對通訊規(guī)約的討論.doc

目錄一、內(nèi)容提要.2二、IEC-60870-5-104網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約.3 1.應(yīng)用層協(xié)議IEC-60870-5-104傳輸規(guī)約格式與報文分析.3 1.1控制功能傳輸格式.3 1.2監(jiān)視功能傳輸格式.3 1.3信息傳輸格式.3 1.3.1總召喚.3 1.3.2遙測突變數(shù)據(jù)傳輸格式.4 1.3.3遙信變位信息傳輸格式.5 1.3.4 SOE事件順序記錄傳輸格式.5 1.3.5 AGC控制與調(diào)節(jié).6 2.規(guī)約應(yīng)用實例.7 2.1軟件結(jié)構(gòu).7 2.2程序主線程設(shè)計.7 2.3關(guān)鍵技術(shù)和解決方案.8 2.3.1防止報文丟失和重復(fù)傳輸.8 2.3.2搜尋歷史數(shù)據(jù)時與收集實時生產(chǎn)信息的同步問題.8 2.3.3實現(xiàn)對每個廠站端口并行實時訪問的問題.8 2.3.4工程實施中遇到的問題.8三、結(jié)論.9四、設(shè)計感言.9五、參考文獻(xiàn).10一、內(nèi)容提要 在通信中數(shù)據(jù)的傳送應(yīng)按約定的格式進(jìn)行，收發(fā)兩端事先應(yīng)對傳送速率、同步方式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等相互約定，共同遵守，這些約定稱之為通信規(guī)約。IEC-60870-5-104網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約是國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)變電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或RTU與主站SCADA系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信?？刂普九c被控制站之間的網(wǎng)絡(luò)通信底層采TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議采用IEC-60870-5-104傳輸規(guī)約。本文詳細(xì)闡述了該規(guī)約在電網(wǎng)監(jiān)控培訓(xùn)系統(tǒng)中的設(shè)計和應(yīng)用,介紹了設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)和解決方案。最后說明了該規(guī)約在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 通信規(guī)約 IEC-60870-5-104 SCADA系統(tǒng) TCP/IP協(xié)議二、IEC-60870-5-104網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約1.應(yīng)用層協(xié)議IEC-60870-5-104傳輸規(guī)約格式與報文分析1.1控制功能傳輸格式控制功能傳輸幀主要用于測試鏈路、控制啟/停數(shù)據(jù)傳輸，如表1所示。報文內(nèi)容為：表1 控制功能傳輸格式TCP/IP建立連接后，控制站發(fā)送測試TESTFR指令對已建立的連接進(jìn)行測試，并得到被控制站返回的TESTFR確認(rèn)；控制站必需發(fā)送STARTDT指令來激活該連接中的用戶數(shù)據(jù)傳輸，被控制站響應(yīng)這個STARTDT指令。被控制站的待發(fā)數(shù)據(jù)只有在STARTDT被確認(rèn)后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。1.2監(jiān)視功能傳輸格式監(jiān)視功能傳輸格式如表2所示。監(jiān)視功能傳輸幀主要用于數(shù)據(jù)幀確認(rèn)，即當(dāng)主站正確收到1幀或多幀APDU后要進(jìn)行確認(rèn)并返回接收幀的序列號。表2 監(jiān)視功能傳輸格式1.3 信息傳輸格式 1.3.1總召喚 總召喚報文格式及內(nèi)容分析如下： （1）TRAN：680E0000000064010600010000000014，總召喚命令。報文中64H是類別標(biāo)志表示總召喚命令，14H是品質(zhì)描述詞表示總召喚。 （2）RECV：680E0000020064010700010000000014，確認(rèn)。 （3）TRAN：680401000200。 報文683502000200中68H是啟動字，它定義了數(shù)據(jù)流中的起點。35H是APDU長度，表示有53個字節(jié)。前面的0002H是發(fā)送序號，表示第1包數(shù)據(jù)；后面的0002H是接收序號。報文14881400中的14H是類別標(biāo)志，表示具有狀態(tài)變位檢測的成組單點信息，88H是可變幀限定詞，表示該幀按順序連續(xù)傳輸8組遙信狀態(tài)信息。