不同远动规约实现数据共享的软件设计研究
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摘要
电力工业的发展不断对电网调度自动化提出新的要求，其中包括要求更高的数据共享。然而目前国内对SCADA系统中设备之间的通信还未制定统一的接口标准，通信规约种类繁多，这不仅浪费了大量的软、硬件开发人力，而且给用户的设备选型、运行维护等带来诸多不便，因此通信规约的标准化是研究的一个热点，实现通信规约转换的软件或硬件更是必不可少。本文深入研究了电力系统中广泛采用的CDT，IEC 60870-5-101等远动通信规约，开发、调试并运行了综自站信息流检测软件，从而利用软件实现了不同远动规约的数据共享。
本文首先介绍了电力系统调度自动化的现状、发展趋势及其对远动通信规约标准化的要求，分析了远动规约解释的功能要求及实现方法。然后研究了常用的电力系统远动通信规约：CDT规约和IEC60870-5-101规约，对比分析了两种规约的帧结构和传送规则。通过对这两种规约的分析，确定了可以利用软件来实现CDT规约和IEC60870-5-101规约报文的解释。
在对远动通信规约进行了深入的研究后，基于软件扩展和人机界面设计的方便，决定在Visual Basic6.0集成开发环境中利用各种ActiveX控件来编制综自站信息流检测软件。综自站信息流检测软件的主要功能是可将上下行规约报文逐条显示并透彻解析报文，分析其通信数据；可部分模拟主站、模拟从站进行通信仿真；可用于检测变电站内各种通信网络、通信接口；可对通信数据进一步分析、整理和文本保存。针对以上功能，本文利用MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能；利用Winsock控件实现以太网接口通信模块；使用了Visual Basic6.0语言编制了CDT规约和IEC 60870-5-101规约的报文解释模块；利用Access2003和数据控件ADO Data将规约报文解释模块所得的数据保存在数据库中；利用VB 6.0自带的通用报表将数据以HTML的格式文本输出；利用DataGrid控件将数据以表格的形式输出在人机界面上。
在实际工作中，当集控中心接受到错误数据后，变电站维护工作人员在对整个通信网络进行检查的过程中，需要一个便于截取报文；能迅速分析、解读报文，从而快速查找出故障设备的工具软件。正是基于这种情况，提出了本文研究的课题。因此，综自站信息流检测软件并不是一个实时规约解释转换工具。它的开发，主要是为了找出变电站通信网络出现故障时的原因，从而提高检修人员的工作效率。
Nowadays, the development of electric power industry presentsmany new requirements to the dispatching automation system,includingmore data-share.However, in SCADA system there is not a uniquestandard of communication among equipments in our country at present.Furthermore, there are many kinds of communication protocols. Allthese circumstances not only make much manpower wasted in studyprotocol conversion, but also bring much trouble for consumer to chooseequipments etc. So standardization of communication protocols is ahotspot of study, and software or hardware that realizes protocolconversion is absolutely necessary. In this paper, the author thoroughlystudies the remote communication protocols CDT and 101, which areapplied widely in electric power system, and finishes programming anddebugging the software, named The Information Flow Examine SoftwareIn Transformer Substation, whick realize the data-share in the differenttele-control protocols in electrical power system.
In this paper, the author firstly introduces the deve-lopment ofdispatching automation in electric power system and its requirement ofstandardization of communication protocols, and analyzes the functionrequirement and realization means of the explain of remotecommunication protocols. And then studies the remote communicationCDT and 101, analyzes and contrasts the frame's structure and transferrule. Software is chosen to realize the explain in this paper.
Base on software expand and man-machine interface design withconvenience, the author decides to empolder the software by using manykind of ActiveX widget in the Visual Basic 6.0 environment.The mainfunction of The Information Flow Examine Software In TransformerSubstation is explain and show the message item by item, analyze itscorrespondence data; Can simulate home site and secondary site inproceeding corresp-ondence partly; Can examine every kind of thecorresponding network and port inside the substation; Can analysis thecorresponding data further, clean up and save in text. Aim at the function,the author makes use of MSComm to carry out serial communication;makes use of Winsock to realize the correspond-ence in ethernetnetwork; writes the protocol elucidative module of CDT and IEC60870-5-101 in Visual Basic 6.0; make use of Access2003 and ADOData to save the data from the protocol elucidative module; make use ofDataReport of VB 6.0 to export the data with HTML; making use of DataGrid to export the data in a table on the man-machine interface.
In actual work, the worker needs a tool to examine the whole netwhen control center receive the wrong data.The tool can find themessage of protocols and analyze it quickly. According to thecircumstance, the author puts forward the problem in this paper.So thesoftware is not a Real time tool. The main objective of the software iswork out the reason whick make a mistake in the message of protocolsand increase the worker's efficiency.
