（计算机应用技术专业论文）河南省ems互联工程网络通信的研究与实现.pdf

华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 随着电网调度技术的发展，电力系统调度需要更多、更快、更准的一次系统信 息，通信技术的发展为此类信息的传输提供了强有力的基础。 本文通过河南省电力公司e m s 系统互联工程，简单介绍了s c a d a e m s 系统与系 统的基本功能与构架，着重对s c a d a e m s 系统中的数据采集模块进行实际研究与开 发，对制造报文规范( 删s ) 技术、现场设备模型、控制中心问的通信协议( i c c p ) 模型做了介绍，并通过与传统远动规约的比较，分析t a s e 2 协议的特点；并阐述 了在s c a d a e m s 中实现基于t a s e 2 协议网络通信的方法，以及安全可靠性措施， 并在此基础上介绍t a s e 2 协议在河南电网实时信息网络通信中的应用推广情况及 发展前景。 关键字：e m s ，t a s e 2 ，网络通信 a b s t r a c t a 1 0 n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e md i s p a t c h i n gt e c h n 0 1 0 9 y ， p o w e rs y s t e md i s p a t c h i n gd e m a n d sm o r e ，f a s t e r ，a n dm o r ea c c u r a t ei n f o r m a t i o n o fp r i m a r yp o w e rs y s t 铋，t h ed e v e l o p m e n to fc o 碰n u n i c a t i o n st e c h n 0 1 0 9 yc a n b eas t r o n 9 1 yb a s ef o rt r a n s m i s s i o no fs u c hi n f o m a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ns i m p l yi n t r o d u c e se m s s c a d as y s t e ma n di t sb a s i c f u n c t i o na n da r c h i t e c t u r et h r o u g hh e n a ne m si n t e r c o n n e c t i o np r o j e c t ，i t f o c u s e so np r a c t i c a ld i s c u s s i o na n dd e v e l o p m e n to fd a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e o fs c a d a e m ss y s t e m ，i n t r o d u c e sm a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ( 加d s ) ， f i e l dd e v i c em o d e l ，i n t e r c o n t r 0 1c e n t e rc o 咖u n i c a t i o n sp o r t a l ( i c c p ) ， a n a l y s i st a s e 2p o r t a l sc h a r a c t e r i s t i ci nc o m p a r i s o nw i t ht r a d i t i o n a l t e l e c o n t r o lp o r t a l i te x p a t i a t en e t w o r kc o 蚴u n i c a t i o n sm e t h o d sb a s e d t a s e 2p o r t a la n dm e a s u r eo ns a f e t ya n dr e l i a b i l i t yi ns c a d a e m ss y s t e m ， a n di n t r o d u c e sp o p u l a r i z a t i o na n dd e v e l o p m e n tf o r e g r o u n do ft a s e 2p o r t a l i nr e a l 一t i m ei n f o r m a t i o nc o 硼u n i c a t i o n si nh e n a np o w e r s y s t e mb a s e do n f o r m e rd is c u s s jo n k e yw o r d s ：e m s ，t a s e 2 ，n e tc 0 姗m n i c a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文河南省e m s 互联工程网络通信的研 究与实现，是本人在华北电力大学攻读工程硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：走鱼日期：型! ：留学位论文作者签名：杰塾日期：! 