CN110971491B - 一种电力系统101和104通讯规约处理系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统101和104通讯规约处理系统及其处理方法。该处理系统包括接口层、内核层、数据层和应用层。接口层，用于接收外部物理通讯接口的数据包，并按照规约格式的要求组对应的返回应答数据包。内核层，用于对101和104通讯规约中具有相同数据格式的内容域进行统一接口的函数体封装。数据层，用于外部数据源的传递、逻辑输出控制和其它层所需参数的支撑。应用层，用于对规约内容的解析及组包，并按照规约的应答机制，进行状态流程控制。本发明不再限制规约使用的具体通讯口类型，外部调用只关注某些特定的接口函数，不涉及到规约处理内核层逻辑实现，且易于构建规约库，方便移植扩展到其他单片机应用系统中使用。

Description

一种电力系统101和104通讯规约处理系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及配网和工业自动化应用中的主站与终端之间的数据通讯过程技术领域，具体涉及一种电力系统101和104通讯规约处理系统及其处理方法。

背景技术

目前，随着计算机技术及通讯技术的迅速发展，对于电力设备终端的数据采集数目、传输物理通讯接口的种类及规约传输通道的多样性等要求越来越重要。

基于现有的配电自动化终端设备与主站进行101及104规约进行通讯，存在下列弊端：一、某一物理通讯接口固定使用一种规约，如常规做法串口或GPRS无线用101规约、以太网光纤用104协议；并不具备串口或网口进行规约互换使用；二、现阶段的101及104规约不足以适应当下的技术发展所要求的功能，后期权威机构必须要对规约进行修订扩展完善新功能，对于终端设备而言，亦要随之做修改，而目前普遍存在104或101规约的单独性，如新增功能，必然在104及101两种规约的框架基础上均要添加完善新内容，因此存在工作量重复问题；三、设备规约版本存在移植不便，难以适应各个现场及各种目标机中，不能做到灵活配置、灵活开发，且移植过程中存在数据源、变量、函数等改动出错概率较大，二次开发成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力系统101和104通讯规约处理系统及其处理方法，该处理系统及其处理方法能够解决现有电力系统终端与主站之间规约通讯的弊端，不再限制规约使用的具体通讯口类型，外部调用只关注某些特定的接口函数，不涉及到规约处理内核层逻辑实现，且易于构建规约库，方便移植扩展到其他单片机应用系统中使用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电力系统101和104通讯规约处理系统，包括接口层、内核层、数据层和应用层。所述接口层，用于接收外部物理通讯接口(如串口或网口)的数据包，并按照规约格式的要求组对应的返回应答数据包。所述内核层，用于对101和104规约中具有相同数据格式的内容域进行统一接口的函数体封装。所述数据层，用于外部数据源的传递、逻辑输出控制和其它层所需参数的支撑。所述应用层，用于对规约内容的解析及组包，并按照规约的应答机制，进行状态流程控制。

本发明还涉及一种上述电力系统101和104通讯规约处理系统的处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)初始化

上电初始化，将通道结构数据表对应的字段进行清零初始操作，调用数据层中的参数部分，完成应用层及内核层中所需参数的赋值。

(2)接收数据包处理

当接口层收到主站下发的完整一包数据帧后，对该数据帧进行校验解析，确认该帧是否满足101或104通讯规约中规定的合法帧格式，若满足，则在所有通道中查找有无空闲未被使用的通道，若查找到，则申请一个通道，并将该通道的状态置为被使用状态，对数据层的心跳时间进行更新，同时进一步对当前帧进行帧结构判断，若符合101通讯规约格式，则进入101通讯规约的固定帧和可变帧处理，若符合104通讯规约格式，则进入104通讯规约的固定帧和可变帧处理。

(3)发送数据包处理

先获取当前通讯规约的类型，然后根据此类型，对该通讯规约的各个状态位信息进行查询判断，并调用内核层封装的ASDU接口函数，完成数据或命令的组包操作；由于101和104通讯规约的固定帧无相同格式，因此，它们的固定帧将单独分开处理。

(4)通道释放

正常情况下，主站与终端设备之间有数据交互，每收到一帧，其通道字段heart_beat会被重新更新初始值，表示通道是正常连接的状态；当存在异常情况时，主站因某种原因不发数据报文，此时的通道字段心跳时间会定时进行减操作，一旦减到0，将该通道释放，通道各字段清零，为下次申请提供准备。

