遠動規約信號試驗端子排的設計與實現

石文江，李高海，徐福彬

(國網大連供電公司，遼寧 大連 116011)

開 發 與 設 計

遠動規約信號試驗端子排的設計與實現

石文江，李高海，徐福彬

(國網大連供電公司，遼寧 大連 116011)

為提高新建變電站遙信雙邊表的對試效率，設計了一種串口報文信號試驗端子排。該裝置采用LED燈顯示當前接收到的串口報文信號的狀態，并能同步播放該信號內容的提示語音；能夠模擬調度主站的基本通信功能，滿足新建變電站在遠動通道不具備條件時的離線調試要求，即全部信號被正確試驗至本裝置上的LED燈后，該站與調度主站間的遙信對試可通過操作本裝置上的信號重現按鍵觸發串口檢修報文來完成。

IEC60870-5-101；試驗端子排；遙信雙邊表；檢修報文；離線調試

Abstract: To improve the test efficiency of teleindication between a new substation and master stations, a new type serial protocol test terminal board is designed.Firstly,LED is used to show the status of the received signal and a prompt voice of the signal content can be simultaneously played. Secondly, basic communication function of the master station can be simulated, so simulation test of a new substation without telecontrol channel can be carried out. Thirdly, the device can be used in teleindication test between a new substation and many master stations by operating the buttons on it to generate signal’s maintenance message after all signals are correctly tested to the LEDs on it.

Keywords：IEC60870-5-101;test terminal board ;teleindication’s bi-table;maintenance message;offline debugging

由于受OPGW施工進度的影響，新建變電站至調度主站的遠動通道形成時間往往臨近變電站的送電時間，且220 kV及以上電壓等級的變電站需要與多個調度主站通信，1個調度主站甚至有多套調度自動化系統需要進行人工設置遙信雙邊表的校核，由于信號量大且調試時間不充分，運維人員在變電站現場驗收時只能抽檢部分信號進行對試，這種做法給變電站的安全運行留下隱患。如何提高新建變電站與調度主站間遙信雙邊表的對試效率，縮短在線調試時間成為當下急需解決的問題。文獻 [1]談到了開發仿真設備進行自動化設備對點調試的迫切性和重要性，文獻[2]提到了檢修人員利用對點軟件完成與各監控端全部對點工作的設想，文獻[3-5]總結了IEC 60870-5-101規約(以下簡稱101規約)的技術特點和應用經驗 ，文獻[6-9]總結了IEC 60870-5-104規約(以下簡稱104規約)的應用經驗。本文在上述文獻的基礎上進一步提出了采用遠動規約信號試驗端子排來提高遙信對試效率的設想，并給出了一種具體實現方案。

1 裝置設計

1.1目標信息源的選擇

遙信是變電站一、二次設備的運行狀態信息遠傳到調度端的信號，數字化變電站的二次設備和一次設備通過GOOSE報文向過程總線(光纖交換機)發送其運行狀態信息，如開關刀閘位置等， 測控裝置接收這些GOOSE報文，解析后再通過MMS報文發送到站控總線(電口交換機)，遠動機接收這些MMS報文后通過串口通道(E1轉串口)的101規約和采用網絡通道(電力調度數據專網)的104規約將這些信息上送到調度主站，既雙源通信，2個規約通信程序通常采用1張雙邊表，因此只需要對1個數據源的信號進行全對試。由于串口通信較易于被單片機處理，本文選擇101規約作為全對試的信息源，104規約只需要進行信號的抽檢驗證，一般采取在104規約遙控傳動試驗過程中確認開關位置正確變位即可。

1.2總體設計

首先，串口報文信號試驗端子排應能模擬調度主站的基本通信功能，并能根據遠動機發出的101規約報文顯示信號；其次，運維人員可通過操作端子排上的按鍵向調度端重傳信號；最后，該端子排能夠滿足新建變電站在遠動通道提供之前即能完成全部遙信的101規約報文模擬對試工作，遠動通道提供之后即可利用該端子排與各調度主站進行遙信雙邊表的對點工作。

1.3101規約報文的處理方法

1.3.1 下行101規約報文

由于101規約是非平衡式的問答式規約，主站詢問廠站才能應答，為滿足離線調試要求，裝置需要在遠動通道形成前能夠模仿調度主站向廠站遠動機下發詢問報文。調度主站的101規約詢問報文主要是鏈路初始化、鏈路復位、詢問一級用戶數據和二級用戶數據的固定幀長報文，當廠站地址確定后，這些報文也就固定下來，模板報文可通過主站的實錄報文得到，報文樣例見表1。

表1 廠站地址為2時的主站詢問報文樣例(十六進制)

1.3.2 上行101規約報文

101規約上傳的遙信報文有3類：響應總召或分組召的帶變位檢出的32位比特串，一級數據上傳的1字節單點變位遙信，二級數據上傳的8字節SOE。其中總召和分組召用于變電站的全數據掃描(主站畫面的全數據刷新)，SOE用于提供事件發生時的確切時間，變位遙信用于主站的實時報警。由于現場進行的遙信試驗，要求信號隨做隨出，而總召和分組召由主站在通信初始化、背景數據周期掃描、手動召喚時啟動的，所以遠動規約信號試驗端子排需要處理的只是單點變位遙信，它的信息體結構如表2所示。在表2中，IN：0有效值，1無效值；NT：0當前值，1非當前值；SB：0未被取代，1被取代；BL：0未被閉鎖，1被閉鎖；SPI：0開，1合；RES為保留字節。正常單點遙信的信息體為0x01(合)，SB置1后的信息體就變成了0x21。

