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        基IEC104規(guī)約的配電終端測試軟件設(shè)計(jì)

        2022-07-01 17:01:29王莉
        科技資訊 2022年14期

        王莉

        摘??要:從最初的電力網(wǎng)發(fā)展到今天,伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,這些技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到電力網(wǎng)絡(luò)中。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的提出,配電設(shè)備向著物聯(lián)化、智能化方向轉(zhuǎn)變,此次終端測試軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是一套基于IEC104協(xié)議的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的電力遠(yuǎn)程測試平臺(tái),以第三方視角對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備、通信等多方面進(jìn)行模型比對(duì)和數(shù)據(jù)分析,把被動(dòng)的維護(hù)工作向主動(dòng)的量化管理推進(jìn),更好地保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        關(guān)鍵詞:以太數(shù)據(jù)網(wǎng)???電力物聯(lián)網(wǎng)???IEC104協(xié)議???遠(yuǎn)程測試

        中圖分類號(hào):V242.4?3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A???文章編號(hào):1672-3791(2022)07(b)-0000-00

        Design?of?Electricity?Terminal?Test?Software?Based?on?IEC104?Protocol

        WANG?li

        (NanJing?Vocational?College?of?Information?Technology,Nanjing,?Jiangsu?Province,?210049?China)

        Abstract:From?the?initial?development?of?power?network?to?today,?with?the?development?of?computer?technology,?network?technology?and?communication?technology,?these?technologies?are?more?and?more?widely?used?in?power?network.With?the?proposal?of?the?power?Internet?of?things,?the?distribution?equipment?is?changing?towards?the?direction?of?Internet?of?things?and?intelligence.?The?design?goal?of?the?terminal?test?software?is?a set?of?power?remote?test?platform?based?on?real-time?database of?IEC104?protocol,?which?carries?out?model?comparison?and?data?analysis?on?system,?equipment,?communication?and?other?aspects?from?the?perspective?of?a?third?party,?Promote?the?passive?maintenance?work?to?the?active?quantitative?management,?so?as?to?better?ensure?the?safe?and?stable?operation?of?the?power?grid.

        KeyWords:Ethernet?data?network;Power?Internet?of?things;IEC104?protocol;

        Remote?test

        由于地緣遼闊,地形復(fù)雜,使得電力網(wǎng)絡(luò)顯得非常的復(fù)雜而難以維護(hù),各種網(wǎng)絡(luò)的交織,還有可能使用著不同的通信協(xié)議,因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸就成了一大難題,通常需要大量的人力去巡查和記錄,這無疑為維護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)增加了很大的成本,而且有些設(shè)備自身還存在著一定的缺陷、一系列的問題,大大增加了電網(wǎng)出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和提出,配電設(shè)備需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,也就是現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì),同時(shí)也需要設(shè)備地連接更加的智能化,從而保證配電房的高效穩(wěn)定的運(yùn)行。此次終端測試軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是一套基于IEC104協(xié)議的遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng),能夠?qū)嵤┑膫鬏斣O(shè)備數(shù)據(jù),從電力種端的交換機(jī)鏡像端口,采集數(shù)據(jù)到檢測系統(tǒng),并要求數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)采集的,并根據(jù)實(shí)現(xiàn)定義好的數(shù)據(jù)檢測算法,建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,預(yù)先找到可能存在的問題,以第三方視角對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備、通信等多方面進(jìn)行模型比對(duì)和數(shù)據(jù)分析,把被動(dòng)的維護(hù)工作向主動(dòng)的量化管理推進(jìn),更好地保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        1?IEC104規(guī)約

        1.1?IEC104規(guī)約介紹

        IEC104規(guī)約協(xié)議是一種國際規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn),用來定義電力遠(yuǎn)動(dòng)方面,它的特點(diǎn)是能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)傳輸效率高、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、?而且適用性好,支持多平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)傳輸;與之前的IEC101協(xié)議比較來看,IEC104協(xié)議對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性方面有更好的保護(hù)作用[1]?,主要原理是之前的IEC101協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時(shí),采用的是ASDU(應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元),沒有采用APCI(應(yīng)用規(guī)約控制信息),這就使數(shù)據(jù)在傳輸過程中若丟失的話,就沒法恢復(fù),并且數(shù)據(jù)傳輸過程中如果有重復(fù)單元,也沒有控制功能[2]。IEC104協(xié)議的傳輸比較遵照網(wǎng)絡(luò)的OSI七層模型設(shè)計(jì),主要使用的是七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

