IEC60870-5-104传输规约如何实现远动技术网络化

葛江波

(山西省临汾供电分公司,山西 临汾 041000)

IEC60870-5-104传输规约如何实现远动技术网络化

葛江波

(山西省临汾供电分公司,山西 临汾 041000)

在调度自动化系统中,远动子系统可以采用IEC60870-5-104传输规约通过Internet网络访问进行数据传输。这改变了电网调度系统中仅利用传统的串口通讯机制进行实时数据传输的现状,充分利用了Internet技术进行调度,与以前的远动技术相比,更加可靠、简单,经济。

电网调度;远动通讯;调度自动化;104规约

1 电网调度自动化系统的发展

电网调度自动化系统的发展已经历了三代,其结构可以归纳为主机终端结构、客户—服务器结构和功能分布式结构。第三代采用了先进的开放分布式EMS/DMS系统已经发展了10年。目前发展趋势集中在将计算机高可用性技术应用于调度自动化系统、基于 IEC61970系列标准的数据结构和数据交换以及电力专用Internet网络的广泛使用。电网调度远动技术的网络化在电网调度自动化领域将成为一种新的趋势。

IEC60870-5-104传输规约是在 IEC101规约基础上,采用专用 Internet网络进行调度通讯的协议标准,它替代了传统的串口通讯机制。目前网络传输采用 IEC60870-5-104、TASE.2和DL/T476传输规约,而IEC60870-5-104当属最佳选择。本文所要讨论的就是如何在电网调度自动化系统中采用 IEC60870-5-104传输规约来实现远动技术网络化。

2 采用 IEC60870-5-104规约系统体系结构的组成

IEC60870-5-104规约标准定义了开放的TCP/IP网络接口的使用,其中,网络类型包含传输DL/T 634.5101-2002 ASDU的远动设备的局域网。包含不同广域网类型如X.25、帧中继(FR)、综合范围数据网络(ISDN)的路由器可通过公共的 TCP/IP-局域网接口互联,一个冗余的主站配置与另一个非冗余的主站配置如图1所示。

图1 总体架构

使用单独的路由器有如下优点:

1.在终端系统中不需要网络特定软件;2.在终端系统中不需要路由功能;3.在终端系统中不需要网络管理;4.从远动专业制造厂获得的终端系统的手段;5.在非专业特定领域的制造厂处获得单独的路由器手段,以适应不同的网络;6.网络类型改变仅仅需要改变路由器类型,不会影响终端系统;7.特别适合于和 IEC60870-5-101一致的已有的终端系统的转换。

3 用 IEC60870-5-104传输规约实施网络访问的主要功能的介绍

用IEC60870-5-104传输规约实施的网络访问有以下主要功能:

(1)安全传输功能。利用I格式,U格式报文实现防止报文丢失和报文重复传输;

(2)实时传输功能。与 IEC101规约所实现的类似,不过在 IEC60870-5-104中不召唤1级、2级数据,子站主要通过定时发送全数据;

(3)测试功能。利用U格式报文建立主站和子站的测试握手信号;

(4)启停功能。利用U格式报文建立启/停传输控制机制;

(5)故障续传功能。链路故障后采用的新的链路实现断点续传,搜寻链路故障时段内发电生产的历史信息;

(6)校时功能。由于网络传输的时间不确定性,子站段采用GPS校时。

(7)多线程功能。多线程技术实现对每个子站端口并行实时采访。

4 规约软件实现方案的分析

4.1 TCP/IP层软件方案分析

图2示出了利用UNIX网络套接字编程,在系统TCP/IP协议栈的基础上,通过网络路径传输IEC60870-5-104规约格式的数据。

4.2 IEC104-5-104规约基本报文格式

根据全国电力系统控制及其通信标准委员会三届五次会议和最近出版的国标DL/T634.5. 104:2002对 IEC60870-5-104规约的参数选择作了如下说明:不采用101规约中的链路地址和短报文(指单字节报文和链路确认报文);不采用召唤一级数据二级用户数据。两个8位位组表示公共地址;两个8位位组表示传送原因;三个8位位组表示信息体地址;选用7个字节时标。定义了启动字符、应用服务数据单元的长度规范、可传输一个完整的应用规约数据单元或者为了控制的目的仅仅传输应用规约控制信息域。

(1)启动字符:68H(1个字节)

(2)长度规范:应用服务数据单元的最大帧长为249,而控制域的长度是4个八位位组,应用规约数据单元的最大长度为253,(即从APDUMAX=255中减去启动和长度8位位组)。

(3)控制域:控制域定义抗报文丢失和重复传送的控制信息、报文传输的启动和停止、传输连接的监视。控制域的这些类型被用于完成计数的信息传输的(I格式)、计数的监视功能(S格式)和不计数的控制功能(U格式)。控制域的信息暂不处理。

(4)端口号:每一个TCP地址由IP地址和端口号组成,用于本标准的端号口为2404。主站和子站均可作为客户端或服务端。

4.3 用协议控制信息的定义(APCI)

