自動化裝置維護軟件中的通信構(gòu)件的開發(fā)方法

王軍偉

（中博信息技術(shù)研究院有限公司　江蘇　南京）

自動化裝置維護軟件中的通信構(gòu)件的開發(fā)方法

王軍偉

（中博信息技術(shù)研究院有限公司江蘇南京）

自動化設(shè)備裝置之間的通訊信息通過通信構(gòu)件傳遞，考慮現(xiàn)場磁場對設(shè)備通信的影響，采用了類套接字這種通訊技術(shù)。本文介紹通信構(gòu)件在自動化設(shè)備維護軟件中的開發(fā)方式，闡述了類套接字通信技術(shù)的通信基本原理。并且分析軟件中相關(guān)構(gòu)件間的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系以及在整個軟件中通信構(gòu)件起到的重大作用。

類套接字；通信構(gòu)件；自動化裝置

電網(wǎng)的穩(wěn)定運行有賴于繼電保護裝置的支持。繼電保護設(shè)備維護工作顯得尤為重要。在我國，繼電保護裝置的開發(fā)剛剛起步，維護工作也很薄弱。所以開發(fā)性能卓越的繼電保護支持軟件是非常迫切的工作任務(wù)。目前繼電保護工作人員在電力系統(tǒng)維護中使用仿真軟件工作，但這些軟件具有很大的局限性，在特定場合無法完成繼電保護自動化設(shè)備的開發(fā)維護相關(guān)工作。此外，在工程中還需要對參數(shù)進行設(shè)定、數(shù)據(jù)提取分析和定值整定。

1　類套接字通信原理

在現(xiàn)代信息通信傳遞過程中通常使用Windows Socket套接字技術(shù)。這種通信方式中服務(wù)器守護進程優(yōu)先創(chuàng)建啟動監(jiān)聽，當有客戶端發(fā)送鏈接請求時，監(jiān)聽收到響應(yīng)，再進行通信套接字，應(yīng)答客戶端，進行會話。這是客戶端創(chuàng)建對應(yīng)套接字，實現(xiàn)通信任務(wù)。上述的傳統(tǒng)消息通道處理程序，他的特點是通信的安全可靠，并且效率高。為了提高電力通信的可靠性，通信構(gòu)件吸納Windows Socket套接字通信技術(shù)中的通信思想，摒棄綁定地址的結(jié)構(gòu)，形成類套接字通信技術(shù)。

通信構(gòu)件一般采用互斥機制線程來確保裝置與維護軟體結(jié)構(gòu)間的通信數(shù)據(jù)安全、連貫和穩(wěn)定。在信息傳遞過程中，支撐機器作為客戶端，偽服務(wù)器有保護裝置充當。在維護通信數(shù)據(jù)分析時，偽服務(wù)器從保護狀態(tài)變換成人機對話模式，并且啟動通訊子模塊。串行模塊在啟動后創(chuàng)建通訊接口進程，并建立邏輯控制監(jiān)視類套接字連接請求。如果發(fā)現(xiàn)請求連接，立刻建立邏輯數(shù)據(jù)庫類套接字的接收。

2　類套接字實現(xiàn)過程

維護支撐軟體分為五個子支撐通信部件，為了實現(xiàn)五個部分數(shù)據(jù)共享，軟體系統(tǒng)所有通信功能共同封裝在一個通信構(gòu)件中，通過動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。每個軟體支撐經(jīng)過共同的動態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫獲得通信條件功能。動態(tài)庫中的開源社區(qū)引擎函數(shù)通過預(yù)設(shè)參數(shù)對串口文件處理，當需要接口裝置發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過對動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的send函數(shù)調(diào)用，啟動線程發(fā)送指令，發(fā)送數(shù)據(jù)信息。當接口裝置反饋信息時，通過串口監(jiān)視函數(shù)listen的調(diào)用，啟動接收任務(wù)。這種類套接字通信將發(fā)送、接收、處理和報文檢驗融為一體。

2.1報文校驗

在報文數(shù)據(jù)傳輸過程中，受附近磁場干擾嚴重時，必須采取有效防護措施。否則可能造成數(shù)據(jù)丟失或接收錯誤。所以在報文數(shù)據(jù)接收后必須進行報文校驗。通常采用的校驗方式有兩種，分別是幀序號檢測和校驗循環(huán)的冗余碼，以此來確保數(shù)據(jù)完整正確。

幀序號檢測法：

幀序號的校驗方式需要在每個幀數(shù)據(jù)中加入一個字節(jié)進行標號，通過兩種手段對數(shù)據(jù)完整性進行校驗。

（1）通過驗證預(yù)設(shè)幀序號的連貫性，確定數(shù)據(jù)中是否丟失片段。在接收到數(shù)據(jù)信息后，如果預(yù)設(shè)的幀序號不連續(xù)，中間出現(xiàn)一個或多個幀序號缺失，則可判斷數(shù)據(jù)片段丟失情況，可向發(fā)送端請求重發(fā)數(shù)據(jù)丟失序列部分。

