一種適用于隔離開關(guān)振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)約研究

胥保成　吳紹武　王鐵剛

摘要：隨著通信物聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，可編程控制器的應(yīng)用功能得到了不斷增強(qiáng)，對(duì)于不同要求的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境均有較高的針對(duì)性與可靠性。文章通過(guò)解析IEC104規(guī)約結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合通信過(guò)程與數(shù)據(jù)傳輸中的實(shí)際運(yùn)用，根據(jù)規(guī)約軟件設(shè)計(jì)流程圖以及機(jī)器語(yǔ)言對(duì)它的配置方法，對(duì)該規(guī)約展開研究說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：隔離開關(guān)；數(shù)據(jù)傳輸；可靠性；規(guī)約特點(diǎn)；配置方法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM773 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.008

自動(dòng)化的飛速發(fā)展，達(dá)到了節(jié)能高效的目的，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人監(jiān)管控制。在整個(gè)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求中，在遙測(cè)量與開關(guān)量中往往針對(duì)電壓頻率與隔離開關(guān)有特定要求。在對(duì)測(cè)點(diǎn)信息展開收集的同時(shí)，還需要展開分析處理工作。監(jiān)視運(yùn)行、調(diào)度控制、管理操作等都需要數(shù)據(jù)的及時(shí)調(diào)度傳達(dá)，以便更為有效地控制管理。IEC104規(guī)約便具有解決上述問(wèn)題的良好特性，可靠性高，實(shí)時(shí)性較好，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化傳輸、數(shù)據(jù)流量充足的優(yōu)點(diǎn)。

1 IEC104規(guī)約

IEC60870-5-104是該規(guī)約的全稱，主要包含五大板塊，分別是公用事業(yè)特殊制定的傳輸系列規(guī)約、能源管理系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、流量積累分析系統(tǒng)等。通過(guò)引用了ITU-TX.25標(biāo)準(zhǔn)，IEC104規(guī)約將IEC60870-5-101（以下簡(jiǎn)稱IEC101）的應(yīng)用層與TCP/IP提供的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能相結(jié)合，約定沖突檢測(cè)方式和錯(cuò)誤重傳機(jī)制算法，包裝APCI傳輸接口，保證了規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化和通信過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2 IEC104通信規(guī)約

IEC104規(guī)約與IEC101規(guī)約相對(duì)比后，可以發(fā)現(xiàn)這兩者間存在結(jié)構(gòu)差異，在協(xié)議使用層尤為明顯，對(duì)比表格如表1所示。

2.1 TCP連接協(xié)議

在TCP協(xié)議連接中主要使用客戶端與服務(wù)端結(jié)構(gòu)框架，其協(xié)議也是標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議，通過(guò)子集的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，在這個(gè)訪問(wèn)控制站中，中心調(diào)度由客戶端發(fā)起請(qǐng)求，主動(dòng)尋求連接。作為服務(wù)端的控制系統(tǒng)，當(dāng)收到來(lái)自客戶端的命令后，立即做出響應(yīng)，通過(guò)使用平衡通信，一旦開始傳輸連接，客戶端與服務(wù)端均能夠發(fā)送命令消息。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)啟動(dòng)

在數(shù)據(jù)傳輸中，主站與服務(wù)端連接傳輸后，其格式為報(bào)文控制啟動(dòng)、停止、測(cè)試的U格式。客戶端將會(huì)通過(guò)發(fā)送“開始”指令以激活數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)指令被確認(rèn)執(zhí)行后，服務(wù)器端口便開始進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)任務(wù)。

