谢磊

摘 要：我国电力企业正在不断进行深入改革，电力系统正在不断进行革新，走向智能化、自动化。通过抄表工作对电量进行监控是电力系统最基本的工作之一，智能抄表能够使工人的工作强度降低，并且能够提高抄表效率，且近几年电表数量呈现几何级增长，对抄表工人造成了很大的压力因此使用智能化的抄表系统是很有必要的。

关键词：智能抄表系统;Modbus协议;电力企业

1.智能抄表相关技术概要

1.1 Modbus协议介绍

智能抄表系统是基于RS485的Modbus通信协议，Modbus协议是在电子控制器上运用的一种通用语言。通过Modbus协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以实现通信。Modbus通信协议已经成为一种当代通用工业标准。通过Modbus协议，控制设备就算在不同厂商下也能够连成工业网络，进行数据采集、集中监控。Modbus协议定义了一个控制器能辨识并且使用的消息结构，而不管它们是经过哪种网络通信方式进行通信的。它描述了一控制器对其它设备发出请求进行访问的过程，如何接收并且回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。

1.2 SQL数据库的基本介绍

SQL数据库是基于Windows操作系统下的集成开发环境该环境集成了各种向导和生成器工具，使使用人员增加了工作效率。建立数据库连接、设计用户使用的表、创建数据表、数据库按用户需要查询、报警与故障记录等功能能够高效率实现。运用SQL数据库，能够实时存取所获得的仪表数据，并能够将接口程序的运行状态以及操作日志，以统一的格式存入后台数据库中。

2智能抄表系统总体设计

2.1通信网络的硬件

画出整个通信硬件图（图3-1），用户如果需访问智能电表必须先通过TCP/IP网络，向WEB服务器发出一条请求指令，当指令通过时会向服务器发出一条命令，服务器将会通过RS485通讯线对电表设备进行访问，用户如何在服务器上通RS485访问电表是我所研究的内容。访问电表可以使用ASCII码传输模式或者RTU传输模式。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，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。RTU传输模式的主要优点在于：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送有更大的数据吞吐量。代码系统：8位二进制，十六进制数0到9，A到F、消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成、每个字节的位：1个起始位、8个数据位，有效值中最小的先发送、1个奇偶校验位，无校验则无。1个停止位（有校验时），2个bit（无校验时）采用CRC（循环冗余校验）。

2.2 智能抄表系统状态

通过掌握基于RS485的ModBus网络通讯协议，并以框图建模的形式对ModBus的常用數据通信逻辑建立状态模型（图3-2），使设计的ModBus接口界面具有一定的协议兼容性，能够实现ModBus基本协议数据包的接收与发送。状态图描述：用户进入窗体时进入初始化状态程序进行实时检测并记录在线电表数目，将其显示在窗体上。检测完毕后启动实时查询定时器T1（用来实时刷新查询电表的数据变化）后，根据用户的要求查询指定的电表数据，查询数据的同时数据库将记录每次查询请求的操作记录，如果所查询的电表不在线，将会生成电表设备异常报告后进入空闲状态，如果查询的电表检测通过则机器会处理电表通讯请求并将其返回值发送回窗体，窗体接收通讯数据完毕后经过简单的计算生成电量数据表后在用户界面上显示指定电表数据，进入空闲状态。在空闲状态定时器T1将根据定时的时长对采集的电表数据进行刷新，并实时存储各电表数据将其放入数据库中，处理完毕后进入空闲状态。

2.3 RTU传输模式状态

RTU传输模式的状态图说明：

（1）从“初始”状态过渡到“空闲”状态需要经过t3.5超时达限，这样才能够保证帧间延迟。

（2）没有接收和发送报文要处理的时候将会进入“空闲”状态。

（3）在RTU模式中，当至少3.5个字符的时间间隔没有被传输激活，即判定通信链路为“空闲”状态。

（4）当通信线路处于“空闲”状态时，在线路路上检测到的任何传输的字符被视为帧起始。当通信线路处于“激活”状态。然后，当时间间隔t3.5之后链路上还没有传输字符时，视为帧结束。

（5）检测到帧结束之后，开始执行CRC计算和使用CRC进行校验。分析地址字段用来判断帧是否送往此设备。如果不是送往该设备，则丢弃这个帧。为了减少接收处理时间，在接收到地址字段而不需要等到整个帧结束，就可以分析地址字段。这样，CRC计算和校验只需要在帧寻址到该节点时进行。

3、智能抄表程序流程图

Modbus协议03（0x03）功能码的描述：发送请求时，功能码占一个字节、起始地址占两个字节（0x0000到0xFFFF）、寄存器数量占两个字节（1到125）。响应时，功能码占一个字节、字节数占1个字节（2*寄存器的数量）、寄存器值占寄存器数量*2字节。错误时异常码1字节（01或02或03或04）。读寄存器时，如请求发送11 03 006B 0003 7687，11为设备地址、03为功能码、00为寄存器起始地址高位、6B为寄存器起始地址低位、00为寄存器数量高位、03为寄存器数量低位、76为CRC校验低位、87为CRC校验高位。响应时返回值如为11 03 06 AE41 5652 4340 49AD。11位设备地址、03为功能码、06为字节计数、AE为寄存器值高位、41为寄存器值低位、56为寄存器值高位、52为寄存器值低位、43为寄存器值高位、40为寄存器值低位、49为CRC校验低位、AD为CRC校验低位。功能码03H中地址与数字对照：地址0000（U0、IO）低八位为电流量程、高八位乘2后为电压量程，0001与0002为电压量程和电流量程，0005到0007为ABC三相电压（Ua、Ub、Uc）、000B到000D为ABC三相电流（Ia、Ib、Ic）、0012为频率F。

结论

智能抄表系统在电力系统与电力企业中是非常重要的部分，对电力系统经济安全发展和经济收益都具有很大的影响。由于此次课题的设计、实现时间有限，对智能抄表系统的功能扩展做的不够彻底。如在接口界面上远程设置电表参数（如电压、电流变比）、ASCII码传输方式及LRC校验方式，已有基本的构思但还未实现，对智能抄表的多功能有一定的影响。在以后的优化设计中可以在一下方面进行提高：第一，实现在界面上远程设置参数及ASCII码传输方式及LRC校验方式。第二，本系统的操作界面较少且色调较为单一。第三，数据库功能较少，应加入故障报警查询功能。对智能电表的后续优化中将对以上几点进行进一步的研究。

参考文献：

[1] 华镕.从Modbus到透明就绪——施耐德电气工业网络的协议设计安装和应用[M].北京：机械工业出版社，2009.6-85.

[2] 何波.C#网络程序开发[M].北京：清华大学出版社，2014.4-47.

[3] 范逸之.Visual BASIC.NET自动化系统监控RS-232串行通信[M].北京清华大学出版社，2006.35-37.

[4] 丁志华.智能化小区电网远程抄表系统设计[N].江苏大学学报，2003-2-24（2）.

[5] 李川.智能化远程抄表系统的研制[N].武汉：武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2008-06-30（6）.

[6] Christian Nagel.Professional C# 2012and.Net4.5[M].New York：Wrox，2012.7-23.