DNP3.0在济钢EMCC系统中的实现

田 坤

（济钢集团自动化信息技术公司，山东济南250101）

自动化

DNP3.0在济钢EMCC系统中的实现

田 坤

（济钢集团自动化信息技术公司，山东济南250101）

主要介绍DNP3.0的基本结构和功能，结合济钢能源管控中心的实例，给出了DNP协议在MOX中的具体实现方法，通过该协议系统实现了“四遥”功能。现场运行结果显示，DNP3.0协议具有较高的通信效率和通信可靠性。

DNP3.0协议；能源管控中心；RTU

1 引言

由GE-HARRIS公司加拿大Calgary控制分部在1993年开发的DNP3.0(DistributedNetworkProto原colVersion3.0)规约是目前在欧洲及北美比较流行的一种开放性结构的规约，在国内正逐渐成为主流性通信规约之一。它可用于电力系统中子站系统、RTU、智能电子设备(IEDs)以及主站系统之间的通信，最重要的是DNP将成为一种公共领域的规约，可由用户和非用户以及其他供货商使用。

2 DNP3.0简介

DNP3.0规约是在国际电子电工协会(IEC)的TC57协议基础上制定的通信规约，它支持ISO的OSI辕EPA模型，这种模型规定了物理层，数据链路层和应用层，其结构为增强协议结构。这种分层结构使得数据传送的可靠性大大提高。然而，为了支持高级的RTU功能和大于最大帧长的报文，DNP3.0的数据链路采用一个伪传输层去完成最短报文的组装与分解，发送数据时它可以将较长的应用层报文拆分为多个短帧然后多帧传送，反之，接收时将短帧组装成完整的应用层报文。

DNP3.0规约的文本共分4部分：数据链路层规约，传输功能，应用层规约及数据对象库。

3 济钢EMCC系统结构

3.1 能源中心网络结构

济钢能源管控中心（Energy management control center，简称EMCC）网络由现场控制网、能源专网、主干网和无线网络等组成，设计采用了两个专用的千兆双路由、工业级的冗余环形能源骨干网为主的能源专网，通过核心交换机实现了能源专网与公司主干管理网的高效信息互通，并做到了在中心机房可以方便地远程管理、监视和控制能源专网的每个交换机，确保了大流量数据采集的稳定运行，同时也实现了其他信息化系统复杂的网间信息交互。济钢能源中心网络结构如图1所示。

3.2 能源数据采集

能源数据采集是能源监控和管理的基础，是能源管控系统能否正常工作的关键。一般的能源数据，如水、煤气、气体介质(氧气、氮气、氩气)、压缩空气等的温度、流量、压力等监控点进入新增远程测控终端的输入模块。

图1 济钢能源中心网络结构图

电力系统涉及的变电所数量多、覆盖面广，各个变电所的自动化水平参差不齐。为保证将系统安全、稳定地转换至能源管控中心，对自动化水平较高的变电所通过设置通讯管理机完成对变电所、厂站保护测控一体化微机综合保护单元的数据采集及各回路的监控。

由于系统数据各子站比较分散，I/O数据采集量大，我们选用了MOXRTU作为采集单元，它综合了数据采集、远程设备监控、网络通信等功能。各子站数据可通过EtherNet与I/O Server连接，将本系统的数据传递到能源中心，通过监控站实现对全厂数据的监控。数据采集器编程如图2所示。

图2 数据采集器编程框图

3.3 集中监控和管理

能源管控中心设有大屏幕和工作站显示终端，对能源进行集中监控和管理。在数据采集的基础上，为了给管控一体化创造必要的执行条件，济钢煤气主管网混合站的调节阀实现了集中控制;主要降压变电所(不含车间变电所)在遥测、遥信、遥视的基础上，实现了遥控和遥调的五遥控制以及现场的无人值守。由于受到条件限制，其他能源介质(如水、氧气、氮气、氩气等)从实用性考虑，仅实现远程监视。监控系统平台采用Citect的工业控制软件Citect SCADA来实现整个系统的监控。Citect SCADA是一个基于网络环境开发的工业控制平台，它具有的网络连接能力，可以轻易地组织足够庞大的网络化监控系统。

4 DNP3.0在系统中的实现

4.1 MOXIDE设置

MOXIDE用来配置DNP3规约和配置MOX Unity中的DNP3通讯端口。MOX Unity作为DNP3 Slave设备进行配置时，要在MOXIDE中完成如下配置步骤：

(1)关联MOXIDE设置和MOXGRAF信息(General)

(2)配置MOX Unity通讯端口(Port)

(3)使能DNP3规约(DNP3)

(4)配置DNP3规约(DNP3/Slave/Configure)

(5)配置DNP3规约网络通讯路由表(DNP3/ Netword/Configure)

(6)下载MOX Unity配置(Online/Configuration/ Download)

关于DNP3节点路由表，MOX控制器能够将DNP3规约报文按路由在一个通讯网络的不同的网段间传送。该功能通过路由表来实现。每一个控制器可以配置使用一个路由表。DNP3的每个链路层帧报文都包含一个DNP3节点的源地址和目的地址。这种报文机制可以进行点对点通讯，也可以对链路层数据帧进行路由控制。

