Modbus協(xié)議下SCADA系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)丟失問題的研究與解決

盧鈞

【摘 要】 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)丟失的原因是其信號(hào)發(fā)生頻率高于后臺(tái)采樣頻率。通過延長保護(hù)信號(hào)時(shí)長的方法有效消除了保護(hù)信號(hào)丟失的故障現(xiàn)象。此方法適用于南京地鐵實(shí)際運(yùn)營環(huán)境且改造成本較低。

【關(guān)鍵詞】 Modbus協(xié)議 保護(hù)裝置 報(bào)文丟失

南京地鐵二號(hào)線變電所內(nèi)高壓供電設(shè)備的保護(hù)裝置（P139保護(hù)裝置和P521保護(hù)裝置）與所內(nèi)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器（WTS-65C）通過RS485接口運(yùn)用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。在正常運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)下，保護(hù)裝置的信號(hào)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地傳輸給SCADA后臺(tái)。地鐵實(shí)際投運(yùn)后，發(fā)生了多次重要保護(hù)動(dòng)作沒有被后臺(tái)采集到的故障。這些故障的共同特點(diǎn)是保護(hù)裝置本身可以觀察到保護(hù)動(dòng)作的完整信號(hào)記錄，SCADA系統(tǒng)后臺(tái)卻只顯示了開關(guān)跳閘的動(dòng)作而無法查閱與之相關(guān)的保護(hù)告警報(bào)文。

1 Modbus協(xié)議介紹

1.1 背景介紹

Modbus協(xié)議是由美國MODICON公司在1978年開發(fā)的一種通信協(xié)議，最初是用在MODICON公司開發(fā)的PLC可編程控制器上，它支持傳統(tǒng)RS232、RS422以及RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。1996年MODICON公司又推出了基于TCP/IP的Modbus協(xié)議使得其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛[1]。

1.2 Modbus通訊協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)

各種不同公司和廠家的PLC、RTU、SCADA系統(tǒng)、DCS或與兼容Modbus協(xié)議的第三方設(shè)備之間可以通過Modbus協(xié)議連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建各種復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。參考ISO/OSI模型，可以發(fā)現(xiàn)在物理層，Modbus協(xié)議可以采用RS232、RS422、RS485接口以及以太網(wǎng)的物理層結(jié)構(gòu)；在數(shù)據(jù)鏈路層，Modbus主要采用串行主從協(xié)議；由于Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，所以在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層和表示層，Modbus協(xié)議模型中均沒有定義；在應(yīng)用層中Modbus規(guī)定了協(xié)議的模型，主要包括消息幀格式、功能碼、校驗(yàn)、通訊時(shí)序控制等內(nèi)容[2]。

電力系統(tǒng)中Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)分為四類：開入量；開出量；只讀模擬量（輸入寄存器），例如遙測(cè)值等；可讀寫模擬量（保持寄存器），例如保護(hù)定值、設(shè)備參數(shù)等[4]。Modbus需要處理的所有數(shù)據(jù)都需要存放在裝置的存儲(chǔ)器中，為了不把存儲(chǔ)器物理地址和寄存器編號(hào)混淆，就需要把寄存器編號(hào)與存儲(chǔ)器地址建立鏈接，通過統(tǒng)一管理存儲(chǔ)器地址來管理寄存器。

Modbus的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型也分為兩類，分別是帶有四個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型和僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)模型。四個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊模型使用四個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器分區(qū)分別存儲(chǔ)四種數(shù)據(jù)，這樣有助于針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的硬件處理，但是不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合使用的數(shù)據(jù)類型不會(huì)完全相同，因而可能產(chǎn)生存儲(chǔ)器資源的耗費(fèi)；共用一個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊模型進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式可以節(jié)省存儲(chǔ)器的硬件資源，但需要軟件針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型對(duì)存儲(chǔ)器空間進(jìn)行劃分。南京地鐵二號(hào)線高壓保護(hù)裝置使用了僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