14H是傳輸原因，表示總召喚。報文FDF2FFFF00為第1組信息，其中F2FDH是16位狀態(tài)信息，規(guī)定0為分，1為合。FFFFH是16位狀態(tài)變位檢測信息，規(guī)定0為無狀態(tài)變化，1為有狀態(tài)變化。00H是品質(zhì)描述詞，表示當(dāng)前值有效，未被封鎖，未被替換。該幀傳輸8組遙信共計128個遙信量。 （4）TRAN：680401000400，確認(rèn)。 報文09961400中09H是類別標(biāo)志，表示帶品質(zhì)描述的歸一化測量值。96H是可變幀限定詞，表示該幀按順序連續(xù)傳輸22個遙測量。報文014000004900512600表示遙測起始地址從4001H點開始按順序傳輸22個遙測量數(shù)據(jù)。 （5）RECV：68140600020005021400010001660003000266000300，主變檔位數(shù)據(jù)。報文050214中05H是類別標(biāo)志，表示分接頭位置信息。02H表示主變檔位信息有2個。14是傳輸原因，表示總召喚。報文0166000300中6601H是1號主變分接頭位置地址，03H是檔位數(shù)據(jù)，表示在第3檔。報文0266000300表示2號主變分接頭位置在第3檔。 1.3.2遙測突變數(shù)據(jù)傳輸格式遙測突變數(shù)據(jù)傳輸格式如表3所示。報文如下：表3遙測突變數(shù)據(jù)傳輸格式 （1）TRAN：680401000A00，確認(rèn)。 （2）RECV：681C0A0002，000903030001，00014000A2DF，000640000A12，00204000A324，00，此幀傳送3個遙測量。報文09030300中09H為類別標(biāo)志，表示帶品質(zhì)描述的歸一化測量值。03H是可變幀限定詞，表示有3個遙測量。03H是傳輸原因，表示突發(fā)數(shù)據(jù)(越死區(qū)值數(shù)據(jù))。報文014000A2DF00表示第4001H(16385)點的測量數(shù)據(jù)是DFA2H，其最高位為1表示是負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)計算用反碼減1方法，DFA2取反為205D，減1后是205CH，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是8284。則一次實際測量值P=57.7997MW(該路遙測CT變比為600/5A，PT變比為220kV/.1，整定值228.624MW)。 1.3.3遙信變位信息傳輸格式 遙信變位信息傳輸格式如表4所示。報文如下：表4遙信變位信息傳輸格式 （1）TRAN：680401000C00，確認(rèn)。 （2）RECV：68120C0002，000102030001，006600000068，000000，此幀傳送2個遙信量。報文01020300010066000000中01H是類別標(biāo)志，表示單點信息。02H表示有2個遙信量。03H是傳輸原因，表示遙信變位(突變)。01H是ASDU公共地址，默認(rèn)值取1。66H(即102點遙信)是遙信對象地址。00H是品質(zhì)描述詞，其中SPI位為0表示“分”，SPI為1表示“合”；BL=0表示未被封鎖，BL=1表示被封鎖；SB=0表示未被替換；NT=0表示當(dāng)前值，IV=0表示有效。報文68000000表示第68H點遙信對象是“分”狀態(tài)，它不是人工置數(shù)值，而是有效的當(dāng)前實測值。 1.3.4 SOE事件順序記錄傳輸格式 SOE事件順序記錄傳輸格式如表5所示。報文內(nèi)容如下：表5SOE事件順序記錄傳輸格式 （1）TRAN：680401000E00，確認(rèn)。 （2）RECV：68150E0002，001E01030001，00090000003BD72E，09310406。報文1E010300中1EH是類別標(biāo)志，表示帶7字節(jié)時標(biāo)的單點遙信信息。01H表示有1個SOE記錄。03表示遙信突變。報文090000003BD72E09310406表示第9點遙信對象發(fā)生事故跳閘的時間是06年4月17日(星期一)9點46分55秒99毫秒。時標(biāo)解讀：毫秒D73BH轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)為55099毫秒，即55秒99毫秒，2EH換成十進(jìn)制數(shù)為46分，09H表示9時，31H表示17日(星期一)，即BS5BS7表示星期，BS0BS4表示日。04H表示4月，06H表示06年。 1.3.5 AGC控制與調(diào)節(jié) AGC控制與調(diào)節(jié)使用遙控、遙調(diào)2條命令。遙控命令報文如下： （1）TRAN：680E020016，002D01060001，0003600081，選擇命令。報文2D010600010003600081中2DH是類別標(biāo)志，表示單點遙控命令。036000表示第6003H點遙控對象。81H是品質(zhì)描述詞，其中S/E(select/execute)=1表示選擇命令，性質(zhì)信息位SCS(singlecommandstate)=1表示“合”操作。