        1.2?IEC104規(guī)約的工作原理

        104規(guī)約目前采用的也是網(wǎng)絡(luò)中流行的客戶端(Client)/服務(wù)器端(Server)的架構(gòu),主要是以配電主站作為客戶端(Client),配電終端為服務(wù)器端(Server),對(duì)于某些使用特殊場合(如?GPRS?模塊為動(dòng)態(tài)?IP)也可以是相反的設(shè)計(jì),總之根據(jù)實(shí)際情況可以靈活改變。端口號(hào)一般采用默認(rèn)的?2404?端口,如有特殊要求也可改變。支持定時(shí)總召和手動(dòng)召喚,回答總召喚時(shí)必須用(SQ=1)連續(xù)地址方式傳送。

        2?IEC104規(guī)約終端測試軟件設(shè)計(jì)

        2.1?軟件的體系結(jié)構(gòu)

        在設(shè)計(jì)此IEC104終端測試軟件時(shí),結(jié)構(gòu)上首先是定義了開放的TCP/IP接口,其次是設(shè)計(jì)了一個(gè)局域網(wǎng)案例,該局域網(wǎng)中包含IEC60870-5-101ASDU的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備。最后讓不同類型的廣域網(wǎng)(如X.25、幀中繼、ISDN等)的都可以通過定義的TCP/IP局域網(wǎng)接口進(jìn)行互聯(lián)。在此結(jié)構(gòu)中,采用單獨(dú)的路由器設(shè)計(jì),

        使用單獨(dú)的路由器有如下優(yōu)點(diǎn)。

        (1)支持終端系統(tǒng)中平臺(tái)的多樣性,不需要特定的網(wǎng)絡(luò)軟件;(2)路由功能事先已經(jīng)定義,因此終端中不需要具備路由功能;(3)網(wǎng)絡(luò)管理也是由基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn),終端中無需有此服務(wù);?(4)終端系統(tǒng)是獨(dú)立的,不需要遠(yuǎn)端廠商的支持;?(5)可以在非特定的遠(yuǎn)端廠商中獲得路由的支持,并用來適應(yīng)各類網(wǎng)絡(luò);(6)?如果傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有改變,不影響終端軟件的使用,改變路由器即可;(7)能夠與前期的IEC101協(xié)議的終端設(shè)備對(duì)接;(8)對(duì)于將來的改變也有很好的適應(yīng)性。

        2.2?應(yīng)用規(guī)約控制信息(APCI)的定義

        2.2.1?應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元基本格式

        在IEC104規(guī)約終端測試軟件中,主要是電力設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸,因此如何定義好數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧统闪酥匾恼n題,在此次的設(shè)計(jì)中,對(duì)于數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)的定義,我們使用下面的方式:在數(shù)據(jù)單元中,使用一個(gè)字節(jié)用來進(jìn)行標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)類型;再使用一個(gè)字節(jié)用來定義可變的結(jié)構(gòu)限定詞;使用兩個(gè)字節(jié)用來定義數(shù)據(jù)的傳輸因素;使用兩個(gè)字節(jié)來定義數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的公共IP地址;使用單個(gè)字節(jié)定義信息的物理地址[3]。

        信息的集合可以是單個(gè)信息元素,也可以是信息元素集合,同時(shí)還可以是單個(gè)信息元素序列和信息元素集合序列[4]。

        2.2.2?APCI的定義

        APCI是應(yīng)用規(guī)約控制信息,是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧?,可以用來?shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的丟失和重復(fù)等問題,如何處理這些問題,主要是在用戶對(duì)TCP接口?IEC60870-5-104傳輸接口中定義面向數(shù)據(jù)量的接口,為了解決數(shù)據(jù)傳輸過程中識(shí)別數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束位,APCI中定義了啟動(dòng)字符和結(jié)束字符,這樣可以方便的檢測出數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯(cuò),并通過一定的校驗(yàn)方式來糾錯(cuò);在APCI中海定義了應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的長度規(guī)范、以達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的控制目的。APCI數(shù)據(jù)單元在傳輸?shù)倪^程中,可以傳輸完整的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,也可以為了實(shí)現(xiàn)更好的控制目的,只傳輸規(guī)約控制信息域[5]。

