劉彤，羅毅
(華中科技大學 電力工程系湖北 武漢430074)
摘 要：探討了通過規約轉換單元在饋線遠動終端中實現支持多種通信規約，并以IEC608705101和DNP3.0兩種在配網自動化系統中較為普遍采用的通信規約為例說明了實現方法。
關鍵詞：規約轉換；饋線遠動終端；通信規約；IEC60870-5-101；DNP3.0
近年來，饋線遠動終端（FTU）在我國配網自動化系統中正在得到廣泛應用，對提高電能質量和供電可靠性起到了重要作用。由于饋線遠動終端不僅用來實時監測配電線開關的狀態和饋線電流、電壓還要實現故障判別和隔離。而通信是否暢通決定了這些功能的實現，這就對通信規約提出了很高的要求，如數據量大，實時性，可靠傳輸，支持多種通信方式等。目前應用于配網自動化系統中比較完善的通信規約主要有IEC60870-5-101，DNP3.0，CDT，Polling等。
1 通信規約的應用現狀
從用戶的角度來看，在我國配電自動化系統中經常采用多個廠家的終端設備，其中既有國內產品，也有國外產品。而國外產品多采用國際標準規約，而國內產品有采用電力行業標準的，也有采用國際標準規約的。這樣一來，規約的多樣性導致這些設備所采用的通信規約不盡相同，這個通信規約不統一的問題，給設備選型、系統集成、運行維護等帶來諸多不便。也為實現配電自動化的諸多功能增加了難度。另一方面，作為生產饋線遠動終端的廠家來說，也存在著和采用不同規約的主站系統統一通信規約的情況。因此，如何使饋線遠動終端靈活地支持多種通信規約就成為一個亟待解決的問題。下面將以實現兩種主要的通信規約IEC60870-5-101和DNP3.0的轉換為例來討論規約轉換單元的實現方法。
2 兩種主要的通信規約
IEC60870-5-101規約是國際電工委員會（IEC）技術委員會TC-57在IEC60870-5系列標準的基礎上制定的一個配套標準， 他針對IEC60870-5基本標準中的FT1.2異步式字節傳輸幀格式，對物理層、鏈路層、應用層、用戶進程作了大量具體的規定和定義。他是應用于電網調度自動化和配電網自動化系統的傳輸規約基本遠動任務配套標準。
而DL/T634-1997規約則是我國制定的電力行業標準，他是非等效采用的IEC60870-5-101基本遠動任務配套標準，并根據我國的實際情況作了部分選擇和補充。
(1) 全部采用IEC60870-5-101中對物理層、鏈路層、非平衡傳輸規則、基本應用功能所作的定義和規定，并對多點共線方式在功能方面，根據IEC608705-5的要求做了具體規定。在傳輸規則中對超時時間選取了IEC608705-2中的匹配超時時間。
(2) 對IEC60870-5-101中有關應用數據結構、應用信息元素定義和編碼、應用服務數據單元的定義和表示的規定，僅從其中選取了一個子集。
(3) 根據IEC608705-2鏈路傳輸規則中的平衡式鏈路傳輸規則，對子站的事件啟動觸發傳輸作了具體化的工作。
分布式網絡規約(DNP3.0)是GE Harris公司在國際電工委員會（IEC）技術委員會TC57制定的早期規約基礎上發展起來的，并逐漸完善而成為主流通信規約之一。目前由DNP UsersGroup技術委員會負責該規約的修訂和推廣。
在設計規約轉換單元的時候，必須充分考慮到規約之間的區別。如DNP3.0和IEC60870-5-101規約，兩者之間在很多方面都存在差異。盡管他們都使用了根據OSI參考模型簡化了的三層增強性能結構（EPA），如圖1所示，但是各層的具體規定有較大差異。
下面是兩者在數據鏈路層和應用層上的一些區別。
在數據鏈路層上 IEC60870-5-101僅僅傳送一個地址，即終端地址，而DNP3.0則在一幀中傳送主站和終端地址；在幀格式上，IEC60870-5-101采用的是FT1.2，可變幀長幀格式和固定幀長幀格式，而DNP3.0采用的是FT3，可變幀長幀格式；IEC60870-5-101可以有平衡方式和不平衡方式，而DNP3.0只有平衡方式。此外，DNP3.0專門定義了一個偽傳輸層來傳輸超出一個鏈路規約數據單元（LPDU）長度的報文，而在DL/T 634-1997中，由于沒有采用IEC60870-5-101的應用規約控制信息(APCI)，所以在應用層中的應用規約數據單元就是應用服務數據單元，也和鏈路層中的鏈路服務數據單元是一致。
在應用層上 在一個報文中，IEC60870-5-101只有單一的數據類型，而DNP3.0允許有多個；IEC60870-5-101提出了一個傳送原因的概念，這在DNP3.0中沒有，他表示的是周期傳送、突發傳送、總詢問，還是分組詢問、請求數據、重新啟動、站啟動、測試、確認、否定確認，其功能是當接收時將應用服務數據單元傳送給特定的應用任務(程序)時便于處理；IEC60870-5-101在應用層上規定了應用服務數據單元（ASDU）的公共地址，而DNP3.0在應用層上不包含地址。