2.1 南京地鐵二號(hào)線Modbus規(guī)約數(shù)據(jù)傳輸方式

南京地鐵二號(hào)線站內(nèi)SCADA系統(tǒng)在RS485通信標(biāo)準(zhǔn)下采用Modbus一對(duì)多通信協(xié)議。作為Master的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采用RTU方式輪流向每一臺(tái)35kV保護(hù)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求廣播。請(qǐng)求報(bào)文為8字節(jié)報(bào)文，其數(shù)據(jù)格式如（表1）。

2.2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

通過調(diào)查所有歷史告警記錄，我們發(fā)現(xiàn)故障中被丟失的保護(hù)信號(hào)也曾經(jīng)被系統(tǒng)采樣到并形成報(bào)文傳至SCADA系統(tǒng)后臺(tái)。這說明保護(hù)信號(hào)丟失的現(xiàn)象并不是必然發(fā)生，也就排除了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)倒致故障的原因。

通過查看保護(hù)裝置的保護(hù)信號(hào)點(diǎn)表配置，我們發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)的采樣和維持皆取自于保護(hù)信號(hào)的條件信號(hào)。保護(hù)條件是否滿足是判斷保護(hù)動(dòng)作是否發(fā)生的關(guān)鍵，所以保護(hù)動(dòng)作信號(hào)從保護(hù)條件信號(hào)上采樣并判斷并沒有問題。但是保護(hù)信號(hào)的維持也依靠保護(hù)條件信號(hào)的維持就產(chǎn)生了矛盾。對(duì)比試驗(yàn)條件和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下保護(hù)條件信號(hào)是人工手動(dòng)加載于裝置的接線端子之上的。信號(hào)的發(fā)生與消失的速度完全依靠人手工操作的速度，而這個(gè)速度明顯慢于網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器的一個(gè)循環(huán)檢測(cè)周期，因而保護(hù)信號(hào)因得到了手工延時(shí)可以被網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采集到?，F(xiàn)實(shí)條件下保護(hù)信號(hào)卻是一個(gè)瞬態(tài)量。當(dāng)有保護(hù)動(dòng)作時(shí)，相應(yīng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作延時(shí)一般不超過50ms，機(jī)構(gòu)動(dòng)作完畢后，作為保護(hù)動(dòng)作的條件就消失，保護(hù)條件信號(hào)和保護(hù)信號(hào)隨之消失。所以保護(hù)信號(hào)在保護(hù)裝置中的維持時(shí)長一般短于50ms。當(dāng)保護(hù)信號(hào)發(fā)生時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器在保護(hù)信號(hào)維持的時(shí)間段內(nèi)恰巧能夠采集到相應(yīng)的保護(hù)裝置，則保護(hù)信號(hào)能夠被采集并上傳；如果此時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)沒有采集到這一臺(tái)保護(hù)裝置，那么在保護(hù)信號(hào)消失之后網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器就不會(huì)采集到相應(yīng)的告警。

3 結(jié)語

循環(huán)檢測(cè)是Modbus協(xié)議的主要特點(diǎn)。作為串行通信條件下的一種通信協(xié)議，Modbus無法通過自身的構(gòu)架改良來解決瞬態(tài)信號(hào)的采樣問題。設(shè)法延長信號(hào)時(shí)長和提高采樣器件的采樣頻率是兩種可行的方法。后一種方法需要硬件升級(jí)，耗用較高的成本；前一種方法成本較低，但是需要合適的使用環(huán)境以及可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)延時(shí)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]李偉.基于Modbus協(xié)議的工控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007-36（16）：226-228.

[2]史運(yùn)濤，孫德輝，李志軍等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010-34（4）：67-72.

[3]盧文俊，冷杉，楊建軍.基于Modbus協(xié)議的控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003-23 （6）：54-56.

[4]張海源，任春梅，張冉.Modbus協(xié)議在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].繼電器，2007-35（17）：31-34.

