对通讯规约的讨论

1对通讯规约的讨论目录一、内容提要……………………………………………………3二、IEC-60870-5-104………………………………………………………32.1IEC-60870-5-104规约的介绍………………………………………32.1.1规约结构…………………………………………………………32.1.2规约数据单元帧格式……………………………………………32.1.3特点：防止报文丢失和重复传输………………………………32.2IEC-60870-5-104规约的应用………………………………………42.2.1规约在配电网历史数据传输中的应用…………………………42.2.2规约在FTU中的应用……………………………………………4三、IEC-61850………………………………………………………………43.1IEC-61850的介绍……………………………………………………43.2IEC-61850的特点……………………………………………………53.2.1定义了变电站的信息分层结构…………………………………53.2.2采用了面向对象的数据建模技术………………………………53.2.3数据自描述………………………………………………………63.2.4网络独立性………………………………………………………6四、IEC61970…………………………………………………………………64.1IEC61970规约介绍…………………………………………………64.2IEC61970规约特点…………………………………………………64.3IEC61970的应用……………………………………………………7五、IEC-61968………………………………………………………………75.1IEC-61968规约内容介绍……………………………………………75.1.1接口参考模型(IRM)……………………………………………75.1.2信息交换模型(IEM)……………………………………………85.2IEC-61968标准特点…………………………………………………85.3IEC-61968标准实现…………………………………………………85.3.1事件………………………………………………………………85.3.2适配器……………………………………………………………9六、总结………………………………………………………………………9七、参考文献…………………………………………………………………102一、内容提要规约简单的说就是指在电力系统中,发送信息端与接受信息端对所发送数据的报文格式封装与解封装的一套约定。为了实现规约的标准化,国际电工委员(InternationalElectrotechnicalCommission)制定了一系列的远动规约的基本标准：IEC60870-5系列、IEC61850系列、IEC61970系列和IEC61968系列等。本文主要对这些规约的内容进行一些介绍，并简述一下这些规约的特点及应用。关键词电力系统通讯规约IEC-60870-5-104IEC-61850/61970/61968特点二、IEC60870-5—1042.1IEC-60870-5-104规约的介绍2.1.1规约结构IEC60870-5-104远动规约使用的参考模型源出于开放式系统互联的ISO-OSI参考模型，但它只采用其中的5层，如下图。IEC60870-5-104规约是将IEC60870-5-101与TCP／IP提供的网络传输功能相结合。IEC60870-5-104实际上是处于应用层协议。基于TCP/IP的应用层协议很多，每一种应用层协议都对应着一个网络端口号，根据其在传输层上使用的是TCP协议(传输控制协议)还是UDP协议(用户数据报文协议)，端口号又分为TCP端口和UDP端口，为了保证可靠地传输远动数据，IEC60870-5-104规定传输层使用的是TCP协议，因此其对应的端口号是TCP端口。IEC60870-5-104规定本标准使用的端口号为2404，并且此端口号已经得到互联网地址分配机构IANA(InternetAssignedNumbersAuthority)的确认。32.1.2规约数据单元帧格式104规约中的APDU（应用规约数据单元）由APCI（应用规约控制信息）和ASDU（应用服务数据单元）构成，和IEC60875-5-101的帧结构相比，其中应用服务数据单元是兼容的，不同是IEC60875-5-104使用应用规约控制信息（APCI），而IEC60875-5-101使用链路规约控制信息（LPCI）2.1.3特点：防止报文丢失和重复传输在最底层的计算机通信网络中，所提供的服务是不可靠的分组传送，所以当传送过程中出现错误以及在网络硬件失效或网络负荷太重时，有可能会造成数据包的丢失、延迟、重复和乱序，因此应用层协议必须使用超时和重传机制。为了防止I格式报文在传送过程中丢失或重复传送，IEC60870-5-104的I格式报文的控制域定义了发送序号N(S)和接收序号R(S)，发送方每发送一个I格式报文，其发送序号应加1，接收方每接收到一个与其接收序号相等的I格式报文后，其接收序号也应加1。需要注意的是，每次重新建立TCP连接后，调度主站和子站FTU的接收序号和发送序号都应清零，因此在双方开始数据传送后，接收方若收到个I格式报文，应判断此I格式报文的发送序号是否等于自己的接收序号。若相等则应将自己接收序号加1，若此I格式报文的发送序号大于自己的接收序号，这说明发送方发送的一些报文出现了丢失；若此I格式报文的发送序号小于自己的接收序号，这意味着发送方出现了重复传送。2.2IEC-60870-5-104规约的应用2.2.1规约在配电网历史数据传输中的应用历史数据传输应用：历史数据作为配网终端的一种数据类型，能够反映电网供电及设备相应时刻的运行情况，通过对实时数据统计分析得出的历史数据，可以使管理人员轻松掌握电网的运行情况，更准确的对线路故障类型做出判断及处理，对线路负荷做出预测，更好的实施配网拓扑结构的分析，优化网络，提高供电质量及供电可靠性等。