信息自动化系统中信息采集和通信规约的应用

金波

摘要：对信息自动化系统中的信息采集和通信规约进行了研究，并以配电自动化系统为例，结合所采集信息的特点和自动化的要求，对通信规约在自动化系统中的应用进行了分析。

关键词：自动化、信息采集、通信规约

一、配电自动化馈线终端信息采集的内容

1、遥测信息量

在配电网自动化系统中、遥测信息以采集电流信息和电压信息为主。由于配电系统的特殊要求，对于具体的配电网自动化系统来说，除测量正常负荷状态下的电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、频率外，还需要测量故障情况下的电压、电流和频率等量，并需要测量和评估系统的电能质量，其内容主要包括供电电压中的谐波、电压波动、电压闪变等参数。

2、故障信息量

配電自动化系统是一个综合的配电网及设备运行管理系统，具有故障定位、故障自动隔离、自动恢复供电以及其它一些故障管理功能，因此，FTU要能够及时采集、处理故障数据及信息，这是它区别于常规调度自动化RTU的一个重要特点。根据系统的具体要求和实际情况的需要，FTU既可详细地记录故障电压、电流的波形；也可以只记录故障发生的时间及故障切除前后几个关键的故障电流、电压幅值以及故障方向。

配电网故障一般是通过电流信息或电压信息判断的，并产生配电网故障信息，由此启动故障点隔离程序进行处理。故障电流信息应作为事件顺序记录的信息，并以此来组装事件顺序记录报文。由于配电系统的特殊性，对模拟量事故信号的产生条件要设置两种类型：一种是设置报警门槛值；另一种设置故障信息门槛值。

根据配电系统特点，典型的故障判断所需的信息内容有：定（反）时限过流故障检测，相——相之间的故障电流门槛值，零序电流故障门槛值、零序电流谐波，故障持续时间，接地故障检测，传输通道故障检测等。

由于供给自动化设备的电源和充电电池、断路器、自动重合器等是配电系统的关键设备，系统的自诊断信息主要以设备电源信息、断路器信息、自动重合器信息为主，设备电源信息主要为：电源电池的充电过流和过压，正常运行条件下的电池状态测试，电源电他的过渡放电、在失去外部电源情况下的电源自供电能量的测试信息，持续占有通道信息。另外，应该特别要求提供电源蓄电池工作曲线、寿命曲线，自动化设备各种运行状态下的用电量数据，并存储设备中，以供诊断使用。

FTU测量记录的参数及数据有：（1）断路器累计切断电流的水平；（2）断路器动作时间，一般用跳闸继电器动作和断路器合位辅助触头变位完毕之间的时间差来近似。（3）断路器动作次数，指断路器进行分合操作的次数。

3、遥控和遥调信息

设备控制操作信号是直接执行设备跳闸、合闸操作的控制信号，这些控制信号可以是当地操作命令，也可以是远方控制主站下达的控制命令。针对故障处理的控制信号有：接地跳闸，过电流跳闸，越限跳闸，接地闭锁。针对改变设备运行方式的控制信号有重合闸成功标志清除。控制状态的管理信号有、重合闸的投入/退出，事件记录的投退出，接地跳闸闭锁的启动，重合闸成功标志清除的启动，断路器触头负荷测试的投入/退出，重新设置的状态信号，小电流接地的投入/退出，接地跳闸优先的投入/退出。重新设置的状态信号包括3项内容：更新设置断路器失灵状态信号，重新设置控制回路运行状态信号，重新设置带有标志的状态信号。带有时间信息标志管理的控制信号通常考虑以下内容：过流跳闸，复位，人工操作的合闸，远方控制的合闸.人工控制的闭锁，远方控制的闭锁，远方控制的跳闸，交流输入电源失电，交流输入电源恢复，程序控制，小电流跳闸等。

二、通信规约在信息自动化系统中的应用

基于配电自动化系统性能要求和信息采集特点，馈线远方终端需要具备以下特性：（1）保证所传输数据的完整性；（2）保证系统响应时间的快速性；（3）保证对于不同的数据需要有不同的传输优先级和响应时间。

以上特性使得馈线远方终端系统在发生故障时能够优先传输故障信息，对故障原因进行判断和识别后进行故障隔离或设法修复故障，从而恢复系统正常供电。IEC60870-5—101是满足以上特性的开放式规约，该规约根据OSI系统模型进行设计，是IEEE推荐的可以用于RTU和主站间通信的规约，并且为了能够应用于电力系统而进行了特殊的修改和定义。

把IEC60870-5.101规约应用在FTU系统中的优势在于主站在监视与控制的过程中并不是被动地等待接收信息，而是主动进行快速校验过程，并利用对半分割检索的方法来排查故障位置，从而实现全双工、多点共线情况下故障的高效快速排查。另外，采用这种方法进行故障排查对于一定数量的FTU其检索时间是不变的。

配电自动化系统的通信规约采用增强性能结构（EPA）模型，该模型仅有物理层、链路层和反应层三层结构。IEC60870-5-101规约的两个基本应用是站初始化和用询问方式收集数据，这两个基本功能是执行其他功能的基础，通过特定的应用和链路服务相配合来完成。

1、站初始化

为了远动终端能够正常工作，需要对主站和子站进行初始化。初始化过程为：当主站召唤子站数据，子站送出所请求的数据时，主站发生“开始当地初始化”，当主站的应用功能的初始化完成后，就开始发送总召唤命令以刷新数据库和时钟同步；在子站当地初始化成功后并不对主站的召唤进行相应，也不发送确认服务，此时主站和子站失去了连接；此后主站会不停发送“请求链路状态”信息，直到子站链路恢复工作时子站才会对其进行应答，回复给主站“链路状态”信息；主站将会发送“复位远方链路”的请求，子站把帧计数器清零的同时对主站进行“确认”应答；然后主站会再次向子站发送“请求链路状态”信息，子站在“链路状态”回答中会告知主站已经存在1级用户数据；主站收到子站的反馈后将发送“请求1级用户数据”的信息，此时子站以初始化结束报文“M.EIPDU”进行应答，初始化结束。经过以上步骤以后，主站就能够对子站发送召唤命令，进行时钟同步，从而远动终端进入了正常运行状态。

2、用询问方式收集数据用询问方式收集数据是101规约的基本应用，主站按照顺序依次对子站进行召唤询问，子站对询问进行回答并把过程变量的实际值发送给主站，主站通过这种问答的方式得到实时信息并写入数据库中进行更新。负荷开关的状态变化情况和电力系统的故障信号等重要信息在采用询问方式进行收集时要优先进行传输，这类信息叫做1级用户数据；诸如电流、电压、功率和一般的告警信号、预警信号等信息归类为2级用户数据，在1级用户信息之后进行传输。1级用户信息的优先传输可以有效保证故障状态的快速传输和识别，有利于系统及时进行故障隔离和修复，恢复正常供电。

三、结束语

本文对信息自动化系统中的信息采集和通信规约的应用进行了研究，结合实际工程，实现了信息的采集与可靠传输、重要信息的优先传输，并能满足响应时间的要求。同时，随着自动化和计算机技术的发展，通信规约的日趋完善，对信息自动化的可用性和稳定性提出了更高的要求，也为将来的研究指明了方向。

参考文献：

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