传输层(TCP层的用户)是一个定向流接口,它没有为IEC 60870-5-101中的ASDU定义任何启动或者停止机制。为了检测到ASDU的启动和结束,每个APCI包括下列的定界元素:一个启动字符;ASDU的规定长度;控制域(见图2)。一个完整的APDU(或者,出于控制目的,仅仅是APCI域)也是可以被传送的(见图3)。

图2 远动配套标准的APDU定义

图3 远动配套标准的APCI定义

START 68H定义了数据流中的起点。

APDU的长度定义了APDU体的长度,它包括APCI的四个控制域八位位组和ASDU。第一个计数八位位组是控制域的第一个八位位组,最后一个计数八位位组是ASDU的最后一个八位位组。ASDU的最大长度限制在249以内,因为APDU的域长最大值是253(APDU最大值=255减去启动和长度八位位组),控制域的长度是4个八位位组。三种类型的控制域格式用于执行编过号的信息传输(I格式),编过号的监管功能(S格式)和未编号的控制功能(U格式)。

4.4 应用规约数据单元报文基本结构

应用服务数据单元由数据单元标识符和一个或多个信息对象所组成。数据单元标识符在所有应用服务数据单元中常有相同的结构,一个应用服务数据单元中的信息对象常有相同的结构和类型,它们由类型标识域所定义。

数据单元标识符的结构如下:

(1)一个8位位组表示类型标识;

(2)一个8位位组表示可变结构限定词;

(3)两个8位位组表示传送原因;

(4)两个8位位组表示应用服务数据单元公共地址;

(5)三个8位位组表示信息体地址。

报文类型标识如表1和表2所示。

表1 在监视方向的过程信息

表2 在控制方向的系统命令

在应用服务数据单元中,其数据单元标识符的第二个8位位组定义为可变结构限定词,如图4所示。

图4 可变结构限定词

在可变结构限定词中,SQ=0表示由信息对象地址寻址的单个信息元素或综合信息元素。应用服务数据单元可以由一个或者多个同类的信息对象所组成;SQ=1表示同类的信息元素序列(即同一种格式测量值),由信息对象地址寻址。信息对象地址是顺序信息元素的第一个信息元素的地址,后续信息元素的地址是从这个地址起顺序加1。N是一个二进制数,它定义了信息对象的数目。在顺序信息元素的情况下每个应用服务数据单元仅安排一种信息对象。

4.5 IEC60870-5-104规约的过程描述

当主站软件重新启动或链路故障时,主站将向子站发出建立链路请求报文。当链路建立后,进行应用数据传送。目前传送的上行过程数据有遥测、遥信和电度量报文,下行控制命令有总召唤、计数量召唤和时钟同步命令。

4.6 关键技术和解决方案

(1)防止报文丢失和重复传输的技术难点

1)I格式说明

未被确认的I格式应用规约数据单元的最大数目为 K:当未确认I格式的APDU达到 K个时,发送端停止发送。接收端在接收了W个应用规约数据单元以后确认。

控制域的第一个8位位组的第1位为零,定义了I格式。I格式应用规约数据单元常常包含应用服务数据单元。I格式的控制信息见图5。

图5 I格式

2)报文

若报文为68 4 01 00 00 02,则表示发送1个报文接收2个报文,且W=100,K=100。

3)抗报文丢失和重复传送的保护

对于每个方向和每个应用规约数据单元,发送站将发送序号(N(S))加1,接收站将接收序号(N(R))也加1。接收站确认每一个应用规约数据单元或者应用规约数据单元的序号,哪个应用规约数据单元被可靠接收,就返回这个被正确接收的顺序号。发送站在缓冲区内保存所发送的应用规约数据单元,直到收到和它自己的发送序号一样的接收序号,该接收序列号是对所有发送序列号小于或等于该号的APDU的有效确认,此时方可删除缓冲区里已正确传送过的APDU。

(2)链路故障后采用续传方式搜寻历史数据

解决方案是利用TCP/IP协议实现故障后续传的功能,双方重新建立一条链路,这条链路占用5001端口,它们之间实现历史数据传输,调度方通过发送故障时间标志给RTU,子站端通过得到的信息,从其历史数据库中提取断路时的历史数据传送给主站端。

(3)实现对每个子站端口并行实时采访

解决方案就是采用UNIX多线程技术来建立多个端口线程,并与各个子站建立链接,并发接收数据。

5 结束语

本文介绍的 IEC60870-5-104传输规约是在IEC101规约基础上,采用专用Internet网络进行调度通讯的协议标准,它替代了传统的串口通讯机制,实现了多个端口线程并发接收数据。

[1]DL/T 634-1997/IEC870-5-101:1995.远动设备及系统第5部分传输规约第101篇基本远动任务配套标准[S].

[2]DL/T 634.5104-2002/IEC 60870-5-104:2000.远动设备及系统第5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集IEC60870-5-101网络访问.

[责任编辑: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,山西省临汾供电分公司,工程师,从事调度自动化专业工作。