[5]劉琳琳.基于抽樣定理導(dǎo)出無碼間干擾的濾波器特性[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009-29（4）：81-82.endprint

【摘 要】 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)丟失的原因是其信號(hào)發(fā)生頻率高于后臺(tái)采樣頻率。通過延長保護(hù)信號(hào)時(shí)長的方法有效消除了保護(hù)信號(hào)丟失的故障現(xiàn)象。此方法適用于南京地鐵實(shí)際運(yùn)營環(huán)境且改造成本較低。

【關(guān)鍵詞】 Modbus協(xié)議 保護(hù)裝置 報(bào)文丟失

南京地鐵二號(hào)線變電所內(nèi)高壓供電設(shè)備的保護(hù)裝置（P139保護(hù)裝置和P521保護(hù)裝置）與所內(nèi)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器（WTS-65C）通過RS485接口運(yùn)用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。在正常運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)下，保護(hù)裝置的信號(hào)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地傳輸給SCADA后臺(tái)。地鐵實(shí)際投運(yùn)后，發(fā)生了多次重要保護(hù)動(dòng)作沒有被后臺(tái)采集到的故障。這些故障的共同特點(diǎn)是保護(hù)裝置本身可以觀察到保護(hù)動(dòng)作的完整信號(hào)記錄，SCADA系統(tǒng)后臺(tái)卻只顯示了開關(guān)跳閘的動(dòng)作而無法查閱與之相關(guān)的保護(hù)告警報(bào)文。

1 Modbus協(xié)議介紹

1.1 背景介紹

Modbus協(xié)議是由美國MODICON公司在1978年開發(fā)的一種通信協(xié)議，最初是用在MODICON公司開發(fā)的PLC可編程控制器上，它支持傳統(tǒng)RS232、RS422以及RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。1996年MODICON公司又推出了基于TCP/IP的Modbus協(xié)議使得其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛[1]。

1.2 Modbus通訊協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)

各種不同公司和廠家的PLC、RTU、SCADA系統(tǒng)、DCS或與兼容Modbus協(xié)議的第三方設(shè)備之間可以通過Modbus協(xié)議連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建各種復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。參考ISO/OSI模型，可以發(fā)現(xiàn)在物理層，Modbus協(xié)議可以采用RS232、RS422、RS485接口以及以太網(wǎng)的物理層結(jié)構(gòu)；在數(shù)據(jù)鏈路層，Modbus主要采用串行主從協(xié)議；由于Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，所以在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層和表示層，Modbus協(xié)議模型中均沒有定義；在應(yīng)用層中Modbus規(guī)定了協(xié)議的模型，主要包括消息幀格式、功能碼、校驗(yàn)、通訊時(shí)序控制等內(nèi)容[2]。

電力系統(tǒng)中Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)分為四類：開入量；開出量；只讀模擬量（輸入寄存器），例如遙測(cè)值等；可讀寫模擬量（保持寄存器），例如保護(hù)定值、設(shè)備參數(shù)等[4]。Modbus需要處理的所有數(shù)據(jù)都需要存放在裝置的存儲(chǔ)器中，為了不把存儲(chǔ)器物理地址和寄存器編號(hào)混淆，就需要把寄存器編號(hào)與存儲(chǔ)器地址建立鏈接，通過統(tǒng)一管理存儲(chǔ)器地址來管理寄存器。

Modbus的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型也分為兩類，分別是帶有四個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型和僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)模型。四個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊模型使用四個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器分區(qū)分別存儲(chǔ)四種數(shù)據(jù)，這樣有助于針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的硬件處理，但是不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合使用的數(shù)據(jù)類型不會(huì)完全相同，因而可能產(chǎn)生存儲(chǔ)器資源的耗費(fèi)；共用一個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊模型進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式可以節(jié)省存儲(chǔ)器的硬件資源，但需要軟件針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型對(duì)存儲(chǔ)器空間進(jìn)行劃分。南京地鐵二號(hào)線高壓保護(hù)裝置使用了僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

