葛江波

(山西省臨汾供電分公司,山西 臨汾 041000)

IEC60870-5-104傳輸規(guī)約如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化

葛江波

(山西省臨汾供電分公司,山西 臨汾 041000)

在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中,遠(yuǎn)動(dòng)子系統(tǒng)可以采用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這改變了電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中僅利用傳統(tǒng)的串口通訊機(jī)制進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)默F(xiàn)狀,充分利用了Internet技術(shù)進(jìn)行調(diào)度,與以前的遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)相比,更加可靠、簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)。

電網(wǎng)調(diào)度;遠(yuǎn)動(dòng)通訊;調(diào)度自動(dòng)化;104規(guī)約

1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了三代,其結(jié)構(gòu)可以歸納為主機(jī)終端結(jié)構(gòu)、客戶—服務(wù)器結(jié)構(gòu)和功能分布式結(jié)構(gòu)。第三代采用了先進(jìn)的開(kāi)放分布式EMS/DMS系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了10年。目前發(fā)展趨勢(shì)集中在將計(jì)算機(jī)高可用性技術(shù)應(yīng)用于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、基于 IEC61970系列標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換以及電力專用Internet網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用。電網(wǎng)調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)⒊蔀橐环N新的趨勢(shì)。

IEC60870-5-104傳輸規(guī)約是在 IEC101規(guī)約基礎(chǔ)上,采用專用 Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),它替代了傳統(tǒng)的串口通訊機(jī)制。目前網(wǎng)絡(luò)傳輸采用 IEC60870-5-104、TASE.2和DL/T476傳輸規(guī)約,而IEC60870-5-104當(dāng)屬最佳選擇。本文所要討論的就是如何在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中采用 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化。

2 采用 IEC60870-5-104規(guī)約系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的組成

IEC60870-5-104規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)定義了開(kāi)放的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的使用,其中,網(wǎng)絡(luò)類型包含傳輸DL/T 634.5101-2002 ASDU的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的局域網(wǎng)。包含不同廣域網(wǎng)類型如X.25、幀中繼(FR)、綜合范圍數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(ISDN)的路由器可通過(guò)公共的 TCP/IP-局域網(wǎng)接口互聯(lián),一個(gè)冗余的主站配置與另一個(gè)非冗余的主站配置如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

使用單獨(dú)的路由器有如下優(yōu)點(diǎn):

1.在終端系統(tǒng)中不需要網(wǎng)絡(luò)特定軟件;2.在終端系統(tǒng)中不需要路由功能;3.在終端系統(tǒng)中不需要網(wǎng)絡(luò)管理;4.從遠(yuǎn)動(dòng)專業(yè)制造廠獲得的終端系統(tǒng)的手段;5.在非專業(yè)特定領(lǐng)域的制造廠處獲得單獨(dú)的路由器手段,以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò);6.網(wǎng)絡(luò)類型改變僅僅需要改變路由器類型,不會(huì)影響終端系統(tǒng);7.特別適合于和 IEC60870-5-101一致的已有的終端系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

3 用 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約實(shí)施網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的主要功能的介紹

用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)有以下主要功能:

(1)安全傳輸功能。利用I格式,U格式報(bào)文實(shí)現(xiàn)防止報(bào)文丟失和報(bào)文重復(fù)傳輸;

(2)實(shí)時(shí)傳輸功能。與 IEC101規(guī)約所實(shí)現(xiàn)的類似,不過(guò)在 IEC60870-5-104中不召喚1級(jí)、2級(jí)數(shù)據(jù),子站主要通過(guò)定時(shí)發(fā)送全數(shù)據(jù);

(3)測(cè)試功能。利用U格式報(bào)文建立主站和子站的測(cè)試握手信號(hào);

(4)啟停功能。利用U格式報(bào)文建立啟/停傳輸控制機(jī)制;

(5)故障續(xù)傳功能。鏈路故障后采用的新的鏈路實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳,搜尋鏈路故障時(shí)段內(nèi)發(fā)電生產(chǎn)的歷史信息;

(6)校時(shí)功能。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間不確定性,子站段采用GPS校時(shí)。

(7)多線程功能。多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)子站端口并行實(shí)時(shí)采訪。

4 規(guī)約軟件實(shí)現(xiàn)方案的分析

4.1 TCP/IP層軟件方案分析

圖2示出了利用UNIX網(wǎng)絡(luò)套接字編程,在系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧的基礎(chǔ)上,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)路徑傳輸IEC60870-5-104規(guī)約格式的數(shù)據(jù)。