塑! ：6 ：蟹 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 墨钮 似1 f f 罗 导师签名：孙 导师签名：么三丝兰 日期： h 岫 t 彳t 如 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 1 选题的背景和意义 第一章绪论 近年来，河南电网一次系统发展迅速，为进一步提高电网安全、经济、优质运 行，e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 能量管理系统) 应用软件基本功能在省、地 调的应用和推广，实现电网调度从经验型向分析型转变，对电网实时信息在数据量、 实时性、准确性等方面提出了更高的要求，这时，传统的远动信息传输方式与应用 之间的矛盾日益突出。河南电力数据网络是在高可靠性的光纤传输通道上建立宽 带、高性能、综合多种业务的网络，为省地调s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o n 监视控制与数据采集) e m s 联网实现实时数据高速交换提供良 好的网络平台。 t a s e 2 ( t e l e c o n t r 0 1a p p l i c a t i o ns e r v i c ee 1 e m e n 2 远动应用服务元素# 2 ) 协议，亦称i c c p ( i n t e rc o n t r o 卜c e n t e rc o 衄u n i c a ti o np r o t o c 0 1 控制中心间通 信协议) ，是由i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o 衄i s s i o n 国际电工委员会) 确定的电力自动化系统之间信息共享的标准协议，它可使一个电网控制中心与同一 企业的其它电网控制中心、其它电力企业、联营电网、区域控制中心、独立发电厂 等通过广域网进行数据交换。 t a s e 2 协议是控制中心间通信协议。实际是定义了一组对象模型及方法，使得不 同的s c a d a e m s 系统在互联时不再需要关心彼此的数据格式及具体的实现细节，这是 t a s e 2 协议优于传统的1 0 1 、1 0 4 规约的一方面。此外，t a s e 2 联网可以彻底解决各地 调和省调数据交换长期存在的传统问题( 如单端定义，点号对应，传送量受限制，中间 环节多，故障定位难等问题) ，同时还为省调与其他控制中心( 如电厂等) 的数据交换 提供了一次建设、多次使用的方便途径。t a s e 2 为高级的信息和通信技术提供了通用 的解决方案，利用河南数据网，采用t a s e 2 协议实现省调与地调的s c a d a e m s 系 统之间实时信息传输，成为一种必然选择。 本课题的主要任务就是基于河南电力公司e m s 互联工程来探讨t a s e 2 的实现。 在河南省省调与地调的e m s 系统中，致力于构建一个能够支持快速准确稳定的实时 数据通信模块，这个模块负责e m s 系统中的数据采集，及满足s c a d a 系统的数据传 输功能。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 2 国内外发展动态 1 9 9 3 年，i e ct c 5 7w g 0 7 工作组负责制订与i s o ( i n t e r n a t i o n a l0 r g a n i z a t i o n f o rs t a n d a r d i z a t i o n 国际标准化组织) 和i t u t ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o 删n i c a t i o n u n i o n t e l e c o m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o n 国际电信联盟电信标准化部门) 兼容的 用于电力系统控制的计算机数据通信协议，即i e c6 0 8 7 0 一6 系列标准。当时从已 广泛应用的协议( 如挪威的e l c o m 9 0 、美国西部电网w s c c ( w e s t e r ns y s t 锄 c o o r d i n a t i n gc o u n c i l ) 等) 中选择了e l c o m 9 0 作为蓝本，开始制订i e c 国际标准， 称为远方控制应用服务元素t a s e ( t e l e c o n t r 0 1a p p l i c a t i o ns e r v i c ee 1 e m e n t ， 后改为t a s e l ) ，后来发现该协议适应性较差，与i s o i t u - t 的兼容性不好，美国 和德国坚决反对，强烈要求制订一套与i s o 和i t u - t 兼容性好的协议，于是美国 电科院( e p r i ) 急忙开发了i c c p ( i n t e rc o n t r o 卜c e n t e rc o 咖u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ， 于1 9 9 6 年纳入i e c 体系，称为t a s e 2 ，与t a s e l 并列为国际标准，但互不兼容，形 成了欧洲与美国两个系列相争不下的局面。