2.1 南京地鐵二號(hào)線Modbus規(guī)約數(shù)據(jù)傳輸方式

南京地鐵二號(hào)線站內(nèi)SCADA系統(tǒng)在RS485通信標(biāo)準(zhǔn)下采用Modbus一對(duì)多通信協(xié)議。作為Master的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采用RTU方式輪流向每一臺(tái)35kV保護(hù)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求廣播。請(qǐng)求報(bào)文為8字節(jié)報(bào)文，其數(shù)據(jù)格式如（表1）。

2.2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

通過調(diào)查所有歷史告警記錄，我們發(fā)現(xiàn)故障中被丟失的保護(hù)信號(hào)也曾經(jīng)被系統(tǒng)采樣到并形成報(bào)文傳至SCADA系統(tǒng)后臺(tái)。這說明保護(hù)信號(hào)丟失的現(xiàn)象并不是必然發(fā)生，也就排除了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)倒致故障的原因。

通過查看保護(hù)裝置的保護(hù)信號(hào)點(diǎn)表配置，我們發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)的采樣和維持皆取自于保護(hù)信號(hào)的條件信號(hào)。保護(hù)條件是否滿足是判斷保護(hù)動(dòng)作是否發(fā)生的關(guān)鍵，所以保護(hù)動(dòng)作信號(hào)從保護(hù)條件信號(hào)上采樣并判斷并沒有問題。但是保護(hù)信號(hào)的維持也依靠保護(hù)條件信號(hào)的維持就產(chǎn)生了矛盾。對(duì)比試驗(yàn)條件和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下保護(hù)條件信號(hào)是人工手動(dòng)加載于裝置的接線端子之上的。信號(hào)的發(fā)生與消失的速度完全依靠人手工操作的速度，而這個(gè)速度明顯慢于網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器的一個(gè)循環(huán)檢測(cè)周期，因而保護(hù)信號(hào)因得到了手工延時(shí)可以被網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采集到?，F(xiàn)實(shí)條件下保護(hù)信號(hào)卻是一個(gè)瞬態(tài)量。當(dāng)有保護(hù)動(dòng)作時(shí)，相應(yīng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作延時(shí)一般不超過50ms，機(jī)構(gòu)動(dòng)作完畢后，作為保護(hù)動(dòng)作的條件就消失，保護(hù)條件信號(hào)和保護(hù)信號(hào)隨之消失。所以保護(hù)信號(hào)在保護(hù)裝置中的維持時(shí)長一般短于50ms。當(dāng)保護(hù)信號(hào)發(fā)生時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器在保護(hù)信號(hào)維持的時(shí)間段內(nèi)恰巧能夠采集到相應(yīng)的保護(hù)裝置，則保護(hù)信號(hào)能夠被采集并上傳；如果此時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)沒有采集到這一臺(tái)保護(hù)裝置，那么在保護(hù)信號(hào)消失之后網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器就不會(huì)采集到相應(yīng)的告警。

3 結(jié)語

循環(huán)檢測(cè)是Modbus協(xié)議的主要特點(diǎn)。作為串行通信條件下的一種通信協(xié)議，Modbus無法通過自身的構(gòu)架改良來解決瞬態(tài)信號(hào)的采樣問題。設(shè)法延長信號(hào)時(shí)長和提高采樣器件的采樣頻率是兩種可行的方法。后一種方法需要硬件升級(jí)，耗用較高的成本；前一種方法成本較低，但是需要合適的使用環(huán)境以及可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)延時(shí)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]李偉.基于Modbus協(xié)議的工控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007-36（16）：226-228.

[2]史運(yùn)濤，孫德輝，李志軍等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010-34（4）：67-72.

[3]盧文俊，冷杉，楊建軍.基于Modbus協(xié)議的控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003-23 （6）：54-56.

[4]張海源，任春梅，張冉.Modbus協(xié)議在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].繼電器，2007-35（17）：31-34.

