远动iec 104 通信通道冗余机制的探讨

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1、远动IEC104通信通道冗余机制的探讨汤震宇，张桂阳，尤小明（南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市，邮编211102）摘要：本文分析了目前远动网络通信冗余配置的需求，对通道冗余的机制进行了探讨，提出了链路冗余应用共享和链路应用均冗余的两种方案，对两种方案的连接切换、数据完整性、通信维护等关键技术和各自的优缺点进行了阐述和比较，并且结合工程实际分析了应用上的效果。关键词：远动，IEC104，通道，冗余0．引言远动通信是电力调度SCADA系统的关键环节，其通信的稳定可靠非常重要。为实现可靠的应用数据传输，远动通信通道可以设计为冗余模式。目前国内的远动通信冗余主要集中体

2、现为串行通道之间的冗余，或者为串行通道和网络通道之间的冗余，完全网络通信条件下的通道冗余目前还缺乏一定的应用研究。但随着网络通信逐渐成为SCADA系统通信的主要方式，网络通道的冗余日显重要。在电力系统自动化领域，远动的网络通信主要采用IEC104规约，本文拟从IEC104通信的链路处理和应用处理探讨冗余应用的技术问题。1．通道冗余方式一国家能源局颁布的104的2009版[1]和2002版[2]相比一个很大的不同是明确提出了网络通信通道冗余的机制，也就是本文分析说明的冗余方式一：链路冗余、应用共享。下面我们对冗余方式一的机制和一些实现上的关键问题进行分析说明。IEC1

3、04通信在两个节点之间的逻辑连接由两个IP地址和两个端口号唯一定义，控制站和被控站均可以处理多个逻辑连接，n个连接组成一个冗余组，而在一个冗余组内应用数据是共享的，应用数据的传输仅仅在一个逻辑上有效，就是说冗余组内的所有连接对应于一个应用数据过程，只有当前激活的主连接负责应用数据传输。IEC104的UTEST帧可以在冗余组的所有逻辑连接上进行，这样组内的所有连接互为主备，备通道仅仅测试链路维持连接，通道的主备状态是动态的可切换的。该方式的冗余在实践上主要涉及到主备连接的切换、数据完整性的保证以及帧序号的维护等问题。逻辑连接的主备切换可以分为手动切换和自动切换。手动切

4、换就在冗余组范围内的当前激活的逻辑连接上人工发送STOPDT_ACT停止应用传输转为测试维护，再在新的逻辑上人工发送STARTDT_ACT予以激活，作为新的主连接。自动切换由控制站判断进行，连接初始化时控制站在冗余范围内可以根据自然顺序尝试激活某个连接作为当前主连接，直到成功激活为止。运行中的自动切换可以由主站根据目前主、备连接的通信情况而定。数据完整性的保证是可以方便实现的，因为多个逻辑连接在冗余组内是共用应用数据过程的。远动数据的六遥转发表是共用的，就是说在冗余组内所有逻辑连接的应用数据的点表定义以及数据测点的属性也是完全一致的，因此在不同的逻辑连接上表现出来的

5、数据特征是一样的，数据缓存的入栈出栈对所有的逻辑连接是公共的和平等的，并且只对当前主连接有效。正是因为数据缓存的结构设计是共用的和互斥的，从而保证了应用数据传输在不同逻辑连接上的完整和一致。按照IEC104的规则，帧序号的维护是基于TCP连接进行的，在冗余组范围内不同的逻辑连接独立维护各自帧接收序号和帧发送序号。帧序号的准确实现是IEC104的本身要求，也是数据完整性的必要保证。由此我们看到，方式一是IEC104的新标准中已经明确的方式，在实现的技术点上尤其是数据完整性的保证上有着机制上的便利，但明显的不足就是冗余组内的不同连接在运行上并不真正独立，应用数据的维护是

6、冗余组公共的。2．通道冗余方式二我们可以在方式一上提出修正的方案，实现链路冗余的同时应用冗余，就是在冗余组内不同的逻辑连接不再共用应用数据过程，而是TCP连接和应用数据组成的逻辑连接相互之间互为冗余但是完全独立。方式二的明显特征就是在方式一的基础上建立不同连接各自的应用数据，并进行独立的过程维护。主备连接的切换模式是和方式一基本一致的，就是可以通过STOPDT_ACT和STARTDT_ACT命令结合当前各个连接的通信情况来实现手动切换和自动切换。帧序号的维护原则也是和方式一一样的。方式二的关键是需要建立一个冗余组内的应用数据同步机制来实现数据的完整性和一致性，从而保

7、证从链路到应用的整个环节的良好的冗余特性。根据IEC104的通信特点，只有子站已经发送的并且经过帧序号确认的应用数据才可以认为是已经被主站正确接收，而冗余组内的应用数据虽然在不同的连接上被独立维护，但是其数据的属性定义是完全一样的。因此，我们设计将当前主连接中已经被主站确认的数据的点号和数量告知其他所有的备连接，并对备连接中的应用数据进行实时整理，从而冗余组中的所有连接虽然各自独立维护应用数据过程，但是数据的接收、发送、确认等过程通过同步机制实现了动态的一致。图1方式二的冗余结构示意图我们看到，方式二实现了链路和应用的真正的独立冗余，但是实现上内存消耗较多，程序