品質(zhì)描述詞為80H表示選擇命令“分”操作。 （2）RECV：680E160004，002D01070001，0003600081，確認(rèn)。 （3）TRAN：680E040018，002D01060001，0003600001，執(zhí)行命令。報文03600001中的01H是品質(zhì)描述詞，其中S/E=0表示執(zhí)行命令。性質(zhì)信息位SCS=1表示為“合”操作。如品質(zhì)描述詞為00H表示執(zhí)行“分”操作。 （4）RECV：680E180006，002D01070001，0003600001，確認(rèn)。 （5）RECV：680E1A0006，002D010A0001，0003600001，遙控操作結(jié)束。報文2D010A中0AH為結(jié)束符，表示YK操作結(jié)束。 遙調(diào)命令報文如下： （1）TRAN：6810060026，003101060001，000362008A5D，00，遙調(diào)命令。報文3101060001000362008A5D00中的31H是類別標(biāo)志，表示遙調(diào)設(shè)定值命令。036200表示第6203H點遙調(diào)對象是3號機(jī)組。5D8AH是調(diào)度負(fù)荷指令值(發(fā)電期望值)，即292.32MW，00H表示遙調(diào)執(zhí)行。 （2）RECV：6810260008，003101070001，000362008A5D，00，確認(rèn)。報文3101070001，000362008A5D，00為遙調(diào)命令確認(rèn)，確認(rèn)并返回調(diào)度負(fù)荷指令。 （3）RECV：6810280008，0031010A0001，000362008A5D，00，遙調(diào)結(jié)束。報文31010A中0AH為結(jié)束符，表示本次遙調(diào)執(zhí)行結(jié)束。2.規(guī)約應(yīng)用實例 隨著當(dāng)今科學(xué)日新月異的發(fā)展,許多新技術(shù)、新成果不斷引入到SCADA系統(tǒng)中,這就對電力系統(tǒng)現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員提出了很高的技術(shù)要求。針對以上情況,研制開發(fā)了電網(wǎng)監(jiān)控培訓(xùn)系統(tǒng),用于對現(xiàn)場從事遠(yuǎn)動自動化的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn),以提高其技術(shù)水平。培訓(xùn)系統(tǒng)由主站端、廠站端1和廠站端2三部分組成,主、廠站端采用基于以太網(wǎng)的通信方式,采用IEC104遠(yuǎn)動規(guī)約進(jìn)行通信,系統(tǒng)框圖如圖1所示。下面對規(guī)約的實際應(yīng)用進(jìn)行介紹。圖1培訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1軟件結(jié)構(gòu) 由于IEC60870252104是一種基于以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的遠(yuǎn)動規(guī)約,因此通信雙方(調(diào)度系統(tǒng)、廠站端RTU)都必須支持以太網(wǎng)通信。因此軟件設(shè)計涉及到基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)編程。IEC60870252104規(guī)定控制站(即調(diào)度系統(tǒng))作為客戶機(jī),而被控站(即廠站端RTU)作為服務(wù)器。這里采用MicrosoftVisu2alC+6.0中MFC(MicrosoftFoundClass)實現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程。MFC提供了CAsync2Socket類以及由此派生出的CSocket類。其中,基本類CAsyncSocket提供了全面的由事件驅(qū)動的Socket通信能力,支持創(chuàng)建Socket對象、監(jiān)聽端口、連接、發(fā)送和接受數(shù)據(jù)以及斷開連接等,程序員可以創(chuàng)建自己派生的Socket類來捕獲和響應(yīng)每個時間。CSocket作為CAsyncSock2et的派生類,在一定程度上封裝了基本類的功能。只需重載該類的OnReceive函數(shù),就可以控制接受通信鏈路上的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元APDU。2.2程序主線程設(shè)計 整個調(diào)度自動化軟件由兩大部分構(gòu)成:調(diào)度端SCADA軟件和數(shù)采服務(wù)器軟件。SCADA系統(tǒng)軟件運行于調(diào)度主站端;數(shù)采服務(wù)器是連接現(xiàn)場設(shè)備和SCADA系統(tǒng)的通信樞紐。 圖2是基于IEC60870252104規(guī)約的RTU通信軟件主線程數(shù)據(jù)流程圖。