[5]劉琳琳.基于抽樣定理導(dǎo)出無碼間干擾的濾波器特性[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009-29（4）：81-82.endprint

【摘 要】 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)丟失的原因是其信號(hào)發(fā)生頻率高于后臺(tái)采樣頻率。通過延長保護(hù)信號(hào)時(shí)長的方法有效消除了保護(hù)信號(hào)丟失的故障現(xiàn)象。此方法適用于南京地鐵實(shí)際運(yùn)營環(huán)境且改造成本較低。

【關(guān)鍵詞】 Modbus協(xié)議 保護(hù)裝置 報(bào)文丟失

南京地鐵二號(hào)線變電所內(nèi)高壓供電設(shè)備的保護(hù)裝置（P139保護(hù)裝置和P521保護(hù)裝置）與所內(nèi)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器（WTS-65C）通過RS485接口運(yùn)用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。在正常運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)下，保護(hù)裝置的信號(hào)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地傳輸給SCADA后臺(tái)。地鐵實(shí)際投運(yùn)后，發(fā)生了多次重要保護(hù)動(dòng)作沒有被后臺(tái)采集到的故障。這些故障的共同特點(diǎn)是保護(hù)裝置本身可以觀察到保護(hù)動(dòng)作的完整信號(hào)記錄，SCADA系統(tǒng)后臺(tái)卻只顯示了開關(guān)跳閘的動(dòng)作而無法查閱與之相關(guān)的保護(hù)告警報(bào)文。

1 Modbus協(xié)議介紹

1.1 背景介紹

Modbus協(xié)議是由美國MODICON公司在1978年開發(fā)的一種通信協(xié)議，最初是用在MODICON公司開發(fā)的PLC可編程控制器上，它支持傳統(tǒng)RS232、RS422以及RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。1996年MODICON公司又推出了基于TCP/IP的Modbus協(xié)議使得其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛[1]。

1.2 Modbus通訊協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)

各種不同公司和廠家的PLC、RTU、SCADA系統(tǒng)、DCS或與兼容Modbus協(xié)議的第三方設(shè)備之間可以通過Modbus協(xié)議連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建各種復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。參考ISO/OSI模型，可以發(fā)現(xiàn)在物理層，Modbus協(xié)議可以采用RS232、RS422、RS485接口以及以太網(wǎng)的物理層結(jié)構(gòu)；在數(shù)據(jù)鏈路層，Modbus主要采用串行主從協(xié)議；由于Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，所以在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層和表示層，Modbus協(xié)議模型中均沒有定義；在應(yīng)用層中Modbus規(guī)定了協(xié)議的模型，主要包括消息幀格式、功能碼、校驗(yàn)、通訊時(shí)序控制等內(nèi)容[2]。

電力系統(tǒng)中Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)分為四類：開入量；開出量；只讀模擬量（輸入寄存器），例如遙測(cè)值等；可讀寫模擬量（保持寄存器），例如保護(hù)定值、設(shè)備參數(shù)等[4]。Modbus需要處理的所有數(shù)據(jù)都需要存放在裝置的存儲(chǔ)器中，為了不把存儲(chǔ)器物理地址和寄存器編號(hào)混淆，就需要把寄存器編號(hào)與存儲(chǔ)器地址建立鏈接，通過統(tǒng)一管理存儲(chǔ)器地址來管理寄存器。

Modbus的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型也分為兩類，分別是帶有四個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型和僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)模型。四個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊模型使用四個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器分區(qū)分別存儲(chǔ)四種數(shù)據(jù)，這樣有助于針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的硬件處理，但是不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合使用的數(shù)據(jù)類型不會(huì)完全相同，因而可能產(chǎn)生存儲(chǔ)器資源的耗費(fèi)；共用一個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)塊模型進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式可以節(jié)省存儲(chǔ)器的硬件資源，但需要軟件針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型對(duì)存儲(chǔ)器空間進(jìn)行劃分。南京地鐵二號(hào)線高壓保護(hù)裝置使用了僅有一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

