刘彤，罗毅
(华中科技大学 电力工程系湖北 武汉430074)
摘 要：探讨了通过规约转换单元在馈线远动终端中实现支持多种通信规约，并以IEC608705101和DNP3.0两种在配网自动化系统中较为普遍采用的通信规约为例说明了实现方法。
关键词：规约转换；馈线远动终端；通信规约；IEC60870-5-101；DNP3.0
近年来，馈线远动终端（FTU）在我国配网自动化系统中正在得到广泛应用，对提高电能质量和供电可靠性起到了重要作用。由于馈线远动终端不仅用来实时监测配电线开关的状态和馈线电流、电压还要实现故障判别和隔离。而通信是否畅通决定了这些功能的实现，这就对通信规约提出了很高的要求，如数据量大，实时性，可靠传输，支持多种通信方式等。目前应用于配网自动化系统中比较完善的通信规约主要有IEC60870-5-101，DNP3.0，CDT，Polling等。
1 通信规约的应用现状
从用户的角度来看，在我国配电自动化系统中经常采用多个厂家的终端设备，其中既有国内产品，也有国外产品。而国外产品多采用国际标准规约，而国内产品有采用电力行业标准的，也有采用国际标准规约的。这样一来，规约的多样性导致这些设备所采用的通信规约不尽相同，这个通信规约不统一的问题，给设备选型、系统集成、运行维护等带来诸多不便。也为实现配电自动化的诸多功能增加了难度。另一方面，作为生产馈线远动终端的厂家来说，也存在着和采用不同规约的主站系统统一通信规约的情况。因此，如何使馈线远动终端灵活地支持多种通信规约就成为一个亟待解决的问题。下面将以实现两种主要的通信规约IEC60870-5-101和DNP3.0的转换为例来讨论规约转换单元的实现方法。
2 两种主要的通信规约
IEC60870-5-101规约是国际电工委员会（IEC）技术委员会TC-57在IEC60870-5系列标准的基础上制定的一个配套标准， 他针对IEC60870-5基本标准中的FT1.2异步式字节传输帧格式，对物理层、链路层、应用层、用户进程作了大量具体的规定和定义。他是应用于电网调度自动化和配电网自动化系统的传输规约基本远动任务配套标准。
而DL/T634-1997规约则是我国制定的电力行业标准，他是非等效采用的IEC60870-5-101基本远动任务配套标准，并根据我国的实际情况作了部分选择和补充。
(1) 全部采用IEC60870-5-101中对物理层、链路层、非平衡传输规则、基本应用功能所作的定义和规定，并对多点共线方式在功能方面，根据IEC608705-5的要求做了具体规定。在传输规则中对超时时间选取了IEC608705-2中的匹配超时时间。
(2) 对IEC60870-5-101中有关应用数据结构、应用信息元素定义和编码、应用服务数据单元的定义和表示的规定，仅从其中选取了一个子集。
(3) 根据IEC608705-2链路传输规则中的平衡式链路传输规则，对子站的事件启动触发传输作了具体化的工作。
分布式网络规约(DNP3.0)是GE Harris公司在国际电工委员会（IEC）技术委员会TC57制定的早期规约基础上发展起来的，并逐渐完善而成为主流通信规约之一。目前由DNP UsersGroup技术委员会负责该规约的修订和推广。
在设计规约转换单元的时候，必须充分考虑到规约之间的区别。如DNP3.0和IEC60870-5-101规约，两者之间在很多方面都存在差异。尽管他们都使用了根据OSI参考模型简化了的三层增强性能结构（EPA），如图1所示，但是各层的具体规定有较大差异。
下面是两者在数据链路层和应用层上的一些区别。
在数据链路层上 IEC60870-5-101仅仅传送一个地址，即终端地址，而DNP3.0则在一帧中传送主站和终端地址；在帧格式上，IEC60870-5-101采用的是FT1.2，可变帧长帧格式和固定帧长帧格式，而DNP3.0采用的是FT3，可变帧长帧格式；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专门定义了一个伪传输层来传输超出一个链路规约数据单元（LPDU）长度的报文，而在DL/T 634-1997中，由于没有采用IEC60870-5-101的应用规约控制信息(APCI)，所以在应用层中的应用规约数据单元就是应用服务数据单元，也和链路层中的链路服务数据单元是一致。
在应用层上 在一个报文中，IEC60870-5-101只有单一的数据类型，而DNP3.0允许有多个；IEC60870-5-101提出了一个传送原因的概念，这在DNP3.0中没有，他表示的是周期传送、突发传送、总询问，还是分组询问、请求数据、重新启动、站启动、测试、确认、否定确认，其功能是当接收时将应用服务数据单元传送给特定的应用任务(程序)时便于处理；IEC60870-5-101在应用层上规定了应用服务数据单元（ASDU）的公共地址，而DNP3.0在应用层上不包含地址。