4.2 IEC104-5-104規(guī)約基本報(bào)文格式

根據(jù)全國(guó)電力系統(tǒng)控制及其通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)三屆五次會(huì)議和最近出版的國(guó)標(biāo)DL/T634.5. 104:2002對(duì) IEC60870-5-104規(guī)約的參數(shù)選擇作了如下說(shuō)明:不采用101規(guī)約中的鏈路地址和短報(bào)文(指單字節(jié)報(bào)文和鏈路確認(rèn)報(bào)文);不采用召喚一級(jí)數(shù)據(jù)二級(jí)用戶數(shù)據(jù)。兩個(gè)8位位組表示公共地址;兩個(gè)8位位組表示傳送原因;三個(gè)8位位組表示信息體地址;選用7個(gè)字節(jié)時(shí)標(biāo)。定義了啟動(dòng)字符、應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的長(zhǎng)度規(guī)范、可傳輸一個(gè)完整的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元或者為了控制的目的僅僅傳輸應(yīng)用規(guī)約控制信息域。

(1)啟動(dòng)字符:68H(1個(gè)字節(jié))

(2)長(zhǎng)度規(guī)范:應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的最大幀長(zhǎng)為249,而控制域的長(zhǎng)度是4個(gè)八位位組,應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的最大長(zhǎng)度為253,(即從APDUMAX=255中減去啟動(dòng)和長(zhǎng)度8位位組)。

(3)控制域:控制域定義抗報(bào)文丟失和重復(fù)傳送的控制信息、報(bào)文傳輸?shù)膯?dòng)和停止、傳輸連接的監(jiān)視?？刂朴虻倪@些類型被用于完成計(jì)數(shù)的信息傳輸?shù)?I格式)、計(jì)數(shù)的監(jiān)視功能(S格式)和不計(jì)數(shù)的控制功能(U格式)?？刂朴虻男畔翰惶幚?。

(4)端口號(hào):每一個(gè)TCP地址由IP地址和端口號(hào)組成,用于本標(biāo)準(zhǔn)的端號(hào)口為2404。主站和子站均可作為客戶端或服務(wù)端。

4.3 用協(xié)議控制信息的定義(APCI)

傳輸層(TCP層的用戶)是一個(gè)定向流接口,它沒(méi)有為IEC 60870-5-101中的ASDU定義任何啟動(dòng)或者停止機(jī)制。為了檢測(cè)到ASDU的啟動(dòng)和結(jié)束,每個(gè)APCI包括下列的定界元素:一個(gè)啟動(dòng)字符;ASDU的規(guī)定長(zhǎng)度;控制域(見(jiàn)圖2)。一個(gè)完整的APDU(或者,出于控制目的,僅僅是APCI域)也是可以被傳送的(見(jiàn)圖3)。

圖2 遠(yuǎn)動(dòng)配套標(biāo)準(zhǔn)的APDU定義

圖3 遠(yuǎn)動(dòng)配套標(biāo)準(zhǔn)的APCI定義

START 68H定義了數(shù)據(jù)流中的起點(diǎn)。

APDU的長(zhǎng)度定義了APDU體的長(zhǎng)度,它包括APCI的四個(gè)控制域八位位組和ASDU。第一個(gè)計(jì)數(shù)八位位組是控制域的第一個(gè)八位位組,最后一個(gè)計(jì)數(shù)八位位組是ASDU的最后一個(gè)八位位組。ASDU的最大長(zhǎng)度限制在249以內(nèi),因?yàn)锳PDU的域長(zhǎng)最大值是253(APDU最大值=255減去啟動(dòng)和長(zhǎng)度八位位組),控制域的長(zhǎng)度是4個(gè)八位位組。三種類型的控制域格式用于執(zhí)行編過(guò)號(hào)的信息傳輸(I格式),編過(guò)號(hào)的監(jiān)管功能(S格式)和未編號(hào)的控制功能(U格式)。

4.4 應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元報(bào)文基本結(jié)構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元由數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符和一個(gè)或多個(gè)信息對(duì)象所組成。數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符在所有應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元中常有相同的結(jié)構(gòu),一個(gè)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元中的信息對(duì)象常有相同的結(jié)構(gòu)和類型,它們由類型標(biāo)識(shí)域所定義。

數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符的結(jié)構(gòu)如下:

(1)一個(gè)8位位組表示類型標(biāo)識(shí);

(2)一個(gè)8位位組表示可變結(jié)構(gòu)限定詞;

(3)兩個(gè)8位位組表示傳送原因;

(4)兩個(gè)8位位組表示應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址;

(5)三個(gè)8位位組表示信息體地址。

報(bào)文類型標(biāo)識(shí)如表1和表2所示。

表1 在監(jiān)視方向的過(guò)程信息

表2 在控制方向的系統(tǒng)命令

在應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元中,其數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符的第二個(gè)8位位組定義為可變結(jié)構(gòu)限定詞,如圖4所示。

