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1、引言
电力监控系统以供电设备为监控对象，通过网络将所内的间隔层设备连接起来，采用各种通信规约对间隔层设备进行轮询访问，将采集到的设备状态数据进行分析处理并转发至综合监控系统，同时以HMI界面形式在监控工作站上显示供电设备的开关状态、报警信息等，实现对供电设备的监控功能。广州地铁14号线采用天津凯发电气KF6510通信管理机作为电力监控系统核心处理单元，采用IEC103通信规约与直流1500V系统进行通信，根据双方约定的接口点位地址，采集、控制直流1500V系统设备开关状态。
2、接口设计
2.1物理接口
14号线电力监控系统与直流1500V系统的物理接口采用10/100M模光纤以太网接口，通过交换机光口与直流1500V系统串口服务器连接，实现与直流1500V进线柜、馈线柜、负极柜保护及测控装置通信，通信协议采用了IEC103规约。
2.2接口功能
14号线电力监控系统与直流1500V系统的接口功能，包括遥测、遥信、遥控、对时等功能。
1）具备对直流1500V开关断路器分合遥控、故障复归遥控功能;
2）具备对直流1500V开关状态、报警信息、故障信息遥信功能;
3）具备对直流1500V开关电流、电压遥测功能;
4）具备对直流1500V系统时钟授时功能。
3、接口协议
电力监控系统与直流1500V系统的通信规约为IEC103规约，双方的通信为主从方式，电力监控系统KF6510通信管理机为主站，1500V开关柜保护装置为从站，定义电力监控系统向1500V保护装置发送报文为控制方向，反之为监视方向。
3.1报文格式
IEC103通信规约有固定帧长报文和可变帧长报文两种格式，固定帧长报文主要用于传送“召唤、确认、应答”等信息，可变帧长报文主要用于传送“命令、数据”等信息。
（1）长度
可变帧长度L= 控制域+地址域+ASDU的长度。
（2）控制域
①启动报文位PRM：PRM=1，表示是由电力监控系统向直流1500V系统保护装置传输报文;PRM=0，表示由直流1500V系统保护装置向电力监控系统传输报文。②帧计数位FCB：电力监控系统向同一个保护装置传输新一轮的发送/确认或请求/响应传输服务时，将帧计数位FCB取反，电力监控系统为每一个保护裝置保留一个帧计数位的拷贝，若超时未从保护装置收到所期望的报文，则不改变帧计数位FCB的状态，重传原报文，重传次数为3次，若电力监控系统正确收到保护装置的报文，则传输服务结束。③帧计数有效位FCV：FCV=0，表示帧计数位FCB的变化无效。FCV=1，表示帧计数位FCB的变化有效。④要求访问位ACD：ACD=1表示保护装置有1级用户数据要向电力监控系统传送。⑤数据流控制位DFC：DFC=0表示保护装置可以接受数据;DFC=1表示保护装置的缓冲区已满，无法接受新数据。⑥功能码：控制方向：3=发送/确认帧（传送数据），10=请求/响应帧（召唤1级数据），11=请求/响应帧（召唤2级数据）;监视方向：0=确认帧（确认），8=响应帧（以数据响应请求帧）。
（3）地址域
地址范围为0-254为从站地址，255为广播地址
（4）ASDU
ASDU是指可变帧长报文中的应用服务数据单元，结构为①类型标识（TYPE）：控制方向：06=时钟同步，07=总召唤，20=一般命令;监视方向：按接口点表定义01=带时标的报文，02=具有相对时间的带时标的报文 ，03=被测值，06=时钟同步，08=总召唤结束。②可变结构限定词（VSQ）：第8位SQ=1，信息体只含单个元素，信息体地址即信息元素地址;SQ=0，信息体含多个信息元素，信息体地址是第一个信息元素地址，后续信息元素地址按顺序加1;第1-7位表示信息元素的数目。③传送原因（COT）：控制方向：08=时钟同步，20=一般命令;监视方向：01=自发（突发），02=循环传送，08=时间同步，09=总召唤，10=总召唤结束，12=远方操作，20=命令的肯定，21=命令的否定。④公共地址ADDR：地址范围为0-254为从站地址，255为广播地址。⑤功能类型（FUN）：按接口点表定义。⑥信息序号（INF）：按接口点表定义⑦信息元素集：按接口点表定义。⑧时标（可选）
（5）帧校验和
帧校验和=控制域+地址域（不考虑溢出位）。
3.2通信过程
（1）遥测过程
主站定期向从站召唤二级数据（遥测数据），从站响应召唤，传送二级数据。
（2）遥信过程
主站收到从站的一级数据请求访问（即ACD =1）后，开始召唤一级数据。
（3）遥控过程
主站向从站1500V开关保护装置（地址07）下发分闸遥控指令，信息体地址为FUN=240，INF=160。从站收到遥控命令后，回复确认帧报文。
（4）时钟对时
当主站或从站发生复位，或每隔一段时间，主站应向从站发一次对时命令。主站发送“广播对时”报文，从站无需返回报文：
4、总结
本文介绍了电力监控系统与直流1500V系统的物理接口设计、接口功能，梳理了接口通信规约的报文格式、报文类型及特征，并针对IEC103协议在电力监控系统与直流1500V系统接口通信过程中的应用，分别对遥信、遥测、遥控、对时的报文进行了详细的分析，让读者对电力监控系统与直流1500V系统接口设计有一个深刻的认识。
作者简介：郑亦全（1993.04—），男， 汉族 ，广东省阳江市人（籍贯），广东省广州市海珠区广州地铁集团有限公司 运营事业总部自动化专业 技术助理
