CN103455463B - 一种主控单元通信接入和转出方法 - Google Patents

Abstract

一种主控单元通信接入和转出方法，该方法用于对发电厂不同通信介质和通信规约的设备信息进行采集处理，形成标准的信息并通过数据通道传送到发电厂综合监控系统及调度系统，并响应监控系统及调度系统的实时控制。所述主控单元通信接入和转出方法通过对通道参数文件、IED设备配置文件、通信规约注册文件的读取，动态实现IED实时库的创建、物理通道的初始化以及通信规约动态库的启用。该方法对于每种类型数据处理，按照接入、转出、监视、控制方向，及其完成的功能，分别定义一个任务，每个任务为独立的线程，规约任务的处理分为两大类：数据处理任务和消息处理任务，数据处理任务创建后自己执行，消息处理任务由一个消息分派任务激活，保证各类信息处理的实时性。

Description

一种主控单元通信接入和转出方法

技术领域

本发明涉及一种主控单元通信接入和转出方法，属于发电厂控制技术领域。

背景技术

随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，电力系统通信正在发生深刻的变化。传统的集中、低速、专用封闭式的远动系统将向开放、高速、综合的网络化方向发展。在现场不同厂家的各种设备要接入监控、远动等信息处理主站，而目前还做不到所有厂家都按照同一种标准互联，还需要通过协议转换器，实现不同介质、不同协议设备间的信息交换。

由于发电厂需要监控的各种一次设备、二次设备种类繁多，提供的通信接口多种多样，并且环境存在很强的电磁干扰，通过监控计算机直接采集这些智能设备信息，一方面硬件接口资源受限，另一方面普通计算机的长期带电运行的稳定性和抗干扰性能都有一定的局限性。因此需要一种运行可靠、抗干扰能力强、响应速度快的主控单元及通信接入转出方法提供综合的电气自动化信息管理功能。

这种主控单元处于一个承上启下的层次，可以通过各种总线接口，例如以太网、RS-232/485/422、LONWORKS，PROFIBUS-DP、CAN等总线向下连接各种智能保护测控装置，通过以太网向上连接到主站计算机监控系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出一种主控单元通信接入和转出方法，该方法充分考虑发电厂各种智能电气设备的多样性和可接入灵活性需求，对所有设备进行统一管理，为发电厂实现大规模不同通信介质，不同通信规约的智能装置的实时监控提供解决方案。

本发明具体采用以下技术方案：

一种主控单元通信接入和转出方法，其特征在于，所述通信接入和转出方法包括以下步骤：

（1）读取IED模板信息，在实时库中建立模板库；将每个智能电气设备抽象为一个具有统一格式的IED设备，抽象的IED设备模板存储于《IEDMODEL》文件夹中，每个模板拥有唯一的编号，用于各模板之间进行区分；

（2）读取通道配置文件channel.cfg，通道配置文件存储实际使用的物理通道配置信息，所述通道配置信息包括通道号、通道类型、通道初始化参数、通道上使用的规约编号，根据此配置信息，对硬件通信接口进行初始化；其中，所述物理通道为主控单元硬件设备提供的通信通道，通道号用于标识物理通道，与主控单元设备提供的物理通道为一一对应关系；

（3）读取IED的配置信息ied.cfg，IED的配置信息包括IED的个数、各IED的逻辑地址、模板编号、所属通道号，其中，以太网装置还包括IED的ip地址，根据配置信息开辟IED实时库内存区，并建立IED实时库内存区与实际物理通道的关联；

（4）读取规约动态库注册信息配置文件UserRegister.cfg，该注册信息配置文件中存储发电厂需要使用的通信规约动态库信息，及动态库的编号，主控单元根据UserRegister.cfg文件，动态加载相应的规约动态库文件。

（5）根据规约的用途，每个规约动态库注册了不同的任务，当规约动态库被加载后，主控单元创建并启用这些任务，每个任务为独立的线程，确保各种类型数据处理的实时性。

本申请还进一步优选以下技术方案：

在步骤（2）中，所述物理通道包括RS232通道、RS485通道、RS422通道、CAN、PROFIBUS-DP通道、LONWORKS通道、FDK通道、以太网通道；对于其中的串行通道和PROFIBUS-DP通道还需要配置通信参数：波特率、数据位、校验位和停止位，所述串行通道包括RS232通道、RS485通道和RS422通道。所述串行通道波特率提供：300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps多种选项，数据位选项为：5、6、7、8，校验位选项为：n无校验、o奇校验、e偶校验，停止位选项为：1和2。

