遠動規(guī)約信號試驗端子排的設(shè)計與實現(xiàn)

石文江，李高海，徐福彬

(國網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116011)

開 發(fā) 與 設(shè) 計

遠動規(guī)約信號試驗端子排的設(shè)計與實現(xiàn)

石文江，李高海，徐福彬

(國網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116011)

為提高新建變電站遙信雙邊表的對試效率，設(shè)計了一種串口報文信號試驗端子排。該裝置采用LED燈顯示當(dāng)前接收到的串口報文信號的狀態(tài)，并能同步播放該信號內(nèi)容的提示語音；能夠模擬調(diào)度主站的基本通信功能，滿足新建變電站在遠動通道不具備條件時的離線調(diào)試要求，即全部信號被正確試驗至本裝置上的LED燈后，該站與調(diào)度主站間的遙信對試可通過操作本裝置上的信號重現(xiàn)按鍵觸發(fā)串口檢修報文來完成。

IEC60870-5-101；試驗端子排；遙信雙邊表；檢修報文；離線調(diào)試

Abstract: To improve the test efficiency of teleindication between a new substation and master stations, a new type serial protocol test terminal board is designed.Firstly,LED is used to show the status of the received signal and a prompt voice of the signal content can be simultaneously played. Secondly, basic communication function of the master station can be simulated, so simulation test of a new substation without telecontrol channel can be carried out. Thirdly, the device can be used in teleindication test between a new substation and many master stations by operating the buttons on it to generate signal’s maintenance message after all signals are correctly tested to the LEDs on it.

Keywords：IEC60870-5-101;test terminal board ;teleindication’s bi-table;maintenance message;offline debugging

由于受OPGW施工進度的影響，新建變電站至調(diào)度主站的遠動通道形成時間往往臨近變電站的送電時間，且220 kV及以上電壓等級的變電站需要與多個調(diào)度主站通信，1個調(diào)度主站甚至有多套調(diào)度自動化系統(tǒng)需要進行人工設(shè)置遙信雙邊表的校核，由于信號量大且調(diào)試時間不充分，運維人員在變電站現(xiàn)場驗收時只能抽檢部分信號進行對試，這種做法給變電站的安全運行留下隱患。如何提高新建變電站與調(diào)度主站間遙信雙邊表的對試效率，縮短在線調(diào)試時間成為當(dāng)下急需解決的問題。文獻 [1]談到了開發(fā)仿真設(shè)備進行自動化設(shè)備對點調(diào)試的迫切性和重要性，文獻[2]提到了檢修人員利用對點軟件完成與各監(jiān)控端全部對點工作的設(shè)想，文獻[3-5]總結(jié)了IEC 60870-5-101規(guī)約(以下簡稱101規(guī)約)的技術(shù)特點和應(yīng)用經(jīng)驗 ，文獻[6-9]總結(jié)了IEC 60870-5-104規(guī)約(以下簡稱104規(guī)約)的應(yīng)用經(jīng)驗。本文在上述文獻的基礎(chǔ)上進一步提出了采用遠動規(guī)約信號試驗端子排來提高遙信對試效率的設(shè)想，并給出了一種具體實現(xiàn)方案。

1 裝置設(shè)計

1.1目標(biāo)信息源的選擇

遙信是變電站一、二次設(shè)備的運行狀態(tài)信息遠傳到調(diào)度端的信號，數(shù)字化變電站的二次設(shè)備和一次設(shè)備通過GOOSE報文向過程總線(光纖交換機)發(fā)送其運行狀態(tài)信息，如開關(guān)刀閘位置等， 測控裝置接收這些GOOSE報文，解析后再通過MMS報文發(fā)送到站控總線(電口交換機)，遠動機接收這些MMS報文后通過串口通道(E1轉(zhuǎn)串口)的101規(guī)約和采用網(wǎng)絡(luò)通道(電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng))的104規(guī)約將這些信息上送到調(diào)度主站，既雙源通信，2個規(guī)約通信程序通常采用1張雙邊表，因此只需要對1個數(shù)據(jù)源的信號進行全對試。由于串口通信較易于被單片機處理，本文選擇101規(guī)約作為全對試的信息源，104規(guī)約只需要進行信號的抽檢驗證，一般采取在104規(guī)約遙控傳動試驗過程中確認開關(guān)位置正確變位即可。

