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

DNP?3.0規(guī)約使SCADA行業(yè)有了國際標(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)對象庫。1997年廣州地區(qū)調(diào)度自動化系統(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的功能強大，在現(xiàn)有設(shè)備上尚不能實現(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)約是在國際電子電工協(xié)會(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，為了支持高級的RTU?功能和大于最大幀長的報文，DNP?3.0?的數(shù)據(jù)鏈路采用一個偽傳輸層去完成最短報文的組裝與分解。

　　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)對象庫。

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格式：FT3。

　　一個FT3的幀被定義為一個固定長度的報頭，隨之以可選用的數(shù)據(jù)塊。每個數(shù)據(jù)塊附有一個16位的CRC?校驗碼。固定的報頭含有2個字節(jié)的起始字，1個字節(jié)的長度，1個字節(jié)的控制字，1個16位的目的址，1個16位的源地址和1個16位的CRC校驗碼。

1.2　傳輸功能
　　這部分定義對于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)定義長度的信息。

傳輸層報頭?數(shù)據(jù)塊

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

　　這部分定義了應(yīng)用層報文(APDU)的格式。這里，主站被定義為發(fā)送請求報文的站，而外站則為從屬設(shè)備。被請求回送報文的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)用層的請求報文，而外站則只能發(fā)送應(yīng)用層的響應(yīng)報文。

1.3.1　應(yīng)用報文格式

其中：請求(響應(yīng))報頭——標(biāo)識報文的目的，包含應(yīng)用規(guī)約控制信息(APCI)；
　　　　　　　對象標(biāo)題——標(biāo)識后隨的數(shù)據(jù)對象；
　　　　　　　　　數(shù)據(jù)——在對象標(biāo)題內(nèi)的指定類型的數(shù)據(jù)對象。

1.3.2　應(yīng)用報文報頭字段的定義

　　請求報頭分應(yīng)用控制、功能碼兩個字段。每個字段為8位的字節(jié)；響應(yīng)報頭分應(yīng)用控制、功能碼、內(nèi)部信號字3個字段。每個字段也為8位的字節(jié)。

1.3.3　對象標(biāo)題

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

　　應(yīng)用報文中，對象、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。

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VALMET?公司引進(jìn)OASYS?調(diào)度自動化系統(tǒng)，并與美國技術(shù)人員聯(lián)合開發(fā)系統(tǒng)通信接口對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行。

2.1　主站

　　地區(qū)調(diào)度自動化系統(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)平臺上的一個應(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語言編程。它以DNP?3.0?規(guī)約庫的方式掛在POLL?規(guī)約應(yīng)用層下面運行。在通信方式上，地區(qū)調(diào)度自動化系統(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)庫管理特性使得D20?RTU?成為現(xiàn)有RTU?理想的升級換代產(chǎn)品，一臺D20?RTU?可配置7個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)度自動化系統(tǒng)端的DNP?3.0?接口軟件是在美國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，主要做出以下一些修改。

　　a)由于DNP?3.0?應(yīng)用對象庫非常龐大，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，需要根據(jù)對方的需要，修改或增加一部分功能。根據(jù)D20?RTU?回答的報文格式，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文QC=0x17和QC=0x28的處理功能；另外，在遙信SOE?處理中，若同時出現(xiàn)多個SOE?點，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SOE?點上來。因此，在主站側(cè)響應(yīng)增加了對于對象GRP=51，VAR=1的處理功能。

　　b)D20?RTU?對遙測點的處理?，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遙測功能模塊中，對遙測量的處理作出響應(yīng)的修改。

2.4　運行情況

　　D20?RTU?在廣州局的碧山站投運后，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)，在運行的一年多來，遙測遙信數(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

　　鑒于DNP?3.0的功能強大，在現(xiàn)有設(shè)備上實現(xiàn)全部DNP?3.0的功能是不現(xiàn)實的，也無此必要，開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)實際應(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。