DNP 3.0规约在广州地区调度系统的应用

DNP 3.0规约在广州地区调度系统的应用

摘　要　DNP 3.0规约使SCADA行业有了国际标准规约。标准规约的适用面广，但理解、使用及实现标准规约的难度有所增大。DNP 3.0规约包括数据链路层规约，传输功能，应用层规约和数据对象库。1997年广州地区调度自动化系统与D20 RTU的 DNP 3.0规约接口的开发和调试获得成功，通信质量令人满意。由于DNP 3.0的功能强大，在现有设备上尚不能实现全部功能。

　　由GE-HARRIS 公司加拿大Calgary控制分部在1993年开发的DNP 3.0(Distributed Network Protocol Version 3.0)规约是目前在欧洲及北美比较流行的一种开放性结构的规约，在国内正逐渐成为主流性通信规约之一。它可用于电力系统中子站系统、RTU、智能电子设备(IEDs)以及主站系统之间的通信，最重要的是DNP将成为一种公共领域的规约，可由用户和非用户以及其他供货商使用。

1　DNP 3.0 规约介绍

　　DNP 3.0 规约是在国际电子电工协会(IEC)的TC57协议基础上制定的通信规约，它支持ISO 的 OSI／EPA 模型，这种模型规定了物理层，数据链路层和应用层。然而，为了支持高级的RTU 功能和大于最大帧长的报文，DNP 3.0 的数据链路采用一个伪传输层去完成最短报文的组装与分解。

　　DNP 3.0 规约的文本共分4部分：数据链路层规约，传输功能，应用层规约及数据对象库。

1.1　数据链路层规约

　　数据链路层规约文件规定了DNP 3.0 版的数据链路层，链路规约数据单元(LPDU)以及数据链路服务和传输规程。

　　数据链路层采用一种可变帧长格式：FT3。

　　一个FT3的帧被定义为一个固定长度的报头，随之以可选用的数据块。每个数据块附有一个16位的CRC 校验码。固定的报头含有2个字节的起始字，1个字节的长度，1个字节的控制字，1个16位的目的址，1个16位的源地址和1个16位的CRC校验码。

1.2　传输功能
　　这部分定义对于DNP 数据链路层充当伪传输层的传输层功能。伪传输层功能专门设计用于在原方站和副方站之间传送超出链路规约数据单元(LPDU)定义长度的信息。

传输层报头 数据块

其中：传输层报头——传输控制字，1个字节；
　　　　　数据块——用户数据，1～249个字节。
1.3　应用规约

　　这部分定义了应用层报文(APDU)的格式。这里，主站被定义为发送请求报文的站，而外站则为从属设备。被请求回送报文的RTU 或智能终端(IEDs)是事先规定了的。在DNP 内，只有被指定的主站能够发送应用层的请求报文，而外站则只能发送应用层的响应报文。

1.3.1　应用报文格式

其中：请求(响应)报头——标识报文的目的，包含应用规约控制信息(APCI)；
　　　　　　　对象标题——标识后随的数据对象；
　　　　　　　　　数据——在对象标题内的指定类型的数据对象。

1.3.2　应用报文报头字段的定义

　　请求报头分应用控制、功能码两个字段。每个字段为8位的字节；响应报头分应用控制、功能码、内部信号字3个字段。每个字段也为8位的字节。

1.3.3　对象标题

　　报文的对象标题制定包含在报文中的数据对象或是被用来响应此报文的数据对象。

　　应用报文中，对象、限定词、变程的灵活使用，可以表示多种数据类型和数据表示格式，满足用户的不同需要。这也是DNP 3.0规约的一大优点。

2　在广州地区调度SCADA 系统的应用

　　1995年，广州电力工业局从美国VALMET 公司引进OASYS 调度自动化系统，并与美国技术人员联合开发系统通信接口对DNP 3.0 规约的支持模块。1997年开始，广州电力工业局与广东省电力试验研究所合作，逐步在220 kV变电站中应用GE-HARRIS公司生产的D20型RTU，并选择DNP 3.0 规约作为D20与广州地区调度自动化系统的通信规约。通过双方技术人员的共同努力，广州地区调度自动化系统与D20 RTU 的DNP 3.0 规约接口的开发和调试工作获得成功。1997年10月，第一台D20 RTU 在广州电力工业局属下的220 kV碧山变电站投入正式运行。

2.1　主站

　　地区调度自动化系统的DNP 3.0 规约通信接口是挂在地区调度OASYS 系统平台上的一个应用软件，硬件环境为DEC 工作站， 软件环境为UNIX 操作系统，采用C语言编程。它以DNP 3.0 规约库的方式挂在POLL 规约应用层下面运行。在通信方式上，地区调度自动化系统侧作为主站，D20 RTU 作为从站；主站采用POLLING 的问答方式，不接收从站(D20)自动上送信息，采用循环方式进行信息交互。

2.2　从站

　　D20 RTU 是GE-HARRIS公司新一代RTU 产品(GE-HARRIS D20)，该产品采用新的分布式的处理概念，基于MC68020 32 位微处理器为核心，各I／O模块都自带功能强大的8位微处理器和RTU 主体可进行远程通信。D20 RTU 使其本身可构成独立的分散式SCADA 系统或分站控制器。支持多主站和RTU 之间的信息交换和多主站通信的多数据库管理特性使得D20 RTU 成为现有RTU 理想的升级换代产品，一台D20 RTU 可配置7个通信口和不同的通信规约，所有的通信规约的开发和重写均使用C 语言编程，并存入D20M的基本固件。广州电力工业局属下220 kV碧山变电站D20 RTU 的通信固件包含用户化 DNP 3.0(主通信)、部颁CDT (备用通信)及广东CDT (省调通信)三种通信规约的集成。

2.3　调试中遇到的问题

　　地区调度自动化系统端的DNP 3.0 接口软件是在美国VALMET 公司的MB88RTU 接口软件的基础上修改的，在与D20 RTU 接口调试过程中，根据D20 RTU 从站软件的特点，主要做出以下一些修改。

　　a)由于DNP 3.0 应用对象库非常庞大，无论是主站侧还是从站侧，都不可能把所有的对象功能都用上，而只能根据自己的需要选择一部分功能。此外，主站和从站互相调试时，需要根据对方的需要，修改或增加一部分功能。根据D20 RTU 回答的报文格式，地区调度侧软件在dnp3analog(),dnp3status(),dnp3soedump()模块中分别增加了回答报文QC=0x17和QC=0x28的处理功能；另外，在遥信SOE 处理中，若同时出现多个SOE 点，D20 RTU 则不用通常的方式(GRP=2，VAR=2)回答，而是用GRP=51，VAR=1的方式送多个SOE 点上来。因此，在主站侧响应增加了对于对象GRP=51，VAR=1的处理功能。

　　

b)D20 RTU 对遥测点的处理 ，其取值范围是 -32 768～＋32 768 ， 而不是一般的 -2 048～
＋2 048。鉴此，在主站的dnp3analog.c遥测功能模块中，对遥测量的处理作出响应的修改。

2.4　运行情况

　　D20 RTU 在广州局的碧山站投运后，由于载波通道干扰较大，地区调度侧经常出现误码报警，后来把通信波特率从600 b／s改用300 b／s后，通信质量大大好转，在运行的一年多来，遥测遥信数据的可靠性一直较高，事件记录准确完整，情况令人满意。

3　结束语

　　鉴于DNP 3.0的功能强大，在现有设备上实现全部DNP 3.0的功能是不现实的，也无此必要，开发人员应根据实际应用情况保证主、从站之间的相互可操作性，达到最理想的使用效果。

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