DNP3.0在濟(jì)鋼EMCC系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

田 坤

（濟(jì)鋼集團(tuán)自動(dòng)化信息技術(shù)公司，山東濟(jì)南250101）

自動(dòng)化

DNP3.0在濟(jì)鋼EMCC系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

田 坤

（濟(jì)鋼集團(tuán)自動(dòng)化信息技術(shù)公司，山東濟(jì)南250101）

主要介紹DNP3.0的基本結(jié)構(gòu)和功能，結(jié)合濟(jì)鋼能源管控中心的實(shí)例，給出了DNP協(xié)議在MOX中的具體實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)該協(xié)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“四遙”功能。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果顯示，DNP3.0協(xié)議具有較高的通信效率和通信可靠性。

DNP3.0協(xié)議；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年開(kāi)發(fā)的DNP3.0(DistributedNetworkProto原colVersion3.0)規(guī)約是目前在歐洲及北美比較流行的一種開(kāi)放性結(jié)構(gòu)的規(guī)約，在國(guó)內(nèi)正逐漸成為主流性通信規(guī)約之一。它可用于電力系統(tǒng)中子站系統(tǒng)、RTU、智能電子設(shè)備(IEDs)以及主站系統(tǒng)之間的通信，最重要的是DNP將成為一種公共領(lǐng)域的規(guī)約，可由用戶(hù)和非用戶(hù)以及其他供貨商使用。

2 DNP3.0簡(jiǎn)介

DNP3.0規(guī)約是在國(guó)際電子電工協(xié)會(huì)(IEC)的TC57協(xié)議基礎(chǔ)上制定的通信規(guī)約，它支持ISO的OSI轅EPA模型，這種模型規(guī)定了物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，其結(jié)構(gòu)為增強(qiáng)協(xié)議結(jié)構(gòu)。這種分層結(jié)構(gòu)使得數(shù)據(jù)傳送的可靠性大大提高。然而，為了支持高級(jí)的RTU功能和大于最大幀長(zhǎng)的報(bào)文，DNP3.0的數(shù)據(jù)鏈路采用一個(gè)偽傳輸層去完成最短報(bào)文的組裝與分解，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)它可以將較長(zhǎng)的應(yīng)用層報(bào)文拆分為多個(gè)短幀然后多幀傳送，反之，接收時(shí)將短幀組裝成完整的應(yīng)用層報(bào)文。

DNP3.0規(guī)約的文本共分4部分：數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約，傳輸功能，應(yīng)用層規(guī)約及數(shù)據(jù)對(duì)象庫(kù)。

3 濟(jì)鋼EMCC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 能源中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

濟(jì)鋼能源管控中心（Energy management control center，簡(jiǎn)稱(chēng)EMCC）網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)、能源專(zhuān)網(wǎng)、主干網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等組成，設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)專(zhuān)用的千兆雙路由、工業(yè)級(jí)的冗余環(huán)形能源骨干網(wǎng)為主的能源專(zhuān)網(wǎng)，通過(guò)核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了能源專(zhuān)網(wǎng)與公司主干管理網(wǎng)的高效信息互通，并做到了在中心機(jī)房可以方便地遠(yuǎn)程管理、監(jiān)視和控制能源專(zhuān)網(wǎng)的每個(gè)交換機(jī)，確保了大流量數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了其他信息化系統(tǒng)復(fù)雜的網(wǎng)間信息交互。濟(jì)鋼能源中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 能源數(shù)據(jù)采集

能源數(shù)據(jù)采集是能源監(jiān)控和管理的基礎(chǔ)，是能源管控系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。一般的能源數(shù)據(jù)，如水、煤氣、氣體介質(zhì)(氧氣、氮?dú)狻鍤?、壓縮空氣等的溫度、流量、壓力等監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)入新增遠(yuǎn)程測(cè)控終端的輸入模塊。

圖1 濟(jì)鋼能源中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

電力系統(tǒng)涉及的變電所數(shù)量多、覆蓋面廣，各個(gè)變電所的自動(dòng)化水平參差不齊。為保證將系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換至能源管控中心，對(duì)自動(dòng)化水平較高的變電所通過(guò)設(shè)置通訊管理機(jī)完成對(duì)變電所、廠站保護(hù)測(cè)控一體化微機(jī)綜合保護(hù)單元的數(shù)據(jù)采集及各回路的監(jiān)控。

