試論IEC 60870—5—104規(guī)約在合肥軌道交通2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

李兆君

摘 要：本文結合筆者在合肥軌道交通2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)項目中的具體實施經驗，首先對IEC 60870-5-104規(guī)約的特征及其在城市軌道交通領域中的應用優(yōu)勢進行了介紹，然后對其在合肥軌道交通2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行了詳細的論述，希望能夠為同類的實踐提供有益的借鑒。

關鍵詞：IEC 60870-5-104規(guī)約 合肥2號線 電力監(jiān)控系統(tǒng)

1、工程概況

合肥軌道交通2號線西起長寧大道口，東至大眾路口。全線依次沿長江西路、長江中路、長江東路敷設。設計全長27.764km，全線為地下線。共設車站24座，全部為地下車站，包括換乘站6座，分別與1、2A、3、4、5、6、7、8號線換乘。全線最大站間距1.665km，位于玉蘭大道與蜀峰路之間；最小站間距0.714km，位于王崗大道與大眾路之間。平均站間距1.182 km。

電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證城市軌道交通系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)安全、可靠運行的重要基礎。電力調度中心通過實時掌握全線各個變電站的運行情況， 直接對設備進行操作， 使牽引供電系統(tǒng)的管理科學化、規(guī)范化，還可做到與其他自動化系統(tǒng)互換數(shù)據(jù)， 充分發(fā)揮整體優(yōu)勢。IEC 60870-5-104作為在合肥軌道交通2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)中應用的重要規(guī)約，對其進行探討具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2、IEC 60870-5-104規(guī)約概述

2.1 IEC 60870-5-104規(guī)約簡介

IEC 60870-5-104 是國際標準，對應的是中國電力行業(yè)標準DL/T 634.5104-2002 協(xié)議。該協(xié)議是一種基于以太網方式與調度系統(tǒng)通訊的協(xié)議，它在以太網TCP/IP 鏈路上傳輸IEC-870-5-101 協(xié)議的ASDU 應用服務數(shù)據(jù)單元，實現(xiàn)與主站的通信。在變電站雙平面不斷接入調控中心的國網新規(guī)范要求之下，基于以太網通訊方式的IEC 104 規(guī)約已成為調控中心首選通訊協(xié)議。IEC 104規(guī)約大致有1997年和2002年（02版）兩個版本，在配置上沒什么變化，只是02版在97版上擴展了遙測、遙信等信息體起始地址，區(qū)別如下：

2.2 IEC 60870-5-104規(guī)約在城規(guī)中的應用優(yōu)勢

由上文可知，IEC 60870-5-104規(guī)約是國際電工委員會為了滿足101規(guī)約遠動通信規(guī)約用于以太網實現(xiàn)而制定的，其傳輸層以及網絡層均是采用TCP/IP協(xié)議，而應用層是采用IEC-870-5-101 協(xié)議，同時為了保證應用層ASDU的通信可靠性，還引用了ITU-TX.25標準，包裝了APCI傳輸接口，規(guī)定了應答和重發(fā)機制。正是由于其該種特征，非常適合在城市軌道交通領域中應用。當前，帶有突出城域網特征的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通中得到了大力發(fā)展，如果將IEC 60870-5-104規(guī)約應用在城市軌道交通中，能夠很方便地將電力監(jiān)控系統(tǒng)接入到綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網之中，從而使得整個系統(tǒng)能夠實時地享有運動數(shù)據(jù)。

下圖展示了合肥2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)的HMI畫面：

3、IEC 60870-5-104規(guī)約在合肥2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

3.1系統(tǒng)的主要特征

合肥軌道交通2號線在全線設置有主變電所、降壓變電所、牽引降壓混合變電所等多個類型變電所，這些變電所在環(huán)網電纜的作用下將主站變電所與車站的變電所連接成為供電網絡，在每個變電所中均設置獨立而又相互關聯(lián)的變電所綜合自動化系統(tǒng)，也即是電力監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備房通過TCP/IP協(xié)議接入到綜合監(jiān)控系統(tǒng)之中。

變電所綜合自動化系統(tǒng)設有主、備2 套總控單元，完成所內各項集中監(jiān)控功能及遠程通信功能。每個總控單元上配置2 個以太網口用于遠程通信接口，經交換機連接后，再分別連接到綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主備通道上，通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)專用傳輸通道完成與控制中心之間的遠程通信，通信協(xié)議采用IEC60870-5-104 規(guī)約。2 臺總控單元冗余配置，互為熱備用，當其中1 臺故障時，另1 臺自動接管所有功能。

3.2基于104規(guī)約的電力監(jiān)控系統(tǒng)通信軟件設計

由圖2可知，要想完成與遠方綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信，總控單元是關鍵所在，其同時還要完成對本站供電設備運行狀態(tài)的監(jiān)視等重要功能。在合肥軌道交通2號線中，為了提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性，采用的為QNX實時操作系統(tǒng)，正是在該操作系統(tǒng)之下，才完成了對電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)工作。在通信軟件的開發(fā)設計實現(xiàn)過程中，如何實現(xiàn)對程序主線程的設計、104規(guī)約的重傳機制以及網絡冗余是三個關鍵點所在。

首先，以實現(xiàn)程序主線程為例，下圖展示了合肥2號線號線電力監(jiān)控系統(tǒng)通信軟件主線程設計流程示意圖：

在整個過程中，總控單元一直處于偵聽狀態(tài)，等待著連接請求，由遠方的綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出連接請求后變建立相應的網絡連接。當總控單元收到U 格式的報文STARTDT 后，總控單元應該回應該命令報文，然后開始傳輸數(shù)據(jù)，此時立即上送變位信息和自發(fā)上送周期性掃描數(shù)據(jù)。

再者，以實現(xiàn)IEC60870-5-104規(guī)約的重傳機制為例，其主要是實現(xiàn)超時斷開重傳的功能。因為TCP 連接是面向連接的傳輸數(shù)據(jù)，對于任何一次成功的連接，只要通信雙方沒有執(zhí)行過斷開操作，就認為一直是接通的。利用超時機制檢測網絡狀態(tài)，是實現(xiàn)應用IEC60870-5-104規(guī)約穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的一個基本方法。

4、結束語

總之，IEC 60870-5-104規(guī)約作為已經在合肥軌道交通2號線電力監(jiān)控系統(tǒng)中應用的重要電力通信標準，為整個地鐵智能化系統(tǒng)建設和保障運營發(fā)揮了重要的作用。其不僅有效保證了電力監(jiān)控系統(tǒng)的開放性，而且又很好地滿足了合肥軌道交通2號線對電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性和實時性的要求，值得在未來同類實踐中進一步推廣應用。

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