其中t a s e l 基于i s o9 0 7 2 1 2r o s e ， t a s e 2 基于i s 09 5 0 6 删s ( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 。由于m m s 已 广泛应用于各行各业，所以t a s e 2 比t a s e l 适应性更强，更容易实现。 欧洲联合电力系统( u c p t e ) 采用i e ct a s e 2 实时应用层通信协议，结束了i e c t a s e l 与i e ct a s e 2 持续了数年的争论，使i e ct a s e 2 成为全球统一的通信协议， 这对中国非常有利。我国已颁布电力行业标准电力系统实时数据通信应用层协议 d l 4 7 6 9 2 ，还没有国际标准，该协议为我国电力系统数据通信的建设发挥了重要 作用，但随着i e ct a s e 2 国际标准的逐步形成，现在国际上都统一于t a s e 2 ，且i e c 6 0 8 7 0 一6 系列的十几个标准已经基本出齐。目前t a s e 2 协议已被国际电工委员会 采纳为控制中心间信息交换的标准协议，中国国家标准委员会已采纳t a s e 2 协议， 将它定义为国家标准“。 1 3 课题研究的主要内容及其意义 本课题构建的通讯模块主要是支持t a s e 2 协议标准的数据通信模块。 由于不同厂商的e m s 系统采用的远动规约和网络协议多有不同，导致不同厂商 的e m s 系统之间缺乏互操作性。当把不同厂商的e m s 系统互联在一起构成一个系统 时，就必须设计各种不同的通信接口设备以完成不同通信协议的转换。当系统较大 而且内部又有多家厂商的e m s 系统时，这种协议转换和维护工作将变得极为庞杂， 系统运行费用也将提高而可靠性将降低。而造成在不同的e m s 间或e m s 与厂站监控 系统间通信时，通信软件种类繁多，软件调试较为复杂。面对这种情况，采用和推 广标准协议是解决此类问题的根本途径“。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 河南省e m s 互联工程正好遇到这种情况，河南省e m s 互联工程主要目的是实现 河南省调及下属1 8 个地调的s c a d a e m s 的数据交换，此次互联工程的涉及的厂家 有中国电力科学研究院北京科东公司，杭州一创，东方电子，南京南瑞和山东积成 等多家厂商，要完成包括北京科东的c c 2 0 0 0 ，东方电子的d f 一2 0 0 3 ，南京南瑞的 0 p e n 一2 0 0 0 在内的多种e m s 系统的互联工作，所以采用统一的标准协议成为河南省 e m s 互联工程的首要问题。 一 。而t a s e 2 协议，是由i e c ( 国际电工委员会) 确定的电力自动化系统之间信息共 享的标准协议，它可使一个电网控制中心与同一企业的其它电网控制中心、其它电 力企业、联营电网、区域控制中心、独立发电厂等通过广域网( w a n ) 进行数据交换。 它为高级的信息和通信技术提供了通用的解决方案，利用河南数据网，采用t a s e 2 协议实现省调与地调的s c a d a e m s 系统之间实时信息传输，成为一种必然选择”。 本课题基于河南电力公司e m s 互联工程，从以下几个问题入手，研究采用t a s e 2 协议实现省调及下属1 8 个地调的s c a d a e m s 的数据交换的实现方法，研究设计调 度自动化系统的共享数据库的建立，为电网安全、经济运行的分析决策提供技术支 持。具体研究内容包括： ( 1 ) 远动信息传输模式与网络通信模式的比较； ( 2 ) t a s e 2 接入e m s 的方式； ( 3 ) 设计基于t a s e 2 的网络传输模型； ( 4 ) 开发t a s e 2 的系统环境与所需开发包； ( 5 ) 测试与验证t a s e 2 模型。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 1e m s 概述 第二章e m s 及t a s e 2 的技术发展与现状 e m s 称作能量管理系统( e m s e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) ，是以计算机技术 为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网调度中心， 主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息( 包括频率，发电机功率、线路 功率、母线电压等) ，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提 高电网质量和改善电网运行的经济性“1 。 一般e m s 系统由硬件平台( h pa l p h a s e r v e r 服务器) 、操作系统平台( t r u 6 4 u n i x 、o r a c l e s y b a s e ) 、酬s d m s ( d i s t r i b u t i o n l l a n a g e m e n ts y s t e m 配电管理系统) 支撑平台、电力系统基本应用和电力高级应用软件等组成。 