所述PROFIBUS-DP通道波特率提供：9.6、19.2、93.75、187.5kbps以及0.5、1.5、3、6、12Mbps多种选项，数据位固定为8位，校验位固定为e偶校验，停止位固定为1。

对于LONWORKS通道、FDK通道，无需配置通道参数，主控单元自动识别；

对于以太网通道，用于连接以太网设备或与各类监控或调度主站通信，通过配置网络端口和模式，实现不同通信模式的区分，所述以太网通信模式包括UDP单播、UDP组播，TCP三种。

在步骤（3）中，主控单元设计有IED装置管理模块，每种类型的IED装置对应一个IED模板，将每台装置设计为一个对象进行建模，可包含遥信、遥测、遥脉、遥控和遥调五种类型的数据，并且每个装置的数据点数不受最大值限制，能动态分配存储空间，实时库与模板之间只需要通过模板类型这个常量来联系，所述实时库为IED装置提供访问操作接口；

主控单元根据配置的装置数量和模板类型在实时库中分配IED数据区域，IED装置管理模块设计有通用接口函数，用于通信接入转出各任务完成对IED实时库数据区域的入库出库访问。

在步骤（4）、（5）中，主控单元设计有规约管理模块，该模块负责规约动态库配置信息的读取及规约动态库的加载，完成规约动态库任务的注册、创建及启用，以及规约任务的调度。

在步骤（5）中，规约所注册的任务分为数据处理任务和消息处理任务两类，数据处理任务直接通过实时库接口对数据进行入库出库操作，消息处理任务由一个消息分派任务激活消息。规约管理模块将消息分为三类：变化数据消息、控制命令消息、控制命令返回消息，并针对这三类消息创建三个消息队列：变化数据消息队列g_DBVIIMsgQ、控制命令消息队列g_DBCDMsgQ、控制命令返回消息队列g_DBSDMsgQ，分别存储相应类型的消息。

本发明的有益效果如下：

（1）能够实现对发电厂内各种智能设备四遥信息进行采集，提供SOE、定值、录波信息管理功能，为发电厂生产运行监控提供全面数据支持，并根据工程应用需要将重要信息转发至DCS系统或调度监控系统；

（2）减少用户对计算机的成本投资，在变电站层则减少了铺设通信电缆的消耗；

（3）提高通信规约动态库的可重用性及工程调试实施效率，减少通信规约重复开发成本。

附图说明

图1为主控单元通信接入和转出方法的流程图；

图2为主控单元通信接入和转出方法的实时库管理示意图；

图3为主控单元通信接入和转出方法的规约任务与实时库关系示意图；

图4为主控单元通信接入和转出方法的规约任务调度方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明：

所述主控单元通信接入和转出方法充分考虑发电厂各种现场总线装置的接入需求以及对主站监控系统或调度系统的转出需求，满足PROFIBUS-DP、LONWORKS、RS-232/485/422、CAN、以太网等不同通信接口的要求。不同现场根据实际应用，通过配置通道参数文件，实现灵活动态启用相关的规约任务。

如图1所示为主控单元通信接入和转出方法的流程图。所述主控单元通信接入和转出方法包括以下步骤：

（1）IED装置管理模块读取IED模板信息，在实时库中建立模板库。所述通信接入和转出方法将每个智能电气设备抽象为一个具有统一格式的IED设备，抽象的IED设备模板存储于《IEDMODEL》文件夹中，每个模板拥有唯一的编号，用于各模板之间进行区分。

（2）IED装置管理模块读取通道配置文件channel.cfg信息，此文件存储实际使用的通道配置信息，包括通道类型、通道初始化参数、通道上使用的规约，根据此配置信息，对硬件通信接口进行初始化。通道配置文件格式如下：

[CHANNEL DETAIL]

chn:22 protocol:21  port=502  mode=1

chn:23 protocol:24  port=1888 mode=2 ip=236.8.8.8

chn:24 protocol:244 port=2404 mode=1

chn:11 protocol:243 com=1200-8-e-1

chn字段代表通道号，protocol代表规约号；

对于串行通道需要配置串口参数，波特率、数据位、校验位和停止位，波特率提供：300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps等多种选项，数据位选项为：5、6、7、8，校验位选项为：n无校验、o奇校验、e偶校验，停止位选项为：1和2；

