CN111641543A - 基于modbus通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供基于MODBUS协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质，其兼容所有支持MODBUS协议的传感器，以适应不同客户的需求及特殊环境的需求；在获得MODBUS数据后，系统可将数据协议转换为HTML协议，同时以JSON格式存储，实现了多行业功能需求、多数据兼容分析以及远距离通信；运行过程中，实现了多对象高效率通信、采集数据完整、存储稳定，便于查询处理。

Description

基于MODBUS通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质

技术领域

本申请涉及储能管理技术领域，特别是涉及基于MODBUS通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质。

背景技术

目前，大部分电厂使用EMS应用于各种储能场景，然而其表现形式仍停留于Scada系统的数据展示阶段。然而，对于储能系统的功能需求趋势正朝系统化和多样化发展，故而原有的采集-存储-显示只能满足储能系统的部分需求，无法满足更加智能化的数据预测、数据计算功能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供基于MODBUS通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种基于MODBUS通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质，包括：一或多个电力传感器，位于电力环境现场，用于采集电力环境现场的电力数据；数据采集器，与各所述电力传感器连接；所述数据采集器兼容各类MODBUS的电力传感器；所述数据采集器通过硬件数据链路将电力数据传输至所述网关设备；所述网关设备，与所述数据采集器连接，用于对接收到的电力数据进行打包和解析；人机交互装置，与所述网关设备相连；中央服务器，与所述网关设备相连；所述人机交互装置和中央服务器基于MODBUS协议从所述网关设备接收电力数据；其中，所述储能管理系统将MODBUS协议的数据转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。

于本申请的一些实施例中，所述电力数据至少包括电池数据；所述电池数据包括电池单体信息数据、电池簇信息数据和报警信息数据。

于本申请的一些实施例中，所述数据采集器包括多种硬件接口；所述硬件接口包括RS485接口、RS232接口、wifi接口、以太网接口和AD接口种的任意一种或多种的组合。

于本申请的一些实施例中，所述电力传感器包括如下传感器种的任意一种或多种的组合：压力传感器、温度传感器、位移传感器、电流传感器、电压传感器。

于本申请的一些实施例中，基于MODBUS协议的数据通信包括三个阶段；所述第一阶段是建立MODBUS通信连接；第二阶段是发送数据请求；第三阶段是关闭MODBUS通信连接。

于本申请的一些实施例中，基于MODBUS协议的数据通信的第一阶段包括：通信主端主动发起与通信从端的通信连接；通信从端等待并接收通信主端的连接请求，双方建立MODBUS连接。

于本申请的一些实施例中，基于MODBUS协议的数据通信的第二阶段包括：通信主端向通信从端发送第一次数据请求；等待通信从端应答后，通信主端向通信从端发送第二次数据请求；若在规定的超时时间内通信主端没有收到应答报文，则表示连接超时，RTU通信进行CRC检验来验证数据的准确性；若通信发生错误，则重复基于MODBUS协议的数据通信的第一阶段。

于本申请的一些实施例中，基于MODBUS协议的数据通信的第三阶段包括：通信主端向通信从端发起关闭连接请求；通信从端响应请求，并关闭MODBUS连接。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种基于MODBUS通信协议的储能管理方法，包括：采集电力环境现场的电力数据；通过硬件数据链路将电力数据传输；对所述电力数据进行打包和解析；基于MODBUS协议传输所述电力数据；将MODBUS协议的数据转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于MODBUS通信协议的储能管理方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述基于MODBUS通信协议的储能管理方法。

如上所述，本申请的基于MODBUS通信协议的储能管理系统、方法、终端及存储介质，具有以下有益效果：本发明能够兼容所有支持MODBUS协议的传感器，以适应不同客户的需求及特殊环境的需求；在获得MODBUS数据后，系统可将数据协议转换为HTML协议，同时以JSON格式存储，实现了多行业功能需求、多数据兼容分析以及远距离通信；运行过程中，实现了多对象高效率通信、采集数据完整、存储稳定，便于查询处理。

