文章以多功能電力儀表作為實驗設備，運用MODBUS協議，設計了遠程抄表系統，實現用戶對多功能電力儀表的遠程參數設置和數據讀取，組成一對多的遠程抄表系統。基于MODBUS的遠程抄表系統實現電量的實時采集，進而實現對用戶電量參數的遠方抄錄與控制，系統的應用極大地提高了管理人員的工作效率。
采用傳統的模擬信號控制或者數字-模擬信號控制的缺點在于其需要“點對點”控制，無法構成現場控制大系統?，F場總線技術可以突破瓶頸，它綜合了微電子技術、自動控制技術、網絡技術等多種技術手段，構成全分散、全數字化、雙向多點互聯的多功能電力儀表通信控制系統。
1、遠程抄表系統方案設計
如圖1所示，抄表系統由上位機，多功能電力儀表以及相應的接口轉換器組成。多功能電力儀表的連接方式為總線型拓撲結構。通訊介質為RS485，采用的是Modbus RTU協議。上位機與多功能電力儀表采用一主多從的通信方式。通信由主機發起，從機對主機發出信息中的地址碼進行識別，并根據識別的結果，做出相應的響應。主機的通信接口方式有兩類，主要取決于主機的外設接口。第一類由USB發出，經過USB/232模塊，轉換成RS-232電平，再由232/485模塊接入RS485網絡。第二類直接由主機的RS232端口發出，經232/485模塊接入RS485網絡。上位機與多功能電力儀表之間采用半雙工工作方式，即在同一時刻只能處于接收信息狀態或者發送信息狀態，不能同時收發信息。
圖1 系統拓撲圖
多功能電力儀表采用國際最新電子技術，以專用DSP器件，高速微處理器為核心的數字式智能電參數測量儀，是一款智能型電參數采集模塊，可測量三相三線制、三相四線制等系統中的電流、電壓、功率、功率因數、頻率、電能等。其輸出為RS485數字信號：有電壓值、電流值、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電能等參數。系統采用RS485總線。485總線采用數據差分傳輸方式進行數據通信。利用兩條線之間的壓差作為邏輯狀態的判定標準。因此，其共模抑制抗干擾能力較強，傳輸速率高。485總線上連接著多臺多功能電力儀表，通過向485總線上廣播出Modbus協議信息，對應地從機做出反饋。在RS485總線上理論上可接256個（地址碼00-FF）多功能電力儀表。系統采用支持Modbus RTU協議的多功能電力儀表YR-GFE-2S4。同時該表還提供多種波特率選擇，可通過顯示屏進行參數設置和數據讀取。多個多功能電力儀表之間使用地址碼進行區分，保證地址不重復，不會發生沖突。多功能電力儀表通過RS485通信接口接到485總線上與上位機之間進行數據通信。
2、Modbus協議實現
當主機以RTU模式在Modbus總線上進行通訊時，1個字節分成2個4位16進制的字符，該模式的主要優點是在相同波特率下其傳輸的字符的密度高于ASCII模式。
RTU模式下每個字節的格式
注意：如果沒有校驗位的話，則用停止位補充，即兩位停止位。
RTU模式下的幀格式
①定義defbyte數組依次拼接地址碼，功能碼，寄存器開始地址，寄存器數量，如表1所示。
表1 數據請求包
②根據defbyte數組的內容，送入CRC校驗子函數，計算出CRC碼并返回。
③重新定義rebyte數組，將CRC碼拼接到數組尾部。CRC校驗碼低位在前，高位在后。在RTU模式下，沒有開始與結束標志位。取而代之的是t3.5:表示的是3.5個字符的靜止時間。這是因為在RTU模式下，信息幀之間以需間隔至少t3.5，即若兩個字節之間間隔大于或等于t3.5，則自動識別為兩個不同的信息幀。
如表2所示，在接到數據當中，第4，5個字節分別代表電壓和電流量程，讀取后需先轉換成10進制數據類型。第6，7字節代表電流變比為4位16進制數。轉換成10進制的策略是：高八位若不為0，則高八位乘以256，加上第八位的數值。若高八位為0，則只需計算第八位數值即可。
表2 數據回復包
3、UI界面設計
在進行UI界面設計的時候，需將同一類的一些控件放到同一個模塊里面，這樣用戶在使用的時候就不會感到很凌亂。如圖2所示，在串口設置模塊當中，有關于串口設置的端口號，波特率，校驗位，數據位，停止位的設置。經過這樣的設計之后，用戶不至于會與電表的波特率設置相互混淆。在還沒有打開串口的時候，有可能用戶會觸發發送按鍵，這樣程序就會報錯。因此，在還沒有打開的時候，能激活相應的按鍵。只有在串口打開的條件下，才能對發送等按鍵進行激活。串口打開的時候，應沒有辦法二次打開，串口打開按鍵應該無法使用，串口關閉的按鍵激活，防止用戶進行誤操作。
圖2 遠程抄表系統UI界面
在設計UI界面的時候，須考慮到用戶的操作順序。用戶的操作順序：打開串口→寫入相應參數→讀取多功能電力儀表讀數。因此，在設計的時候應有這方面的考慮，讓用戶操作盡量舒適，滿足從上到下，從左到右的習慣。此外，界面增加一個信息提示欄，讓用戶知道自己的指令是否已經發送出去，得到的數據是否校驗成功等，增加人機互動性。
基于Modbus的總線系統優勢在于其系統的錯誤校驗，數據交換速度以及可靠性都是傳統電力儀表所不能比擬的，這套系統克服了其他通信方式一些沒有辦法彌補的缺陷。網絡管理功能落后，對錯誤的處理能力弱等缺陷。此外，因本系統嚴格按照Modbus協議的有關規定，所有支持Modbus控制協議的設備都可以經過簡單的編程搭接到總線上，具有較強的通用性。本系統設計了良好的UI界面，設計了眾多的按鍵功能，各個組合鍵的配合使用可以方便現場的操作和設置。
