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)約如何實現(xiàn)遠動技術網(wǎng)絡化

葛江波

(山西省臨汾供電分公司,山西 臨汾 041000)

在調(diào)度自動化系統(tǒng)中,遠動子系統(tǒng)可以采用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約通過Internet網(wǎng)絡訪問進行數(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)的串口通訊機制進行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)默F(xiàn)狀,充分利用了Internet技術進行調(diào)度,與以前的遠動技術相比,更加可靠、簡單,經(jīng)濟。

電網(wǎng)調(diào)度;遠動通訊;調(diào)度自動化;104規(guī)約

1 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了三代,其結構可以歸納為主機終端結構、客戶—服務器結構和功能分布式結構。第三代采用了先進的開放分布式EMS/DMS系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了10年。目前發(fā)展趨勢集中在將計算機高可用性技術應用于調(diào)度自動化系統(tǒng)、基于 IEC61970系列標準的數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)交換以及電力專用Internet網(wǎng)絡的廣泛使用。電網(wǎng)調(diào)度遠動技術的網(wǎng)絡化在電網(wǎng)調(diào)度自動化領域?qū)⒊蔀橐环N新的趨勢。

IEC60870-5-104傳輸規(guī)約是在 IEC101規(guī)約基礎上,采用專用 Internet網(wǎng)絡進行調(diào)度通訊的協(xié)議標準,它替代了傳統(tǒng)的串口通訊機制。目前網(wǎng)絡傳輸采用 IEC60870-5-104、TASE.2和DL/T476傳輸規(guī)約,而IEC60870-5-104當屬最佳選擇。本文所要討論的就是如何在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中采用 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約來實現(xiàn)遠動技術網(wǎng)絡化。

2 采用 IEC60870-5-104規(guī)約系統(tǒng)體系結構的組成

IEC60870-5-104規(guī)約標準定義了開放的TCP/IP網(wǎng)絡接口的使用,其中,網(wǎng)絡類型包含傳輸DL/T 634.5101-2002 ASDU的遠動設備的局域網(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(ISDN)的路由器可通過公共的 TCP/IP-局域網(wǎng)接口互聯(lián),一個冗余的主站配置與另一個非冗余的主站配置如圖1所示。

圖1 總體架構

使用單獨的路由器有如下優(yōu)點:

1.在終端系統(tǒng)中不需要網(wǎng)絡特定軟件;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)絡管理;4.從遠動專業(yè)制造廠獲得的終端系統(tǒng)的手段;5.在非專業(yè)特定領域的制造廠處獲得單獨的路由器手段,以適應不同的網(wǎng)絡;6.網(wǎng)絡類型改變僅僅需要改變路由器類型,不會影響終端系統(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)約實施網(wǎng)絡訪問的主要功能的介紹

用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約實施的網(wǎng)絡訪問有以下主要功能:

(1)安全傳輸功能。利用I格式,U格式報文實現(xiàn)防止報文丟失和報文重復傳輸;

(2)實時傳輸功能。與 IEC101規(guī)約所實現(xiàn)的類似,不過在 IEC60870-5-104中不召喚1級、2級數(shù)據(jù),子站主要通過定時發(fā)送全數(shù)據(jù);

(3)測試功能。利用U格式報文建立主站和子站的測試握手信號;

(4)啟停功能。利用U格式報文建立啟/停傳輸控制機制;

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

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

(7)多線程功能。多線程技術實現(xiàn)對每個子站端口并行實時采訪。

4 規(guī)約軟件實現(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)絡套接字編程,在系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧的基礎上,通過網(wǎng)絡路徑傳輸IEC60870-5-104規(guī)約格式的數(shù)據(jù)。

4.2 IEC104-5-104規(guī)約基本報文格式

根據(jù)全國電力系統(tǒng)控制及其通信標準委員會三屆五次會議和最近出版的國標DL/T634.5. 104:2002對 IEC60870-5-104規(guī)約的參數(shù)選擇作了如下說明:不采用101規(guī)約中的鏈路地址和短報文(指單字節(jié)報文和鏈路確認報文);不采用召喚一級數(shù)據(jù)二級用戶數(shù)據(jù)。兩個8位位組表示公共地址;兩個8位位組表示傳送原因;三個8位位組表示信息體地址;選用7個字節(jié)時標。定義了啟動字符、應用服務數(shù)據(jù)單元的長度規(guī)范、可傳輸一個完整的應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元或者為了控制的目的僅僅傳輸應用規(guī)約控制信息域。

(1)啟動字符:68H(1個字節(jié))

(2)長度規(guī)范:應用服務數(shù)據(jù)單元的最大幀長為249,而控制域的長度是4個八位位組,應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的最大長度為253,(即從APDUMAX=255中減去啟動和長度8位位組)。

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

(4)端口號:每一個TCP地址由IP地址和端口號組成,用于本標準的端號口為2404。主站和子站均可作為客戶端或服務端。

4.3 用協(xié)議控制信息的定義(APCI)