广州地铁集团有限公司 运营事业总部 广东 广州 510006
电力监控系统以供电设备为监控对象，通过网络将所内的间隔层设备连接起来，采用各种通信规约对间隔层设备进行轮询访问，将采集到的设备状态数据进行分析处理并转发至综合监控系统，同时以HMI界面形式在监控工作站上显示供电设备的开关状态、报警信息等，实现对供电设备的监控功能。广州地铁14号线采用天津凯发电气KF6510通信管理机作为电力监控系统核心处理单元，采用IEC103通信规约与直流1500V系统进行通信，根据双方约定的接口点位地址，采集、控制直流1500V系统设备开关状态。
2、接口设计
2.1物理接口
14号线电力监控系统与直流1500V系统的物理接口采用10/100M模光纤以太网接口，通过交换机光口与直流1500V系统串口服务器连接，实现与直流1500V进线柜、馈线柜、负极柜保护及测控装置通信，通信协议采用了IEC103规约。
2.2接口功能
14号线电力监控系统与直流1500V系统的接口功能，包括遥测、遥信、遥控、对时等功能。
1）具备对直流1500V开关断路器分合遥控、故障复归遥控功能;
2）具备对直流1500V开关状态、报警信息、故障信息遥信功能;
3）具备对直流1500V开关电流、电压遥测功能;
4）具备对直流1500V系统时钟授时功能。
3、接口协议
电力监控系统与直流1500V系统的通信规约为IEC103规约，双方的通信为主从方式，电力监控系统KF6510通信管理机为主站，1500V开关柜保护装置为从站，定义电力监控系统向1500V保护装置发送报文为控制方向，反之为监视方向。
3.1报文格式
IEC103通信规约有固定帧长报文和可变帧长报文两种格式，固定帧长报文主要用于传送“召唤、确认、应答”等信息，可变帧长报文主要用于传送“命令、数据”等信息。
（1）长度
可变帧长度L= 控制域+地址域+ASDU的长度。
（2）控制域
①启动报文位PRM：PRM=1，表示是由电力监控系统向直流1500V系统保护装置传输报文;PRM=0，表示由直流1500V系统保护装置向电力监控系统传输报文。②帧计数位FCB：电力监控系统向同一个保护装置传输新一轮的发送/确认或请求/响应传输服务时，将帧计数位FCB取反，电力监控系统为每一个保护裝置保留一个帧计数位的拷贝，若超时未从保护装置收到所期望的报文，则不改变帧计数位FCB的状态，重传原报文，重传次数为3次，若电力监控系统正确收到保护装置的报文，则传输服务结束。③帧计数有效位FCV：FCV=0，表示帧计数位FCB的变化无效。FCV=1，表示帧计数位FCB的变化有效。④要求访问位ACD：ACD=1表示保护装置有1级用户数据要向电力监控系统传送。⑤数据流控制位DFC：DFC=0表示保护装置可以接受数据;DFC=1表示保护装置的缓冲区已满，无法接受新数据。⑥功能码：控制方向：3=发送/确认帧（传送数据），10=请求/响应帧（召唤1级数据），11=请求/响应帧（召唤2级数据）;监视方向：0=确认帧（确认），8=响应帧（以数据响应请求帧）。
（3）地址域
地址范围为0-254为从站地址，255为广播地址
（4）ASDU
ASDU是指可变帧长报文中的应用服务数据单元，结构为①类型标识（TYPE）：控制方向：06=时钟同步，07=总召唤，20=一般命令;监视方向：按接口点表定义01=带时标的报文，02=具有相对时间的带时标的报文 ，03=被测值，06=时钟同步，08=总召唤结束。②可变结构限定词（VSQ）：第8位SQ=1，信息体只含单个元素，信息体地址即信息元素地址;SQ=0，信息体含多个信息元素，信息体地址是第一个信息元素地址，后续信息元素地址按顺序加1;第1-7位表示信息元素的数目。③传送原因（COT）：控制方向：08=时钟同步，20=一般命令;监视方向：01=自发（突发），02=循环传送，08=时间同步，09=总召唤，10=总召唤结束，12=远方操作，20=命令的肯定，21=命令的否定。④公共地址ADDR：地址范围为0-254为从站地址，255为广播地址。⑤功能类型（FUN）：按接口点表定义。⑥信息序号（INF）：按接口点表定义⑦信息元素集：按接口点表定义。⑧时标（可选）
（5）帧校验和
帧校验和=控制域+地址域（不考虑溢出位）。
3.2通信过程
（1）遥测过程
主站定期向从站召唤二级数据（遥测数据），从站响应召唤，传送二级数据。
（2）遥信过程
主站收到从站的一级数据请求访问（即ACD =1）后，开始召唤一级数据。
（3）遥控过程
主站向从站1500V开关保护装置（地址07）下发分闸遥控指令，信息体地址为FUN=240，INF=160。从站收到遥控命令后，回复确认帧报文。
（4）时钟对时
当主站或从站发生复位，或每隔一段时间，主站应向从站发一次对时命令。主站发送“广播对时”报文，从站无需返回报文：
4、总结
本文介绍了电力监控系统与直流1500V系统的物理接口设计、接口功能，梳理了接口通信规约的报文格式、报文类型及特征，并针对IEC103协议在电力监控系统与直流1500V系统接口通信过程中的应用，分别对遥信、遥测、遥控、对时的报文进行了详细的分析，让读者对电力监控系统与直流1500V系统接口设计有一个深刻的认识。
作者简介：郑亦全（1993.04—），男， 汉族 ，广东省阳江市人（籍贯），广东省广州市海珠区广州地铁集团有限公司 运营事业总部自动化专业 技术助理
广州地铁集团有限公司 运营事业总部 广东 广州 510006