CN105592020A - 风电变流器以太网通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电变流器以太网通信方法，其中，采用TCP/IP协议族的UDP协议作为基础协议，采用主从控制，一问一答方式，从主机发送请求，从机进行应答，利用多个逻辑端口，将多种不同种类的数据，分不同端口分别进行传输。利用报文序号，主机通过判断报文序号是否一致来确认从机是否正确返回了指令。用局域网DHCP来对各接入该局域网的变流器的IP地址进行分配，或者手动分配变流器IP地址，通过网段内广播搜索，获取各变流器IP地址，然后分别控制。
Description
技术领域
本发明涉及一个基于以太网的通信方法，用于风电变流器与上位机，通过网线或WIFI进行监测、控制的数据传输约定。
背景技术
随着电力电子技术的发展和国家对风电行业的大力支持，风电变流器作为电力电子技术发展的产物，在国内运行总数量越来越庞大，在保障国民生产生活用电中发挥着越来越重要的作用。与此同时，风力发电机组的控制也趋于复杂，数据量也越发庞大，用户和厂家对变流器的数据监控要求不断提高，远程访问也成为了一个发展趋势，因此以往以串口作为通信接口的变流器已经不适应时代发展需求。
发明内容
借由信息网络技术的不断发展和完善，配备以太网接口的变流器将会如雨后春笋般出现。以太网在变流器中的应用，将会大大提高风力发电站对风电机组的控制能力，降低安装、调试方面的成本，减少故障排查的时间，提高变流器厂家对变流器问题的反馈速度，方便问题的及时发现与修改，提高设备的可靠性与维护性。
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一套以太网通信方法，用于变流器与上位机之间通信。
为了实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案：采用TCP/IP协议族的UDP协议作为基础协议，采用主从控制，一问一答方式，即主机发送请求，从机进行应答。利用多个逻辑端口，将多种不同种类的数据，分不同端口分别进行传输。利用报文序号，主机可以通过判断报文序号是否一致来确认从机是否正确返回了指令。用局域网DHCP来对各接入该局域网的变流器的IP地址进行分配，通过网段内广播搜索，获取各变流器IP地址，然后分别控制。控制数据、控制命令传输时，上位机为主机，变流器为从机。加入示波器功能，变流器主动将实时波形数据传给上位机，此时变流器为主机，上位机为从机。
该发明的特征包括：变流器IP地址可由DHCP自动分配，也可手动分配，配置灵活。可以使用路由器，利用WIFI进行无线调试，实现一对多通信，大大降低维护难度，提高抗干扰能力和通信可靠性。创新性的示波器功能，解决了现场变流器调试过程中，各种纷繁复杂的仪器连接问题，大大简化了安装、调试、故障排查步骤。UDP协议可靠性得到提高，解决UDP协议丢包问题。实现控制数据、示波器数据同时传输功能。利用以太网的高速传输能力，提高数据传输的实时性和可靠性，加强远程监控、维护变流器的能力。自动搜索网段内变流器，不用手动设置IP地址，实现自动化，大大降低安装维护工作量。
本发明还包括、但不限于如下方案。
一种风电变流器以太网通信方法，其中，
采用TCP/IP协议族的UDP协议作为基础协议，采用主从控制，一问一答方式，从主机发送请求，从机进行应答，
利用多个逻辑端口，将多种不同种类的数据，分不同端口分别进行传输。
优选地，利用报文序号，主机通过判断报文序号是否一致来确认从机是否正确返回了指令。
优选地，用局域网DHCP来对各接入该局域网的变流器的IP地址进行分配，或者手动分配变流器IP地址，通过网段内广播搜索，获取各变流器IP地址，然后分别控制。
优选地，控制数据、控制命令传输时，上位机为主机，变流器为从机，
加入示波器功能，变流器主动将实时波形数据传给上位机，此时变流器为主机，上位机为从机。
优选地，使用路由器，利用WIFI进行无线调试，实现一对多通信。
优选地，变流器IP地址存储在本地的存储器中，通过键值与内容相对应。
优选地，通信过程由如下三部分构成：建立连接、维持连接、拆除连接。
优选地，如下地进行控制数据连接的建立：
上位机为主机，变流器为从机，
上位机端通过控制数据端口不断广播发现变流器的请求，直到得到变流器的应答为止，然后将变流器的IP地址记录在本地，连接建立，
变流器端在没有上位机的IP地址情况下，打开控制数据端口监听网络广播，收到上位机的发现请求后将上位机的IP地址记录在本地，并回应上位机的请求。
优选地，如下地进行图形数据连接的建立：
变流器为主机，上位机为从机，
变流器端通过图形数据端口不断广播发现上位机的请求，直到得到上位机的应答为止，然后将上位机的IP地址记录在本地，连接建立，
上位机端在没有变流器的IP地址情况下，打开图形数据端口监听网络广播，收到变流器的发现请求后将变流器的IP地址记录在本地，并回应变流器的请求。
优选地，连接建立后，正常情况下变流器和上位机在第一单位时间(例如1秒)至少进行1次会话，一直维持着连接，倘若一方在大于上述第一单位时间的第二单位时间(例如2秒)内没有接收到来自对方的数据，此方可以认为通信超时，连接被中断，重新回到建立连接的过程。
优选地，连接维持过程中，主机可以主动向从机发送拆除连接请求，收到对方应答后拆除连接；或者主机停止发送预定时间(例如2秒)，迫使从机认为连接中断，
其中，拆除连接能够用于通信过程中更换另一台上位机，免去等待通信超时的过程。