表2 單點遙信信息體結構

1.4裝置原理圖設計

遠動規約信號試驗端子排的一種設計方案如圖1所示，裝置有2種工作方式，由SW1的分合狀態確定，工作方式1是模擬調度主站通信工作模式(SW1合)，工作方式2是信號101規約報文按鍵觸發模式(SW1分)，圖1中的單片機有2個串口，串口1和串口2，它們經串口電平轉換芯片采用電纜搭接的方式同時接入變電站遠動機與主站前置機間的串口通道上。串口1的收發接線與主站前置機同向，串口2的收發接線與廠站遠動機同向，“同向”是指“發/TxD”連接“發/TxD”和“收/RxD”連接“收/RxD”。當裝置需要進入調試狀態時需要斷開串口1的通道電纜，這時單片機可通過IC2和USB2向調試電腦上傳調試信息或下載工作程序。另外圖1中的單片機還通過一線串口控制語音芯片，語音文件事前由調試電腦通過USB1接口錄入。裝置正常工作時USB1和USB2只用于取用5 V電源，即所用USB電纜中的D+和D-數據線不接。

圖1 遠動規約信號試驗端子排工作原理

1.5信號序號的計算方法

信號序號為某一信號在遙信雙邊表中的位置，信號序號=組序號(0…255)×10+組內序號(0…9)，其中組序號由LED10—LED17共同以8位二進制的形式表示，LED10為高位，LED17為低位，如：只有LED12、LED16亮時(即只有I/O13和I/O17為低電平)的組序號為二進制00100010，對應十進制34。組內序號以LED0—LED9的自然序號表示，如LED1和LED8同時亮代表組內第2和第9信號同時出現，常亮代表動作(合)，閃爍代表復歸(分)，這時信號序號為34×10+2=342，和34×10+9=349，若從0數還需要減1，既第341和348的2個信號同時動作。

2 裝置說明與試驗分析

2.1裝置說明

裝置實物如圖2所示，其重要部件說明如表3所示。

表3 裝置重要部件說明

2.2裝置用于信號顯示

圖2 裝置實物圖

圖3 工作方式1程序流程

圖4 工作方式2程序流程

如圖3所示，SW1開關在合位，裝置一方面能夠模擬主站前置機的通信功能，另一方面能夠接收廠站遠動機的101遙信報文并通過裝置上的LED燈進行信號顯示，記錄信號在遙信雙邊表中的序號，但裝置不能與前置機一起工作，既只能用于遠動機的離線調試。其中，信號顯示由組序號LED(LED10—LED17)和組內序號LED(LED0—LED9)共同完成，組序號是由人工操作SW2按鍵觸發單片機的中斷步進設置的，組序號和組內序號由單片機周期掃描I/O1—I/O18的狀態得到，裝置將自動根據當前設置的組序號進行信號過濾，即只有該組內的10個信號能夠進行LED顯示。工作方式1的程序流程見圖3。

2.3裝置用于信號重現

當某一信號的報文觸發按鍵(K0—K9)被按下時，裝置在點亮相應LED燈的同時根據雙邊表里該信號的試驗成功標記，將該信號的101規約報文插入傳輸至調度主站前置機，當調度主站前置機不兼容1問2答的通信情況時，裝置將暫時斷開遠動機的“發/TxD”通道。其程序流程詳見圖4。

3 結束語

本裝置在大連66 kV東老灘智能變電站的SHR5000 UDD-501遠動通信裝置上進行了現場應用測試，結果證明了串口規約報文信號試驗端子排可有效提高新建變電站與調度主站的信號調試效率，當遠動通道尚不具備條件時，本裝置通過模擬調度主站前置機的通信功能與變電站自動化系統進行101規約信號對試，直到所有信號在本裝置上的LED燈均正確顯示為止，保證了調試時間和信號傳遞的正確性。當遠動通道形成后，新建變電站與多套調度主站系統進行信號對點測試時，就可以利用本裝置來重現信號的101規約報文，大大縮短了廠站與主站間的在線聯調時間，保障了新建變電站按時保質送電。

[1] 嚴浩軍.變電站自動化設備對點調試方法探討[J].浙江電力,2009，28(4): 28-34.

[2] 王均華.高效自動化信號對點調試方法的探討[C].第十九屆輸配電研討會論文集,2011.

[3] 張惠剛.淺析DL/T 634.5101—2002的超時時間及一級數據實時性[J].電力系統自動化,2004, 28(24):79-82.

[4] 岑宗浩.IEC 60870-5-101的應用與實踐[J].電力系統自動化,2004, 28(18):80-82.

[5] 張 勝.提高IEC 60870-5-101協議互操作性的應用經驗[J].電力系統自動化,2006,30(23):104-107.

[6] 廖澤友,蔡運清.IEC 60870-5-103和IEC 60870-5-104協議應用經驗[J].電力系統自動化,2003, 27(4):66-68.

[7] 張建設,馬維青,郭晉洋.IEC 60870-5-104協議在遠動通信中的應用[J].電力系統自動化,2003,27(11): 91-93.

[8] 劉 念,段 斌.IEC 60870-5-104遠動協議的一種安全報文探討[J].電力系統自動化,2005,29(2):93-96.

[9] 關鴻耀,劉 榕.IEC 60870-5-104協議在水電廠集控通信中的應用[J].電力系統自動化,2011,35(2):5-7.

Design and Implementation of A Serial Protocol Test Terminal Board

SHI Wenjiang, LI Gaohai, XU Fubin

(State Grid Dalian Power Supply Company, Dalian，Liaoning 116011, China)

TM76

A

1004-7913(2017)07-0010-04

2017-04-28)

石文江(1970)，男，碩士，高級工程師，從事調度自動化系統運維管理工作。