摘要：Modbus协议规定由施耐德公司早在1987年，由于其结构简单、精致得到大多数厂家的支持。目前Modbus协议在地铁直流牵引供电系统也得到了广泛的应用，但由于Modbus协议本身的特点有不符合电力系统中使用的地方，仍然有一些问题Modbus协议、参数选择的地址、函数代码和应用程序功能需要实现。讨论一些问题Modbus协议实现的特殊功能和常见的应用程序功能来分析地铁直流牵引供电系统应用程序。
关键词：地铁；modbus协议；直流牵引供电系统
1前言
城市轨道交通直流牵引供电系统的电气保护是否完善，保护价值合理是地铁运行安全与人生活的重要事件。为了更好地促进和利用Modbus规约，本文从检测实践入手，在使用Modbus规约的目标语篇中，应注意实践中存在的问题，使Modbus规约地铁直流牵引供电系统的信息交换。
2 Modbus协议简介
Modbus协议是MODICON公司推出的一种开放的现场总线通信协议，可以实现RS232和RS485，以太网，光纤，异步串行通信的无线介质，以及不同厂家的控制设备可以集成到一个工业网络中。Modbus协议是一种具有强调试能力、大数据传输和良好实时性的请求/响应协议。标准的Modbus协议定义了255个功能代码。在矿山设备电气控制系统的设计中，常用的函数代码为03、16。函数代码用于读取一个或多个寄存器的数据。函数代码用于为多个寄存器编写数据。通过该协议，控制器可以通过网络和其他设备进行通信。Modbus协议是一种标准、开放、可支持多种电气接口、简单紧凑的数据帧格式、大量的数据传输和实时性能等特点，已广泛应用于工业控制系统中，已成为通用的行业标准。深入分析Modbus协议的实施原则及其安全性，对于提高工业控制系统的安全性具有重要的现实意义。
3 Modbus协议原理
Modbus协议使用主从结构，在连接到不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。客户机使用不同的函数代码请求服务器执行不同的操作；服务器执行一个函数定义的操作，并向客户端发送响应，或者在操作中检测到错误时发送异常响应。
3.1消息帧
Modbus协议定义了一个与底层通信层无关的简单协议数据单元PDU。特定总线或网络上的Modbus协议映射可以将额外的域引入到应用程序数据单元ADU中。对于在不同物理介质上实现的Modbus协议，PDU单元是统一的，而附加的地址字段和错误检查域需要符合不同总线或网络的特定要求和格式。
3.2传输方式
Modbus协议是一个应用层包传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种消息类型，协议本身没有定义，物理只是将控制器定义为对消息结构的理解和使用，不管它们在网络之后是什么通信。Modbus协议可以在使用串行端口传输时选择RTU或ASCII模式，并指定消息、数据结构、命令和响应模式，并需要验证数据。采用LRC对ASCII模式进行验证，RTU模式采用16CRC校准。TCP用于以太网传输，它不使用验证，因为TCP协议是一种可靠的、面向连接的协议。当控制器被设置为在Modbus网络上以ASCII模式通信时，消息中的每个8Bit字节被作为两个ASCII字符发送。这种方法的主要优点是，字符发送之间的时间间隔可以达到1秒，而不会出现错误。
3.3功能码
无论Modbus如何传输，PDU的内容都是相同的。函数代码是请求/响应PDU的元素，有效码字范围是decimal1~255，其中保留128~255。定义的Modbus公共函数代码可分为两个部分：数据访问类和异常响应和诊断类。数据访问类函数代码实现了输入离散量、线圈的位置访问、寄存器和FIFO队列的16位访问，以及文件记录的读取和写入。诊断功能代码提供了读取异常状态、设备识别等功能。
4 选择合适的功能码
选择合适的函数代码实现标准Modbus协议是一个重要方面，目前很多厂商为了方便使用几个函数代码，这可能让贪污、多功能函数代码现象，是因为每个制造商的互连相同的功能或参数与不同的功能代码，导致一些功能不能实现。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆作为一种常见的通信协议Modbus工业控制领域，显示了巨大的影响在工业控制领域，由于其结构简单、精致，近年来也已广泛应用于电力系统，但由于Modbus应用于工业控制领域，自身的特点和电力系统的应用习惯不是很一致，然后从电力系统应用程序功能映射的Modbus协议将有一些问题，主要从特殊函数和普通函数下的电力系统两个方面介绍电力系统应用程序的功能的实现。
