对通讯规约的讨论.doc

目录一、内容提要.2二、IEC-60870-5-104网络传输规约.3 1.应用层协议IEC-60870-5-104传输规约格式与报文分析.3 1.1控制功能传输格式.3 1.2监视功能传输格式.3 1.3信息传输格式.3 1.3.1总召唤.3 1.3.2遥测突变数据传输格式.4 1.3.3遥信变位信息传输格式.5 1.3.4 SOE事件顺序记录传输格式.5 1.3.5 AGC控制与调节.6 2.规约应用实例.7 2.1软件结构.7 2.2程序主线程设计.7 2.3关键技术和解决方案.8 2.3.1防止报文丢失和重复传输.8 2.3.2搜寻历史数据时与收集实时生产信息的同步问题.8 2.3.3实现对每个厂站端口并行实时访问的问题.8 2.3.4工程实施中遇到的问题.8三、结论.9四、设计感言.9五、参考文献.10一、内容提要 在通信中数据的传送应按约定的格式进行，收发两端事先应对传送速率、同步方式、数据结构等相互约定，共同遵守，这些约定称之为通信规约。IEC-60870-5-104网络传输规约是国际标准规约，主要应用于电力系统变电站计算机监控系统或RTU与主站SCADA系统之间的数据通信。控制站与被控制站之间的网络通信底层采TCP/IP协议，应用层协议采用IEC-60870-5-104传输规约。本文详细阐述了该规约在电网监控培训系统中的设计和应用,介绍了设计中的关键技术和解决方案。最后说明了该规约在电网调度自动化系统中的广泛应用前景。关键词 通信规约 IEC-60870-5-104 SCADA系统 TCP/IP协议二、IEC-60870-5-104网络传输规约1.应用层协议IEC-60870-5-104传输规约格式与报文分析1.1控制功能传输格式控制功能传输帧主要用于测试链路、控制启/停数据传输，如表1所示。报文内容为：表1 控制功能传输格式TCP/IP建立连接后，控制站发送测试TESTFR指令对已建立的连接进行测试，并得到被控制站返回的TESTFR确认；控制站必需发送STARTDT指令来激活该连接中的用户数据传输，被控制站响应这个STARTDT指令。被控制站的待发数据只有在STARTDT被确认后才能发送数据。1.2监视功能传输格式监视功能传输格式如表2所示。监视功能传输帧主要用于数据帧确认，即当主站正确收到1帧或多帧APDU后要进行确认并返回接收帧的序列号。表2 监视功能传输格式1.3 信息传输格式 1.3.1总召唤 总召唤报文格式及内容分析如下： （1）TRAN：680E0000000064010600010000000014，总召唤命令。报文中64H是类别标志表示总召唤命令，14H是品质描述词表示总召唤。 （2）RECV：680E0000020064010700010000000014，确认。 （3）TRAN：680401000200。 报文683502000200中68H是启动字，它定义了数据流中的起点。35H是APDU长度，表示有53个字节。前面的0002H是发送序号，表示第1包数据；后面的0002H是接收序号。报文14881400中的14H是类别标志，表示具有状态变位检测的成组单点信息，88H是可变帧限定词，表示该帧按顺序连续传输8组遥信状态信息。14H是传输原因，表示总召唤。报文FDF2FFFF00为第1组信息，其中F2FDH是16位状态信息，规定0为分，1为合。FFFFH是16位状态变位检测信息，规定0为无状态变化，1为有状态变化。00H是品质描述词，表示当前值有效，未被封锁，未被替换。该帧传输8组遥信共计128个遥信量。 （4）TRAN：680401000400，确认。 报文09961400中09H是类别标志，表示带品质描述的归一化测量值。96H是可变帧限定词，表示该帧按顺序连续传输22个遥测量。报文014000004900512600表示遥测起始地址从4001H点开始按顺序传输22个遥测量数据。 （5）RECV：68140600020005021400010001660003000266000300，主变档位数据。报文050214中05H是类别标志，表示分接头位置信息。02H表示主变档位信息有2个。14是传输原因，表示总召唤。报文0166000300中6601H是1号主变分接头位置地址，03H是档位数据，表示在第3档。报文0266000300表示2号主变分接头位置在第3档。 1.3.2遥测突变数据传输格式遥测突变数据传输格式如表3所示。报文如下：表3遥测突变数据传输格式 （1）TRAN：680401000A00，确认。 （2）RECV：681C0A0002，000903030001，00014000A2DF，000640000A12，00204000A324，00，此帧传送3个遥测量。