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1、黑龙江电能量自动采集与监控管理系统-集中器 黑龙江省电能信息采集与管理系统通讯规约 2007-04-1111目 录1 前言51.1 修订记录51.2 本文涉及的各通信协议层的内容基于以下标准51.3 参考文献51.4 术语、定义与缩写62需求描述93集中器概述13.1 COSEM集中器模型13.2集中器的功能模块33.2.1 62056协议栈43.2.2通讯端口43.2.3应用进程模块43.2.4逻辑设备单元44 集中器使用的COSEM接口类54.1 时钟(类标识：8)54.2 数据存储相关的COSEM接口类94.2.1数据(类标识：1)94.2.2寄存器(类标识：3)104.2.3扩展寄存器
2、(类标识：4)134.2.4曲线属(类标识：7)144.3 功能控制相关的接口类184.3.1脚本表(类标识：9)184.3.2时间表(类标识：10)194.3.3寄存器监视器(类标识：21)224.3.4单个动作时间表(类标识：22)234.4 访问控制相关的接口类244.4.1 LN联结(类标识：15)244.4.2 SAP分配(类标识：17)284.5 通信设置相关的接口类284.5.1 IEC本地端口设置(类标识：19)284.5.2 Modem配置(类标识：27)304.5.3自动应答(类标识：28)314.5.4自动拨号(类标识：29)314.5.5 IEC HDLC设置(类标识：
3、23)324.5.6 TCP-UDP设置(类标识：41)324.5.7 IPv4设置(类标识：42)324.5.8 以太网设置(类标识：43)334.5.9 PPP设置(类标识：44)335集中器逻辑设备单元345.1管理逻辑设备345.1.1 总述345.1.2 访问控制与通信COSEM对象345.1.3 集中器功能实现相关COSEM对象365.1.4 集中器配置管理信息385.2数据逻辑设备455.2.1 总述455.2.2 COSEM对象清单455.2.3 正常数据曲线485.2.4 开箱监视曲线525.2.5 定制数据曲线536集中器通信规程546.1物理层546.1.1 数据单元54
4、6.1.2 传输次序与特性546.1.3 物理层操作规程546.1.3.1 概述546.1.3.2 建立物理连接546.1.3.3 识别服务556.1.3.4 数据通信556.1.3.5 断开存在的物理连接556.2 数据链路层556.2.1 LLC层556.2.1.1 LLC帧格式556.2.1.2 LLC状态转移566.2.2 MAC层566.2.2.1组帧规范566.2.2.2连接管理626.2.2.3帧响应规范636.2.2.4流程规范646.3 应用层676.3.1连接管理中的参数协商规范676.3.2流程规范706.3.2.1分块流程706.3.3 COSEM数据类型定义726.3
5、.4编码规则727附录 645数据与62056对象映射举例73电能量73有功电能73无功电能74一、二、三、四象限无功电能74电流76电压76瞬时功率77有功功率77无功功率77A相有功功率78A相无功功率78B相有功功率78B相无功功率79C相有功功率79C相无功功率80功率因数80电能量历史曲线81正向电能量历史曲线81反向电能量历史曲线81一象限无功电能历史曲线82二象限无功电能历史曲线83三象限无功电能历史曲线83四象限无功电能历史曲线841 前言1.1 修订记录版本日期作者说明第1版2007-04-111.2 本文涉及的各通信协议层的内容基于以下标准IEC 62056-42, Ele
6、ctricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 42: 用于面向连接的异步数据交换的物理层服务与规程;IEC 62056-46 Ed 1.0, Electricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control - Part 46: 使用HDLC协议的数据链路层, as amended by 13/1336/CDV, draft Amendment 1;draft IEC 62056-53
7、 ed. 2.0, 13/1338/CDV, Electricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control - Part 53: COSEM应用层;Annex E of IEC 62056-21, Electricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 21: 直接本地数据交换, is incorporated.1.3 参考文献DLMS UA 1000-1 Ed.7.0:2005COS
8、EM Identification System and Interface Objects, Blue BookDLMS UA 1001-1 Ed.2.0:2002COSEM Conformance Test Process, Yellow BookDLMS UA 1002 Ed. 1.0:2003COSEM Glossary of Terms, White BookIEC 61334-4-41 Ed.1.0: 1996Distribution automation using distribution line carrier systems - Part 4: Data communic
9、ation protocols - Section 41: Application protocol - Distribution line message specificationIEC 61334-6 Ed 1.0: 2000Distribution automation using distribution line carrier systems Part 6: A-XDR encoding ruleIEC 62056-21 Ed 1.0: 2002Electricity metering Data exchange for meter reading, tariff and loa