        APDU是APCI中的數(shù)據(jù)單位,一般稱之為應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元,它包含于APCI?中,早期的APCI數(shù)據(jù)單元就是單純的ASDU,不包括4個(gè)控制域,因此沒有對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能,而現(xiàn)在的IEC104規(guī)約中,對(duì)于APDU做了改變,?它包括4個(gè)控制域八位位組和?ASDU。期中ASDU是包含了基本的傳輸數(shù)據(jù),而4個(gè)控制域八位位組中則定義了報(bào)文的傳輸啟動(dòng)/停止,輸出監(jiān)視等內(nèi)容,保證了數(shù)據(jù)的不丟失和不重復(fù),ASDU的長度是有限制的,最大是249?[6]。

        3?IEC104規(guī)約終端測試軟件的實(shí)現(xiàn)

        104規(guī)約測試軟件主要是鏈接底層的設(shè)備,電閘之類的底層設(shè)備信號(hào)被接入繼電保護(hù)裝置,然后裝置轉(zhuǎn)換成信號(hào),顯示在繼電保護(hù)裝置中,并通過104規(guī)約測試軟件傳輸?shù)胶笈_(tái),把底層裝置的數(shù)據(jù)讀到軟件里面,軟件可以讀取報(bào)文并且解析出來,而且還能通過軟件去對(duì)底層裝置進(jìn)行遙控。軟件具體的使用過程如下:

        (1)把電腦IP和裝置IP設(shè)置到同一段;

        (2)PING裝置IP是否能連接成功,成功后進(jìn)行下一步;

        (3)把模擬軟件放在電腦D盤下,打開“101和104仿真”文件夾中的“ProtocalTool1”;顯示如圖1的界面。

        在規(guī)約中選擇規(guī)約復(fù)選框,在IP中輸入裝置的IP地址;

        (4)點(diǎn)擊菜單中的“文件”菜單選擇登陸,出現(xiàn)輸入口令的對(duì)話框,輸入密碼nari確定;

        (5)點(diǎn)擊菜單“聯(lián)接”中的“啟動(dòng)”會(huì)看見對(duì)話框中有聯(lián)接數(shù)據(jù)產(chǎn)生,表示聯(lián)接成功。具體見圖2。

        (6)點(diǎn)擊菜單“工具”中的“調(diào)試”,出現(xiàn)如圖3所示的對(duì)話框。

        在“單點(diǎn)遙控”點(diǎn)號(hào)中輸入遙控點(diǎn)號(hào)24577,選擇“合閘”,就可以“選擇”如果通信正常,會(huì)看見裝置中會(huì)出現(xiàn)“遙控選擇成功”的字樣,接下來點(diǎn)擊“執(zhí)行”裝置就進(jìn)行遙控合閘的操作。裝置同期功能投入的情況下就進(jìn)行同期合閘。

        (7)遙控分閘的操作只要把“單點(diǎn)遙控”中的“合閘”改為“分閘”即可,具體見圖4。

        5?結(jié)語

        該文介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)過程,詳細(xì)介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的數(shù)據(jù)單元的設(shè)計(jì)方法以及傳輸規(guī)則,并在文章的最后詳細(xì)介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的使用方法,使人們能夠?qū)Υ诬浖脑O(shè)計(jì)有一個(gè)詳細(xì)和全面的了解,最后該軟件在實(shí)際的應(yīng)用中可能還會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題,需要后期的調(diào)試和改進(jìn)。

        參考文獻(xiàn)

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        [2] 王迎迎,陳凱,吳春年,等.基于104協(xié)議與PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)[J].浙江電力,2017,36(3):71-74,80.

        [3] 馬常霞,張占強(qiáng)?.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析及應(yīng)用[M].南京:南京大學(xué)出版社,2020.

        [4] 陳光華,王朋飛,趙應(yīng)兵,等.智能變電站智能終端自動(dòng)測試儀設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2021,49(17):162-169.

        [5] 梁子龍,李曉悅,鄒榮慶,等.基于5G通信智能分布式饋線自動(dòng)化應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2021,49(7):24-30.

        [6] 韓毅剛.通信網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:人民郵電出版社,2017.

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