事实上，无论是IEC60870-5-101还是DNP3.0，其内容都十分丰富，任何一个终端产品所实现的功能都不可能完全一样，为了使采用同一通信规约的馈线远动终端能够达到互换的要求，DL/T 634-1997（IEC60870-5-101）既规定了厂家必须要遵循的定义如类型标识和传送原因等，还指出如何标明厂家和用户自行决定的定义如数据类型和网络配置等。这些自行定义内容可以通过规约转换单元来灵活配置。DNP3.0按复杂程度把其包含的功能规定了3层子集。第1层规定了必须要实现的最基本的功能，其他都作为可选功能。第2层规定了更多的必须要实现的功能。第3层规定的功能则比第2层更多，但是并没有把DNP3.0的全部功能都包含进来。在实际应用中，应该根据具体情况就所支持的对象，报文类型和实现的功能来决定采用哪一层子集。
3 规约转换的实现方法
目前采用较多的方法，是根据所在的主站系统采用的通信规约而直接在终端产品的主程序中嵌入对不同规约的支持模块。另一种方法是开发支持不同规约的通信模块，在不同的主站系统中灵活选用。这些方法存在如下问题：
①由于规约的多样性和复杂性，再加上各个厂家对规约的理解也有细微的差别，在规约支持软件的开发上会造成大量的重复代码，并且不容易维护。
②在终端和主站系统的联调中，为了适应规约的要求，对程序进行修改后再运行的过程较为繁琐。最后，这些方法很难适应多主站的情况。为此采用规约转换单元可以很好地解决上述问题。
在硬件结构上，规约转换单元采用具有独立CPU的模块实现，同时，规约转换单元和馈线远动终端的中央处理模块直接连接。配置多个通信口和主站通信，各个通信口采用RS232或RS485，可以支持光纤、无线、载波、电缆等多种信道。分别通过设置端口来配置以适应不同规约。规约转换单元的功能层次图如图2所示。其工作过程是这样的：当主站向终端发出命令如遥测、遥信数据或控制负荷开关动作时，规约转换单元按照不同的规约在规约进程中对链路帧格式、应用协议数据单元格式进行识别和校验，把有效数据提取出来，然后把该命令以自己定义的格式发送到中央处理模块。中央处理模块根据命令内容准备包含有电量采集或事件记录的数据并发送到规约转换单元，如果是控制命令,中央处理模块还要执行相应的动作。规约转换单元对该数据再按照不同规约的链路帧格式、应用协议数据单元格式处理后从各自的通信口发送回主站。
在数据、事件和命令处理部分，IEC60870-5-101和DNP3.0的处理方式不同，IEC60870-5-101把数据分为2类，一类是循环数据，另一类是所有其他的数据。而DNP3.0则把数据分为4类，一类是静态数据，如当前模拟量或开关量，另三类都作为事件数据，如状态变位等，并且在这三类数据中还分3个优先级。
值得注意的是在通道为半双工通道，网络配置为多点共线的时候，在同一时刻主站只能和一个终端进行通信。此时如何做到异常事件主动上报，不同的规约有不同处理方法。在DL/T 634-1997中采用的是快速—校验—过程规定［1，2］。 而DNP3.0则采用一种防冲突机制来解决这一问题，也就是采用载波检测的方法［3］。通过设置端口，可以对规约参数和通信口参数进行设定。对IEC60870-5-101规约来说，应该包括链路层和应用层参数配置。
在链路层参数设置中，有以下几项：
① 波特率设定；
②帧格式设定；
③链路传输模式设定：平衡传输或不平衡传输；
④链路地址字节长度设定；
⑤链路地址设定。
在应用层参数设置中，有以下几项：
①应用服务数据单元（ASDU）公共地址字节长度设定；
② 应用服务数据单元公共地址设定；
③ 信息体地址字节长度设定；
④ 传送原因长度设定；
⑤ 用户自定义内容（类型标识等）。
其中，如果按照DL/T 634-1997规约配置的话，应用服务数据单元公共地址选择1个字节长度；而信息体地址则选择2个字节长度。此外，DL/T 634-1997规约没有采用应用服务数据单元长度、信息体类型和公共时标。
而DNP3.0则需要有如下设置项：
①波特率设定；
②终端地址设定；
③分段长度设定；
④按所选择的子集决定的自定义内容。
其中，在应用层上报文的分段长度是根据终端所开辟的缓冲区大小决定的，一般在2048～4096 b之间。一个报文可以被分成多个分段。在伪传输层上，由于数据链路层的每帧的最大长度为255 b，除去链路层控制字（1 b），源地址（2 b）和目的地址（2 b）以及传输层报头（1 b），那么有效的用户数据的最大长度为249 b。以2048 b的分段来说，该分段被分成9帧（8×249＋56）传送，并且每帧前加上传输层报头。
4 结语
通过在馈线远动终端中采用规约转换单元的方法，针对各种通信规约对数据和事件的不同处理方式，采用独立的规约进程和通信口。这样，用户只需要通过简单的设置就可以使终端灵活地应用在采用不同通信规约的主站系统中，并且还可以支持多主站系统。此外，还可以大大减轻在系统维护上的工作量。总之，在设计馈线远动终端的时候，不仅要考虑具备较强的数据采集、分析和控制功能，还要使之具有灵活的通信能力，即能够支持多种规约，才能满足配网自动化系统的要求。
参考文献
［1］DL/T 634－1997.远动设备及系统.第5部分：传输规约第101篇.基本远动任务配套标准［S］
［2］DL/T 721－2000.配电网自动化系统远方终端［S］
