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研究生: 林舜文
Lin, Shun-Wen
論文名稱: 整合DNP3與Modbus協定於資料分散式服務之電表監控
Implementation of Meter Monitoring by Integrating DNP3 and Modbus on Data Distribution Service
指導教授: 廖德祿
Liao, Teh-Lu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 45
中文關鍵詞: 智慧電網DNP3Modbus資料分散式服務
外文關鍵詞: Smart Grid, DNP3, Modbus, Data Distribution Service
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  • 智慧電網透過資通訊與自動化科技,建置具有智慧化之發電、輸電、配電等功能的整合性電力網路,以提升電力系統運轉效率、供電品質及電網可靠度。而蒐集電力資訊到調整電力使用狀況的過程都必須仰賴通訊技術之傳輸,由此可知通訊技術及整合不同通訊協定對於智慧電網的建置極為重要。
    台電的中央調度中心與各級變電所、發電廠間操作控制是以 DNP3為主要的通訊協定;在各變電所內與數據採集與監控系統(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)的各設備間使用DNP3或是Modbus進行資訊的交換。目前大多數SCADA系統僅能在區域網路中使用,隨著智慧電網和物聯網的發展,物聯網中最強大的中介軟體(Middleware)之一就是資料分散式服務(Data Distribution Service, DDS),而為了實現電力資訊傳輸之通訊協定的相容性,本論文整合DNP3與Modbus協定於資料分散式服務之上,並搭配程式撰寫與人機介面設計,建構出一套電表監控系統。

    Smart Grid builds an integrated power network with intelligent power generation, transmission and distribution functions to improve power system operation efficiency, power supply quality and grid reliability by information and communication technology and automation technology. Process of collecting power information to adjust the use of electricity must rely on communication technology. As a result, communication technology and integration of different communication protocols are extremely important for the establishment of smart grids. Taiwan Power Company's operational control is based on the Distributed Network Protocol(DNP3) as the main communication protocol. DNP3 or Modbus is used to exchange information between devices in the Supervisory Control and Data Acquisition(SCADA) system. At present, most SCADA systems can only be used in local area networks. With the development of the smart grid and the Internet of Things, one of the most powerful middleware is Data Distribution Service(DDS). In order to realize the compatibility of the protocol, this paper integrates DNP3 and Modbus on DDS to construct a meter monitoring system.

    摘要 I 誌謝 VIII 目錄 IX 圖目錄 XII 表目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 論文架構 2 第二章 研究背景 3 2.1 數據採集與監控系統(SCADA) 3 2.2 分散式網路協定(DNP3) 4 2.2.1 應用層(Application Layer) 5 2.2.2 應用層標頭 6 2.2.3 物件標頭 7 2.2.4 傳輸功能層(Transport Function Layer) 8 2.2.5 傳輸標頭 9 2.2.6 資料連接層(Data Link Layer) 9 2.2.7 資料連接層標頭 10 2.3 Modbus協定 12 2.3.1 Modbus通訊模型 12 2.3.2 Modbus資料型態 14 2.3.3 Modbus/TCP 14 2.3.4 Modbus RTU 15 2.3.5 Modbus ASCII 15 2.4 資料分散式服務(DDS) 16 2.4.1 簡介 16 2.4.2 發布-訂閱模型 17 2.4.3 傳輸服務品質 18 2.5 比較與討論 19 2.5.1 取得資訊(輸入) 19 2.5.2 運行控制(輸出) 19 2.5.3 資料型態 20 第三章 電表監控系統架構與設計 23 3.1 系統架構 23 3.1.1 DNP3 Outstation 24 3.1.2 DNP3 Master 27 3.1.3 DDS 30 3.2 DNP3與Modbus整合 31 3.3 DNP3與DDS整合 32 第四章 電表監控系統實測與結果 35 4.1 系統環境 35 4.2 整合DNP3與Modbus協定於資料分散式服務之實現 36 4.3 整合DNP3與Modbus協定於資料分散式服務之實現結果 40 第五章 結論 43 5.1 結論 43 5.2 未來展望 43 參考文獻 44

    [1] 智慧電網總體規劃方案,經濟部能源局,取自(https://www.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/content/wHandMenuFile.ashx?file_id=619)
    [2] 台灣智慧型電網產業協會,認識智慧型電網,取自(http://www.smart-grid.org.tw/content/smart_grid/smart_grid.aspx)
    [3] 王昱峰(2017)。開發使用共享記憶體之DNP3/Modbus閘道器。國立臺北科技大學自動化科技研究所碩士論文,台北市。
    [4] 陳韶羽(2015)。整合DNP3與Modbus協定實現電力系統監控。國立臺北科技大學自動化科技研究所碩士論文,台北市。
    [5] 王子昂(2013)。設計與實現Modbus 與DNP 3.0 協定之優化架構於CAN 匯流排。中山大學電機工程學系研究所碩士論文,高雄市。
    [6] Technical Report, "Modbus and DNP3 Communication Protocols" Triangle Microworks, Inc, [Online] available at (www.TriangleMicroWorks.com)
    [7] Introduction to DNP3 - Triangle MicroWorks, Inc, [Online] available at (http://www.trianglemicroworks.com/video/videoplaylists/introduction-to-dnp3)
    [8] Object Management Group, Data Distribution Service (DDS) Version 1.4, April 2015
    [9] Research on Technology of Data Distribution Service Integration of the Data Distribution Service middleware protocol in an SCADA system, [Online] available at (https://pdfs.semanticscholar.org/6d66/016a18dfb3170dab25cfe23da2ae85415bcc.pdf)
    [10] Raspberry Pi台灣樹莓派,取自網址(https://www.raspberrypi.com.tw/19429/57/)
    [11] Modicon Modbus Protocol Reference Guide - The Modbus Organization, [Online] available at (http://modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf)
    [12] Modbus and DNP3 Communication Protocols - Triangle MicroWorks, Inc.

    下載圖示 校內:2025-07-15公開
    校外:2025-07-15公開
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