对于PROFIBUS-DP通道波特率提供：9.6、19.2、93.75、187.5kbps以及0.5、1.5、3、6、12Mbps等多种选项，数据位固定为8位，校验位固定为e偶校验，停止位固定为1位。

对于LONWORKS通道、FDK通道，无需配置通道参数，主控单元自动识别；

对于以太网通道，用于连接以太网设备或与各类监控或调度主站通信，通过配置网络端口和模式（0为UDP，1为TCP，2为UDP组播），实现不同通信模式的区分。

通过channel.cfg文件的灵活配置实现发电厂电气系统的专用保护装置、仪表、以及励磁系统直流系统、厂用电快切装置、UPS电源、柴油发电机等不同总线接口智能装置的信息采集及控制，以及基于这些实时数据的调度转出监视与控制。

（3）IED装置管理模块读取IED的配置信息ied.cfg，包括IED的个数、各IED的逻辑地址、模板号、所属逻辑通道号、如果为以太网装置还包括IED的ip地址，根据配置信息开辟IED实时库内存区，并建立于实际物理通道的关联。如图2所示为主控单元通信接入和转出方法的实时库管理示意图。

为了解决发电厂多种类型智能设备的接入问题，主控单元设计有IED装置管理模块，采用面向对象的设计思想，每种类型的IED装置对应一个IED模板，把每个装置作为一个设备对象。在实时库中，每个IED可包含遥信、遥测、遥脉、遥控和遥调五种类型的数据，并且每个装置的数据点数不受最大值限制，能动态分配存储空间，IED模板完整体现IED装置的数据属性，这样就可以实现IED实时库和IED模板的对象化设计，实时库与模板之间只需要通过模板类型这个常量来联系。

主控单元根据配置的装置数量和模板类型在实时库中分配IED数据区域，IED装置管理模块设计有通用接口函数，用于通信接入转出各任务完成对IED实时库数据区域的入库出库访问。

（4）规约管理模块读取规约动态库注册信息配置文件UserRegister.cfg，此文件中存储发电厂需要使用的通信规约动态库，及动态库的规约编号。根据配置信息，动态加载相应的规约动态库文件。配置文件格式如下：

No=0 Protocol=21 Name=MODBUS_ETHER_GEN

No=1 Protocol=24 Name=CSC2000_ETHER_SFCSC200

No=2 Protocol=244  Name=IEC104_ETHER_GEN_S

No=3 Protocol=243  Name=IEC101_ETHER_GEN_S

Name字段代表规约名称，protocol代表规约号。

（5）所述通信接入和转出方法对于每种类型数据处理，按照接入、转出、监视、控制方向，及其完成的功能，分别定义一个任务：接入监视方向处理任务UserInSDTask、转出控制方向一般消息处理任务UserOutCDMsgTask、转出控制方向循环数据处理任务UserOutCDCirTask、接入控制方向任务UserInCDTask、转出监视方向非常重要消息处理任务UserOutSDVIITask、转出监视方向一般消息处理任务UserOutSDMsgTask、转出监视方向循环上送数据处理任务UserOutSDCirTask，每个任务为独立的线程，确保各种类型数据处理的实时性。

根据规约的用途，每个规约动态库注册了不同的任务，当规约动态库被加载后，主控单元创建并启用被注册的任务。所述主控单元通信接入和转出方法创建上述各类任务的设计思想如下：

a）规约的处理采用面向对象的方式实现；

b）将规约处理任务分为数据处理任务和消息处理任务两类，数据处理任务创建后自己执行，消息处理任务由一个消息分派任务激活；

c）规约的开发只需编写相关的处理，任务由内核程序提供统一入口。

图3为主控单元通信接入和转出方法的规约任务与实时库关系示意图。所述主控单元通信接入和转出方法根据主控单元与通信连接的交互对象不同，将任务分为：与间隔层装置信息交互任务、与站控层信息交互任务。下面对这两大类所包换的任务功能以及与实时库的关系做详细说明：

