104规约通信在远动系统的应用

随着电力系统的迅速发展, 传输数据量日益增大, 催生了IEC60870—5—104规约的诞生, IEC104的诞生为远动通信提供了一个非常强有力的工具, 它具有可靠性高、实时性好、数据流量充足、支持网络传输等优点, 在信息量不断增加、自动化数据采集及通信模式方面问题越来越明显的情况下提供了解决方法, 鉴于此, 广东枫树坝水电厂监控系统尝试在远动通信机和中调主站系统之间, 采用基本远动任务配套标准IEC60870—5—104规约, 并成功运行。

1 IEC60870—5—104规约

为了满足现在运动通信的发展, 国际电工委员会制订了以IEC60870—5—101远动通信规约为基础能利用以太网传输的IEC60870—5—104规约。它的网络层采用TCP/IP协议, 应用层采用IEC60870—5—101规约的A S D U。

1.1 IEC104规约体系结构

IEC60870-5-104规约定义了TCP/IP网络接口的使用, 网络类型包括可以传输IEC60870-5-101规约应用服务数据单元的远动设备局域网以及广域网类型。例如X.25、帧中继、综合业务数据网络。一个冗余及一个非冗余站点配置的系统结构, 如图1所示。

1.2 104规约的参考模型结构

IEC60870-5-104远动规约使用的参考模型来源于开放式系统互联的ISO-OSI参考模型, 所不同的是它只采用其中的5层, 其结构[1]如图2所示。

在图2的参考模型中, IEC60870-5-104协议处在应用层协议的位置。基于TCP/IP的应用层协议有很多, 其中每一种应用层协议都有一个网络端口号对应。在IEC60870-5-104规约中规定在传输层采用TCP协议, 对应的网络端口号为2404, 这种规定已得到互联网数字分配机构的认可。

1.3 帧格式结构

4IEC60870-5-104规约中一个标准的数据帧被称为应用规约数据单元APDU, 由应用规约控制信息APCI和应用服务数据单元ASDU两部分组成。其结构如图3所示[2]。

APCI结构中, 启动字符固定为68H, 表示一个数据帧的开始;控制域开始到本帧结束包括的总字节数为APDU长度;上图中所示的4个8位控制域分别表示发送序列号和接收序列号, 用以实现报文丢失检测和报文重传。规约帧 (APDU) 有3种格式:I格式、S格式和U格式。I格式是用于编号的信息传输, 其结构是一个完整的APDU, 即包含APCI和ASDU两个部分;而S格式帧和U格式帧都是只包含一个APCI, 其中S格式帧为收端发给发端的确认帧, 而U格式帧用于传输过程的控制, 如启动传输、停止传输、测试帧等。

1.4 IEC60870—5—104通信过程

在IEC60870—5—104规约中应用服务数据单元非常丰富, 它不但采用了IEC60870—5—101规约中绝大部分的应用服务数据单元, 而且还将类型标识从58扩展64, 并且定义了类型标识为107的新的ASDU[3]。但是在实际应用中只能利用其中的一部分, 所以该规约还有进一步挖掘的发展潜力。下面详细介绍IEC60870—5—104规约的通信过程, 该通信过程主要包括以下八个步骤。

(1) TCP连接的建立:在建立TCP连接前, 站端一直处于侦听状态等待调度端的连接请求;当TCP连接建立以后, 仍持续地监测TCP连接状态;调度端在建立TCP连接前, 不断地向站端发出连接请求, 在站端接收了连接请求后, 就会监测TCP连接的状态, 以便TCP连接被关闭后重新发出连接请求[4]。

(2) 启动数据传输:由于建立连接时STOPDT处于缺省状态, 连接上的用户数据传输不会从被控站自动激活, 因此在建立连接后, 除了那些未编号的控制功能和对这些功能的确认之外, 被控站端不会通过这个连接发送任何数据, 直到控制站端通过这个连接发送一个STARTDT的激活指令, 并且得到被控站用STARTDT命令的响应后, 数据传输才会启用。