报文09030300中09H为类别标志，表示带品质描述的归一化测量值。03H是可变帧限定词，表示有3个遥测量。03H是传输原因，表示突发数据(越死区值数据)。报文014000A2DF00表示第4001H(16385)点的测量数据是DFA2H，其最高位为1表示是负数，负数计算用反码减1方法，DFA2取反为205D，减1后是205CH，转换成十进制数是8284。则一次实际测量值P=57.7997MW(该路遥测CT变比为600/5A，PT变比为220kV/.1，整定值228.624MW)。 1.3.3遥信变位信息传输格式 遥信变位信息传输格式如表4所示。报文如下：表4遥信变位信息传输格式 （1）TRAN：680401000C00，确认。 （2）RECV：68120C0002，000102030001，006600000068，000000，此帧传送2个遥信量。报文01020300010066000000中01H是类别标志，表示单点信息。02H表示有2个遥信量。03H是传输原因，表示遥信变位(突变)。01H是ASDU公共地址，默认值取1。66H(即102点遥信)是遥信对象地址。00H是品质描述词，其中SPI位为0表示“分”，SPI为1表示“合”；BL=0表示未被封锁，BL=1表示被封锁；SB=0表示未被替换；NT=0表示当前值，IV=0表示有效。报文68000000表示第68H点遥信对象是“分”状态，它不是人工置数值，而是有效的当前实测值。 1.3.4 SOE事件顺序记录传输格式 SOE事件顺序记录传输格式如表5所示。报文内容如下：表5SOE事件顺序记录传输格式 （1）TRAN：680401000E00，确认。 （2）RECV：68150E0002，001E01030001，00090000003BD72E，09310406。报文1E010300中1EH是类别标志，表示带7字节时标的单点遥信信息。01H表示有1个SOE记录。03表示遥信突变。报文090000003BD72E09310406表示第9点遥信对象发生事故跳闸的时间是06年4月17日(星期一)9点46分55秒99毫秒。时标解读：毫秒D73BH转换成十进制数为55099毫秒，即55秒99毫秒，2EH换成十进制数为46分，09H表示9时，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控制与调节 AGC控制与调节使用遥控、遥调2条命令。遥控命令报文如下： （1）TRAN：680E020016，002D01060001，0003600081，选择命令。报文2D010600010003600081中2DH是类别标志，表示单点遥控命令。036000表示第6003H点遥控对象。81H是品质描述词，其中S/E(select/execute)=1表示选择命令，性质信息位SCS(singlecommandstate)=1表示“合”操作。品质描述词为80H表示选择命令“分”操作。 （2）RECV：680E160004，002D01070001，0003600081，确认。 （3）TRAN：680E040018，002D01060001，0003600001，执行命令。报文03600001中的01H是品质描述词，其中S/E=0表示执行命令。性质信息位SCS=1表示为“合”操作。如品质描述词为00H表示执行“分”操作。 （4）RECV：680E180006，002D01070001，0003600001，确认。 （5）RECV：680E1A0006，002D010A0001，0003600001，遥控操作结束。报文2D010A中0AH为结束符，表示YK操作结束。 遥调命令报文如下： （1）TRAN：6810060026，003101060001，000362008A5D，00，遥调命令。报文3101060001000362008A5D00中的31H是类别标志，表示遥调设定值命令。036200表示第6203H点遥调对象是3号机组。5D8AH是调度负荷指令值(发电期望值)，即292.32MW，00H表示遥调执行。 （2）RECV：6810260008，003101070001，000362008A5D，00，确认。报文3101070001，000362008A5D，00为遥调命令确认，确认并返回调度负荷指令。 （3）RECV：6810280008，0031010A0001，000362008A5D，00，遥调结束。报文31010A中0AH为结束符，表示本次遥调执行结束。2.规约应用实例 随着当今科学日新月异的发展,许多新技术、新成果不断引入到SCADA系统中,这就对电力系统现场专业技术人员提出了很高的技术要求。