1.2總體設(shè)計

首先，串口報文信號試驗端子排應(yīng)能模擬調(diào)度主站的基本通信功能，并能根據(jù)遠動機發(fā)出的101規(guī)約報文顯示信號；其次，運維人員可通過操作端子排上的按鍵向調(diào)度端重傳信號；最后，該端子排能夠滿足新建變電站在遠動通道提供之前即能完成全部遙信的101規(guī)約報文模擬對試工作，遠動通道提供之后即可利用該端子排與各調(diào)度主站進行遙信雙邊表的對點工作。

1.3101規(guī)約報文的處理方法

1.3.1 下行101規(guī)約報文

由于101規(guī)約是非平衡式的問答式規(guī)約，主站詢問廠站才能應(yīng)答，為滿足離線調(diào)試要求，裝置需要在遠動通道形成前能夠模仿調(diào)度主站向廠站遠動機下發(fā)詢問報文。調(diào)度主站的101規(guī)約詢問報文主要是鏈路初始化、鏈路復(fù)位、詢問一級用戶數(shù)據(jù)和二級用戶數(shù)據(jù)的固定幀長報文，當(dāng)廠站地址確定后，這些報文也就固定下來，模板報文可通過主站的實錄報文得到，報文樣例見表1。

表1 廠站地址為2時的主站詢問報文樣例(十六進制)

1.3.2 上行101規(guī)約報文

101規(guī)約上傳的遙信報文有3類：響應(yīng)總召或分組召的帶變位檢出的32位比特串，一級數(shù)據(jù)上傳的1字節(jié)單點變位遙信，二級數(shù)據(jù)上傳的8字節(jié)SOE。其中總召和分組召用于變電站的全數(shù)據(jù)掃描(主站畫面的全數(shù)據(jù)刷新)，SOE用于提供事件發(fā)生時的確切時間，變位遙信用于主站的實時報警。由于現(xiàn)場進行的遙信試驗，要求信號隨做隨出，而總召和分組召由主站在通信初始化、背景數(shù)據(jù)周期掃描、手動召喚時啟動的，所以遠動規(guī)約信號試驗端子排需要處理的只是單點變位遙信，它的信息體結(jié)構(gòu)如表2所示。在表2中，IN：0有效值，1無效值；NT：0當(dāng)前值，1非當(dāng)前值；SB：0未被取代，1被取代；BL：0未被閉鎖，1被閉鎖；SPI：0開，1合；RES為保留字節(jié)。正常單點遙信的信息體為0x01(合)，SB置1后的信息體就變成了0x21。

表2 單點遙信信息體結(jié)構(gòu)

1.4裝置原理圖設(shè)計

遠動規(guī)約信號試驗端子排的一種設(shè)計方案如圖1所示，裝置有2種工作方式，由SW1的分合狀態(tài)確定，工作方式1是模擬調(diào)度主站通信工作模式(SW1合)，工作方式2是信號101規(guī)約報文按鍵觸發(fā)模式(SW1分)，圖1中的單片機有2個串口，串口1和串口2，它們經(jīng)串口電平轉(zhuǎn)換芯片采用電纜搭接的方式同時接入變電站遠動機與主站前置機間的串口通道上。串口1的收發(fā)接線與主站前置機同向，串口2的收發(fā)接線與廠站遠動機同向，“同向”是指“發(fā)/TxD”連接“發(fā)/TxD”和“收/RxD”連接“收/RxD”。當(dāng)裝置需要進入調(diào)試狀態(tài)時需要斷開串口1的通道電纜，這時單片機可通過IC2和USB2向調(diào)試電腦上傳調(diào)試信息或下載工作程序。另外圖1中的單片機還通過一線串口控制語音芯片，語音文件事前由調(diào)試電腦通過USB1接口錄入。裝置正常工作時USB1和USB2只用于取用5 V電源，即所用USB電纜中的D+和D-數(shù)據(jù)線不接。

