、寄存器地址信息、modbus报文提取出来后，根据串口配置信息配置串口波特率及校验位。
[0066]
具体地，所述步骤s2中，采集器接收上层终端发送的645协议报文后，判断其是否与modbus相关，若相关，则进行解析，若不相关，则按照正常业务流程处理完成。上层终端具体可以为配电终端或者集中器，采集器具备电力线载波通讯功能，集中器或配电终端添加采集器设备地址档案后，采集器会与上层终端按照低压电力线宽带载波通信规约进行通讯。具体地，采集器为ii型采集器。
[0067]
s3、串口配置完成后，采集器将报文协议类型转化为modbus，然后将modbus报文发送至采用modbus协议设备。
[0068]
所述步骤s3中，将modbus报文发送至modbus协议设备时，还包括设置定时器的步骤。设置定时器可以以便于进行超时处理及串口等待接收处理。
[0069]
s4、采集器收到采用modbus协议设备发送的返回数据后，将协议类型转化为645
型，并组织645报文发回至上层终端。
[0070]
所述步骤s4中，若超时未接收到返回数据，则采集器停止接收modbus报文，开始下一个循环。
[0071]
本实施例中，采集器检查接收到的每一条符合协议格式的645报文，监控645报文的数据标识是否与modbus协议相关，即判断数据标识是否是0x04b0ffff。如果不是，则按照国网二采程序的正常业务流程进行处理；如果确定是0x04b0ffff，则首先提取645报文数据域中有关串口配置的信息，根据协议进行串口配置，然后，提取数据域中完整的modbus协议报文，转发到485线上，同时程序变更此次通讯协议类型为modbus协议类型，等待modbus设备回复，若超时后仍没有收到符合modbus协议格式的数据，则结束；若收到符合协议格式的报文，则变更协议类型为dlt645-07协议类型，组织成645报文进行回复，流程结束。
[0072]
具体地，如图2所示，本实施例中，所述采集器包括报文数据解析模块、载波通信模块、无线通信模块和485通信模块。则采集器可以通过载波接口电路接收电力线报文，该电力线报文为上层终端发送的报文。具体地，上层终端，例如集中器或配电终端添加了采集器的设备地址档案后，采集器可以与上层终端按照低压电力线宽带载波通信规约进行通讯，接收645协议报文。此外，采集器还可通过无线模块进行无线通讯，大大保障和提高了通讯的成功率及可靠性，在接收到符合协议格式的645协议报文后，采集器的报文数据解析模块提取出有关串口配置信息、寄存器地址信息、modbus报文并记录到结构体中，然后根据串口配置信息配置串口波特率及校验位，串口配置完成后，将modbus报文通过485线发送到modbus协议的物联设备，并起一个定时器，以便于进行超时处理及串口等待接收处理，在串口接收到报文后，根据modbus协议格式进行帧解析及校验，在接收到符合协议格式的modbus报文后，按照645协议格式组织成645协议报文，并发送到电力线上，从而完成了整个通讯流程。具体地，本实施例中，采集器型号可以为dczl13-plcm1667型采集器。
[0073]
实施例二
[0074]
本发明实施例二提供了一种采集器，其用于执行实施例一所述的一种电力通信方法，具体地，其内部集成了用于实施实施例一所述的一种电力通信方法的应用程序。
[0075]
具体地，本实施例中，采集器内设置有报文数据解析模块、载波通信模块、无线通信模块和485通信模块。其中，载波通信模块用于与上层终端通信，报文数据解析模块可以将上层终端发送的645协议报文中包含的modbus报文和串口配置信息解析出来，然后根据串口配置的信息通过485通信模块和无线通信模块将modbus报文转发给相关的modbus协议设备。
[0076]
实施例三
[0077]
如图3所示，本发明实施例三提供了一种基于采集器的modbus协议设备通信系统，包括modbus协议设备，上层终端，以及实施例二所述的一种采集器。
[0078]
综上所述，本发明基于包括载波通信模块和485通信模块的采集器，通过对电力线载波通讯协议645协议进行扩展，进而给传统物联设备提供通信外部接口，实现传统modbus协议设备的物联接入功能。鉴于modbus设备的多样性以及缺乏统一标准，本发明采取通信参数由上而下，抄读报文带配置参数的方式，将波特率以及校验位信息添加到645协议报文的数据域中，增加了程序的通用性。
[0079]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例例技术方案的范围。
技术特征：1.一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，其特征在于，基于采集器实现，包括以下步骤：s1、对645协议数据进行扩展，将modbus设备的串口波特率及校验位信息通过协议规定包含在645协议报文的数据域中；s2、利用采集器接收上层终端发送的645协议报文，然后通过采集器进行解析，将645协议报文中的串口配置信息、寄存器地址信息、modbus报文提取出来后，根据串口配置信息配置串口波特率及校验位；s3、串口配置完成后，采集器将报文协议类型转化为modbus，然后将modbus报文发送至采用modbus协议设备；s4、采集器收到采用modbus协议设备返回的数据后，将协议类型转化为645型，并组织645报文发回至上层终端。2.根据权利要求1所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，其特征在于，所述采集器包括报文数据解析模块、载波通信模块、无线通信模块和485通信模块。3.根据权利要求1所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，其特征在于，扩展后的645协议数据格式如下：4.根据权利要求3所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，，其特征在于，扩展后的645协议中，上行帧和下行帧数据域格式如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，，其特征在于，上行帧和下行帧数据域中，串口控制数据的数据位格式如下：6.根据权利要求1所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，，其特征在于，所述步骤s3中，将modbus报文发送至modbus协议设备时，还包括设置定时器的步骤。7.根据权利要求4所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，，其特征在于，所述步骤s4中，若超时未采集到数据，则采集器停止接收modbus报文，开始下一个循环。8.根据权利要求1所述的一种基于采集器的modbus协议设备的电力通信方法，其特征在于，所述步骤s2中，采集器接收上层终端发送的645协议报文后，判断其是否与modbus相关，若相关，则进行解析，若不相关，则按照正常业务流程处理完成。9.一种采集器，其特征在于，用于执行权利要求1～8任一项所述的方法。10.一种基于采集器的modbus协议设备通信系统，其特征在于，包括modbus协议设备，上层终端，以及权利要求9所述的一种采集器，所述上层终端的645协议数据为扩展后的协议数据。
技术总结本发明属于配电物联网技术领域，具体涉及一种基于采集器的Modbus协议设备的电力通信方法，包括以下步骤：S1、对645协议数据进行扩展，将Modbus设备的串口波特率及校验位信息通过协议规定包含在645协议报文的数据域中；S2、利用采集器接收上层终端发送的645协议报文，然后通过采集器进行解析，将645协议报文中的串口配置信息、寄存器地址信息、Modbus报文提取出来后，根据串口配置信息配置串口波特率及校验位；S3、串口配置完成后，采集器将报文协议类型转化为Modbus，然后将Modbus报文发送至采用Modbus协议设备；S4、采集器收到采用Modbus协议设备返回的数据后，将协议类型转化为645型，并组织645报文发回至上层终端。本发明对645协议进行扩展，实现了Modbus协议设备的远程通讯。程通讯。程通讯。
技术研发人员：崔健 董海涛 王春发
受保护的技术使用者：青岛东软载波科技股份有限公司
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
