DNP 3.0規(guī)約在廣州地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用

摘　要　DNP 3.0規(guī)約使SCADA行業(yè)有了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的適用面廣，但理解、使用及實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的難度有所增大。DNP 3.0規(guī)約包括數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約，傳輸功能，應(yīng)用層規(guī)約和數(shù)據(jù)對(duì)象庫(kù)。1997年廣州地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與D20 RTU的 DNP 3.0規(guī)約接口的開發(fā)和調(diào)試獲得成功，通信質(zhì)量令人滿意。由于DNP 3.0的功能強(qiáng)大，在現(xiàn)有設(shè)備上尚不能實(shí)現(xiàn)全部功能。

　　由GE-HARRIS 公司加拿大Calgary控制分部在1993年開發(fā)的DNP 3.0(Distributed Network Protocol Version 3.0)規(guī)約是目前在歐洲及北美比較流行的一種開放性結(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，可由用戶和非用戶以及其他供貨商使用。

1　DNP 3.0 規(guī)約介紹

　　DNP 3.0 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／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。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，DNP 3.0 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。

　　DNP 3.0 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)。

1.1　數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約

　　數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約文件規(guī)定了DNP 3.0 版的數(shù)據(jù)鏈路層，鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元(LPDU)以及數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)和傳輸規(guī)程。

　　數(shù)據(jù)鏈路層采用一種可變幀長(zhǎng)格式：FT3。

　　一個(gè)FT3的幀被定義為一個(gè)固定長(zhǎng)度的報(bào)頭，隨之以可選用的數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)塊附有一個(gè)16位的CRC 校驗(yàn)碼。固定的報(bào)頭含有2個(gè)字節(jié)的起始字，1個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度，1個(gè)字節(jié)的控制字，1個(gè)16位的目的址，1個(gè)16位的源地址和1個(gè)16位的CRC校驗(yàn)碼。

1.2　傳輸功能
　　這部分定義對(duì)于DNP 數(shù)據(jù)鏈路層充當(dāng)偽傳輸層的傳輸層功能。偽傳輸層功能專門設(shè)計(jì)用于在原方站和副方站之間傳送超出鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元(LPDU)定義長(zhǎng)度的信息。

傳輸層報(bào)頭 數(shù)據(jù)塊

其中：傳輸層報(bào)頭——傳輸控制字，1個(gè)字節(jié)；
　　　　　數(shù)據(jù)塊——用戶數(shù)據(jù)，1～249個(gè)字節(jié)。
1.3　應(yīng)用規(guī)約

　　這部分定義了應(yīng)用層報(bào)文(APDU)的格式。這里，主站被定義為發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文的站，而外站則為從屬設(shè)備。被請(qǐng)求回送報(bào)文的RTU 或智能終端(IEDs)是事先規(guī)定了的。在DNP 內(nèi)，只有被指定的主站能夠發(fā)送應(yīng)用層的請(qǐng)求報(bào)文，而外站則只能發(fā)送應(yīng)用層的響應(yīng)報(bào)文。

1.3.1　應(yīng)用報(bào)文格式

其中：請(qǐng)求(響應(yīng))報(bào)頭——標(biāo)識(shí)報(bào)文的目的，包含應(yīng)用規(guī)約控制信息(APCI)；
　　　　　　　對(duì)象標(biāo)題——標(biāo)識(shí)后隨的數(shù)據(jù)對(duì)象；
　　　　　　　　　數(shù)據(jù)——在對(duì)象標(biāo)題內(nèi)的指定類型的數(shù)據(jù)對(duì)象。

1.3.2　應(yīng)用報(bào)文報(bào)頭字段的定義

　　請(qǐng)求報(bào)頭分應(yīng)用控制、功能碼兩個(gè)字段。每個(gè)字段為8位的字節(jié)；響應(yīng)報(bào)頭分應(yīng)用控制、功能碼、內(nèi)部信號(hào)字3個(gè)字段。每個(gè)字段也為8位的字節(jié)。

1.3.3　對(duì)象標(biāo)題

　　報(bào)文的對(duì)象標(biāo)題制定包含在報(bào)文中的數(shù)據(jù)對(duì)象或是被用來響應(yīng)此報(bào)文的數(shù)據(jù)對(duì)象。

　　應(yīng)用報(bào)文中，對(duì)象、限定詞、變程的靈活使用，可以表示多種數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)表示格式，滿足用戶的不同需要。這也是DNP 3.0規(guī)約的一大優(yōu)點(diǎn)。