10、d control Part 21: Direct local data exchangeIEC 62056-31 Ed 1.0 :1999Electricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 31: Use of local area networks on twisted pair with carrier signalingIEC 62056-42 Ed.1.0: 2002Electricity metering Data exchange for meter reading,
11、 tariff and load control Part 42: Physical layer services and procedures for connection-oriented asynchronous data exchangeIEC 62056-46 Ed.1.0:2002Electricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 46: Data link layer using HDLC protocolAmendment 1: 200X，13/1336/CDVDr
12、aft IEC 62056-47 Ed 1.0，13/1337/CDVElectricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 47: COSEM transport layer for IP networksIEC 62056-53 Ed 2.0: 200X，13/1338/CDVElectricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 53: COSEM application
13、 layerIEC 62056-61 Ed 2.0: 200X，13/1341/CDVElectricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 61: OBIS Object identification systemIEC 62056-62 Ed 2.0: 200X，13/1342/CDVElectricity metering Data exchange for meter reading, tariff and load control Part 62: Interface cla
14、ssesISO/IEC 8649 Ed. 2.0: 1996Information technology - Open Systems Interconnection - Service definition for the Association Control Service ElementISO/IEC 8650-1 Ed 2.0: 1996Information technology - Open systems interconnection - Connection-oriented protocolfor the association control service eleme
15、nt: Protocol specificationISO/IEC 8802-2 Ed. 3.0: 1998Information technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 2: Logical link controlISO/IEC 8824: 1990Information technology - Open Systems Interconnection - Sp
16、ecification of Abstract Syntax Notation One (ASN.1)ISO/IEC 8825: 1990Information technology - Open Systems Interconnection - Specification of Basic Encoding Rules for Abstract Syntax Notation One (ASN.1)ISO/IEC 13239: Ed. 3.0: 2002Information Technology - Telecommunications and information exchange
17、between systems High-level data link control (HDLC) proceduresEN 13757-2 Ed. 1.0: 2004Communication system for and remote reading of meters - Part 2 : Physical and Link Layer, Twisted Pair Baseband (M-Bus)NEMA C12.21: 1999Protocol Specification for Telephone Modem CommunicationSTD0005 (1981)Internet
18、 Protocol. Also: RFC0791, RFC0792, RFC0919, RFC0922, RFC0950, RFC1112STD0006 (1980)User Datagram Protocol. Also: RFC0768STD0007 (1981)Transmission Control Protocol. Also: RFC07931.4 术语、定义与缩写AbbreviationExplanationAA应用联结Application Association AARE应用联结响应Application Association ResponseAARQ应用联结请求Appli