應(yīng)用IEC60870252104規(guī)約,主站與RTU之間的通信是一種典型的C/S模式,其中被控站(即廠站端RTU)是服務(wù)器端,控制站(即調(diào)度系統(tǒng)主站)是客戶機(jī)端。IEC60870252104規(guī)約規(guī)定傳輸層使用的是TCP協(xié)議,并且規(guī)定了TCP端口為2404。 RTU一直處于偵聽狀態(tài),等待連接請求。由主站端發(fā)出連接請求后建立TCP連接。當(dāng)RTU收到U格式的報文STARTDT后,RTU回應(yīng)該命令報文,然后開始傳輸數(shù)據(jù),此時上送變位信息和自發(fā)上送周期性掃描數(shù)據(jù)。圖2 RTU通信軟件主線程數(shù)據(jù)流程圖2.3關(guān)鍵技術(shù)和解決方案 2.3.1防止報文丟失和重復(fù)傳輸 在最底層的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中,所提供的服務(wù)是不可靠的分組傳送,所以當(dāng)傳送過程中出現(xiàn)錯誤以及在網(wǎng)絡(luò)硬件失效或網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷太重時,有可能會造成數(shù)據(jù)包的丟失、延遲、重復(fù)和亂序,因此應(yīng)用層協(xié)議必須使用超時和重傳機(jī)構(gòu)。 2.3.2搜尋歷史數(shù)據(jù)時與收集實時生產(chǎn)信息的同步問題解決方案就是利用FTP協(xié)議,實現(xiàn)斷點續(xù)傳的功能,雙方重新建立一條鏈路,這條鏈路占用的是FTP端口,他們之間實現(xiàn)文件傳輸,調(diào)度方通過發(fā)送斷路時間標(biāo)志給RTU,廠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。 2.3.3實現(xiàn)對每個廠站端口并行實時訪問的問題解決方案就是采用多線程的技術(shù),建立多個端口線程。同時與各個廠站建立鏈接,并發(fā)接受數(shù)據(jù)。 2.3.4 工程實施中遇到的問題 （1）應(yīng)用環(huán)境方面 必須是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不能用于串口通信。 通信雙方必須分配確定的IP地址。 通信雙方設(shè)置合理的路由。 通信雙方采用TCP/IP傳輸方式，必須有固定的角色。 通信雙方的IP地址必須進(jìn)行注冊，特別是服務(wù)端，不能誰申請鏈接都同意并提供數(shù)據(jù)。 雙機(jī)切換時通信異常，不能忽視備機(jī)的IP地址注冊。 雙網(wǎng)切換時通信異常，不能忽視另一網(wǎng)段地址注冊。 （2）應(yīng)用范圍方面 只能傳送基本的遠(yuǎn)動信息。 能夠傳送控制命令。 不能擴(kuò)充傳送傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)報文。 對時精度不高。 可以雙向傳送信息。三、結(jié)論 本文可幫助用戶理解IEC-60870-5-104網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約的傳輸幀格式及報文應(yīng)用，使用戶能看懂和分析報文。對傳輸規(guī)約的推廣應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約調(diào)試、信息數(shù)據(jù)維護(hù)等具有實用價值和指導(dǎo)意義。在目前電力自動化技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了電力調(diào)度中心與變電站以網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為適應(yīng)新的技術(shù)的發(fā)展,電網(wǎng)監(jiān)控培訓(xùn)系統(tǒng)主、廠端采用了基于IEC104規(guī)約的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信方式。該方式改變了電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中傳統(tǒng)的利用串口通訊機(jī)制進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸,取而代之的是利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行調(diào)度。相比于以前的遠(yuǎn)動技術(shù),更加可靠,簡單,經(jīng)濟(jì)。因此采用IEC104規(guī)約符合電力技術(shù)的發(fā)展要求,對促進(jìn)電網(wǎng)自動化、保證電網(wǎng)安全運行具有積極的意義。四、設(shè)計感言五天的設(shè)計結(jié)束了，在這次的設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了查找資料、總結(jié)歸納的