附图说明

图1显示为本申请一实施例中基于MODBUS通信协议的储能管理系统的结构示意图。

图2显示为本申请一实施例中MODBUS协议的通信流程示意图。

图3A显示为本申请一实施例中数据格式的示意图。

图3B显示为本申请一实施例中数据格式的示意图。

图3C显示为本申请一实施例中数据存储的示意图。

图4现实为本发明一实施例种基于MODBUS通信协议的储能管理方法的流程示意图。

图5现实为本发明一实施例中电子终端的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

现有技术中，大部分储能场景都使用EMS(Energy Management System)能源管理系统，但仍停留于Scada系统的数据展示阶段。Scada(Supervisory Control And DataAcquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。Scada系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统，可应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统中，SCADA系统应用广泛，RTU(远程终端单元)和FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

然而，对于储能系统的功能需求趋势正朝系统化和多样化发展，故而原有的采集-存储-显示只能满足储能系统的部分需求，无法满足更加智能化的数据预测、数据计算功能。因此，本发明专利提出一种储能管理平台，可命名为智慧能环网系统IENS(IntelligentEnergy Network System)，它通过工业数据协议MODBUS获取电厂数据，并进行储能数据的监测、分析、调频及其他功能。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

实施例一：

如图1所示，展示了本发明一实施例中基于MODBUS通信协议的储能管理系统的结构示意图。本实施例的储能管理系统包括：若干电力传感器11、数据采集器12、网关设备13、人机交互装置14、中央服务器15、API接口16、Web服务器17、云平台18。

电力传感器11位于电力环境现场(如电厂)，采集储能调频需要的数据，包括但不限于如电压数据(相电压/线电压数据)、电流数据、频率数据、功率因数数据、电能数据、电池数据等；其中电池数据主要包括电池单体信息数据(如单体温度数据、单体电压数据、编码信息数据、所属分簇信息数据等)、电池簇信息数据、报警信息数据等。

数据采集器12设有MODBUS通讯模块，能够兼容所有标准MODBUS协议的应用场景传感器，不限制传感器的类型与型号。本实施例中的数据采集器12可根据不同的传感器配置不同的硬件通道，如RS485、RS232、wifi、以太网、AD及其他接口，通过这些硬件数据链路将电力数据传输至网关设备13。数据采集器12按样式可选用手持式或台式采集器，按采集数据的类型可选用批处理数据采集器、工业数据采集器、或者RFID数据采集器等，本实施例不作限定。

网关设备13用于对电力数据进行打包和解析，并将电力数据以MODBUS协议的形式发送给人机交互装置14和中央服务器15。

本实施例的储能管理系统对基于MODBUS协议的电力数据进行处理，转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。将MODBUS数据转换为HTML数据用于数据互通，例如排序算法、搜索算法等，将算法处理后的数据存储至中央服务器，存储的电力数据可分为BMS数据、PCS数据和AGC数据。

BMS数据包含以下数据表：

1、bms_system_info

2、bms_cluster_info

3、bms_cell_info

4、bms_alarm_info

PCS数据包含以下数据表：

1、pcs_basic_info

2、pcs_control

3、pcs_profit

4、pcs_schedule_curve

5、pcs_time_set

6、pcs_alarm_info

AGC数据包含以下数据表：

1、agc_basic_info

2、agc_area_info

3、agc_set_info

在本实施例中，通过MODBUS协议采集数据，并将数据存入数据库内，数据格式的示意图如图3A和3B所示，数据存储的示意图如图3C所示。

最后，储能管理平台将MODBUS协议数据通过HTML协议发送给API接口16、Web服务器17和云平台18，并通过数据获取的API接口16实现人机交互，本实施例的储能管理系统调用API获取数据并经过数据解析与交互协议转换成JSON存储到数据库，供本发明的其他应用系统使用。