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)各子站比較分散，I/O數(shù)據(jù)采集量大，我們選用了MOXRTU作為采集單元，它綜合了數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。各子站數(shù)據(jù)可通過(guò)EtherNet與I/O Server連接，將本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞到能源中心，通過(guò)監(jiān)控站實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠數(shù)據(jù)的監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集器編程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集器編程框圖

3.3 集中監(jiān)控和管理

能源管控中心設(shè)有大屏幕和工作站顯示終端，對(duì)能源進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，為了給管控一體化創(chuàng)造必要的執(zhí)行條件，濟(jì)鋼煤氣主管網(wǎng)混合站的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)了集中控制;主要降壓變電所(不含車(chē)間變電所)在遙測(cè)、遙信、遙視的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了遙控和遙調(diào)的五遙控制以及現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)人值守。由于受到條件限制，其他能源介質(zhì)(如水、氧氣、氮?dú)?、氬氣?從實(shí)用性考慮，僅實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)采用Citect的工業(yè)控制軟件Citect SCADA來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控。Citect SCADA是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制平臺(tái)，它具有的網(wǎng)絡(luò)連接能力，可以輕易地組織足夠龐大的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)。

4 DNP3.0在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

4.1 MOXIDE設(shè)置

MOXIDE用來(lái)配置DNP3規(guī)約和配置MOX Unity中的DNP3通訊端口。MOX Unity作為DNP3 Slave設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)，要在MOXIDE中完成如下配置步驟：

(1)關(guān)聯(lián)MOXIDE設(shè)置和MOXGRAF信息(General)

(2)配置MOX Unity通訊端口(Port)

(3)使能DNP3規(guī)約(DNP3)

(4)配置DNP3規(guī)約(DNP3/Slave/Configure)

(5)配置DNP3規(guī)約網(wǎng)絡(luò)通訊路由表(DNP3/ Netword/Configure)

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

關(guān)于DNP3節(jié)點(diǎn)路由表，MOX控制器能夠?qū)NP3規(guī)約報(bào)文按路由在一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的不同的網(wǎng)段間傳送。該功能通過(guò)路由表來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)控制器可以配置使用一個(gè)路由表。DNP3的每個(gè)鏈路層幀報(bào)文都包含一個(gè)DNP3節(jié)點(diǎn)的源地址和目的地址。這種報(bào)文機(jī)制可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，也可以對(duì)鏈路層數(shù)據(jù)幀進(jìn)行路由控制。

4.2 MOXGRAF配置

MOXGRAF用來(lái)配置DNP3規(guī)約的地址結(jié)構(gòu)，也用來(lái)對(duì)MOX Unity進(jìn)行編程配置。配置Mox U原nity的DNP3地址結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行如下操作：

(1)對(duì)DNP3 Index定義MOXGRAF的內(nèi)部變量

(2)定義上述變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型

(3)對(duì)每一個(gè)DNP3地址對(duì)象進(jìn)行配置

(4)生成數(shù)據(jù)庫(kù)并下載到MOX Unity

4.2.1 Index分配

MOX實(shí)現(xiàn)的DNP3支持4種數(shù)據(jù)類(lèi)型。它們分別是：

Binary Input(BI)

Binary Output(BO)

Analog Input(AI)

Analog Output(AO)

上述4種數(shù)據(jù)類(lèi)型中的每一個(gè)類(lèi)型都對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的索引表，索引值是唯一的(圍0-65535)。

4.2.2 數(shù)據(jù)類(lèi)別分配

當(dāng)未進(jìn)行地址映射的變量被映射到DNP3索引的Bool或者模擬量輸入時(shí)，缺省的數(shù)據(jù)類(lèi)為Class 1.如果布爾或者模擬輸出量被分配給Class 1,2,3并且主站改變了任意這些變量的數(shù)值時(shí)，MOX Uni原ty將會(huì)保存這些變量的靜態(tài)對(duì)象到相應(yīng)數(shù)據(jù)類(lèi)的緩沖區(qū)中去，以備以后主動(dòng)上報(bào)使用。