优选地，由主机生成的一个16位数据，用于标记一次完整通信，主机每次发送报文的报文序号，都在上一次发送的报文序号基础上加1，如果上次发送的报文没有形成完整的会话，即在发送后从机无应答的情况下，重发时也将报文序号加1，主机接收到从机的应答后，首先判断收到的报文序号是否与发送的报文序号一致，如不一致，则重发该报文。
优选地，上位机收到有采样点丢失时，视情况对波形进行插值算法。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施方式的主机的软件状态机。
图2为根据本发明的一个实施方式的从机的软件状态机。
具体实施方式
通信拓扑包括如下三种方式：
1、变流器——网线——上位机
2、变流器——网线——路由器——网线——上位机
3、变流器——网线——路由器——WIFI——上位机
IP地址分配：
变流器IP地址存储在本地的存储器中，通过键值与内容相对应。表1说明了变流器键值与内容的对应关系。
表1变流器键值与内容的对应关系
图1和图2分别指示了通信过程中，主机和从机的软件状态机。
下面参照图1和图2说明通信过程：
通信过程由三部分构成，建立连接、维持连接、拆除连接。
建立连接。由于UDP是面向无连接的通信，因此无需建立连接。但由于刚上电或复位等情况下，双方都不知道对方IP地址，但仍需要在通信初期能够在网络上找到对方。
寻找的过程，首先需要在同一网段。连接分为两条逻辑链路。
1、控制数据连接的建立(上位机为主机，变流器为从机)
上位机端应该通过控制数据端口不断广播发现变流器的请求，直到得到变流器的应答为止，然后将变流器的IP地址记录在本地，连接建立
变流器端应该在没有上位机的IP地址情况下，打开控制数据端口监听网络广播，收到上位机的发现请求后将上位机的IP地址记录在本地，并回应上位机的请求。
2、图形数据连接的建立(变流器为主机，上位机为从机)：
变流器端应该通过图形数据端口不断广播发现上位机的请求，直到得到上位机的应答为止，然后将上位机的IP地址记录在本地，连接建立。
上位机端应该在没有变流器的IP地址情况下，打开图形数据端口监听网络广播，收到变流器的发现请求后将变流器的IP地址记录在本地，并回应变流器的请求。
维持连接。连接建立后，正常情况下变流器和上位机在每秒至少进行1次会话，一直维持着连接。倘若一方2秒时间内没有接收到来自对方的数据，此方可以认为通信超时，连接被中断，重新回到建立连接的过程。
拆除连接。连接维持过程中，主机可以主动向从机发送拆除连接请求，收到对方应答后拆除连接；或者主机停止发送2秒，迫使从机认为连接中断。拆除连接可用于通信过程中更换另一台上位机，免去等待通信超时的过程。
报文基本格式：
UDP协议每个报文最大能传输1472字节，即从报文序号(含)到结束符(含)总长度不得超过1472字节，如表2所示。
表2报文基本格式
| 内容 | 长度(B) |
| 报文序号 | 2 |
| 报文类型 | 2 |
| 报交内容 | n |
| 结束符 | 2 |
报文序号。由主机生成的一个16位数据，用于标记一次完整通信。主机每次发送报文的报文序号，都应在上一次发送的报文序号基础上加1。如果上次发送的报文没有形成完整的会话(发送后从机无应答)，重发时也应将报文序号加1。主机接收到从机的应答后，应该首先判断收到的报文序号是否与发送的报文序号一致，如不一致，则重发该报文。
报文类型。报文类型是16位数据，用于标记该报文是用于控制网络连接，还是用于数据传输，报文来自主机还是从机。报文类型各比特含义如表3所示。
表3报文类型含义
报文内容。根据报文类型不同(连接报文、数据报文、实时波形报文)，报文内容有所不同。
连接报文内容格式如表4所示，其中各命令对应的值与含义如表5所示。
表4连接报文内容格式
| 内容 | 长度(B) |
| 连接命令1 | 2 |
| 数据长度1 | 2 |
| *数据1 | 数据长度1(可能为0) |
| 连接命令2 | 2 |
| 数据长度2 | 2 |
| *数据2 | 数据长度2(可能为0) |
| … | … |
| 结束符0xFFFF | 2 |
表5连接报文各命令对应的值与含义
数据报文内容格式如表6所示。
表6数据报文内容格式
| 内容 | 长度(B) |
| 读写标识 | 2 |
| 编号数量 | 2 |
| 数据编号1 | 2 |
| 数据编号2 | 2 |
| … | |
| 数据值1 | 4 |
| 数据值2 | 4 |
| … | … |
| 结束符(0xFFFF) | 2 |
其中各数据编号由使用者自行定义。主机读写标识为写入，从机该标识应为读取；主机读写标识为读取，从机该标识应为写入。从机收到主机数据报文后，应针对自己情况，选择修改或提取哪些数据编号的值，并通过相同的报文格式返回给主机。对于某些主机企图在运行状态下设置某些值，或设置只读值，从机应该在返回报文中删除其对应的数据编号和数据值，对该设置不予回应。
实时波形报文内容格式如表7所示。
表7实时波形报文内容格式
| 内容 | 长度(B) |
| 采样周期 | 2 |
| 丢失采样点个数 | 2 |
| 通道数量n | 2 |
| 采样点个数m | 2 |
| 数据编号1 | 2 |
| 数据编号2 | 2 |
| … | … |
| 数据编号n | 2 |
| 通道[1]数据值[1] | 4 |
| 通道[2]数据值[1] | 4 |
| … | … |
| 通道[n]数据值[1] | 4 |
| 通道[1]数据值[2] | 4 |