2　在廣州地區(qū)調(diào)度SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用

　　1995年，廣州電力工業(yè)局從美國(guó)VALMET 公司引進(jìn)OASYS 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，并與美國(guó)技術(shù)人員聯(lián)合開發(fā)系統(tǒng)通信接口對(duì)DNP 3.0 規(guī)約的支持模塊。1997年開始，廣州電力工業(yè)局與廣東省電力試驗(yàn)研究所合作，逐步在220 kV變電站中應(yīng)用GE-HARRIS公司生產(chǎn)的D20型RTU，并選擇DNP 3.0 規(guī)約作為D20與廣州地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的通信規(guī)約。通過雙方技術(shù)人員的共同努力，廣州地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與D20 RTU 的DNP 3.0 規(guī)約接口的開發(fā)和調(diào)試工作獲得成功。1997年10月，第一臺(tái)D20 RTU 在廣州電力工業(yè)局屬下的220 kV碧山變電站投入正式運(yùn)行。

2.1　主站

　　地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的DNP 3.0 規(guī)約通信接口是掛在地區(qū)調(diào)度OASYS 系統(tǒng)平臺(tái)上的一個(gè)應(yīng)用軟件，硬件環(huán)境為DEC 工作站， 軟件環(huán)境為UNIX 操作系統(tǒng)，采用C語(yǔ)言編程。它以DNP 3.0 規(guī)約庫(kù)的方式掛在POLL 規(guī)約應(yīng)用層下面運(yùn)行。在通信方式上，地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)側(cè)作為主站，D20 RTU 作為從站；主站采用POLLING 的問答方式，不接收從站(D20)自動(dòng)上送信息，采用循環(huán)方式進(jìn)行信息交互。

2.2　從站

　　D20 RTU 是GE-HARRIS公司新一代RTU 產(chǎn)品(GE-HARRIS D20)，該產(chǎn)品采用新的分布式的處理概念，基于MC68020 32 位微處理器為核心，各I／O模塊都自帶功能強(qiáng)大的8位微處理器和RTU 主體可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。D20 RTU 使其本身可構(gòu)成獨(dú)立的分散式SCADA 系統(tǒng)或分站控制器。支持多主站和RTU 之間的信息交換和多主站通信的多數(shù)據(jù)庫(kù)管理特性使得D20 RTU 成為現(xiàn)有RTU 理想的升級(jí)換代產(chǎn)品，一臺(tái)D20 RTU 可配置7個(gè)通信口和不同的通信規(guī)約，所有的通信規(guī)約的開發(fā)和重寫均使用C 語(yǔ)言編程，并存入D20M的基本固件。廣州電力工業(yè)局屬下220 kV碧山變電站D20 RTU 的通信固件包含用戶化 DNP 3.0(主通信)、部頒CDT (備用通信)及廣東CDT (省調(diào)通信)三種通信規(guī)約的集成。

2.3　調(diào)試中遇到的問題

　　地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)端的DNP 3.0 接口軟件是在美國(guó)VALMET 公司的MB88RTU 接口軟件的基礎(chǔ)上修改的，在與D20 RTU 接口調(diào)試過程中，根據(jù)D20 RTU 從站軟件的特點(diǎn)，主要做出以下一些修改。

　　a)由于DNP 3.0 應(yīng)用對(duì)象庫(kù)非常龐大，無論是主站側(cè)還是從站側(cè)，都不可能把所有的對(duì)象功能都用上，而只能根據(jù)自己的需要選擇一部分功能。此外，主站和從站互相調(diào)試時(shí)，需要根據(jù)對(duì)方的需要，修改或增加一部分功能。根據(jù)D20 RTU 回答的報(bào)文格式，地區(qū)調(diào)度側(cè)軟件在dnp3analog(),dnp3status(),dnp3soedump()模塊中分別增加了回答報(bào)文QC=0x17和QC=0x28的處理功能；另外，在遙信SOE 處理中，若同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)SOE 點(diǎn)，D20 RTU 則不用通常的方式(GRP=2，VAR=2)回答，而是用GRP=51，VAR=1的方式送多個(gè)SOE 點(diǎn)上來。因此，在主站側(cè)響應(yīng)增加了對(duì)于對(duì)象GRP=51，VAR=1的處理功能。

　　

b)D20 RTU 對(duì)遙測(cè)點(diǎn)的處理 ，其取值范圍是 -32 768～＋32 768 ， 而不是一般的 -2 048～
＋2 048。鑒此，在主站的dnp3analog.c遙測(cè)功能模塊中，對(duì)遙測(cè)量的處理作出響應(yīng)的修改。

2.4　運(yùn)行情況

　　D20 RTU 在廣州局的碧山站投運(yùn)后，由于載波通道干擾較大，地區(qū)調(diào)度側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)誤碼報(bào)警，后來把通信波特率從600 b／s改用300 b／s后，通信質(zhì)量大大好轉(zhuǎn)，在運(yùn)行的一年多來，遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)的可靠性一直較高，事件記錄準(zhǔn)確完整，情況令人滿意。

3　結(jié)束語(yǔ)

　　鑒于DNP 3.0的功能強(qiáng)大，在現(xiàn)有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)全部DNP 3.0的功能是不現(xiàn)實(shí)的，也無此必要，開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況保證主、從站之間的相互可操作性，達(dá)到最理想的使用效果。

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