2.3 循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸

“開始”指令通過(guò)服務(wù)器端口激活后，為了使主站與RTU終端實(shí)踐同步，在啟動(dòng)命令后，總召喚命令將由主站發(fā)出，終端最終確認(rèn)總召喚確認(rèn)幀。在發(fā)出全遙信與全遙測(cè)幀，最后發(fā)出總召結(jié)束幀，結(jié)束結(jié)合，在循環(huán)中，通常半小時(shí)校準(zhǔn)一次，總召喚頻率每刻鐘進(jìn)行傳輸。在數(shù)據(jù)輸送的方式中，往往使用平衡模式，一旦超過(guò)死區(qū)值波動(dòng)時(shí)，那么測(cè)試過(guò)程中發(fā)送端與RTU數(shù)據(jù)改變的就傳輸?shù)絽^(qū)域中。同時(shí)如果檢測(cè)到波動(dòng)后，向上傳送，并且通過(guò)客戶端發(fā)送指令，遙控確定，如果通過(guò)指令，完成結(jié)束命令即會(huì)啟動(dòng)。在推送區(qū)域中劃分區(qū)別，如遙測(cè)、遙控、遙信等不同傳輸級(jí)別。

2.4 時(shí)鐘心跳測(cè)試

在實(shí)際連接間，如果傳輸路徑未被占用，時(shí)鐘測(cè)試即會(huì)自動(dòng)發(fā)送，通過(guò)維護(hù)保持終端與發(fā)送主站的實(shí)際傳輸連接。主要是在主站中定時(shí)發(fā)送，心跳時(shí)間的間隔可以通過(guò)設(shè)置完成。

2.5 錯(cuò)誤重傳機(jī)制

在穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的方法中有一個(gè)較為基礎(chǔ)的便是，在保證穩(wěn)定的前提下，當(dāng)自動(dòng)傳輸?shù)腁PDU超過(guò)定額數(shù)值時(shí)，確定指令無(wú)法傳輸，傳輸就會(huì)停止。收到數(shù)值在8個(gè)時(shí)，即可以開始執(zhí)行。結(jié)合傳輸機(jī)制，在制定開始斷開執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值就需要精細(xì)計(jì)數(shù)定義。對(duì)于報(bào)文的客戶端發(fā)送，接收端接收等數(shù)值需要建立制定詳細(xì)的計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于接收到的報(bào)文分析需要準(zhǔn)確迅速，例如可以通過(guò)判斷順序?qū)Ρ龋_認(rèn)正確的傳輸個(gè)數(shù)，保證沒(méi)有中途錯(cuò)誤遺漏丟失。如果發(fā)現(xiàn)序列不符合，出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么就需要截?cái)噫溄?，建立重傳?/p>

3 IEC104規(guī)約的控制域格式

在IEC104規(guī)約中，控制域格式定義了三種：I格式、S格式和U格式。針對(duì)U格式，主要在指令調(diào)控開始、結(jié)束、開展進(jìn)程中運(yùn)用。I格式在傳輸中具有較大優(yōu)勢(shì)，主要涵蓋數(shù)據(jù)傳輸。S格式由于自身并沒(méi)有包含數(shù)據(jù)，因此主要用于確定I數(shù)據(jù)的接收傳輸。

4 IEC104特有規(guī)約機(jī)制

在IEC104規(guī)約中具有特有傳輸通信機(jī)制，為了避免格式報(bào)文的錯(cuò)誤丟失與多次發(fā)送的無(wú)用報(bào)文出現(xiàn)：（1）通過(guò)每次建立連接后，主站客戶端與接收端的報(bào)文順序都全部為0；（2）發(fā)送與接收兩端報(bào)文的序列增減對(duì)應(yīng)變化，俱增俱減；（3）如果該報(bào)文傳輸正確，那么接收端同樣會(huì)回執(zhí)一個(gè)對(duì)應(yīng)的確認(rèn)序列，以完成此次報(bào)文傳輸，同時(shí)要求接下以此序列以回執(zhí)序列為繼續(xù)傳輸報(bào)文序列，如此循環(huán)；（4）在單向傳輸較大數(shù)據(jù)序列時(shí)，需要使用S格式報(bào)文在對(duì)端，通過(guò)發(fā)送確認(rèn)指令，完成單向傳輸任務(wù)。