e m s 系统对计算机的要求主要是：可靠性( 硬件和操作系统稳定、软件经过长 期的用户使用验证) 、复杂运算能力、多任务实时性。 e m s 典型配置如图2 一l 所示。 图2 一le m s 典型配置图 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 2c c 2 0 0 0 概述 e m s 互联系统支撑平台c c 2 0 0 0 采用了当前国际上最流行的也是比较最先迸的面 向对象技术及开放式分布式的设计思想。在设计过程中不仅严格按面向对象的分析 ( o o a ) 、面向对象的设计( o o d ) 、面向对象的编程( o o p ) 的方法进行软件开发的 管理，而且还引入了大对象的概念”。 因此系统的架构合理，信息的流向及流量易于优化，系统的开放性、可配置性 强，系统的可扩充性强，系统易于进行再次开发。 2 2 1c c 2 0 0 0 系统的总体设计思想是： ( 1 ) 将一个正在运行的系统( 支撑平台+ 应用系统) 看成一个虚拟的大运行系 统，然后再将大运行系统分成“系统”、“子系统”、“大对象”，并将这个大运行系 统分布在多个计算机节点上。 - ( 2 ) 大对象是c c 一2 0 0 0 支撑平台的基本单位。大对象是将各个运行程序( 包 括全部组成支撑平台的程序) 进行规范化包装后统一进行管理的独立进程。系统中 各个程序的信息交换及各个程序的相应功能的激活均采用大对象之间的事件交换 来实现。 ( 3 ) 大对象均连接到一个类似计算机的总线( b u s ) 的实时运行系统管理环境r t e ( r e a 卜t i m ee v i r o n 衄e t ) 中，大对象之间的事件交换及大对象的管理均通过r t e 来实 现。 2 2 2 c c 2 0 0 0 系统的特点 由于采用了上述的设计思想，系统具有如下的一些独特的优点： ( 1 ) 事件驱动机理：即系统中任何的数据变化和任何的功能的激活均依靠事 件的传递和处理。极大地降低了软件的耦合程度，提高了软件的质量。 ( 2 ) 无缝快速的切换：无论是子系统或服务器在进行人工或自动切换时，由 于彻底的事件驱动机理可以保证切换时不丢失任何事件和数据。且切换速度极快， 服务器进行切换的全部时间不超过5 秒。 ( 3 ) 可配置性强：用户可以很容易的将几个相关的大对象组成的子系统或一 个独立的对象配置到任意一台工作站或服务器上；就好似可以将一台电器插接到任 意的一个标准的电源板上一样。 ( 4 ) 可扩充性强：用户若需增添功能，可以将自己编制的应用程序经过规范 化包装后成为一个大对象，并进行简单的登记配置手续，就成为c c 一2 0 0 0 系统中的 一个新成员，成为被r t e 管理的成员。若用户需要增加一台工作站，只要向系统进 行简单的登记配置手续，并安装该工作站已配置的大对象程序，即可。 ( 5 ) 二次开发能力强：因为互联系统支撑平台采用面向对象的技术因此形成 了门类齐全的类库，因此进行再开发时可重用大量的类。又因为各个大对象相对独 华北电力大学工程硕士专业学位论文 立，因此无论是支撑平台软件或应用程序进行再开发，都可以独立进行而不影响其 它程序。 ( 6 ) 数据一致性：事件驱动机理使事件在网上广播保证了分布式系统的数据 一致性“。 2 3s c a d a 概述 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r 0 1a n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 系统，即数据采集与 监视控制系统。s c a d a 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。 它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参 数调节以及各类信号报警等各项功能。 在电力系统中，s c a d a 系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。随着电力系 统的结构日趋扩大和复杂，为保证电力系统运行的安全性和经济性，要求调度运行 人员能够迅速、准确、全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统 的运行趋势，对电力系统运行中发生的各种问题作出正确的处理”。 s c a d a 系统作为能量管理系统( e m s 系统) 的一个最主要的子系统，主要完成 数据的收集，处理解释、存储和显示，并把这些实时信息传递给其它应用模块。 