IEC60870-5-104傳輸規(guī)約如何實現(xiàn)遠動技術網絡化

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)遠動技術網絡化

葛江波

(山西省臨汾供電分公司,山西 臨汾 041000)

在調度自動化系統(tǒng)中,遠動子系統(tǒng)可以采用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約通過Internet網絡訪問進行數(shù)據(jù)傳輸。這改變了電網調度系統(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技術進行調度,與以前的遠動技術相比,更加可靠、簡單,經濟。

電網調度;遠動通訊;調度自動化;104規(guī)約

1 電網調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展

電網調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展已經歷了三代,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網絡的廣泛使用。電網調度遠動技術的網絡化在電網調度自動化領域將成為一種新的趨勢。

IEC60870-5-104傳輸規(guī)約是在 IEC101規(guī)約基礎上,采用專用 Internet網絡進行調度通訊的協(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調度自動化系統(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網絡接口的使用,其中,網絡類型包含傳輸DL/T 634.5101-2002 ASDU的遠動設備的局域網。包含不同廣域網類型如X.25、幀中繼(FR)、綜合范圍數(shù)據(jù)網絡(ISDN)的路由器可通過公共的 TCP/IP-局域網接口互聯(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,以適應不同的網絡;6.網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)的轉換。

3 用 IEC60870-5-104傳輸規(guī)約實施網絡訪問的主要功能的介紹

用IEC60870-5-104傳輸規(guī)約實施的網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發(fā)電生產的歷史信息;

(6)校時功能。由于網絡傳輸?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網絡套接字編程,在系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧的基礎上,通過網絡路徑傳輸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,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網絡進行調度通訊的協(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,從事調度自動化專業(yè)工作。