4.2 MOXGRAF配置

MOXGRAF用来配置DNP3规约的地址结构，也用来对MOX Unity进行编程配置。配置Mox U原nity的DNP3地址结构，需要进行如下操作：

(1)对DNP3 Index定义MOXGRAF的内部变量

(2)定义上述变量的数据类型

(3)对每一个DNP3地址对象进行配置

(4)生成数据库并下载到MOX Unity

4.2.1 Index分配

MOX实现的DNP3支持4种数据类型。它们分别是：

Binary Input(BI)

Binary Output(BO)

Analog Input(AI)

Analog Output(AO)

上述4种数据类型中的每一个类型都对应一个独立的索引表，索引值是唯一的(围0-65535)。

4.2.2 数据类别分配

当未进行地址映射的变量被映射到DNP3索引的Bool或者模拟量输入时，缺省的数据类为Class 1.如果布尔或者模拟输出量被分配给Class 1,2,3并且主站改变了任意这些变量的数值时，MOX Uni原ty将会保存这些变量的静态对象到相应数据类的缓冲区中去，以备以后主动上报使用。

只有变量进行了地址映射后，其类别分配才能被修改。对于所有数据类型，Class0,1,2,3都是可以被分配的。一个事件对象可以被分配为Class1,2或者Class3。

4.2.3 事件类别分配

如果将一个索引分配给了Class 0，则该索引的分配给事件对象的选项将被禁止。Class 0是保留给静态数据对象所用，因此不可用于事件数据对象。

典型的DNP3的事件是与从站的数据变化有关的，例如：数字量状态的改变；模拟量数值超过了阈值。

DNP3对事件对象报告提供了带或者不带时标的功能，因此主站设备可以构造事件顺序表。

4.3 实现“四遥”功能

济钢EMCC系统实现了遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”功能，管理机（主站）在与RTU（子站）的通讯中采用了服务器与客户机的模式，每次通讯由主站发起，子站响应主站的各种请求。

(1)遥测量的获取：遥测量是指电压、电流、功率、功率因数、频率等测量值。DNP3.0上电初始化后就不间断地向子站发送请求帧。由于RTU采集的模拟量有限，遥测数据可以在一帧报文中全部上传，主站在很短的时间内就能对子站访问一次，使测量值保持很好的时效性。

(2)遥信量的采集：DNP3.0隔一段时间扫描一次接入子站的节点状态，子站在一帧报文中上传全部遥信信息。每路遥信占用一个二进制输入位。遥信信息分为两类，一类是外部遥信，用来描述接入的开关的状态和相关设备的储能状态；另一类称为内部遥信，用来描述线路的故障信息。

(3)遥调输出：主站每隔一段时间发会送遥调命令，以便对现场进行控制，同时将遥调信息发送给RTU，各主站通过访问RTU采集遥测量来获得管理机发送的遥调信息，从而实现了信息的共享。

(4)遥控输出：该操作一般采用双命令。在一些特殊情况下，还可以使用“直接操作”命令，而不必预先选择。本系统中采用双命令进行遥控操作，先对所选遥控对象进行选择，确认状态可以遥控之后在进行操作，这样保证了操作的可靠性，同时还能给操作员留下较大的回转余地。

5 结束语

自现场投入试运行以来，整个系统工作稳定可靠，通讯部分及时准确。与其他协议相比，DNP3.0协议误码率仅为2-14，而其他协议的误码率范围在2-4耀2-10，同时DNP协议有较高的通信效率。总之，DNP3.0协议具有较高的通信效率和通信可靠性，运行方式灵活多样，误码率极低，完全能够满足济钢EMCC系统实时性和可靠性的要求。

[1]Smith Malcolm.DNP V3:00 transport functions[EB].Harris Corpora原tion,1997-05-30

[2]Smith Malcolm,Copps Michael DNP V3:00 data object library[EB]. Harris Corporation,1997-07-08

[3]赵丽平，李群湛，陈小川.IEC 870-5-103规约在牵引变电所自动化系统中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2003，15（3）：64-67

[4]安艳萍，申群太.DNP3.0在基于RTU的综合自动化系统中的实现[J]工业控制计算机，2006，19（8）

Im p lementation of DNP3.0 in the EMCC System of Jinan Steel

TIAN Kun
(TheAutomationInformationTechnologyCompanyofJinanSteel,Jinan,Shandong250101,China)

The basic structure and function of DNP3.0 were mainly introduced.The specific method for implementation of DNP protocol in MOX was given taking the energy management and control center of Jinan Steel as an example,to achieve the“four remote”function through the protocol.Operation result has showed that DNP3.0 protocol has high communication efficiency and reliability.

DNP3.0 protocol;energy management and control center;RTU

TP31

B

1006-6764（2014）02-0058-03

2013-05-20

田坤(1981-)，男，2005年毕业于东北大学通信工程专业,助理工程师，现从事自动化技术工作。