s c a d a 系统具有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮 助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电 网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代 化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 2 4 删s 概述 删s ( 舱n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 即制造报文规范是由i s o t c l 8 4 开发和维护的网络环境下计算机或智能电子设备之间交换实时数据和监控信息的 一套独立的国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发者，所提供的服务非常 通用，适用于多种设备、应用和工业门类“。 埘s 的目的是为了规范工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备、 智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性 ( i n t e r o p e r a t i o n ) ，使系统集成变得简单、方便。 删s 的特点是通过使用删s 使工业系统具有互操作性和独立性。其中互操作性 是制定删s 的初衷即为设备和应用定义一套标准通信机制，使其在此通信体制下具 有高度互操作性。独立性是指删s 不同于很多只适用于特定产品的专用通信系统， 华北电力大学工程硕士专业学位论文 它是一个通用的、独立于专用设备的国际标准体系即它为用户提供了一个独立于所 完成功能的通用通信环境。 目前，嘲s 在电力系统远动通信协议中的应用越来越广泛。国际电工委员会第 5 7 技术委员会( i e c t c 5 7 ) 新近推出的i e c 6 0 8 7 0 一6 t a s e 2 系列标准定义了e m s 和 s c a d a 等电力控制中心之间的通信协议，该协议采用面向对象建模技术，其底层直接 映射到删s 上“。 2 5t a s e 2 概述 2 5 1t a se 2 协议概述 远动应用服务元素( t a s e 2 ) 协议( 亦称控制中心间通信协议i c c p ) 可使一个电 网控制中心与同一企业的其它电网控制中心、其它电力企业、联营电网、区域控制 中心、独立发电厂等通过广域网( w a n ) 进行数据交换。交换的信息由电力系统监视 和控制用的实时数据和历史数据组成，包括测量数据、计划数据、电能量结算数据 以及操作消息。该交换在控制中心的s c a d a e m s 主机与其它控制中心主机之间进行， 交换通常要经过一个或多个介于其间的通信处理器“”。 t a s e 2 由3 个文件组成；i e c6 0 8 7 0 6 5 0 3 规定了t a s e 2 应用建模和服务定 义。i e c6 0 8 7 0 一6 7 0 2 规定了使用t a s e 2 的应用简表。i e c6 0 8 7 0 一6 8 0 2 规定了 一组t a s e 2 所支持的标准的对象定义。i e c6 0 8 7 0 6 5 0 3 标准为控制中心之间交换 实时数据规定了一种机制，也为远方控制中心的设备控制、一般消息传送和程序控 制提供了支持。它为应用i s 0 i e c9 5 0 6 制造报文规范( 删s ) 服务规定了一套标 准化的方法，以便实现数据交换。 t a s e 2 采用面向对象的方法，就他们的外部可观测的数据和行为，对实际的控 制中心进行描述。对象性质上是抽象的，可用于各种应用。t a s e 2 的使用远远超出 了在控制中心之间通信的应用范围。对于任何具有类似要求的应用领域而言，此规 范均可被视为一个工具箱，t a s e 2 能用于变电站自动化、发电厂、工厂自动化、化 工厂或具有类似要求的场所“。它为高级的信息和通信技术提供了通用的解决方 案。 t a s e 2 标准完全遵从i s o 的协议栈，对控制中心间通过广域网和局域网交换实 时数据的方法作了详细规定。它对集中式或分布式体系结构均可提供支持。 控制中心模型包括主机处理器的四种基本类：s c a d a e m s 、d s m 负荷管理、分 布式应用、显示处理器。s c a d a e m s 主机是最主要的处理器，它利用通过数据采集单 元( d a u ) 和远方终端装置( r t u ) 在发电厂、独立发电厂和输配电变电站所收集的模拟 和数字的监视数据。控制中心通常都配置了处于“热备用”状态的冗余s c a d a e m s 华北电力大学工程硕士专业学位论文 主机。负荷管理系统( d s m ) 可供操作员使用，也可用于初始化e m s 的负荷管理应 用程序。分布式应用主机则完成各种复杂分析、调度计划编制和负荷预报等功能。 显示处理器则为当地的运行人员和调度人员提供图象显示和操作界面。通常控制中 心由一个或多个局域网( l a n ) 将这些主机连接起来。控制中心也常常通过中间的通 信处理器去访问一些广域网( w a n ) 。w a n 的连接可以包括公司范围内的网络，以便与 企业主机和各种实时s c a d a 网络进行通信。每一控制中心都有一个或多个t a s e 2 的实例来和远方的控制中心进行数据交换。 t a s e 2 协议靠使用删s 服务( 以及低层删s 协议) 来实现控制中心之间的数据 交换。图2 2 表示t a s e 2 、删s 提供者与协议栈的其余部分之间的关系。在多数情 况下，传送对象的值由删s 的提供者自动实现与当地机器表示格式的相互转换。有 些t a s e 2 的对象需要在两个互相通信的t a s e 2 系统中有共同的语法和语义。