19、cation Association RequestACSE应用控制服务元素Application Control Service ElementAE应用实体Application EntityAP应用进程Application ProcessAPDU应用层协议数据单元Application Layer Protocol Data UnitAPI应用编程接口Application Programming InterfaceARP地址解析协议Address Resolution ProtocolASE应用服务元素Application Service ElementASO应用服务对象Applic
20、ation Service ObjectATM异步传输模式Asynchronous Transfer ModeA-XDR调整的扩展数据表示Adapted Extended Data Representationbase_name基名，对应于COSEM对象第一个属性(“逻辑名”)的短名BER基本编码规则Basic Encoding RulesCF控制功能Control Functionclass_id类标识Class identification codeclient请求服务的站，通常为主站A station, asking for services. Normally the master f
21、.confirm服务原语CO面向连接的Connection-orientedCOSEM能源计量配套规范Companion Specification for Energy MeteringCOSEM Interface ObjectCOSEM接口对象，是COSEM接口类的一个实例An instance of a COSEM Interface ClassCOSEM_on_IP基于TCP-UDP/IP的COSEM通信协议集The TCP-UDP/IP based COSEM communication profileDCE数据通信设备(通信接口或modem)Data Communication
22、Equipment (communications interface or modem)DCS数据采集系统Data Collection SystemDISCDisconnect (a HDLC frame type)DLMS设备语言报文规范Device Language Message SpecificationDM断开模式(一个HDLC帧类型)Disconnected Mode (a HDLC frame type)DPDU数据链路协议数据单元Data Link Protocol Data UnitDSAP数据链路服务接入点Data Link Service Access PointDS
23、DU数据链路服务数据单元Data Link Service Data UnitDTE数据终端设备(计算机、终端或打印机)Data Terminal Equipment (computers, terminals or printers)FCS帧校验序列Frame Check SequenceFDDI光纤分布式数据接口Fibre Distributed Data InterfaceFRMR帧拒绝(一个HDLC帧类型)Frame Reject (a HDLC frame type)FTP文件传输协议File Transfer ProtocolGMT Greenwich Mean TimeGSMGl
24、obal System for Mobile communicationsHCS头校验序列Header Check SequenceHDLC高级数据链路控制High-level Data Link ControlHHU手持单元Hand Held UnitHLS高级别安全High Level SecurityHTTP超文本传输协议Hypertext Transfer ProtocolI信息(一个HDLC帧类型)Information (a HDLC frame type)IC接口类Interface ClassIETFInternet Engineering Task Force.ind.ind
25、ication服务原语IP互联网协议Internet ProtocolLAN局域网Local Area NetworkLLC逻辑链路控制(子层)Logical Link Control (Sub-layer)LLS低级别安全Low Level SecurityLSAPLLC子层服务接入点LPDULLC协议数据单元LSB最低有效位Least Significant BitLSDULLC服务数据单元m强制mandatory, used in conjunction with attribute and method definitionsMAC媒介访问控制(子层)Medium Access Con
26、trol (sub-layer)masterCentral station - station which takes the initiative and controls the data flowMIB管理信息库Management Information BaseMSAPMAC子层服务接入点(这里等同于HDLC地址)MSB最高有效位Most Significant BitMSC消息序列图Message Sequence ChartMSDUMAC服务数据单元 Service Data UnitNDM正常断开模式Normal Disconnected ModeNRM正常响应模式Normal
27、 Response ModeN(R)接收序列号Receive sequence NumberN(S)发送序列号Send sequence Numbero可选项optional, used in conjunction with attribute and method definitionsOBIS对象标识系统Object Identification SystemOSI开放系统互联Open System InterconnectionPARPositive Acknowledgement with RetransmissionPDU协议数据单元Protocol data unitP/F查询/
