試論IEC 60870—5—104規約在合肥軌道交通2號線電力監控系統中的應用

李兆君

摘 要：本文結合筆者在合肥軌道交通2號線電力監控系統項目中的具體實施經驗，首先對IEC 60870-5-104規約的特征及其在城市軌道交通領域中的應用優勢進行了介紹，然后對其在合肥軌道交通2號線電力監控系統中的應用進行了詳細的論述，希望能夠為同類的實踐提供有益的借鑒。

關鍵詞：IEC 60870-5-104規約 合肥2號線 電力監控系統

1、工程概況

合肥軌道交通2號線西起長寧大道口，東至大眾路口。全線依次沿長江西路、長江中路、長江東路敷設。設計全長27.764km，全線為地下線。共設車站24座，全部為地下車站，包括換乘站6座，分別與1、2A、3、4、5、6、7、8號線換乘。全線最大站間距1.665km，位于玉蘭大道與蜀峰路之間；最小站間距0.714km，位于王崗大道與大眾路之間。平均站間距1.182 km。

電力監控自動化系統是保證城市軌道交通系統牽引供電系統安全、可靠運行的重要基礎。電力調度中心通過實時掌握全線各個變電站的運行情況， 直接對設備進行操作， 使牽引供電系統的管理科學化、規范化，還可做到與其他自動化系統互換數據， 充分發揮整體優勢。IEC 60870-5-104作為在合肥軌道交通2號線電力監控系統中應用的重要規約，對其進行探討具有非常重要的現實意義。

2、IEC 60870-5-104規約概述

2.1 IEC 60870-5-104規約簡介

IEC 60870-5-104 是國際標準，對應的是中國電力行業標準DL/T 634.5104-2002 協議。該協議是一種基于以太網方式與調度系統通訊的協議，它在以太網TCP/IP 鏈路上傳輸IEC-870-5-101 協議的ASDU 應用服務數據單元，實現與主站的通信。在變電站雙平面不斷接入調控中心的國網新規范要求之下，基于以太網通訊方式的IEC 104 規約已成為調控中心首選通訊協議。IEC 104規約大致有1997年和2002年（02版）兩個版本，在配置上沒什么變化，只是02版在97版上擴展了遙測、遙信等信息體起始地址，區別如下：

2.2 IEC 60870-5-104規約在城規中的應用優勢

由上文可知，IEC 60870-5-104規約是國際電工委員會為了滿足101規約遠動通信規約用于以太網實現而制定的，其傳輸層以及網絡層均是采用TCP/IP協議，而應用層是采用IEC-870-5-101 協議，同時為了保證應用層ASDU的通信可靠性，還引用了ITU-TX.25標準，包裝了APCI傳輸接口，規定了應答和重發機制。正是由于其該種特征，非常適合在城市軌道交通領域中應用。當前，帶有突出城域網特征的綜合監控系統在城市軌道交通中得到了大力發展，如果將IEC 60870-5-104規約應用在城市軌道交通中，能夠很方便地將電力監控系統接入到綜合監控系統骨干網之中，從而使得整個系統能夠實時地享有運動數據。

下圖展示了合肥2號線電力監控系統接入綜合監控系統的HMI畫面：

3、IEC 60870-5-104規約在合肥2號線電力監控系統中的應用

3.1系統的主要特征

合肥軌道交通2號線在全線設置有主變電所、降壓變電所、牽引降壓混合變電所等多個類型變電所，這些變電所在環網電纜的作用下將主站變電所與車站的變電所連接成為供電網絡，在每個變電所中均設置獨立而又相互關聯的變電所綜合自動化系統，也即是電力監控系統，該系統在綜合監控系統設備房通過TCP/IP協議接入到綜合監控系統之中。

變電所綜合自動化系統設有主、備2 套總控單元，完成所內各項集中監控功能及遠程通信功能。每個總控單元上配置2 個以太網口用于遠程通信接口，經交換機連接后，再分別連接到綜合監控系統的主備通道上，通過綜合監控系統專用傳輸通道完成與控制中心之間的遠程通信，通信協議采用IEC60870-5-104 規約。2 臺總控單元冗余配置，互為熱備用，當其中1 臺故障時，另1 臺自動接管所有功能。

3.2基于104規約的電力監控系統通信軟件設計

由圖2可知，要想完成與遠方綜合監控系統的通信，總控單元是關鍵所在，其同時還要完成對本站供電設備運行狀態的監視等重要功能。在合肥軌道交通2號線中，為了提升系統的穩定性、實時性，采用的為QNX實時操作系統，正是在該操作系統之下，才完成了對電力監控系統軟件的開發工作。在通信軟件的開發設計實現過程中，如何實現對程序主線程的設計、104規約的重傳機制以及網絡冗余是三個關鍵點所在。

首先，以實現程序主線程為例，下圖展示了合肥2號線號線電力監控系統通信軟件主線程設計流程示意圖：

在整個過程中，總控單元一直處于偵聽狀態，等待著連接請求，由遠方的綜合監控系統發出連接請求后變建立相應的網絡連接。當總控單元收到U 格式的報文STARTDT 后，總控單元應該回應該命令報文，然后開始傳輸數據，此時立即上送變位信息和自發上送周期性掃描數據。

再者，以實現IEC60870-5-104規約的重傳機制為例，其主要是實現超時斷開重傳的功能。因為TCP 連接是面向連接的傳輸數據，對于任何一次成功的連接，只要通信雙方沒有執行過斷開操作，就認為一直是接通的。利用超時機制檢測網絡狀態，是實現應用IEC60870-5-104規約穩定傳輸數據的一個基本方法。

4、結束語

總之，IEC 60870-5-104規約作為已經在合肥軌道交通2號線電力監控系統中應用的重要電力通信標準，為整個地鐵智能化系統建設和保障運營發揮了重要的作用。其不僅有效保證了電力監控系統的開放性，而且又很好地滿足了合肥軌道交通2號線對電力監控系統數據可靠性和實時性的要求，值得在未來同類實踐中進一步推廣應用。

參考文獻：

[1] 徐迅，梅軍，錢超，鄭建勇，王勇，稽文路，張明. 基于IEC 60870-5-104規約擴展的配電終端自描述功能實現方法研究[J]. 電力系統保護與控制，2016，44（07）：128-133.

[2] 梁竹靚，韓兵，彭永. IEC60870-5-104規約在分布式電力監控系統中的應用[J]. 電力系統保護與控制，2011，39（04）：124-127.

[3] 王颯，黃若偉，伍俊，朱詩卉. IEC 60870-5-104規約與IEC 61850互相轉換通信網關的研究[J]. 陜西電力，2013，41（10）：76-79.

[4] 馬鈞，張一斌. 基于IEC60870-5-104的配電自動化通信安全協議[J]. 計算機科學，2013，40（11）：81-84.

[5] 吳連杰，林中達. 基于IEC60870-5-104遠動規約的通信技術在電廠SIS系統中的應用[J]. 工業控制計算機，2008（08）：3-4+7.