这种 共同的语法和语义就成了一种协议的形式。控制中心的具体应用，t a s e 2 标准针对 其作下述设定：它们请求t a s e 2 操作，并在需要时向t a s e 2 的具体实现提供控制 中心的数据和功能。 控制巾心应用 “t a s e 2 7 m m s 广面 6表示层 5会谣层 4 ，传输层 3网络层 2数据链路层 i物理层 仁二匦日 仁西区吲 i ”“”+ “i| ( 粥错协议毅稻罩兀 i 薮据协议数挺罩兀k 薮据协议数挺罩兀： 图2 2 协议之间的关系 + 、 f 控制中心应用 1 j “t a s e 2 “( 7 m m s a c s ef 表示层6 一会话层 5 传输层 4 网络层3 数据链路层 2 物理层 1 华北电力大学工程硕士专业学位论文 t a s e 2 的协议体系结构要求使用o s i 参考模型在5 7 层中的i s o 协议，而卜4 层( t r a n s p o r tp r o f 订e s ) 可以在任何类型的传输介质上虚拟的使用任何标准或事 实上的标准( 如t c p i p ) 的连接模式的传输层以及非连接模式的网络层服务“” t a s e 2 数据交换网络可以是专用的分组交换网，也可以是公用的分组交换网，或者 是网状的网络，但该网络必须接有合适的通信处理器，保证提供足够的路由功能，从而 获得冗余的通路和可靠的服务。 2 5 2t a s e 2 与洲s 之间的关系 t a s e 2 位于埘s 的上层。它描述的是使用h m 【s 服务和协议的一个已标准化的删s 应用。t a s e 2 指定了一系列映射到蝴s 对象的结构化数据，并给它们赋予具体的语意， 从而增强了眦s 的功能。作为一个纯删s 服务的例子，姗s 能从远方系统读取数据，这 些数据无需任何特殊条件即可得到响应。如果此类数据的读取需取决于某些特定的条件 的话( 例如，只有数据变化方可) ，那么，t a s e 2 就能提供适当的服务，而这种服务恰恰 是删s 不具备的“”。 t a s e 2 有一个独立而又可伸缩的服务集合，通过有效的优化可以分别满足控制中心 的各种要求。这是靠定义几个一致性构件块c 髓( c o 砌o nb u i l d i n gb 1 0 c k ) 来实现的。 删s 规定了一些删sc b b ，使其服务也提供可伸缩性。一个简单的t a s e 2 实现只需要 一个简单的删s 实现。 t a s e 2 和m s 分别向它们各自的用户提供服务。m m s 为t a s e 2 提供服务，而t a s e 2 则为控制中心的应用提供服务。删s 是一个独立的标准，也可以向t a s e 2 之外的用户提 供服务一可以直接服务于控制中心的应用和其它的应用。这表明蝴s 的使用并不限于 t a s e 2 。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 1 设计目的及功能 第三章e m s 互联的设计 系统实现河南省调及下属1 8 个地调的s c a d a e m s 数据交换的互联，实现调度 自动化数据共享，并建立电网数据库，为将来电网分析决策提供技术支持和具体实 施方案。e m s 系统将提供的主要功能如下： ( 1 ) 软件支撑平台； ( 2 ) 基于t a s e 2 协议的网络通信模块； ( 3 ) 历史数据服务模块； ( 4 ) 电网运行分析系统模块； 3 2e m s 系统互联网络配置 t a s e 2 数据交换网络可以是专用的分组交换网，也可以是公用的分组交换网，或者 是网状的网络，但该网络必须接有合适的通信处理器，保证提供足够的路由功能，从而 获得冗余的通路和可靠的服务。河南省聊s 互联的基本网络采用国家电力公司调度系统 数据网络( s p d n e t ) ，全局网络配置图如图3 1 所示。 河南e m s 互联配置圈 图3 1 河南e m s 配置图 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 3 远动传输模式与通信传输模式的比较 电网调度技术发展需要更多、更快、更准的一次系统信息，通信技术的发展为 此类信息的传输提供了强有力的基础。这一切最终将体现于厂站与主站之间，主站 与主站之间的信息传输模式。目前，常用的电网s c a d a 信息采用传统远动传输模式 和网络通信模式两种传输模式“。 。 传统远动传输模式是发送方将要传输的信息调制成模拟信号，通过专用通道发 送到目的地；接收方将模拟信号解调为数字信号。这种方式曾经乃至目前仍成为 s c a d a e m s 、厂站监控系统、r t u ( r e m o t et e 加i n a lu n i t 远程终端单元) ) 问信息传 输的主要手段，但随着网络通信速度的提高，这种方式的不合理性日益显露，传统 远动传输模式主要缺陷是： ( 1 ) 传输的数据数量受到限制； ( 2 ) 一路通道只能实现单方向信息传输，如果2 个系统间信息互访至少需要2 路通道： ( 3 ) 通信速度无法合理利用高速网络。 随着电网规模的扩展，e m s 间通信的信息数量与日俱增，常用远动规约对通信 信息数量有限制，已不能满足应用的需求。鉴于传统远动模式的缺陷，网络通信模 式的信息传输应运而生。最简单的做法是通信双方为通信制定一个应用协议，然后 各自在e m s 上增加一个通信程序。 