DNP 3.0規約在廣州地區調度系統的應用

DNP 3.0規約在廣州地區調度系統的應用

 摘　要　DNP 3.0規約使SCADA行業有了國際標準規約。標準規約的適用面廣，但理解、使用及實現標準規約的難度有所增大。DNP 3.0規約包括數據鏈路層規約，傳輸功能，應用層規約和數據對象庫。1997年廣州地區調度自動化系統與D20 RTU的 DNP 3.0規約接口的開發和調試獲得成功，通信質量令人滿意。由于DNP 3.0的功能強大，在現有設備上尚不能實現全部功能。

　　由GE-HARRIS 公司加拿大Calgary控制分部在1993年開發的DNP 3.0(Distributed Network Protocol Version 3.0)規約是目前在歐洲及北美比較流行的一種開放性結構的規約，在國內正逐漸成為主流性通信規約之一。它可用于電力系統中子站系統、RTU、智能電子設備(IEDs)以及主站系統之間的通信，最重要的是DNP將成為一種公共領域的規約，可由用戶和非用戶以及其他供貨商使用。

1　DNP 3.0 規約介紹

　　DNP 3.0 規約是在國際電子電工協會(IEC)的TC57協議基礎上制定的通信規約，它支持ISO 的 OSI／EPA 模型，這種模型規定了物理層，數據鏈路層和應用層。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 的數據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 規約的文本共分4部分：數據鏈路層規約，傳輸功能，應用層規約及數據對象庫。

1.1　數據鏈路層規約

　　數據鏈路層規約文件規定了DNP 3.0 版的數據鏈路層，鏈路規約數據單元(LPDU)以及數據鏈路服務和傳輸規程。

　　數據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，隨之以可選用的數據塊。每個數據塊附有一個16位的CRC 校驗碼。固定的報頭含有2個字節的起始字，1個字節的長度，1個字節的控制字，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 數據鏈路層充當偽傳輸層的傳輸層功能。偽傳輸層功能專門設計用于在原方站和副方站之間傳送超出鏈路規約數據單元(LPDU)定義長度的信息。

傳輸層報頭 數據塊

其中：傳輸層報頭——傳輸控制字，1個字節；
　　　　　數據塊——用戶數據，1～249個字節。
1.3　應用規約

　　這部分定義了應用層報文(APDU)的格式。這里，主站被定義為發送請求報文的站，而外站則為從屬設備。被請求回送報文的RTU 或智能終端(IEDs)是事先規定了的。在DNP 內，只有被指定的主站能夠發送應用層的請求報文，而外站則只能發送應用層的響應報文。

1.3.1　應用報文格式

其中：請求(響應)報頭——標識報文的目的，包含應用規約控制信息(APCI)；
　　　　　　　對象標題——標識后隨的數據對象；
　　　　　　　　　數據——在對象標題內的指定類型的數據對象。

1.3.2　應用報文報頭字段的定義

　　請求報頭分應用控制、功能碼兩個字段。每個字段為8位的字節；響應報頭分應用控制、功能碼、內部信號字3個字段。每個字段也為8位的字節。

1.3.3　對象標題

　　報文的對象標題制定包含在報文中的數據對象或是被用來響應此報文的數據對象。

　　應用報文中，對象、限定詞、變程的靈活使用，可以表示多種數據類型和數據表示格式，滿足用戶的不同需要。這也是DNP 3.0規約的一大優點。

2　在廣州地區調度SCADA 系統的應用

　　1995年，廣州電力工業局從美國VALMET 公司引進OASYS 調度自動化系統，并與美國技術人員聯合開發系統通信接口對DNP 3.0 規約的支持模塊。1997年開始，廣州電力工業局與廣東省電力試驗研究所合作，逐步在220 kV變電站中應用GE-HARRIS公司生產的D20型RTU，并選擇DNP 3.0 規約作為D20與廣州地區調度自動化系統的通信規約。通過雙方技術人員的共同努力，廣州地區調度自動化系統與D20 RTU 的DNP 3.0 規約接口的開發和調試工作獲得成功。1997年10月，第一臺D20 RTU 在廣州電力工業局屬下的220 kV碧山變電站投入正式運行。

2.1　主站

　　地區調度自動化系統的DNP 3.0 規約通信接口是掛在地區調度OASYS 系統平臺上的一個應用軟件，硬件環境為DEC 工作站， 軟件環境為UNIX 操作系統，采用C語言編程。它以DNP 3.0 規約庫的方式掛在POLL 規約應用層下面運行。在通信方式上，地區調度自動化系統側作為主站，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，采用循環方式進行信息交互。

2.2　從站

　　D20 RTU 是GE-HARRIS公司新一代RTU 產品(GE-HARRIS D20)，該產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 主體可進行遠程通信。D20 RTU 使其本身可構成獨立的分散式SCADA 系統或分站控制器。支持多主站和RTU 之間的信息交換和多主站通信的多數據庫管理特性使得D20 RTU 成為現有RTU 理想的升級換代產品，一臺D20 RTU 可配置7個通信口和不同的通信規約，所有的通信規約的開發和重寫均使用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 (省調通信)三種通信規約的集成。

2.3　調試中遇到的問題

　　地區調度自動化系統端的DNP 3.0 接口軟件是在美

國VALMET 公司的MB88RTU 接口軟件的基礎上修改的，在與D20 RTU 接口調試過程中，根據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 應用對象庫非常龐大，無論是主站側還是從站側，都不可能把所有的對象功能都用上，而只能根據自己的需要選擇一部分功能。此外，主站和從站互相調試時，需要根據對方的需要，修改或增加一部分功能。根據D20 RTU 回答的報文格式，地區調度側軟件在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，在主站側響應增加了對于對象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，地區調度側經常出現誤碼報警，后來把通信波特率從600 b／s改用300 b／s后，通信質量大大好轉，在運行的一年多來，遙測遙信數據的可靠性一直較高，事件記錄準確完整，情況令人滿意。

3　結束語

　　鑒于DNP 3.0的功能強大，在現有設備上實現全部DNP 3.0的功能是不現實的，也無此必要，開發人員應根據實際應用情況保證主、從站之間的相互可操作性，達到最理想的使用效果。
 

作者：廣東省電力試驗研究所 李志明　李鳴春 

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