需说明的是，基于MODBUS协议的电力数据无需进行协议转换就可传输数据，但当系统规模变大的时候，监测点比较多，连接的人机监控界面较多，就不再合适，会导致系统出现运行不稳定的情况，而且安全性比较低，没有身份验证。基于此，本实施例实现了从MODBUS至HTTP的协议转换，服务器端的编程更加标准化，与其他IT系统的衔接变得更加容易。此外，json格式的数据可适用多种Web应用并线上发布，这样就实现了多类型数据的兼容存取识别，实现多种类数据的兼容、并完成储能系统的网络化和物联网化。

在本实施例可选的实现方式中，MODBUS数据通信包括MODBUS/TCP和MODBUS/串口两种连接方式。如图2所示，Modbus协议的通信过程主要包括三个阶段，第一阶段包括步骤S200～S201；第二阶段包括步骤S202～S210；第三阶段包括步骤S211，各步骤的具体内容如下。

步骤S200：开始。

步骤S201：通信主端向通信从端发起通信连接请求，双方建立MODBUS通信连接。

步骤S202：通信主端向通信从端发送第一次数据请求。

步骤S203：判断通信从端是否应答。

步骤S204：若通信从端不答应，则报错并再次请求。

步骤S205：若通信从端答应，则通过通信主端向通信从端发送第二次数据请求。

步骤S206：判断是否发生通信错误。

步骤S207：若通信发生错误，则报错，返回第一步，需要重复第一阶段过程。

步骤S208：若通信未发生错误，则继续判断通信主端在规定的超时时间内是否收到应答报文。

步骤S209：若通信主端未在规定的超时时间内是否收到应答报文，则表示连接超时，同时RTU通信还需要进行CRC校验来验证数据的准确性。

步骤S210：若通信主端在规定的超时时间内收到应答报文，则将获取到的数据形成内存数组，并通过算法获得相应结果。其中，内存数组指通过数组的形式将数据存在内存中。

步骤S211：关闭MODBUS连接；首先由通信主端关闭连接请求，然后通信从端响应请求，MODBUS连接关闭。

在本实施例中，基于MODBUS通信协议的储能管理系统进行通讯的过程主要包括：第一阶段是中央服务器15和人机交互装置14作为Modbus/TCP的通信主端，通过设置地址、端口和连接设置等参数，主动发起与通信从端(如数据采集装置)的通信连接；数据采集装置作为通信从端，等待并接收通信主端的连接请求，双方建立可靠的MODBUS连接。第二阶段是数据请求，通信主端向通信从端发送第一次数据请求，等待通信从端应答后，通信主端向通信从端发送第二个数据请求，若在规定的超时时间内通信主端没有收到应答报文，则表示连接超时，同时RTU通信还需要进行CRC校验来验证数据的准确性；若通信发生错误，需要重复第一阶段过程。第三阶段是关闭连接，首先由通信主端发起关闭连接请求，然后通信从端响应请求，连接关闭。

需说明的是，所述CRC校验是指循环冗余校验码，是数据通信领域中重要的一种差错校验码，特征是信息字段和校验字段的长度可以任意设定。循环冗余检查CRC是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

综合上述内容可知，本实施例中基于MODBUS协议的储能管理系统，兼容所有支持MODBUS协议的传感器，以适应不同客户的需求及特殊环境的需求；在获得MODBUS数据后，系统可将数据协议转换为协议，同时以JSON格式存储，实现了多行业功能需求、多数据兼容分析以及远距离通信；运行过程中，实现了多对象高效率通信、采集数据完整、存储稳定，便于查询处理。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

实施例二：

如图4所示，展示了本发明一实施例中基于MODBUS通信协议的储能管理方法的流程示意图。本实施例的方法主要包括如下各步骤。

步骤S41：采集电力环境现场的电力数据。

可选的，电力数据包括但不限于如电压数据(相电压/线电压数据)、电流数据、频率数据、功率因数数据、电能数据、电池数据等；其中电池数据主要包括电池单体信息数据(如单体温度数据、单体电压数据、编码信息数据、所属分簇信息数据等)、电池簇信息数据、报警信息数据等。