圖1 遠動規(guī)約信號試驗端子排工作原理

1.5信號序號的計算方法

信號序號為某一信號在遙信雙邊表中的位置，信號序號=組序號(0…255)×10+組內(nèi)序號(0…9)，其中組序號由LED10—LED17共同以8位二進制的形式表示，LED10為高位，LED17為低位，如：只有LED12、LED16亮?xí)r(即只有I/O13和I/O17為低電平)的組序號為二進制00100010，對應(yīng)十進制34。組內(nèi)序號以LED0—LED9的自然序號表示，如LED1和LED8同時亮代表組內(nèi)第2和第9信號同時出現(xiàn)，常亮代表動作(合)，閃爍代表復(fù)歸(分)，這時信號序號為34×10+2=342，和34×10+9=349，若從0數(shù)還需要減1，既第341和348的2個信號同時動作。

2 裝置說明與試驗分析

2.1裝置說明

裝置實物如圖2所示，其重要部件說明如表3所示。

表3 裝置重要部件說明

2.2裝置用于信號顯示

圖2 裝置實物圖

圖3 工作方式1程序流程

圖4 工作方式2程序流程

如圖3所示，SW1開關(guān)在合位，裝置一方面能夠模擬主站前置機的通信功能，另一方面能夠接收廠站遠動機的101遙信報文并通過裝置上的LED燈進行信號顯示，記錄信號在遙信雙邊表中的序號，但裝置不能與前置機一起工作，既只能用于遠動機的離線調(diào)試。其中，信號顯示由組序號LED(LED10—LED17)和組內(nèi)序號LED(LED0—LED9)共同完成，組序號是由人工操作SW2按鍵觸發(fā)單片機的中斷步進設(shè)置的，組序號和組內(nèi)序號由單片機周期掃描I/O1—I/O18的狀態(tài)得到，裝置將自動根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的組序號進行信號過濾，即只有該組內(nèi)的10個信號能夠進行LED顯示。工作方式1的程序流程見圖3。

2.3裝置用于信號重現(xiàn)

當(dāng)某一信號的報文觸發(fā)按鍵(K0—K9)被按下時，裝置在點亮相應(yīng)LED燈的同時根據(jù)雙邊表里該信號的試驗成功標(biāo)記，將該信號的101規(guī)約報文插入傳輸至調(diào)度主站前置機，當(dāng)調(diào)度主站前置機不兼容1問2答的通信情況時，裝置將暫時斷開遠動機的“發(fā)/TxD”通道。其程序流程詳見圖4。

3 結(jié)束語

本裝置在大連66 kV東老灘智能變電站的SHR5000 UDD-501遠動通信裝置上進行了現(xiàn)場應(yīng)用測試，結(jié)果證明了串口規(guī)約報文信號試驗端子排可有效提高新建變電站與調(diào)度主站的信號調(diào)試效率，當(dāng)遠動通道尚不具備條件時，本裝置通過模擬調(diào)度主站前置機的通信功能與變電站自動化系統(tǒng)進行101規(guī)約信號對試，直到所有信號在本裝置上的LED燈均正確顯示為止，保證了調(diào)試時間和信號傳遞的正確性。當(dāng)遠動通道形成后，新建變電站與多套調(diào)度主站系統(tǒng)進行信號對點測試時，就可以利用本裝置來重現(xiàn)信號的101規(guī)約報文，大大縮短了廠站與主站間的在線聯(lián)調(diào)時間，保障了新建變電站按時保質(zhì)送電。

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Design and Implementation of A Serial Protocol Test Terminal Board

SHI Wenjiang, LI Gaohai, XU Fubin

(State Grid Dalian Power Supply Company, Dalian，Liaoning 116011, China)

TM76

A

1004-7913(2017)07-0010-04

2017-04-28)

石文江(1970)，男，碩士，高級工程師，從事調(diào)度自動化系統(tǒng)運維管理工作。