圖4 可變結(jié)構(gòu)限定詞

在可變結(jié)構(gòu)限定詞中,SQ=0表示由信息對(duì)象地址尋址的單個(gè)信息元素或綜合信息元素。應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元可以由一個(gè)或者多個(gè)同類的信息對(duì)象所組成;SQ=1表示同類的信息元素序列(即同一種格式測(cè)量值),由信息對(duì)象地址尋址。信息對(duì)象地址是順序信息元素的第一個(gè)信息元素的地址,后續(xù)信息元素的地址是從這個(gè)地址起順序加1。N是一個(gè)二進(jìn)制數(shù),它定義了信息對(duì)象的數(shù)目。在順序信息元素的情況下每個(gè)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元僅安排一種信息對(duì)象。

4.5 IEC60870-5-104規(guī)約的過(guò)程描述

當(dāng)主站軟件重新啟動(dòng)或鏈路故障時(shí),主站將向子站發(fā)出建立鏈路請(qǐng)求報(bào)文。當(dāng)鏈路建立后,進(jìn)行應(yīng)用數(shù)據(jù)傳送。目前傳送的上行過(guò)程數(shù)據(jù)有遙測(cè)、遙信和電度量報(bào)文,下行控制命令有總召喚、計(jì)數(shù)量召喚和時(shí)鐘同步命令。

4.6 關(guān)鍵技術(shù)和解決方案

(1)防止報(bào)文丟失和重復(fù)傳輸?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)

1)I格式說(shuō)明

未被確認(rèn)的I格式應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的最大數(shù)目為 K:當(dāng)未確認(rèn)I格式的APDU達(dá)到 K個(gè)時(shí),發(fā)送端停止發(fā)送。接收端在接收了W個(gè)應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元以后確認(rèn)。

控制域的第一個(gè)8位位組的第1位為零,定義了I格式。I格式應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元常常包含應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元。I格式的控制信息見(jiàn)圖5。

圖5 I格式

2)報(bào)文

若報(bào)文為68 4 01 00 00 02,則表示發(fā)送1個(gè)報(bào)文接收2個(gè)報(bào)文,且W=100,K=100。

3)抗報(bào)文丟失和重復(fù)傳送的保護(hù)

對(duì)于每個(gè)方向和每個(gè)應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,發(fā)送站將發(fā)送序號(hào)(N(S))加1,接收站將接收序號(hào)(N(R))也加1。接收站確認(rèn)每一個(gè)應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元或者應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的序號(hào),哪個(gè)應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元被可靠接收,就返回這個(gè)被正確接收的順序號(hào)。發(fā)送站在緩沖區(qū)內(nèi)保存所發(fā)送的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,直到收到和它自己的發(fā)送序號(hào)一樣的接收序號(hào),該接收序列號(hào)是對(duì)所有發(fā)送序列號(hào)小于或等于該號(hào)的APDU的有效確認(rèn),此時(shí)方可刪除緩沖區(qū)里已正確傳送過(guò)的APDU。

(2)鏈路故障后采用續(xù)傳方式搜尋歷史數(shù)據(jù)

解決方案是利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)故障后續(xù)傳的功能,雙方重新建立一條鏈路,這條鏈路占用5001端口,它們之間實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)傳輸,調(diào)度方通過(guò)發(fā)送故障時(shí)間標(biāo)志給RTU,子站端通過(guò)得到的信息,從其歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中提取斷路時(shí)的歷史數(shù)據(jù)傳送給主站端。

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)子站端口并行實(shí)時(shí)采訪

解決方案就是采用UNIX多線程技術(shù)來(lái)建立多個(gè)端口線程,并與各個(gè)子站建立鏈接,并發(fā)接收數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約是在IEC101規(guī)約基礎(chǔ)上,采用專用Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),它替代了傳統(tǒng)的串口通訊機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)端口線程并發(fā)接收數(shù)據(jù)。

[1]DL/T 634-1997/IEC870-5-101:1995.遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第101篇基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]DL/T 634.5104-2002/IEC 60870-5-104:2000.遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn).

[責(zé)任編輯:王 琨]

How IEC60870-5-104 Transmission Stipulations Realize Long-range Technical Network

GE Jiang-bo
(Linfen Power Supply Branch Company of Shanxi,Linfen,041000,China)

This article expounded how the long-range branch system,in the automation control system,adopts IEC60870-5-104 commission stipulations to carry out digital transmission.It changed the present fact that in the electricity net control system,the traditional connection communication technique is used to carry out real-time data transmission and it fully adopted Internet technique to control the management.Compared with the former,it is more reliable,more simple and more economical.

electric network dispatch;long-range communication;dispatching automation;104 stipulation

book=2010,ebook=40

TM930

A

1671-5977(2010)02-0131-03

2010-04-23

葛江波(1973-),男,山西省臨汾供電分公司,工程師,從事調(diào)度自動(dòng)化專業(yè)工作。