本文首先介绍了电力系统调度自动化的现状、发展趋势及其对远动通信规约标准化的要求，分析了远动规约解释的功能要求及实现方法。然后研究了常用的电力系统远动通信规约：CDT规约和IEC60870-5-101规约，对比分析了两种规约的帧结构和传送规则。通过对这两种规约的分析，确定了可以利用软件来实现CDT规约和IEC60870-5-101规约报文的解释。
在对远动通信规约进行了深入的研究后，基于软件扩展和人机界面设计的方便，决定在Visual Basic6.0集成开发环境中利用各种ActiveX控件来编制综自站信息流检测软件。综自站信息流检测软件的主要功能是可将上下行规约报文逐条显示并透彻解析报文，分析其通信数据；可部分模拟主站、模拟从站进行通信仿真；可用于检测变电站内各种通信网络、通信接口；可对通信数据进一步分析、整理和文本保存。针对以上功能，本文利用MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能；利用Winsock控件实现以太网接口通信模块；使用了Visual Basic6.0语言编制了CDT规约和IEC 60870-5-101规约的报文解释模块；利用Access2003和数据控件ADO Data将规约报文解释模块所得的数据保存在数据库中；利用VB 6.0自带的通用报表将数据以HTML的格式文本输出；利用DataGrid控件将数据以表格的形式输出在人机界面上。
在实际工作中，当集控中心接受到错误数据后，变电站维护工作人员在对整个通信网络进行检查的过程中，需要一个便于截取报文；能迅速分析、解读报文，从而快速查找出故障设备的工具软件。正是基于这种情况，提出了本文研究的课题。因此，综自站信息流检测软件并不是一个实时规约解释转换工具。它的开发，主要是为了找出变电站通信网络出现故障时的原因，从而提高检修人员的工作效率。
Nowadays, the development of electric power industry presentsmany new requirements to the dispatching automation system,includingmore data-share.However, in SCADA system there is not a uniquestandard of communication among equipments in our country at present.Furthermore, there are many kinds of communication protocols. Allthese circumstances not only make much manpower wasted in studyprotocol conversion, but also bring much trouble for consumer to chooseequipments etc. So standardization of communication protocols is ahotspot of study, and software or hardware that realizes protocolconversion is absolutely necessary. In this paper, the author thoroughlystudies the remote communication protocols CDT and 101, which areapplied widely in electric power system, and finishes programming anddebugging the software, named The Information Flow Examine SoftwareIn Transformer Substation, whick realize the data-share in the differenttele-control protocols in electrical power system.
In this paper, the author firstly introduces the deve-lopment ofdispatching automation in electric power system and its requirement ofstandardization of communication protocols, and analyzes the functionrequirement and realization means of the explain of remotecommunication protocols. And then studies the remote communicationCDT and 101, analyzes and contrasts the frame's structure and transferrule. Software is chosen to realize the explain in this paper.
Base on software expand and man-machine interface design withconvenience, the author decides to empolder the software by using manykind of ActiveX widget in the Visual Basic 6.0 environment.The mainfunction of The Information Flow Examine Software In TransformerSubstation is explain and show the message item by item, analyze itscorrespondence data; Can simulate home site and secondary site inproceeding corresp-ondence partly; Can examine every kind of thecorresponding network and port inside the substation; Can analysis thecorresponding data further, clean up and save in text. Aim at the function,the author makes use of MSComm to carry out serial communication;makes use of Winsock to realize the correspond-ence in ethernetnetwork; writes the protocol elucidative module of CDT and IEC60870-5-101 in Visual Basic 6.0; make use of Access2003 and ADOData to save the data from the protocol elucidative module; make use ofDataReport of VB 6.0 to export the data with HTML; making use of DataGrid to export the data in a table on the man-machine interface.
In actual work, the worker needs a tool to examine the whole netwhen control center receive the wrong data.The tool can find themessage of protocols and analyze it quickly. According to thecircumstance, the author puts forward the problem in this paper.So thesoftware is not a Real time tool. The main objective of the software iswork out the reason whick make a mistake in the message of protocolsand increase the worker's efficiency.
引文
[1] 蔡春元．IEC60870-5-101规约的应用探讨．电力系统通信，2001，(7)：41-43．
[2] Lars Andersson, Klaus-Peter Brand, Southern African Conference on Power System Protection Johannesburg South Africa, 9 November 2000,1—5.
[3] 洪宪平．走向网络化的远动系统．电力系统自动化，2001年3月25日：1-3
[4] 金振东．电网调度自动化系统及能量管理系统的发展．江苏电机工程，2002，21(5)：3-7．
[5] 张岳匀，何志伟．SCADA系统通信规约的标准化及建议．电力系统及其自动化学报，2000，12(5)：42-44
[6] 刘彤，罗毅．规约转换在馈线远动终端中的实现方法．现代电子技术，2003，(3)：68-70．
[7] 徐立子．变电站自动化系统IEC 60870-5-103和IEC 60870-5-104协议的分析和实施．电网技术，2002，26(4)：62-65．
[8] 赵敏之，曾可．远动规约的软件实现．湖南工程学院学报，2002，12(1)：65-67．
[9] Booth C, Mcdonald J R, Substation Based Data Interpretation Techniques for Improved Power System Management, IEEE Trans on Power Delivery, 1997, 9 (2), p13—20.