傳輸層(TCP層的用戶)是一個定向流接口,它沒有為IEC 60870-5-101中的ASDU定義任何啟動或者停止機制。為了檢測到ASDU的啟動和結束,每個APCI包括下列的定界元素:一個啟動字符;ASDU的規(guī)定長度;控制域(見圖2)。一個完整的APDU(或者,出于控制目的,僅僅是APCI域)也是可以被傳送的(見圖3)。

圖2 遠動配套標準的APDU定義

圖3 遠動配套標準的APCI定義

START 68H定義了數(shù)據(jù)流中的起點。

APDU的長度定義了APDU體的長度,它包括APCI的四個控制域八位位組和ASDU。第一個計數(shù)八位位組是控制域的第一個八位位組,最后一個計數(shù)八位位組是ASDU的最后一個八位位組。ASDU的最大長度限制在249以內(nèi),因為APDU的域長最大值是253(APDU最大值=255減去啟動和長度八位位組),控制域的長度是4個八位位組。三種類型的控制域格式用于執(zhí)行編過號的信息傳輸(I格式),編過號的監(jiān)管功能(S格式)和未編號的控制功能(U格式)。

4.4 應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元報文基本結構

應用服務數(shù)據(jù)單元由數(shù)據(jù)單元標識符和一個或多個信息對象所組成。數(shù)據(jù)單元標識符在所有應用服務數(shù)據(jù)單元中常有相同的結構,一個應用服務數(shù)據(jù)單元中的信息對象常有相同的結構和類型,它們由類型標識域所定義。

數(shù)據(jù)單元標識符的結構如下:

(1)一個8位位組表示類型標識;

(2)一個8位位組表示可變結構限定詞;

(3)兩個8位位組表示傳送原因;

(4)兩個8位位組表示應用服務數(shù)據(jù)單元公共地址;

(5)三個8位位組表示信息體地址。

報文類型標識如表1和表2所示。

表1 在監(jiān)視方向的過程信息

表2 在控制方向的系統(tǒng)命令

在應用服務數(shù)據(jù)單元中,其數(shù)據(jù)單元標識符的第二個8位位組定義為可變結構限定詞,如圖4所示。

圖4 可變結構限定詞

在可變結構限定詞中,SQ=0表示由信息對象地址尋址的單個信息元素或綜合信息元素。應用服務數(shù)據(jù)單元可以由一個或者多個同類的信息對象所組成;SQ=1表示同類的信息元素序列(即同一種格式測量值),由信息對象地址尋址。信息對象地址是順序信息元素的第一個信息元素的地址,后續(xù)信息元素的地址是從這個地址起順序加1。N是一個二進制數(shù),它定義了信息對象的數(shù)目。在順序信息元素的情況下每個應用服務數(shù)據(jù)單元僅安排一種信息對象。

4.5 IEC60870-5-104規(guī)約的過程描述

當主站軟件重新啟動或鏈路故障時,主站將向子站發(fā)出建立鏈路請求報文。當鏈路建立后,進行應用數(shù)據(jù)傳送。目前傳送的上行過程數(shù)據(jù)有遙測、遙信和電度量報文,下行控制命令有總召喚、計數(shù)量召喚和時鐘同步命令。

4.6 關鍵技術和解決方案

(1)防止報文丟失和重復傳輸?shù)募夹g難點

1)I格式說明

未被確認的I格式應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的最大數(shù)目為 K:當未確認I格式的APDU達到 K個時,發(fā)送端停止發(fā)送。接收端在接收了W個應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元以后確認。

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

圖5 I格式

2)報文

若報文為68 4 01 00 00 02,則表示發(fā)送1個報文接收2個報文,且W=100,K=100。

3)抗報文丟失和重復傳送的保護

對于每個方向和每個應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,發(fā)送站將發(fā)送序號(N(S))加1,接收站將接收序號(N(R))也加1。接收站確認每一個應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元或者應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的序號,哪個應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元被可靠接收,就返回這個被正確接收的順序號。發(fā)送站在緩沖區(qū)內(nèi)保存所發(fā)送的應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,直到收到和它自己的發(fā)送序號一樣的接收序號,該接收序列號是對所有發(fā)送序列號小于或等于該號的APDU的有效確認,此時方可刪除緩沖區(qū)里已正確傳送過的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,它們之間實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)傳輸,調(diào)度方通過發(fā)送故障時間標志給RTU,子站端通過得到的信息,從其歷史數(shù)據(jù)庫中提取斷路時的歷史數(shù)據(jù)傳送給主站端。

(3)實現(xiàn)對每個子站端口并行實時采訪

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

5 結束語

本文介紹的 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約是在IEC101規(guī)約基礎上,采用專用Internet網(wǎng)絡進行調(diào)度通訊的協(xié)議標準,它替代了傳統(tǒng)的串口通訊機制,實現(xiàn)了多個端口線程并發(fā)接收數(shù)據(jù)。

[1]DL/T 634-1997/IEC870-5-101:1995.遠動設備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第101篇基本遠動任務配套標準[S].

[2]DL/T 634.5104-2002/IEC 60870-5-104:2000.遠動設備及系統(tǒng)第5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集IEC60870-5-101網(wǎng)絡訪問.

[責任編輯: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)度自動化專業(yè)工作。