| 通道[2]数据值[2] | 4 |
| … | … |
| 通道[n]数据值[2] | 4 |
| … | … |
| 通道[1]数据值[m] | 4 |
| 通道[2]数据值[m] | 4 |
| … | … |
| 通道[n]数据值[m] | 4 |
| 结束符 | 0xFFFF |
采样周期单位为控制周期分频数。该周期折算成实际周期应在1ms～20ms之间。丢失采样点个数，上位机与变流器的通信可能受到网络阻塞、通信干扰等原因，中间丢失若干报文，每个报文包含若干采样点。丢失采样点个数，是将本次报文，与上次成功报文之间丢失的所有报文的采样点个数的累加和。上位机收到有采样点丢失，应该视情况对波形进行插值算法。通道数量表示该报文中有多少个数据编号，即实时显示的通道。采样点个数表示该报文中每个通道采样点个数，即该报文表示的波形时间为：采样点个数×采样周期×控制周期。从机应答的报文内容为空，只包含一个结束符。
上面参照附图说明了本发明的优选实施方式，但是，应当理解，上述说明仅是示例性的。本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明作出各种修改和变型。本发明的保护范围由所附的权利要求书限定。
Claims (13)
1.一种风电变流器以太网通信方法，其中，
采用TCP/IP协议族的UDP协议作为基础协议，采用主从控制，一问一答方式，从主机发送请求，从机进行应答，
利用多个逻辑端口，将多种不同种类的数据，分不同端口分别进行传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
利用报文序号，主机通过判断报文序号是否一致来确认从机是否正确返回了指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
用局域网DHCP来对各接入该局域网的变流器的IP地址进行分配，或者手动分配变流器IP地址，通过网段内广播搜索，获取各变流器IP地址，然后分别控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
控制数据、控制命令传输时，上位机为主机，变流器为从机，
加入示波器功能，变流器主动将实时波形数据传给上位机，此时变流器为主机，上位机为从机。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
使用路由器，利用WIFI进行无线调试，实现一对多通信。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，
变流器IP地址存储在本地的存储器中，通过键值与内容相对应。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，
通信过程由如下三部分构成：建立连接、维持连接、拆除连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
如下地进行控制数据连接的建立：
上位机为主机，变流器为从机，
上位机端通过控制数据端口不断广播发现变流器的请求，直到得到变流器的应答为止，然后将变流器的IP地址记录在本地，连接建立，
变流器端在没有上位机的IP地址情况下，打开控制数据端口监听网络广播，收到上位机的发现请求后将上位机的IP地址记录在本地，并回应上位机的请求。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
如下地进行图形数据连接的建立：
变流器为主机，上位机为从机，
变流器端通过图形数据端口不断广播发现上位机的请求，直到得到上位机的应答为止，然后将上位机的IP地址记录在本地，连接建立，
上位机端在没有变流器的IP地址情况下，打开图形数据端口监听网络广播，收到变流器的发现请求后将变流器的IP地址记录在本地，并回应变流器的请求。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
连接建立后，正常情况下变流器和上位机在第一单位时间至少进行1次会话，一直维持着连接，倘若一方在大于所述第一单位时间的第二单位时间内没有接收到来自对方的数据，此方可以认为通信超时，连接被中断，重新回到建立连接的过程。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
连接维持过程中，主机可以主动向从机发送拆除连接请求，收到对方应答后拆除连接；或者主机停止发送预定时间，迫使从机认为连接中断，
其中，拆除连接能够用于通信过程中更换另一台上位机，免去等待通信超时的过程。
12.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，
由主机生成的一个16位数据，用于标记一次完整通信，主机每次发送报文的报文序号，都在上一次发送的报文序号基础上加1，如果上次发送的报文没有形成完整的会话，即在发送后从机无应答的情况下，重发时也将报文序号加1，主机接收到从机的应答后，首先判断收到的报文序号是否与发送的报文序号一致，如不一致，则重发该报文。
13.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，
上位机收到有采样点丢失时，视情况对波形进行插值算法。
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