由于各种系统采用的远动规约和网络协议多有不同，造成在不同的e m s 之间或 e m s 与厂站监控系统之间通信时，通信软件种类繁多，软件调试较为复杂。采用 t a s e 2 协议作为e m s 间通信协议有以下优势： ( 1 ) 使用标准协议，易于实现多点通信，节省投资。 ( 2 ) 共享信息数量不受限制。随着电网规模的扩展，e m s 问通信的信息数量 将不断增长，t a s e 2 协议对传输的数据数量不作限制。 ( 3 ) 充分利用网络资源，提高信息传送速度。t a s e 2 协议基于t c p i p 协议 或o s i 协议，通信速度由网络速度决定，河南电力数据专网的建成已经为使用t a s e 2 协议应用提供了一个良好的网络环境。 ( 4 ) 实现实时数据共享。省调和地调各级调度都可以得到尽可能详细的实时信息， 也可以实现让河南1 8 个地调中任何一个地调都能获取其他1 7 个地调的实时信息。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 4 确定t a s e 2 接入e m s 的方式 为实现不同的e m s 系统互联，在遵循t a s e 2 协议标准的前提下，可依据各自 系统的开放性程度的不同，采用不同的接入方案，即嵌入式和外挂式。 嵌入式要求e m s 从内核上支持t a s e 2 协议的实时信息网络通信，因此系统要增 加网络通信服务器。通信服务器中的t a s e 2 服务程序对内使用e m s 的数据接口、 网络接口、图形接口，作为e m s 的一个应用，利用e m s 系统数据库来描述t a s e 2 协议中控制中心、联接、双边协议、访问控制等基本概念，定义数据值、数据集、 传输集等基本对象。对外实现t a s e 2 的服务和控制。由于实现了t a s e 2 服务与e m s 的一体化设计，t a s e 2 服务存取e m s 数据效率高，人机界面友好，运行维护方便。 外挂式适用于开放性差或得不到厂商技术支持的蹦s 。t a s e 2 服务机与叫s 相 对独立，通过双方约定的协议实现数据交换。外挂式易于实现，但数据交换效率低， 信息维护工作量较大。外挂式仅作为一种过渡接入方案，在e m s 升级更新时应考虑 对计算机网络通信模块的支持。 由于河南省省、地调e m s 有c c 2 0 0 0 、d f 2 0 0 3 、o p e n 2 0 0 0 等多种型号，另外河 南省省调与各地调的e m s 系统对t a s e 2 协议的支持力度不一，所以根据河南省省 调和各个地调e m s 系统的现况，既要考虑到系统的安全性和稳定性，又要便于各个 地调e m s 系统以及互联通讯服务器的维护与管理，省调e m s 和地调e m s 系统均采用 外挂方式安装t a s e 2 协议。即在省调和各地调增加一台通讯服务器，利用此通讯 服务器，省调与地调之间通过t a s e 2 协议进行数据交换；省调e m s 系统与省调通讯 服务器以及地调e m s 系统和地调通讯服务器之间通过部颁d l 4 7 6 9 2 通信协议进行 数据转发。接入方式如图3 一l 所示。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 拇南电一e m s 幕缆 i e m 8 系统 翊l 讯胜务嚣 宙蔷葺；霍时火墙 i 撼氛勰n | 蜜垒防护建置或防火靖 i 薅由- 3 1t a s e 2 接入e m s 方式 3 5t a s e 2 的开发基础 在t a s e 2 的开发过程中，我在t r u eu n i xv e r s i o n5 1 的系统环境下，采用 了c i s c o 公司的t a s e 2 软件包i c c pt 0 0 1 k i t 作为开发的基础平台，版本号为i c c p t 0 0 1 k i tf o rm m s e a s ev e r s i o n4 0 4 。 i c c pt 0 0 1 k i t 为一个控制中心与其它控制中心或其它公用企业之间运用i c c p 通过局域网和广域网来交换信息提供服务。 最终的应用可以是客户、服务器或者两者都是。作为服务器，应用是信息提供 者，作为客户，应用要从服务器请求信息。 i c c pt o o l k i t 为用户的进一步开发提供了一整套的a p i 接口，用户使用这些 a p i 嵌入到为具体应用环境编制的应用程序中，就可以与其它节点使用t a s e 2 的应 用程序按t a s e 2 规约进行计算机通信和交换信息。i c c pt o o l k i ta p i 是一组源文 件，这些源文件形成与用户应用相连接的库。a p i 库为i c c p 的服务和功能提供了 c 语言接口和包含有数据对象和类型定义以及a p i 函数原型的c 语言头文件。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 i c c pt 0 0 1 k i t 提供的a p i 接口包括以下功能： ( 1 ) 定义当地和远方的节点； ( 2 ) 定义当地和远方的链路； ( 3 ) 定义变量； ( 4 ) 定义数据传送组； ( 5 ) 定义信息报文； ( 6 ) 发送信息； ( 7 ) 定义监控设备； ( 8 ) 选择和操作设备； ( 9 ) 定义和发送传送帐目表； ( 1 0 ) 定义计时器和异步事件的句柄； ( 1 1 ) 读写s c a d a 数据； ( 1 2 ) 读远方的数据； ( 1 3 ) 预定义变量类型。 