4.1选择/执行功能的实现
在Modbus协议的表面上不支持选择/执行功能，但是由于电力系统或电力用户需求的特殊要求必须实现选择/执行命令，面对问题，许多制造商放弃使用Modbus协议并使用其他通信协议。实际上，不需要这样做，下面是使用参数地址关联来选择/执行命令的方法的介绍。步骤1：准备参数地址。1不是线圈参数的代表，而是两个参数，分别是线圈（选择）和线圈1（执行），两个寄存器中的两个参数（寄存器地址可以是相邻的或不相邻的，相邻的寄存器作为一个例子）。步骤2：选择函数代码。对于远程命令，我们可以选择fun05和fun15。如果我们控制一个线圈的状态，我们可以使用fun05。如果你一次控制多个线圈状态，使用fun15（根据电力系统的特点通常使用fun05）。步骤3：远程控制过程。下面的通信消息用于说明远程控制过程（假设变电站地址是1）。火车站请求：01050000ff008c3a；变电站回应：01050000ff008c3a；执行（关闭）命令：主站请求：01050001FF00DDFA；变电站的回应：01050001ff00ddfa。对于远程控制安全，可以对远程控制条件进行逻辑判断。例如，只有在选择之后才能执行命令，选择命令并执行命令是相同的参数地址，等等。
4.2读SOE数据
阅读SOE电力系统中的数据是一种常见的功能，但因为它包含大量的数据和信息，很多读完SOE使用Modbus协议数据功能，当他们觉得标准没有定义国企数据读取代码的功能和帧格式，您可以自定义一个函数代码或使用一个函数代码0403和改变它的帧格式。显然，这种方法不符合标准要求，而且还为实际项目中的互操作性问题设置了阶段。这里，我们将向您展示如何使用已定义的函数代码和框架格式来读取SOE数据函数。例如，设备中有3个SOE数据，每个SOE数据中包含的信息包括故障类型、故障时间（年、月、日、小时、秒）、ABC相电流、零序电流。
4.3功能码07的使用
功能代码07是用于读取8个异常状态，该函数提供了一个简单的方法访问不正常状态和异常状态可以设备在线状态、故障、报警状态，生成一个新的事件状态，如八个异常状态在设备内存，不需要注册地址。主站连续使用功能代码07读取这8个异常状态，可以快速获取公共状态信息，然后确认是否应该使用相应的函数代码来读取详细信息。国内生产厂家很少使用功能代码07，以定期轮询为主的主要阅读数据，随着电力系统的发展和电力设备的升级，设备信息的增加，使用功能代码07可以实现重要信息优先。异常状态代表的8个实际意义，如在线状态（bit0）、报警设备状态（bit1）、跳台状态（bit2）、新事件生成状态（bit3）、远程通信的变形状态（bit4）、备用（bit5）、备用（bit6）、备用（bit7）。
4．4使用网络安全设备
使用网络安全设备，如入侵防御和防火墙。防火墙是一个串行设备，它只允许特定的地址访问服务器，也不允许外部访问Modbus服务器，这可以有效地防止外部入侵。入侵预防装置可以对Mod-bus协议的具体操作内容进行分析，有效地检测和防止异常操作和各种内部/外部攻击的渗透，为网络功能提供保护。
结束语
总之，在工业控制领域常用的通信协议Modbus，显示了巨大的影响力，在电力行业在工业控制领域，由于其特殊性和独特的应用习惯，电气保护地铁直流牵引供电系统相对比较完善，各类故障使用两个或两个以上的电气保护方案，保护设置值合理，能区分故障电流和负载电流，能在各种保护之间协调，减少误操作，从而有效地防止直流牵引供电系统走电火灾事故。
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论文作者:祁恩禹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/29
标签：协议论文; 代码论文; 功能论文; 函数论文; 供电系统论文; 状态论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第8期论文;