(3) 启动总召唤:总召唤命令由控制主站启动发送。控制站向被控子站发送总召唤命令帧, 然后子站向主站发送命令确认帧, 并发送单点遥信帧和双点遥信帧, 最后发送总召唤命令结束帧, 来完成激活过程。

(4) 循环数据传输:在这个过程中, 子站主动将遥测量向调度主站循环发送。

(5) 时间同步:调度主站向子站发送时间同步帧, 子站在收到后立即更新系统时钟, 并向主站发送时间同步确认帧。

(6) 子站事件主动上传:当子站发生突发事件后, 子站会根据具体情况向主站主动发送突发信息的相关信息。

(7) 命令传输过程:主站发送遥控/遥调选择命令, 子站回应遥控/遥调命令;主站下发遥控/遥调执行命令, 子站确认遥控/遥调执行命令;遥控/遥调操作执行完毕后, 子站返回遥控/遥调操作结束命令。

(8) 累计量的传输:在这个过程中, 主站会向子站发送电度量冻结命令, 子站确认该命令, 然后发送电度量数据到主站, 最后发送电度量召唤结束命令。

2 IEC104规约的应用

IEC104规约已经在我国部分地区得到应用, 其中优势是明显的, 但是使用过程中有些要求和问题需要我们注意。

2.1 规约对主站和分站的要求

广东茂名地区在使用过程中发现, 为了使IEC104协议在电力系统稳定、可靠的运行应遵循和注意以下几点[5]。

(1) IEC104协议在应用过程中应以厂站为服务端, 主站为客户端。

(2) 要求主站端能自动判断、切换、处理来自网络和常规方式的数据信息, 确保数据的惟一性。

(3) 在多客户访问的情况下, 通过MAC地址和IP地址划分控制安全级别, 以确保系统的安全。

2.2 常见的问题

现将在使用的过程中会出现的问题[5]列出, 希望对IEC104的应用推广有积极的作用。

2.2.1 中断问题

使用过程中如经常出现中断现象, 中断时ping不通子站的IP地址, 在通信设备正常的情况下, 查看系统中是否使用路由器如果是, 换成交换机。

2.2.2 遥测问题

该问题存在两种情况:一种是遥测不准, 原因可能: (1) 起始地址不对; (2) 变化遥测类型码不对。二种是遥测数据不能上送, 原因可能是问答过程出现死循环。

2.2.3 全数据上送慢

当通信链路较好时, 如果发送总召周期太短, 可能会导致全数据上送慢。

3 结语

目前, 在我国经济发展迅速的情况下, 为保证电力系统的正常运行, 进一步实施IEC60870—5—104协议标准, 使其广泛应用在电力系统远动网络化领域尤为重要。基于IEC104协议实现网络通信的电力调度与远动自动化, 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。

摘要：文章阐述了用于变电站自动化系统的国际标准IEC60870—5—104规约, 并详细介绍了IEC60870—5—104规约的网络参考模型、帧格式结构和通信过程。结合广东枫树坝发电公司的应用实践, 介绍了IEC60870—5—104在目前电网调度中的应用状况。

关键词：IEC60870—5—104,远动系统,TCP/IP协议

参考文献

[1] 李强, 朱永利.IEC60870-5-104在变电站自动化系统中的应用[J].电力系统通信, 2007, 28 (182) :21～25.

[2] 杨耿杰, 丁国兴, 等.基于IEC60870-5-104规约的水电厂通信管理机设计[J].电力自动化设备, 2008, 28 (8) :85～89.

[3] 唐岳, 廖力清, 等.IEC60870—5—104远动规约在电网调度中的应用[J].电力系统通信, 2005, 26 (150) :50～53.

[4] IEC60870—5—104远动设备及系统 (5—104部分:传输规约, 采用标准传输文件集的IEC0870—5—101的网络访问) [S].2000.

[5] 朱子坤.IEC104规约在茂名电网的应用实践[J].技术与管理:30～32.