所述主控单元通信接入和转出方法与间隔层装置信息交互任务及与实时库的关系：

a）接入监视方向处理任务UserInSDTask：完成IED装置上行报文解析，完成遥测，遥脉，遥信等数据入实时库，以及SOE、遥信变位消息的处理和上送。所述SOE及遥信变位，遥测变化信息的处理和上送，是通过此任务调用实时库提供的消息发送函数接口，实现如下功能：将SOE消息发送至g_DBSDMsgQ消息队列，将遥信变位消息发送至g_DBVIIMsgQ消息队列；

b）转出控制方向一般消息处理任务UserOutCDMsgTask：完成对IED装置的遥控，遥调，对时、定值等命令的处理。所述IED装置的遥控、遥调、对时、定值等消息是通过此任务调用实时库提供的消息获取函数接口，从g_DBCDMsgQ消息队列获得；

c）转出控制方向循环数据处理函数UserOutCDCirTask：对于主从问答式规约，DPU定时轮询，发送召唤数据报文命令。

所述主控单元通信接入和转出方法与站控层信息交互任务：

a）接入控制方向任务UserInCDTask：完成站控层下行报文解析工作。比如解析遥测，遥脉，遥信的召唤命令，通过实时库提供的数据访问接口获取需要的实时数据，对站控层进行应答。比如解析遥控选择、遥控执行、对时操作、定值操作等命令，将命令报文转换为消息，通过实时库提供的消息发送函数接口实现将遥控、遥调、对时、定值等消息发送至g_DBCDMsgQ消息队列；

b）转出监视方向非常重要消息处理任务UserOutSDVIITask：完成“遥信变位”、“遥测变化”之类的重要消息的处理工作，所述“遥信变位”、“遥测变化”消息是通过此任务调用实时库提供的消息获取函数接口，从g_DBVIIMsgQ消息队列获得；

c）转出监视方向一般消息处理任务UserOutSDMsgTask：完成“SOE”、“保护事件”、“告警”、“定值”等消息的处理工作，所述“SOE”、“保护事件”、“告警”、“定值”等消息是通过此任务调用实时库提供的消息获取函数接口，从DBSDMsgQ消息队列获得；

d）转出监视方向循环上送数据处理任务UserOutSDCirTask：完成遥信、遥测、遥脉的定时上送工作。所述遥信、遥测、遥脉通过此任务调用实时库提供的数据访问接口获得，将数据组织为上行规约标准形式上送给站控层。

图4为主控单元通信接入和转出方法的规约任务调度方法示意图。所述主控单元通信接入和转出方法对规约处理分为数据处理任务和消息处理任务两类，数据处理任务创建后自己执行，消息处理任务消息分派任务调度，具体调度方法如下：

a）将已创建的所有通道上的VIIMsgTask，SDMsgTask，CDMsgTask类型的任务分别挂接到一个单向链表上s_pVIIMsgTaskList，s_pSDMsgTaskList，s_pCDMsgTaskList，链表的数据为任务ID和通道号，当某个消息的目的通道号与链表一致时，通过任务ID激活该链表上的任务；

b）为VIIMsg，SDMsg，CDMsg类的消息任务分别一个消息分派任务SysSDVIIDistTask，SysSDMsgDistTask，SysCDMsgDistTask，消息分派任务读取消息队列上的消息，通过查询该消息的目的通道，激活该通道上的消息任务。

c）VIIMsg消息分派方法：SysSDVIIDistTask任务首先从g_DBVIIMsgQ消息队列中获取到最新待分派消息g_DBCurVIIMsg，其次从消息链表s_pVIIMsgTaskList中查找消息目的通道，目的通道匹配成功后，激活该通道下的VIIMsgTask。

d）SDMsg消息分派方法：SysSDMsgDistTask任务首先从g_DBSDMsgQ消息队列中获取到最新待分派消息g_DBCurSDMsg，其次从消息链表s_pSDMsgTaskList中查找消息目的通道，目的通道匹配成功后，激活该通道下的SDMsgTask。

e）CDMsg消息分派方法：SysCDMsgDistTask任务首先从g_DBCDMsgQ消息队列中获取到最新待分派消息g_DBCurCDMsg，其次从消息链表s_pCDMsgTaskList中查找消息目的通道，目的通道匹配成功后，激活该通道下的CDMsgTask。