事實上，無論是IEC60870-5-101還是DNP3.0，其內容都十分豐富，任何一個終端產品所實現的功能都不可能完全一樣，為了使采用同一通信規約的饋線遠動終端能夠達到互換的要求，DL/T 634-1997（IEC60870-5-101）既規定了廠家必須要遵循的定義如類型標識和傳送原因等，還指出如何標明廠家和用戶自行決定的定義如數據類型和網絡配置等。這些自行定義內容可以通過規約轉換單元來靈活配置。DNP3.0按復雜程度把其包含的功能規定了3層子集。第1層規定了必須要實現的最基本的功能，其他都作為可選功能。第2層規定了更多的必須要實現的功能。第3層規定的功能則比第2層更多，但是并沒有把DNP3.0的全部功能都包含進來。在實際應用中，應該根據具體情況就所支持的對象，報文類型和實現的功能來決定采用哪一層子集。
3 規約轉換的實現方法
目前采用較多的方法，是根據所在的主站系統采用的通信規約而直接在終端產品的主程序中嵌入對不同規約的支持模塊。另一種方法是開發支持不同規約的通信模塊，在不同的主站系統中靈活選用。這些方法存在如下問題：
①由于規約的多樣性和復雜性，再加上各個廠家對規約的理解也有細微的差別，在規約支持軟件的開發上會造成大量的重復代碼，并且不容易維護。
②在終端和主站系統的聯調中，為了適應規約的要求，對程序進行修改后再運行的過程較為繁瑣。最后，這些方法很難適應多主站的情況。為此采用規約轉換單元可以很好地解決上述問題。
在硬件結構上，規約轉換單元采用具有獨立CPU的模塊實現，同時，規約轉換單元和饋線遠動終端的中央處理模塊直接連接。配置多個通信口和主站通信，各個通信口采用RS232或RS485，可以支持光纖、無線、載波、電纜等多種信道。分別通過設置端口來配置以適應不同規約。規約轉換單元的功能層次圖如圖2所示。其工作過程是這樣的：當主站向終端發出命令如遙測、遙信數據或控制負荷開關動作時，規約轉換單元按照不同的規約在規約進程中對鏈路幀格式、應用協議數據單元格式進行識別和校驗，把有效數據提取出來，然后把該命令以自己定義的格式發送到中央處理模塊。中央處理模塊根據命令內容準備包含有電量采集或事件記錄的數據并發送到規約轉換單元，如果是控制命令,中央處理模塊還要執行相應的動作。規約轉換單元對該數據再按照不同規約的鏈路幀格式、應用協議數據單元格式處理后從各自的通信口發送回主站。
在數據、事件和命令處理部分，IEC60870-5-101和DNP3.0的處理方式不同，IEC60870-5-101把數據分為2類，一類是循環數據，另一類是所有其他的數據。而DNP3.0則把數據分為4類，一類是靜態數據，如當前模擬量或開關量，另三類都作為事件數據，如狀態變位等，并且在這三類數據中還分3個優先級。
值得注意的是在通道為半雙工通道，網絡配置為多點共線的時候，在同一時刻主站只能和一個終端進行通信。此時如何做到異常事件主動上報，不同的規約有不同處理方法。在DL/T 634-1997中采用的是快速—校驗—過程規定［1，2］。 而DNP3.0則采用一種防沖突機制來解決這一問題，也就是采用載波檢測的方法［3］。通過設置端口，可以對規約參數和通信口參數進行設定。對IEC60870-5-101規約來說，應該包括鏈路層和應用層參數配置。
在鏈路層參數設置中，有以下幾項：
① 波特率設定；
②幀格式設定；
③鏈路傳輸模式設定：平衡傳輸或不平衡傳輸；
④鏈路地址字節長度設定；
⑤鏈路地址設定。
在應用層參數設置中，有以下幾項：
①應用服務數據單元（ASDU）公共地址字節長度設定；
② 應用服務數據單元公共地址設定；
③ 信息體地址字節長度設定；
④ 傳送原因長度設定；
⑤ 用戶自定義內容（類型標識等）。
其中，如果按照DL/T 634-1997規約配置的話，應用服務數據單元公共地址選擇1個字節長度；而信息體地址則選擇2個字節長度。此外，DL/T 634-1997規約沒有采用應用服務數據單元長度、信息體類型和公共時標。
而DNP3.0則需要有如下設置項：
①波特率設定；
②終端地址設定；
③分段長度設定；
④按所選擇的子集決定的自定義內容。
其中，在應用層上報文的分段長度是根據終端所開辟的緩沖區大小決定的，一般在2048～4096 b之間。一個報文可以被分成多個分段。在偽傳輸層上，由于數據鏈路層的每幀的最大長度為255 b，除去鏈路層控制字（1 b），源地址（2 b）和目的地址（2 b）以及傳輸層報頭（1 b），那么有效的用戶數據的最大長度為249 b。以2048 b的分段來說，該分段被分成9幀（8×249＋56）傳送，并且每幀前加上傳輸層報頭。
4 結語
通過在饋線遠動終端中采用規約轉換單元的方法，針對各種通信規約對數據和事件的不同處理方式，采用獨立的規約進程和通信口。這樣，用戶只需要通過簡單的設置就可以使終端靈活地應用在采用不同通信規約的主站系統中，并且還可以支持多主站系統。此外，還可以大大減輕在系統維護上的工作量。總之，在設計饋線遠動終端的時候，不僅要考慮具備較強的數據采集、分析和控制功能，還要使之具有靈活的通信能力，即能夠支持多種規約，才能滿足配網自動化系統的要求。
參考文獻
［1］DL/T 634－1997.遠動設備及系統.第5部分：傳輸規約第101篇.基本遠動任務配套標準［S］
［2］DL/T 721－2000.配電網自動化系統遠方終端［S］