只有變量進(jìn)行了地址映射后，其類(lèi)別分配才能被修改。對(duì)于所有數(shù)據(jù)類(lèi)型，Class0,1,2,3都是可以被分配的。一個(gè)事件對(duì)象可以被分配為Class1,2或者Class3。

4.2.3 事件類(lèi)別分配

如果將一個(gè)索引分配給了Class 0，則該索引的分配給事件對(duì)象的選項(xiàng)將被禁止。Class 0是保留給靜態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)象所用，因此不可用于事件數(shù)據(jù)對(duì)象。

典型的DNP3的事件是與從站的數(shù)據(jù)變化有關(guān)的，例如：數(shù)字量狀態(tài)的改變；模擬量數(shù)值超過(guò)了閾值。

DNP3對(duì)事件對(duì)象報(bào)告提供了帶或者不帶時(shí)標(biāo)的功能，因此主站設(shè)備可以構(gòu)造事件順序表。

4.3 實(shí)現(xiàn)“四遙”功能

濟(jì)鋼EMCC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控“四遙”功能，管理機(jī)（主站）在與RTU（子站）的通訊中采用了服務(wù)器與客戶(hù)機(jī)的模式，每次通訊由主站發(fā)起，子站響應(yīng)主站的各種請(qǐng)求。

(1)遙測(cè)量的獲?。哼b測(cè)量是指電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等測(cè)量值。DNP3.0上電初始化后就不間斷地向子站發(fā)送請(qǐng)求幀。由于RTU采集的模擬量有限，遙測(cè)數(shù)據(jù)可以在一幀報(bào)文中全部上傳，主站在很短的時(shí)間內(nèi)就能對(duì)子站訪(fǎng)問(wèn)一次，使測(cè)量值保持很好的時(shí)效性。

(2)遙信量的采集：DNP3.0隔一段時(shí)間掃描一次接入子站的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，子站在一幀報(bào)文中上傳全部遙信信息。每路遙信占用一個(gè)二進(jìn)制輸入位。遙信信息分為兩類(lèi)，一類(lèi)是外部遙信，用來(lái)描述接入的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和相關(guān)設(shè)備的儲(chǔ)能狀態(tài)；另一類(lèi)稱(chēng)為內(nèi)部遙信，用來(lái)描述線(xiàn)路的故障信息。

(3)遙調(diào)輸出：主站每隔一段時(shí)間發(fā)會(huì)送遙調(diào)命令，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，同時(shí)將遙調(diào)信息發(fā)送給RTU，各主站通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)RTU采集遙測(cè)量來(lái)獲得管理機(jī)發(fā)送的遙調(diào)信息，從而實(shí)現(xiàn)了信息的共享。

(4)遙控輸出：該操作一般采用雙命令。在一些特殊情況下，還可以使用“直接操作”命令，而不必預(yù)先選擇。本系統(tǒng)中采用雙命令進(jìn)行遙控操作，先對(duì)所選遙控對(duì)象進(jìn)行選擇，確認(rèn)狀態(tài)可以遙控之后在進(jìn)行操作，這樣保證了操作的可靠性，同時(shí)還能給操作員留下較大的回轉(zhuǎn)余地。

5 結(jié)束語(yǔ)

自現(xiàn)場(chǎng)投入試運(yùn)行以來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，通訊部分及時(shí)準(zhǔn)確。與其他協(xié)議相比，DNP3.0協(xié)議誤碼率僅為2-14，而其他協(xié)議的誤碼率范圍在2-4耀2-10，同時(shí)DNP協(xié)議有較高的通信效率?？傊?，DNP3.0協(xié)議具有較高的通信效率和通信可靠性，運(yùn)行方式靈活多樣，誤碼率極低，完全能夠滿(mǎn)足濟(jì)鋼EMCC系統(tǒng)實(shí)時(shí)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]趙麗平，李群湛，陳小川.IEC 870-5-103規(guī)約在牽引變電所自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，15（3）：64-67

[4]安艷萍，申群太.DNP3.0在基于RTU的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J]工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，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年畢業(yè)于東北大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè),助理工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化技術(shù)工作。