Claims (8)

1.一种主控单元通信接入和转出方法，其特征在于，所述通信接入和转出方法包括以下步骤：

(1)读取IED模板信息，在实时库中建立模板库；将每个智能电气设备抽象为一个具有统一格式的IED设备，抽象的IED设备模板存储于《IEDMODEL》文件夹中，每个模板拥有唯一的编号，用于各模板之间进行区分；

(2)读取通道配置文件channel.cfg，通道配置文件存储实际使用的物理通道配置信息，所述通道配置信息包括通道号、通道类型、通道初始化参数、通道上使用的规约编号，根据此配置信息，对硬件通信接口进行初始化；其中，所述物理通道为主控单元硬件设备提供的通信通道，通道号用于标识物理通道，与主控单元设备提供的物理通道为一一对应关系；

(3)读取IED的配置信息ied.cfg，IED的配置信息包括IED的个数、各IED的逻辑地址、模板编号、所属通道号，其中，以太网装置还包括IED的ip地址，根据配置信息开辟IED实时库内存区，并建立IED实时库内存区与实际物理通道的关联；

(4)读取规约动态库注册信息配置文件UserRegister.cfg，该注册信息配置文件中存储发电厂需要使用的通信规约动态库信息，及动态库的编号，主控单元根据UserRegister.cfg文件，动态加载相应的规约动态库文件；

(5)根据规约的用途，每个规约动态库注册了不同的任务，当规约动态库被加载后，主控单元创建并启用这些任务，每个任务为独立的线程，确保各种类型数据处理的实时性。

2.根据权利要求1所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

在步骤(2)中，所述物理通道包括RS232通道、RS485通道、RS422通道、CAN、PROFIBUS-DP通道、LONWORKS通道、FDK通道、以太网通道；

对于其中的串行通道和PROFIBUS-DP通道还需要配置通信参数：波特率、数据位、校验位和停止位，所述串行通道包括RS232通道、RS485通道和RS422通道。

3.根据权利要求2所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

所述串行通道波特率提供：300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps多种选项，数据位选项为：5、6、7、8，校验位选项为：n无校验、o奇校验、e偶校验，停止位选项为：1和2；

所述PROFIBUS-DP通道波特率提供：9.6、19.2、93.75、187.5kbps以及0.5、1.5、3、6、12Mbps多种选项，数据位固定为8位，校验位固定为e偶校验，停止位固定为1。

4.根据权利要求2所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

在步骤(2)中，对于LONWORKS通道、FDK通道，无需配置通道参数，主控单元自动识别；

对于以太网通道，用于连接以太网设备或与各类监控或调度主站通信，通过配置网络端口和模式，实现不同通信模式的区分，所述以太网通信模式包括UDP单播、UDP组播，TCP三种。

5.根据权利要求1所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

在步骤(3)中，主控单元设计有IED装置管理模块，每种类型的IED装置对应一个IED模板，将每台装置设计为一个对象进行建模，可包含遥信、遥测、遥脉、遥控和遥调五种类型的数据，并且每个装置的数据点数不受最大值限制，能动态分配存储空间，实时库与模板之间只需要通过模板类型这个常量来联系，所述实时库为IED装置提供访问操作接口；

主控单元根据配置的装置数量和模板类型在实时库中分配IED数据区域，IED装置管理模块设计有通用接口函数，用于通信接入转出各任务完成对IED实时库数据区域的入库出库访问。

6.根据权利要求1所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

在步骤(4)、(5)中，主控单元设计有规约管理模块，该模块负责规约动态库配置信息的读取及规约动态库的加载，完成规约动态库任务的注册、创建及启用，以及规约任务的调度。

7.根据权利要求6所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

在步骤(5)中，规约所注册的任务分为数据处理任务和消息处理任务两类，数据处理任务直接通过实时库接口对数据进行入库出库操作，消息处理任务由一个消息分派任务激活消息。

8.根据权利要求7所述的主控单元通信接入和转出方法，其特征在于：

规约管理模块将消息分为三类：变化数据消息、控制命令消息、控制命令返回消息，并针对这三类消息创建三个消息队列：变化数据消息队列g_DBVIIMsgQ、控制命令消息队列g_DBCDMsgQ、控制命令返回消息队列g_DBSDMsgQ，分别存储相应类型的消息。