所述通道结构数据表如下所示：

和现有技术相比，本发明的优点为：

(1)本发明引入了通道配置数据结构表，能动态体现外部物理接口的连接、使用状态且特殊情况下及时释放通道以供其他接口使用，动态循环进行。

(2)本发明不在具体限制物理接口使用的规约类型，做到谁用谁申请，能够依据各现场各主站特定的规约要求，无需重新进行物理接口规约的开发。

(3)由于101及104规约具有相同的ASDU格式，因此，通过采用本发明所述的处理系统及其处理方法，对于后续规约的修订或增加新内容，只需在内核层中添加新的ASDU接口，在应用层中做对应的调用即可，无需进行双重开发，进行一次编写添加即可同时满足2种不同规约的使用，大大节约开发周期且功能稳定性得以保证，对其中一层的修改不会影响到其它层的算法逻辑关系。

(4)本发明所述的处理系统及其处理方法，利于形成统一的库，方便移植到其他系统中，仅仅提供某些必要的接口函数便可快速进行需求开发。

附图说明

图1是本发明处理系统的系统框图；

图2是本发明处理方法中的接收数据包处理过程示意图；

图3是本发明处理方法中的发送数据包处理过程示意图；

图4是本发明处理方法中的通道释放过程示意图。

其中：

100、接口层，200、内核层，300数据层，400、应用层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种电力系统101和104通讯规约处理系统，包括接口层100、内核层200、数据层300和应用层400。

所述接口层100，用于接收外部物理通讯接口(如串口或网口)的数据包，并按照规约格式的要求组对应的返回应答数据包。接口层是提供给硬件通讯接口使用，即程序串口或网口收到完整的一包数据后调用该层中封装的数据接口函数iecFrame_Receive，形参port_id为外部的输入的串口或网口号，可以按照顺序进行，如串口1,2,3...网口socket号4,5,6等，亦可随机填入，只需保证各通讯接口传入的port_id不重复；形参r_buf是用于指向接收数据包内容的缓存指针；形参r_len代表输入数据包的长度。当调用此数据接口函数后，函数内部自动进行101或104规约的判断及识别。因此，对于调用者无需关心该函数具体的处理方式方法，不在限定什么通讯口用什么规约。

数据包发送接口函数iecFrame_Send则为调用者提供了数据包的返回功能，形参stm代表发送的帧与帧的间隔，port_id,功能同上，与上述iecFrame_Receive中的port_id应保持一致性，s_buf用于指向返回的数据包内容的缓存指针，s_len返回的数据包有效长度，因此只要定时如10ms调用此函数接口就能实现101或104的报文发送。

所述内核层200，用于对101和104规约中具有相同数据格式的内容域进行统一接口的函数体封装。内核层是依据目前101和104规约其可变帧具有相同的ASDU(应用数据服务单元)进行的，唯一不同的就是两者规约的帧头、帧尾及某些域区别，101/104的帧格式结构如表1所示。因此，完全可以将相同功能的的ASDU进行函数接口的封装，如对时、总召唤、遥控、全遥信遥测、故障事件、SOE等，经过这种合并处理，应用层按照规约处理的逻辑关系调用相应的ASDU函数接口，完成组包过程。

表1 101/104的可变帧格式结构

101格式	104格式
		68H	68H
长度	APDU长度
		长度	控制域1
68H	控制域2
		链路控制域	控制域3
链路地址	控制域4
		ASDU	ASDU
校验
		16H

本发明实施所涉及到一个重要的通道结构数据表参见表2，然后根据此表虚拟定义一个10数目的上述参数结构体comm_ch[10]，可根据实际情况灵活增大或减少此数目，表明101和104规约能同时支持的最多串口或网口物理通讯接口数。该通道结构包含5个成员变量：使用标记(used)、在线标记(logged_in)、规约名称(name)、心跳时间(heart_beat)、端口(port_id)。

表2通道结构数据表comm_ch

所述数据层300，用于外部数据源的传递、逻辑输出控制和其它层所需参数的支撑。数据层为接口层、应用层及内核层提供数据及参数的支撑，如外部遥测、遥信、变化YX、变化YC、遥脉、故障事件、时间等数据的更新及遥控、遥调命令的输出，及101和104规约中所需的参数如地址字节数，传输原因字节数，信息体字节数，链路地址，公共地址、遥测传输类型、遥信传输类型、发送帧间隔等。

所述应用层400，用于对规约内容的解析及组包，并按照规约的应答机制，进行状态流程控制。应用层为接口层的下一级，当接收到一帧数据包且进行基本101及104规约数据格式的校验后，进入应用层的具体解包过程，根据101和104规约特有的帧长度及帧格式中的关键字节域信息，进行解码操作及提取有效数据内容，置对应各状态标志位＝1。同时应用层的组包函数定时顺序查询各状态标志位是否＝1，然后依据101及104协议中规约规定的应答机制，构建相关数据帧内容，返回应答数据包内容及有效长度供接口层的iecFrame_Send回调使用。

