Siemens保護裝置Modbus通訊協議的配置注意事項及報文解析

Modbus協議簡介：

Modbus協議定義了一個與基礎通信層無關的簡單協議數據單元（PDU）。特定匯流排或網路上的Modbus協議映射能夠在應用數據單元（ADU）上引入一些附加域。

Modbus使用的是主站詢問，從站回答的數據傳送方式。

Modbus 數據模型：

Modbus以一系列具有不同特徵表格上的數據模型為基礎。四個基本表格為：

下例示出了設備中的數據結構，這個設備含有數字量和模擬量、輸入量和輸出量。由於不同塊中的數據不相關，每個塊是相互獨立。按不同Modbus功能碼訪問每個塊。

Modbus 公共功能碼定義：

Siemens保護的Modbus配置以及報文示例

概述：

信息類型、寄存器類型、功能碼之間的對應關係

1. 雙遙控帶雙遙信的信號（CF_D2）

a）配置：雙遙控及雙遙信信息屬於線圈狀態類型（coil），在DIGSI中配置在寄存器類型0的範圍（可用的地址可以在相應裝置的modbusmapping file描述中找到），且遙信與遙控方向地址相同，如下圖Q0，Q1

b）如何從DIGSI配置中換算出Modbus協議中的寄存器號。

寄存器號Y =Register address + 1 + x， 其中 mask =2x+ 2x+1

以上圖Q0為例：mask 3072 = 1024 + 2048 = 210+ 211， 所以 x = 10

Q0的寄存器號 Y = 0 + 1 + 10 = 11

同理Q1：mask 12288 = 4096 + 8192 = 212+ 213， 所以 x = 12

Q1的寄存器號 Y = 0 + 1 + 12 = 13

c）示例報文

由於Modbus報文查詢是從0開始定址的，所以報文中的地址比計算的寄存器號小1。

雙遙控（寫多個線圈）功能碼：15

遙控Q0報文

雙遙信（讀取多個線圈狀態）功能碼：01

讀取Q0位置報文

同時讀取Q0，Q1位置的報文

2. 單遙控信號（C_S）

a）配置：單遙控信息同樣屬於線圈類型（coil），在DIGSI中配置在寄存器類型0的範圍（可用的地址可以在相應裝置的Modbusmapping file描述中找到）。

b）如何從DIGSI配置中換算出Modbus協議中的寄存器號。

寄存器號Y =Register address + 1 + Log2mask

上圖中寄存器號Y =32 + 1 + Log264= 39

c）示例報文

由於Modbus報文查詢是從0開始定址的，所以報文中的地址比計算的寄存器號小1。

單遙控（寫單個線圈）功能碼：05

單遙控報文

注意：對於脈衝型輸出的單遙控命令，後台發送分閘命令是沒有實際意義的，保護裝置會拒絕分閘命令，拒絕的附加原因是不合常理（Plausibility error）。

3. 單遙信信號（SP）

a）配置：單遙信信息屬於離散量類型，在DIGSI中配置在寄存器類型1的範圍。

b）如何從DIGSI配置中換算出Modbus協議中的寄存器號。

寄存器號Y =Register address + 1 + Log2mask

上圖中寄存器號分別為Y=32+1+Log216= 37，Y=32+1+Log232= 38

c）示例報文

由於Modbus報文查詢是從0開始定址的，所以報文中的地址比計算的寄存器號小1。

單遙信（讀離散量）功能碼：02

以下是同時讀取遙信1與遙信2的報文

4. 遙測值

a）配置：遙測值屬於輸入寄存器類型，DIGSI中配置在寄存器類型3的範圍。裝置中未給遙測值預留多餘地址，如果有用戶自定義的遙測值需要配置到後台，則需要把部分默認的遙測值從系統口移除。

b）如何從DIGSI配置中換算出Modbus協議中的寄存器號。

寄存器號 Y = Register address + 1

上圖中 Ia 寄存器號Y = 0 + 1 = 1，其它模擬量寄存器號可在mapping file描述中查找到。

c）示例報文

由於Modbus報文查詢是從0開始定址的，所以報文中的地址比計算的寄存器號小1。

遙測（讀輸入寄存器）功能碼：04

下例中是7SJ62 mapping file3-1，從寄存器號1開始，讀取18個寄存器的報文，不同類型裝置的寄存器代表的數據內容有所差異，請參考相關裝置的mapping file。

遙測值是有符號16位數，數值範圍是 -32768 到 +32767，數值 -32768 = Hex8000表示無效值或越限值，

輸入寄存器5為Va，Hex0242 = 578，除係數100（a配置部分示例圖）得到一次值5.78kV。

5. 電度量

a）配置：電度量屬於保持寄存器類型，每個電度量佔用兩個寄存器，DIGSI中配置在寄存器類型4的範圍。

b）如何從DIGSI配置中換算出Modbus協議中的寄存器號。

寄存器號 Y = Register address + 1

上圖中 WpForward 寄存器號 Y = 204 + 1 = 205，其它電度量寄存器號可在mappingfile描述中查找到。

c）示例報文

由於Modbus報文查詢是從0開始定址的，所以報文中的地址比計算的寄存器號小1。

遙測（讀輸入寄存器）功能碼：03

下例中從寄存器號205開始，讀取4個電度量的報文。

電度量是無符號32位數，數值範圍是0到+4294967295。保護裝置通過協議上送到主站是電度量的脈衝個數，所以後台收到脈衝數目後還要乘以係數（即每個脈衝代表的電度量值）才能得到與裝置上顯示相同的電度量值。

係數（即每個脈衝代表的電度量值）與保護參數1101和1102（a配置部分示例圖）相關，係數公式為：1.732* 參數1101 * 參數1102/60000

本例中的係數為1.732 * 12000 * 100/60000 = 34.64 WH

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