针对以上情况,研制开发了电网监控培训系统,用于对现场从事远动自动化的技术人员进行培训,以提高其技术水平。培训系统由主站端、厂站端1和厂站端2三部分组成,主、厂站端采用基于以太网的通信方式,采用IEC104远动规约进行通信,系统框图如图1所示。下面对规约的实际应用进行介绍。图1培训系统结构框图2.1软件结构 由于IEC60870252104是一种基于以太网TCP/IP协议的远动规约,因此通信双方(调度系统、厂站端RTU)都必须支持以太网通信。因此软件设计涉及到基于TCP/IP的网络编程。IEC60870252104规定控制站(即调度系统)作为客户机,而被控站(即厂站端RTU)作为服务器。这里采用MicrosoftVisu2alC+6.0中MFC(MicrosoftFoundClass)实现TCP/IP网络编程。MFC提供了CAsync2Socket类以及由此派生出的CSocket类。其中,基本类CAsyncSocket提供了全面的由事件驱动的Socket通信能力,支持创建Socket对象、监听端口、连接、发送和接受数据以及断开连接等,程序员可以创建自己派生的Socket类来捕获和响应每个时间。CSocket作为CAsyncSock2et的派生类,在一定程度上封装了基本类的功能。只需重载该类的OnReceive函数,就可以控制接受通信链路上的应用规约数据单元APDU。2.2程序主线程设计 整个调度自动化软件由两大部分构成:调度端SCADA软件和数采服务器软件。SCADA系统软件运行于调度主站端;数采服务器是连接现场设备和SCADA系统的通信枢纽。 图2是基于IEC60870252104规约的RTU通信软件主线程数据流程图。应用IEC60870252104规约,主站与RTU之间的通信是一种典型的C/S模式,其中被控站(即厂站端RTU)是服务器端,控制站(即调度系统主站)是客户机端。IEC60870252104规约规定传输层使用的是TCP协议,并且规定了TCP端口为2404。 RTU一直处于侦听状态,等待连接请求。由主站端发出连接请求后建立TCP连接。当RTU收到U格式的报文STARTDT后,RTU回应该命令报文,然后开始传输数据,此时上送变位信息和自发上送周期性扫描数据。图2 RTU通信软件主线程数据流程图2.3关键技术和解决方案 2.3.1防止报文丢失和重复传输 在最底层的计算机通信网络中,所提供的服务是不可靠的分组传送,所以当传送过程中出现错误以及在网络硬件失效或网络负荷太重时,有可能会造成数据包的丢失、延迟、重复和乱序,因此应用层协议必须使用超时和重传机构。 2.3.2搜寻历史数据时与收集实时生产信息的同步问题解决方案就是利用FTP协议,实现断点续传的功能,双方重新建立一条链路,这条链路占用的是FTP端口,他们之间实现文件传输,调度方通过发送断路时间标志给RTU,厂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。 2.3.3实现对每个厂站端口并行实时访问的问题解决方案就是采用多线程的技术,建立多个端口线程。同时与各个厂站建立链接,并发接受数据。 2.3.4 工程实施中遇到的问题 （1）应用环境方面 必须是网络环境，不能用于串口通信。 通信双方必须分配确定的IP地址。 通信双方设置合理的路由。 通信双方采用TCP/IP传输方式，必须有固定的角色。 通信双方的IP地址必须进行注册，特别是服务端，不能谁申请链接都同意并提供数据。 双机切换时通信异常，不能忽视备机的IP地址注册。 双网切换时通信异常，不能忽视另一网段地址注册。 （2）应用范围方面 只能传送基本的远动信息。 能够传送控制命令。 不能扩充传送传统的微机保护报文。 对时精度不高。 可以双向传送信息。三、结论 本文可帮助用户理解IEC-60870-5-104网络传输规约的传输帧格式及报文应用，使用户能看懂和分析报文。对传输规约的推广应用、网络通信规约调试、信息数据维护等具有实用价值和指导意义。在目前电力自动化技术、计算机网络技术及光纤通信技术发展的基础上,实现了电力调度中心与变电站以网络方式进行数据通信。为适应新的技术的发展,电网监控培训系统主、厂端采用了基于IEC104规约的计算机网络通信方式。该方式改变了电网调度系统中传统的利用串口通讯机制进行实时数据传输,取而代之的是利用计算机网络技术进行调度。相比于以前的远动技术,更加可靠,简单,经济。因此采用IEC104规约符合电力技术的发展要求,对促进电网自动化、保证电网安全运行具有积极的意义。四、设计感言五天的设计结束了，在这次的设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了查找资料、总结归纳的