（2）通過對每段數(shù)據(jù)結(jié)束幀設(shè)置標記，來檢驗數(shù)據(jù)是否完全接受。在接收端對結(jié)束標志進行判斷，確保該幀報文數(shù)據(jù)正常結(jié)束，則表明數(shù)據(jù)完整。該方法需要確定報文結(jié)束分段標志設(shè)置、分段長短，在每幀荷載有效數(shù)據(jù)一定下，報文的長短決定了設(shè)置結(jié)束幀數(shù)量的多少，并且決定了幀序號的多少。通常報文數(shù)據(jù)分為命令和保護兩類。命令報文短小，保護報文冗長。為了確保數(shù)據(jù)完成性，以最長的錄波報文進行代表性分析。錄波報文通常包含故障曲線數(shù)據(jù)、保護動作類型和狀態(tài)的信息。而其中錄波曲線又包含五個部分，分別是啟動部分，跳閘動作，重合閘動作，加速啟動和加速跳閘。根據(jù)大量數(shù)據(jù)研究顯示，實際最大總長度一般不超過15000個字節(jié)。為了系統(tǒng)升級后能傳輸更長的數(shù)據(jù)報文，報告長度預(yù)加3000字節(jié)，這樣總長度最大值設(shè)定為18000字節(jié)。每幀報文按照荷載250字節(jié)計算，傳輸總字節(jié)需要72幀，所以幀序號最多可用7位的二進制數(shù)組成。并且把幀序號最高位字節(jié)留作幀的結(jié)束標志。在接收數(shù)據(jù)是，如果是最后一幀，則將其標記為0，拖過不是則該位設(shè)置為1，這樣就可以正確判斷接收的所有幀是否完整了。

循環(huán)冗余碼校驗：

在差錯控制理論中，有一種生成多項式方式，循環(huán)冗余碼驗證求取其中的線性分組碼，有效的驗證發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容是都一致。該方式的驗證流程為：發(fā)送端使用需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼除以生成多項式，從而得到數(shù)據(jù)校驗碼，并且把信息碼和檢驗碼一同發(fā)送給接收端。而接收端在接受數(shù)據(jù)信息后，將校驗碼與自己通過信息碼計算的校驗碼進行比對，一次判斷數(shù)據(jù)接收正確性。在不同的通信方式中，對于循環(huán)冗余校驗的實施方式也不相同。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信中一般是以太網(wǎng)控制器進行實施的，而串口通信則分為四種方式。四種方式分別為字節(jié)查表法、比特軟件模擬法、代數(shù)計算法和硬件電路生成法。結(jié)合電力通信系統(tǒng)的特點，綜合比對各種算法，通信構(gòu)件最終采用字節(jié)查表法進行。

2.2信息發(fā)送

客戶端支撐機總是優(yōu)先向接口裝置發(fā)送數(shù)據(jù)信息，接口裝置在接收數(shù)據(jù)信息后，組織數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)反饋傳輸給支撐機。數(shù)據(jù)信息發(fā)送根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同分為命令報文還有數(shù)據(jù)報文兩類。數(shù)據(jù)報文大多數(shù)需要將數(shù)據(jù)分多幀進行發(fā)送，而命令報文通常采用的是單幀發(fā)送。

（1）命令發(fā)送

命令幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)mBuffer必須根據(jù)通訊協(xié)議填寫，內(nèi)容包含1個字節(jié)幀數(shù)據(jù)長度、2字節(jié)循環(huán)冗余校驗碼和1個字節(jié)功能碼。調(diào)用OpenCOM必須根據(jù)配置的參數(shù)進行調(diào)用。發(fā)送命令前首先實例化m_serial，這是因為全部通信功能都在通信類CCommunicate中封裝。

啟動SendThread線程首先要調(diào)用m_serial中的send程序。由SendThread發(fā)送線程將4字節(jié)的數(shù)據(jù)命令報文寫入串口，進而發(fā)送數(shù)據(jù)到接口裝置。最后啟動RecvThread接收線程監(jiān)視串口，準備接收命令報文。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)報文與命令報文具有相同的發(fā)送方式，但數(shù)據(jù)報文需要創(chuàng)建的緩沖區(qū)與命令報文存在差異。整個數(shù)據(jù)報文的發(fā)送過程為：計算發(fā)送數(shù)據(jù)的每幀字節(jié)數(shù)量，根據(jù)實際情況確定計算發(fā)送幀數(shù)量，填寫并發(fā)送數(shù)據(jù)幀，在發(fā)送出最后一幀數(shù)據(jù)后，調(diào)用Listen函數(shù)，并且以此啟動RecvThread接收線程，做好接收準備。

2.3信息接收處理

支撐軟件中的通信構(gòu)件在接收到報文后立刻使用消息映射機制將數(shù)據(jù)消息通過函數(shù)進行處理。信息接收處理主要分為命令報文和數(shù)據(jù)報文的接收處理反應(yīng)。兩者根據(jù)形勢差異而有所不同。

3　類套接字驗證結(jié)果

在自動化裝置維護軟件體系中，通信構(gòu)件模式工作量大，為了提高工程效率，開發(fā)了NDT65綜合自動化系統(tǒng)軟件支撐構(gòu)架。該系統(tǒng)包括五個相對獨立的分析軟件，相互之間共享數(shù)據(jù)庫，通過通信構(gòu)件調(diào)度傳遞處理數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)主要來源是保護繼電裝置。由此可見，通信構(gòu)件是系統(tǒng)功能中的重要組成部分。為了降低現(xiàn)場工程中磁場對通信過程的影響，構(gòu)件采用類套接字通信技術(shù)用以開發(fā)。類套接字通信技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提高了通信構(gòu)件在系統(tǒng)中的穩(wěn)定性、安全性和高效性。自動化裝置的維護工作因為開發(fā)的通信構(gòu)件軟體的重要作用而變得更加有效。

4　總結(jié)

NDT65綜合自動化系統(tǒng)軟件支撐構(gòu)架已經(jīng)初步研發(fā)完成，并且由國家電力公司審核鑒定通過驗證，達到了同類產(chǎn)品先進標準。在自動化裝備研制過程中，通過串口讀寫接口裝置測控保護數(shù)據(jù)。把故障波形數(shù)據(jù)下裝到接口保護裝置，分析動作特性。在磁性較強的現(xiàn)場，安裝調(diào)試人員根據(jù)實際情況調(diào)試設(shè)備。

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2015-5-28