基于Modbus/TCP協議的風電場遠程監控軟件中設計

摘 要：本文基于Modbus/TCP協議，在.NET Framework框架下利用C#編程語言，設計了一款運行于windows系統下的監控軟件，該軟件可實現在風電廠中控室對風機進行數據采集、分析、處理，還可對風機進行遠程啟動、停機、復位、功率調節等控制，實踐表明，該系統運行穩定，有效地解決了風力發電機組遠程監控方面的問題，具有一定工程價值。

關鍵詞：風電場；遠程監控；SCADA；Modbus/TCP；PLC

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

對風力發電機組進行遠程監視控制十分必要，而風電廠遠程監控系統的軟件則是重中之重，它直接決定了整個系統的穩定性和效率。

Modbus/TCP協議目前應用廣泛，絕大多數廠商的PLC都支持Modbus/TCP協議，其具有良好的通用性，因此基于Modbus/TCP協議開發客戶端程序已成為風電遠程監控系統一種行之有效的方法。

一、Modbus/TCP協議

Modbus/TCP協議以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使其成為工業以太網應用層協議，Modbus協議層在TCP之上，其主要完成的任務為：在服務器端，負責解譯來自客戶端的Modbus幀，執行相應的請求[1]。

Modbus TCP協議的幀格式如表1所示。應用協議報頭分為4個部分，數據標識符用來標識Modbus幀的次序，每多發送一個Modbus幀，該值加1；協議標識符用來確認是不是Modbus協議，如果是Modbus協議用1表示，其他協議用0表示；接下來2個字節用來表示后續字節數，即從單元標識符開始一直到數據域結束的字節數，單元標識符用來標識Modbus串行線上的某個設備單元，由于風機都是網絡結構，所以這一字節并沒有實際意義，填0x0或0xFF即可。功能碼的含義如表2所示。數據域則添加要發送的數據，如果是向PLC發送讀請求的話，數據域為要讀取的寄存器起始地址和要讀取的寄存器個數，如果是向PLC發送寫請求，則數據域為要寫入的寄存器起始地址和要寫入的寄存器個數、需要寫入的字節數以及需要寫入的數據。

一、運用C#編程實現通訊

C#是微軟公司設計的一種編程語言，是從C和C++派生來的一種簡單、現代、面向對象和類型安全的編程語言，并且能夠與.NET框架完美結合[2]。

為了簡化網絡編程復雜度，.NET對套接字又進行了封裝，封裝后的類就是System.Net.Sockets命名空間下的TcpListener類和TcpClient類。但是要注意，TcpListener和TcpClient只支持標準協議編程。如果希望編寫非標準協議的程序，只能使用套接字來實現[3]。

核心代碼

值得一提的是，由于PLC與計算機的數據存儲方式可能不同，因此需要進行大小端判斷及轉換，轉換可以采用Reverse（）方法。軟件界面的設計如圖2所示，通過該界面可以實現對風機進行啟停控制，功率調節，數據采集，繪制圖表，查看故障等功能，可滿足風電場遠程監控系統的絕大部分需求。

三、結束語

實踐表明，該軟件通過Modbus TCP協議與風力發電機組實現了數據交互，可通過上位機對機組進行啟動、停機、復位、限定功率等控制，查看機組各傳感器反饋數據，查看故障代碼，運行穩定，操作簡單，具有實際價值。

參考文獻：

[1]郝曉弘，祖守圓，徐維濤.基于VC的Modbus/TCP協議模型通信測試軟件的實現[J].微計算機信息，2006.

[2]明日科技.C#從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012（09）.

[作者簡介]肖一卓（1985-），男，本科，助理工程師，主要研究方向：風力發電機組電控系統；方玉琨（1987-），男，本科，助理工程師，主要研究方向：橋、門式起重機電控系統設計及調試。