2.2.2规约在FTU中的应用硬件结构系统采用双CPU体系结构，按功能分为2大模块：数字信号处理单元和中央控制单元。软件实现IEC60870-5-104中定义在正常情况下，控制站(即主站)等同于客户端（连接者），被控站（即子站）等同于服务器（监听者）。为实现全双工的平衡传输模式，保证故障信息的主动快速上报，被控站和控制站同时具有服务器和客户端功能。三、IEC-618503.1IEC-61850的介绍IEC61850标准是由国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission)第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。作为基于网络通讯平台的变电站唯一的国际标准，IEC61850标准吸收了IEC60870系列标准和UCA的经验，同时吸收了很多先进的技术，对保护和控制等自动化产品和变电站自动化系统（SAS）的设计产生深刻的影响。它将4不仅应用在变电站内，而且将运用于变电站与调度中心之间以及各级调度中心之间。国内外各大电力公司、研究机构都在积极调整产品研发方向，力图和新的国际标准接轨，以适应未来的发展方向。IEC61850标准的核心：组织结构如下图：3.2IEC-61850的特点3.2.1定义了变电站的信息分层结构变电站通信网络和系统协议IEC61850标准草案提出了变电站内信息分层的概念，将变电站的通信体系分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口。3.2.2采用了面向对象的数据建模技术采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言，IED同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽象通信服务接口（ACSI）和服务器通信可访问数据对象。面向对象技术的对象派生示意如下图：53.2.3数据自描述该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则；采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。3.2.4网络独立性IEC61850标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（ASCI）。在IEC61850-7-2中，建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过ACSI，由专用通信服务映射（SCSM）映射到所采用的具体协议栈，例如制造报文规范（MMS）等。IEC61850标准使用ACSI和SCSM技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动SCSM，而不需要修改ACSI。四、IEC619704.1IEC61970规约介绍IEC61970是国际电工委员会制定的《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》系列国际标准。对应国内的电力行业标准DL890。该系列标准定义了能量管理系统（EMS）的应用程序接口（API），目的在于便于集成来自不同厂家的EMS内部的各种应用，便于将EMS与调度中心内部其它系统互联，以及便于实现不同调度中心EMS之间的模型交换。IEC61970的参考模型为EMS-API,其模型如下图：64.2IEC61970规约特点IEC61970主要由接口参考模型、公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）三部分组成。接口参考模型说明了系统集成的方式，公共信息模型定义了信息交换的语义，组件接口规范明确了信息交换的语法。虽然IEC61970称为“能量管理系统应用程序接口”，但实际上，IEC61970的思路可适用于电力自动化、信息化乃至其他行业的应用系统集成。4.3IEC61970的应用IEC61970支持的应用十分广泛，十分适合于电力信息集成和新信息系统的研发，是电力信息集成新技术体系的核心技术，重要的应用如，警报处理、拓扑分析、发电控制、动态仿真、输电资源管理、设备检修计划等等，为电力工业的发展，更有效率的生产发挥了重要的贡献。是一个很实用的电力通信规约。遵循了IEC61970设计的EMS集成框架和高级应用模块可实现在一个或多个集成平台上控制中心应用软件的灵活组合以最好的满足电公司安全、经济运行的需要，使EMS系统可持续、快速地升级和移植，同时有效保护了先期的投资，避免了由于电力工业迅速发展而不断有新的功能要求而导致在升级时完全替换掉老系统。五、IEC-619685.1IEC-61968规约内容介绍配电管理系统(DMS)由多种用于管理配电网的分布应用组件构成。这些组件的功能包括供电设备监视和控制、系统可靠性管理、电压管理、需求侧管理、停电管理、工作管理、自动绘图和设备管理。IEC61968标准的接口参考模型(1RM)中为这些应用定义了标准接口。IEC61968系列标准推荐使用统一建模语言(UML)定义符合标准的企业应用间软件基础架构的系统接口：采用xML及RDF格式来管理配电管理的系统接口领域；lEC61968也鼓励采用而向服务架构(SOA)和企业服务总线(ESB)。5.1.1接口参考模型(IRM)7IEC61968标准的接口规范的要求包括三部分：组件特定规范、有关配电管理域的特定服务的要求以及有关基于组件的分布计算环境中的通用服务的要求。该标准接口协议集如下图：5.1.2信息交换模型(IEM)信息交换模型(IEM)本身主要来源于公共信息模型(CIM)，CIM在IE