在出現(xiàn)超時(shí)情況時(shí)，主要有兩大類四種特有設(shè)置。對(duì)于傳輸鏈路已經(jīng)激活的情況，如果超過(guò)特定時(shí)間，不含數(shù)據(jù)報(bào)文將借組S報(bào)文進(jìn)行超時(shí)命令傳輸，并且再次超過(guò)預(yù)定時(shí)間后，重復(fù)發(fā)送試探報(bào)文確認(rèn)，最后到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，執(zhí)行關(guān)閉命令，鏈路斷開，將無(wú)法執(zhí)行傳輸

任務(wù)。

鏈路如果處于未激活狀態(tài)，I格式報(bào)文達(dá)到預(yù)定時(shí)間范圍界定時(shí)，一旦超過(guò)，將開始自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試報(bào)文的發(fā)送，達(dá)到固定時(shí)間后，沒(méi)有序列回應(yīng)，將執(zhí)行關(guān)閉鏈路命令。

5 程序設(shè)置與配置

在通信軟件設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)到基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)編程，如圖1所示是基于IEC104規(guī)約的RTU主線路數(shù)據(jù)流程圖。在電力系統(tǒng)管理中，迅速及時(shí)響應(yīng)往往作為評(píng)判系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，常常使用Linux操作平臺(tái)下的多線程技術(shù)。執(zhí)行數(shù)據(jù)收集、信息處理、特殊規(guī)約、預(yù)警顯示、閾值提醒、多位儲(chǔ)存等，由于是獨(dú)立開展、分別運(yùn)行，相互間不會(huì)造成影響，同時(shí)充分利用CPU，使得運(yùn)算處理得更加迅速，如下為設(shè)計(jì)流程：

在編程設(shè)計(jì)模塊中，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，主程序在設(shè)計(jì)涉及初始化、變量管理、配置導(dǎo)入設(shè)計(jì)等，并且在接收設(shè)計(jì)中，負(fù)責(zé)報(bào)文的儲(chǔ)存分析、鏈路處理、連接、管理測(cè)試等模塊功能。

由于背景平臺(tái)與傳輸?shù)母黝愊拗?，需要在設(shè)置配置形式時(shí)結(jié)合實(shí)際情況靈活處理，標(biāo)記數(shù)據(jù)。XML應(yīng)用簡(jiǎn)單，也是有效的儲(chǔ)存語(yǔ)言，往往在于標(biāo)記定義中有著較為廣泛的運(yùn)用，并且操作友好，可以自定義修改源語(yǔ)言，在內(nèi)容結(jié)構(gòu)、規(guī)范編程等方面具有多種優(yōu)點(diǎn)，平臺(tái)適應(yīng)較廣。

6 結(jié)語(yǔ)

在生活工業(yè)通訊運(yùn)用中，由于數(shù)據(jù)龐大，對(duì)于客戶端發(fā)送與接收?qǐng)?bào)文需要保持準(zhǔn)確，如果理解沒(méi)有一致，將會(huì)鏈接中斷，并無(wú)法再次鏈接。由于自動(dòng)化的發(fā)展迅速，具體標(biāo)準(zhǔn)也更加復(fù)雜，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合IEC104的規(guī)約與編程調(diào)試對(duì)交互技術(shù)進(jìn)行研究，符合發(fā)展要求，經(jīng)濟(jì)高效，可靠迅速，促進(jìn)了電網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行。對(duì)于隔離開關(guān)中振動(dòng)數(shù)據(jù)輸、配網(wǎng)自動(dòng)化與配電網(wǎng)安全運(yùn)行具有積極的意義，促進(jìn)了規(guī)約進(jìn)一步拓展研究。

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作者簡(jiǎn)介：胥保成（1974-），男，江蘇鹽城人，江蘇省電力公司淮安供電公司高級(jí)工程師，研究方向：電力工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）