2.1 南京地鐵二號(hào)線Modbus規(guī)約數(shù)據(jù)傳輸方式

南京地鐵二號(hào)線站內(nèi)SCADA系統(tǒng)在RS485通信標(biāo)準(zhǔn)下采用Modbus一對(duì)多通信協(xié)議。作為Master的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采用RTU方式輪流向每一臺(tái)35kV保護(hù)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求廣播。請(qǐng)求報(bào)文為8字節(jié)報(bào)文，其數(shù)據(jù)格式如（表1）。

2.2 保護(hù)信號(hào)丟失的原因分析及解決方案

通過調(diào)查所有歷史告警記錄，我們發(fā)現(xiàn)故障中被丟失的保護(hù)信號(hào)也曾經(jīng)被系統(tǒng)采樣到并形成報(bào)文傳至SCADA系統(tǒng)后臺(tái)。這說明保護(hù)信號(hào)丟失的現(xiàn)象并不是必然發(fā)生，也就排除了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)倒致故障的原因。

通過查看保護(hù)裝置的保護(hù)信號(hào)點(diǎn)表配置，我們發(fā)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)的采樣和維持皆取自于保護(hù)信號(hào)的條件信號(hào)。保護(hù)條件是否滿足是判斷保護(hù)動(dòng)作是否發(fā)生的關(guān)鍵，所以保護(hù)動(dòng)作信號(hào)從保護(hù)條件信號(hào)上采樣并判斷并沒有問題。但是保護(hù)信號(hào)的維持也依靠保護(hù)條件信號(hào)的維持就產(chǎn)生了矛盾。對(duì)比試驗(yàn)條件和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下保護(hù)條件信號(hào)是人工手動(dòng)加載于裝置的接線端子之上的。信號(hào)的發(fā)生與消失的速度完全依靠人手工操作的速度，而這個(gè)速度明顯慢于網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器的一個(gè)循環(huán)檢測(cè)周期，因而保護(hù)信號(hào)因得到了手工延時(shí)可以被網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器采集到?，F(xiàn)實(shí)條件下保護(hù)信號(hào)卻是一個(gè)瞬態(tài)量。當(dāng)有保護(hù)動(dòng)作時(shí)，相應(yīng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作延時(shí)一般不超過50ms，機(jī)構(gòu)動(dòng)作完畢后，作為保護(hù)動(dòng)作的條件就消失，保護(hù)條件信號(hào)和保護(hù)信號(hào)隨之消失。所以保護(hù)信號(hào)在保護(hù)裝置中的維持時(shí)長一般短于50ms。當(dāng)保護(hù)信號(hào)發(fā)生時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器在保護(hù)信號(hào)維持的時(shí)間段內(nèi)恰巧能夠采集到相應(yīng)的保護(hù)裝置，則保護(hù)信號(hào)能夠被采集并上傳；如果此時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)沒有采集到這一臺(tái)保護(hù)裝置，那么在保護(hù)信號(hào)消失之后網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器就不會(huì)采集到相應(yīng)的告警。

3 結(jié)語

循環(huán)檢測(cè)是Modbus協(xié)議的主要特點(diǎn)。作為串行通信條件下的一種通信協(xié)議，Modbus無法通過自身的構(gòu)架改良來解決瞬態(tài)信號(hào)的采樣問題。設(shè)法延長信號(hào)時(shí)長和提高采樣器件的采樣頻率是兩種可行的方法。后一種方法需要硬件升級(jí)，耗用較高的成本；前一種方法成本較低，但是需要合適的使用環(huán)境以及可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)延時(shí)方法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]史運(yùn)濤，孫德輝，李志軍等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010-34（4）：67-72.

[3]盧文俊，冷杉，楊建軍.基于Modbus協(xié)議的控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003-23 （6）：54-56.

[4]張海源，任春梅，張冉.Modbus協(xié)議在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].繼電器，2007-35（17）：31-34.

[5]劉琳琳.基于抽樣定理導(dǎo)出無碼間干擾的濾波器特性[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009-29（4）：81-82.endprint