步骤S42：通过硬件数据链路将电力数据传输。

可选的，硬件数据链路的接口包括但不但不限于如RS485、RS232、wifi、以太网、AD及其他接口。

步骤S43：对所述电力数据进行打包和解析。

步骤S44：基于MODBUS协议传输所述电力数据。

步骤S45：将MODBUS协议的数据转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。

本实施例的储能管理方法对基于MODBUS协议的电力数据进行处理，转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。将MODBUS数据转换为HTML数据用于数据互通，例如排序算法、搜索算法等，将算法处理后的数据存储至中央服务器，存储的电力数据可分为BMS数据、PCS数据和AGC数据。

需说明的是，本实施例提供的储能管理方法和上文中储能管理系统的实施方式类似，故不再赘述。

实施例三：

如图5所示，展示了本申请实施例提供的再一种电子终端的结构示意图。本实例提供的电子终端，包括：处理器51、存储器52、通信器53；存储器52通过系统总线与处理器51和通信器53连接并完成相互间的通信，存储器52用于存储计算机程序，通信器53用于和其他设备进行通信，处理器51用于运行计算机程序，使电子终端执行如上基于MODBUS通信协议的储能管理方法的各个步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

实施例四：

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于MODBUS通信协议的储能管理方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于MODBUS通信协议的储能管理系统，其特征在于，包括：

一或多个电力传感器，位于电力环境现场，用于采集电力环境现场的电力数据；

数据采集器，与各所述电力传感器连接；所述数据采集器兼容各类MODBUS的电力传感器；所述数据采集器通过硬件数据链路将电力数据传输至网关设备；

所述网关设备，与所述数据采集器连接，用于对接收到的电力数据进行打包和解析；

人机交互装置，与所述网关设备相连；

中央服务器，与所述网关设备相连；所述人机交互装置和中央服务器基于MODBUS协议从所述网关设备接收电力数据；

其中，所述储能管理系统将MODBUS协议的数据转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。

2.根据权利要求1所述的储能管理系统，其特征在于，所述电力数据至少包括电池数据；所述电池数据包括电池单体信息数据、电池簇信息数据和报警信息数据。

3.根据权利要求1所述的储能管理系统，其特征在于，所述数据采集器包括多种硬件接口；所述硬件接口包括RS485接口、RS232接口、wifi接口、以太网接口和AD接口种的任意一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的储能管理系统，其特征在于，基于MODBUS协议的数据通信包括三个阶段；所述第一阶段是建立MODBUS通信连接；第二阶段是发送数据请求；第三阶段是关闭MODBUS通信连接。

5.根据权利要求4所述的储能管理系统，其特征在于，基于MODBUS协议的数据通信的第一阶段包括：

通信主端主动发起与通信从端的通信连接；

通信从端等待并接收通信主端的连接请求，双方建立MODBUS连接。

6.根据权利要求4所述的储能管理系统，其特征在于，基于MODBUS协议的数据通信的第二阶段包括：

通信主端向通信从端发送第一次数据请求；

等待通信从端应答后，通信主端向通信从端发送第二次数据请求；

若在规定的超时时间内通信主端没有收到应答报文，则表示连接超时，RTU通信进行CRC检验来验证数据的准确性；

若通信发生错误，则重复基于MODBUS协议的数据通信的第一阶段。

7.根据权利要求4所述的储能管理系统，其特征在于，基于MODBUS协议的数据通信的第三阶段包括：

通信主端向通信从端发起关闭连接请求；

通信从端响应请求，并关闭MODBUS连接。

8.一种基于MODBUS通信协议的储能管理方法，其特征在于，包括：

采集电力环境现场的电力数据；

通过硬件数据链路将电力数据传输；

对所述电力数据进行打包和解析；

基于MODBUS协议传输所述电力数据；

将MODBUS协议的数据转换成HTML协议的数据后发送给各个人机监控界面，并采用json格式来存储数据。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8所述基于MODBUS通信协议的储能管理方法。

10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求8所述基于MODBUS通信协议的储能管理方法。

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