本发明还涉及一种上述电力系统101和104通讯规约处理系统的处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)初始化

上电初始化，将通道结构数据表对应的字段进行清零初始操作，调用数据层中的参数部分(帧发送间隔、心跳时间、链路地址、公共地址、101类型、遥测上传类型、遥信上传类型、遥控选择间隔等)，完成应用层及内核层中所需参数的赋值。

(2)接收数据包处理

如图2所示，当硬件通讯接口串口或网口收到主站下发的完整一包数据帧后，调用iecFrame_Receive接口函数，完成该数据帧的自动校验解析，并根据该函数返回状态，确认该帧是否为101或104合法帧。在满足合法性检查后，在所有通道中查找有无空闲未被使用的，即字段used有无等于0的，若查找到则将申请一个通道，将该通道的字段used置1，同时更新数据层的心跳时间heart_beat。对当前帧进行101/104通讯规约格式判定后，将name[7]赋对应的名称，然后判断字段name[7]为“101”，则进行101通讯规约的固定帧或可变帧的处理，当字段name[7]为“104”时，则进行104通讯规约的固定帧或可变帧的处理。通过对帧结构某个关键域(101/104可变帧的类型标识TI，101固定帧的FUN号，104固定帧的控制域1)进行检测，完成对应状态位的置1操作。

(3)发送数据包处理

如图3所示，数据包发送接口函数采用定时调用处理的机制，即当发送间隔时间到之后，判断字段name[7]的具体名称，为“101”时，则进入101规约处理流程，顺序查询各个状态标志位信息，当为“104”时，则进入104规约的处理流程，同样顺序查询各个状态标志位信息，两者均调用内核层封装的ASDU接口函数，完成数据或命令的组包操作。由于101和104通讯规约的固定帧无相同的格式，因此，它们的固定帧组包将单独进行处理。

(4)通道释放

如图4所示，正常情况下，主站与终端设备之间有数据交互，每收到一帧，其通道字段heart_beat会被重新更新初始值，表示通道是正常连接的状态。当存在异常情况时，主站因某种原因不发数据报文，此时的通道字段heart_beat会定时进行减操作，一旦减到0，将该通道释放，并将通道各字段清零，为下次申请提供准备。

综上所述，本发明所述的电力系统101和104规约处理系统及其处理方法，能够自动分析外部各通讯口输入的数据报文类型，区别出标准101和104规约协议，并按照命令作出相应规约数据回传应答，且具有多通道缓存设计，能够灵活自动分配和释放内存，这样设计既能满足需求，又能节省内存空间。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种电力系统101和104通讯规约处理系统的处理方法，其特征在于：

所述电力系统101和104通讯规约处理系统，包括接口层、内核层、数据层和应用层；所述接口层，用于接收外部物理通讯接口的数据包，并按照规约格式的要求组对应的返回应答数据包；所述内核层，用于对101和104通讯规约中具有相同数据格式的内容域进行统一接口的函数体封装；所述数据层，用于外部数据源的传递、逻辑输出控制和其它层所需参数的支撑；所述应用层，用于对规约内容的解析及组包，并按照规约的应答机制，进行状态流程控制；

该处理方法包括以下步骤：

(1)初始化

上电初始化，将通道结构数据表对应的字段进行清零初始操作，调用数据层中的参数部分，完成应用层及内核层中所需参数的赋值；

(2)接收数据包处理

当接口层收到主站下发的完整一包数据帧后，对该数据帧进行校验解析，确认该帧是否满足101或104通讯规约中规定的合法帧格式，若满足，则在所有通道中查找有无空闲未被使用的通道，若查找到，则申请一个通道，并将该通道的状态置为被使用状态，对数据层的心跳时间进行更新，同时进一步对当前帧进行帧结构判断，若符合101通讯规约格式，则进入101通讯规约的固定帧和可变帧处理，若符合104通讯规约格式，则进入104通讯规约的固定帧和可变帧处理；

(3)发送数据包处理

先获取当前通讯规约的类型，然后根据此类型，对该通讯规约的各个状态位信息进行查询判断，并调用核心层封装的ASDU接口函数，完成数据或命令的组包操作；由于101和104通讯规约的固定帧无相同格式，因此，它们的固定帧将单独分开处理；

(4)通道释放

正常情况下，主站与终端设备之间有数据交互，每收到一帧，其通道字段heart_beat会被重新更新初始值，表示通道是正常连接的状态；当存在异常情况时，主站因某种原因不发数据报文，此时的通道字段心跳时间会定时进行减操作，一旦减到0，将该通道释放，通道各字段清零，为下次申请提供准备。

2.根据权利要求1所述的电力系统101和104通讯规约处理系统的处理方法，其特征在于：所述通道结构数据表如下所示：

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