[10] Preiss O, Wimmer W, Goal and Realization of Integrated Substation Control System, DPSP&C, 1994, 51—55.
[11] 盛寿麟(Sheng．Shoulin)，电力系统远程监控原理，中国电力出版社，北京，1998
[12] 柳永智，刘晓川(Liu Yongzhi，Liu Xiaochuan)编著，电力系统远动，中国电力出版社，北京，2003
[13] 杨万荣(Yang Wanrong)，分布式SCADA／EMS的前置机系统的研究，中国农业大学硕士学位论文，北京，2000年3月
[14] 毛为民，陈禾清(Mao WeiMin，Chen Heqing)，一个变电站微机监测系统实现CDT远动通讯的方法[J]，广西电力技术，1995年第1期：41-45
[15] 梁运华(Lung Yunhua)，SCADA系统中主站网络通信与安全研究，武汉大学硕士学位论文，武汉，2003年11月
[16] 洪宪平(Hong Xianping)．走向网络化的远动系统[J]．电力系统自动化．2001年3月：1-3
[17] Anonymous. Universal Fieldbus Interface Reconfigures in Software[J]. Control Engineering, 2000, 47(13): 8-10
[18] 谢大为，杨晓忠(Xie Dawei，Yang Xiaozhong)，电网调度系统远动技术网络化的研究[J]，现代电力，2003年10月：56-60
[19] Kay, T.W.; Microcomputer-based SCADA at Commonwealth Edison. Company;Computer Applications in Power, IEEE, Volume 1, Issue: 2, April 1988; Pages: 4-8
[20] 谭文怨(Tan Wenshu)，远动的无缝通信体系结构[J]，电网技术，2001年8月：7-10
[21] 谭文恕(fan Wenshu)，变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍[J]，电网技术，2001年9月：8-11
[22] 谭文恕(Tan Wenshu)，IEC61850和IEC60870-6(TASE.2)的比较[J]，电网技术，2001年10月：1-4
[23] IEC61850-1, Part1 Introduction and overview—2OO3, Communication networks and systems in substations, IEC, 2003,23—70.
[24] IEC61850-2, Part2 Glossary—2003, Communication networks and systems in substations, IEC, 2003,11—23.
[25] 方蕾，电力系统远动规约及其相互转换的研究与实现 武汉大学硕士学位论文，武汉，2004年4月
[26] 屈万一，电力系统远动规约研究及其实现 武汉大学硕士学位论文，武汉，2004年4月
[27] 中华人民共和国电力行业标准：循环式远动规约，1991
[28] 欧健伟，王为(Ou Jianwei，Wang Wei)远动通讯规约CDT中间余式与校验码算法的研究[J]，遥测遥控，2001年5月：47-52
[29] Luque, J.; Escudero, J.I.;Gomez, I.;Differential transmission of evolution measures in SCADA systems[J]. Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings-,Volume: 141,Issue:3, May 1994;Pages:253-256
[30] 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]，北京，中国电力出版社，1998
[31] 谭文恕(Tan Wenshu)，关于基本远动任务配套标准的说明，电网技术出版社，北京，1998年9月
[32] 仁惠，赵洪山，刁锦峰(Ren Hui．Zhao Hongshan．Diao Jinfeng)，电力系统IEC870-5-101远动规约面向对象分析与建模[J]，华北电力技术，2002年No．10：7-13
[33] Telecontrol Equipment andSystems Part5: Transmission Protocols Section 101, International Electrotechnical Commission, IEC, 1990
[34] 钱源平韩晓信(Qian Yuanping，Han Xiaoxin)，循环式远动主站前置处理系统性能分析[J]，浙江大学学报(自然科学版)，1998年7月：445-450
[35] 李玉东．Visual Basic 6.0／.NET控件大全．北京：电子工业出版社，2002．3
[36] John Guite. The Battle for Motion-control Dominance: Ethernet, Fieldbus, and PCI[J]. Machine Design, 2000, 72(6): 68-72
[37] AndrewS．Tanenbaum．计算机网络．北京：清华大学出版，1998
[38] 李予州．部颁CDT循环规约的VC++程序实现．继电器，2001，(4)
[39] 樊群才，樊毅．基于电力规约的遥测量系数的讨论．电力学报，2005，20(4)
[40] Ernesto Martins, Paulo Neves, Jose Fonseca. Architecture of a Fieldbus Message Scheduler Coprocessor Based on The Planning Paradigm[J]. Microprocessors&Microsystems 2002, 26:97-106
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