i c c pt 0 0 1 k i t 通过i c m a i n l o o p 及相关函数支持事件驱动编程。特别地，与 i c m a i n l o o p 相关的函数允许应用为计时器和i o 事件建立回调函数。当这些事件的句柄 函数建立后，用户程序可以调用i c m a i n l o o p 来监测这些事件的发生。一旦有一个事件 发生，i c m a i t l l o o p 就会触发这个事件的句柄。 3 6t a s e 2 的网络传输模型定义 3 6 1t a s e 2 模型定义 t a s e 2 模型定义如下：它是一个或多个进程构成的逻辑实体；为满足控制中心获 取数据、改变数据和控制设备的要求，在进程问完成适当的通信。为执行这些通信，规 定了一些服务和协议。同时，它还规定了实现t a s e 2 服务时可能涉及的数据类型和设 备。t a s e 2 的定义形式采用了i s o i e c9 5 0 6 ( 删s ) 的客户一服务器模型旧。 3 6 2t a s e 2 的操作和动作 t a s e 2 规范定义了一些操作和动作，其中，操作与t a s e 2 客户相关， 动作 与t a s e 2 服务器相关。c o n c l u d e 和a b o r t 是两个特殊的服务，t a s e 2 客户和服务 器均可调用它们。因此，规范中认为这两种服务既是操作又是动作。 ( 1 ) t a s e 2 操作 每一个t a s e 2 操作都是由当地充当客户的t a s e 2 实例来启动。操作启动后， 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 该实例发出删s 服务请求。当地的删s 提供者接受到请求后，使用删s 协议和远方 的姗s 服务器通信，再由删s 服务器将有关的指示递交给t a s e 2 服务器，后者通 过使用标准规定的响应或服务依次予以合适的应答。 ( 2 ) t a s e 2 动作 每一个t a s e 2 动作都是由当地充当服务器的t a s e 2 实例来启动。操作开始后， t a s e 2 服务器请求一个无确认的姗s 服务。当地的删s 提供者使用删s 协议和远方 的姗s 客户进行通信，但是对应的t a s e 2 客户不对收到的蹦s 通信作以回应。同 时，t a s e 2 规定：在某些特殊情况下( 例如对紧急数据的确认) ，客户接收到无确认 删s 服务并获得相应指示后，必须执行某些特殊的操作。 3 6 3 双边配置表 双边配置表是由两个控制中心建树的一个文件，其中内容包括一方愿意发给另 一方的所有元素的列表，另外还有对数据的描述等。双方允许对方访问的数据对象 列表截然不同。为了方便采用t a s e 2 协议的控制中心在应用中使用双边协议，协 议中的数据对象、设备、程序等数据的名称，在t a s e 2 服务器的物理内存结构中 得到保留。这些物理数据结构的计算机表示就成为双边表。一个控制中心要访远端 控制中心提供的数据，一张双边表示必不可少的。双边协议中定义的每一个数据和 数据集在双边表中都对应一个概念表目，每一个属性都要在当地定义的表中有所体 现。 填写说明： ( 1 )l o c a l n a m e ，r e 加o t e n a m e ，l o c a ld o m a i nn a m e ，r e m o t e d o m a i nn 锄e ， l o c a l a r n 踟e 和r e m o t e a r n 锄e 建议包含双方控制中心名称信息 ( 2 ) t a s e 2b i l a t e r a l t a b l e i d 建议包含双方控制中心名称信息。 示例： 控制中心a 名称：c c n a m e a ( 连接启动方) ； 控制中心b 名称：c c n a m e b 。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 表3 1 双边表示例 配置项目控制中心1 节点1节点2 通信节点i p 地址 通信节点a pt i t l e 通信节点l o c a l a r n a m e c c n a m e a c c n a m e b 一1c c n a m e a c c n a m e b 一2 通信节点r e m o t e a r n a m c c n a m e b c c n a m e a 一1c c n a m e b c c n a m e a 一2 控肯0 中心l o c a l n a m e i c c p c c n a m e a c c n a m e b 控制中心r e m o t e n a m e i c c p c c n a m e b c c n a m e a 控制中心l o c a ld o m a i nn 锄ed 0 姒i n - c c n 删e a _ c c n a m e b 控制中r e m o t ed o m a i nn a m e d o m a i n c c n a m e b c c n a m e a t a s e 2 运行版本号 t