28、结束Poll/FinalPH物理层Physical LayerPHPDUPH PDUPHSDUPH SDUPSDU物理层服务数据单元Physical layer Service Data UnitPSTNPublic Switched Telephone NetworkPPP点对点协议Point-to-Point ProtocolRARP反向地址解析协议Reverse Address Resolution Protocol.req.request服务原语.res.response服务原语RLRE应用联结释放响应Application Association Release ResponseRL
29、RQ应用联结释放请求Application Association Release RequestRNR接收未就绪(一个HDLC帧类型)Receive Not Ready (a HDLC frame type)RR接收就绪(一个HDLC帧类型)Receive Ready (a HDLC frame type)SAP服务接入点Service Access PointSDU服务数据单元Service Data UnitSNMP简单网络管理协议Simple Network Management ProtocolSNRM置正常响应模式(一个HDLC帧类型)Set Normal Response Mod
30、e (a HDLC frame type)serverA station, delivering services. The tariff device (meter) is normally the server, delivering the requested values or executing the requested tasks.slaveStation responding to requests of a master station. The tariff device (meter) is normally a slave station.TCP传输控制协议Transm
31、ission Control ProtocolTWA双向交替Two Way AlternateUA无编号确认(一个HDLC帧类型)Unnumbered Acknowledge (a HDLC frame type)UDP用户数据报协议User Datagram ProtocolUI无编号信息(一个HDLC帧类型)Unnumbered Information (a HDLC frame type)UNC不平衡工作正常响应模式类Unbalanced operation Normal response mode ClassUSS无编号发送状态Unnumbered Send StatusVAA虚拟应用
32、联结Virtual Application AssociationV(R)接收状态变量Receive state VariableV(S) 发送状态变量Send state VariableWPDU封装协议数据单元Wrapper Protocol Data UnitxDLMS-ASE扩展的DLMS应用服务元素Extended DLMS Application Service Element902集中器概述集中器通过上行信道与抄表主站通信，通过下行信道抄读下面挂载的各种表计。集中器的上行信道可以是GPRS、CDMA或PSTN，下行信道可以是低压电力线载波、无线及RS-485串行通信通道。下图所示
33、为抄表抄表系统的网络拓扑结构：图 21抄表系统基本网络拓扑结构用IEC62056标准来构建自动抄表系统。集中器按照能源计量配套规范COSEM来架构，上行信道符合DLMS通信协议标准，采用基于CO-HDLC数据链路层的三层协议栈（COSEM应用层：IEC62056-53,面向连接的基于HDLC的数据链路层：IEC62056-46,物理层通信服务与规程：IEC62056-42）；下行信道按DL/T645规约与各种表计通信。2.1 COSEM集中器模型在IEC62056标准体系中，是按照客房机/服务器模式来进行通信架构，主站充当客户机，集中器充当服务器。我们按照能源计量配套规范（COSEM）通过使用
34、面向对象的数据模型来构建集中器。COSEM将一个物理设备模型化为一系列逻辑设备(包括管理逻辑设备)组成，每个逻辑设备是该物理设备的一个功能子集，各种功能则用COSEM对象模型来标准化。逻辑设备用16字符(3字母制造商标识+最多13个制造商自定义字符)的逻辑设备名来标识，它具有全球唯一性，为数据溯源提供了前提条件。同一逻辑设备中的实例对象必须具有相同的版本。COSEM集中器的结构模型可分为三个层次：物理设备、逻辑设备、和对象，如图2-2所示。LDN：COSEM逻辑设备名对象A： 联结对象物理设备集中器ASAPLDN时钟各种配置对象 管理逻辑设备对象逻辑设备数据逻辑设备LDN曲线对象1A曲线对象2
35、曲线图 22 COSEM集中器模型1. 物理设备即实际的集中器设备，其中包含二个逻辑设备，一个是必须的管理逻辑设备、另一个是存储集中器下属各表计数据的数据逻辑设备。2. 逻辑设备管理逻辑设备与数据逻辑设备各自完成其特定的功能，每个逻辑设备包含若干个COSEM接口类对象。每个逻辑设备都具有自己的逻辑地址，并且每个逻辑设备必须包含一个逻辑名引用（LN）联接对象或者一个短名引用（SN）联接对象，在我们的集中器实现中采用逻辑名引用，以及一个逻辑设备名（LDN）对象。管理逻辑中包含与集中器全局相关的接口类对象。并且在管理逻辑设备还必须包含一个服务接入点（SAP）分配对象。数据逻辑设备中主要包含各种曲线对
36、象，用于存储管理集中器下属各表计的数据。逻辑设备中的LN联接对象比较特殊，如果抄表主站需要访问某一逻辑设备中的数据，则应首先与该逻辑设备建立应用联接（AA），该应用联接的各相关参数都保存在LN联接对象中。同时该逻辑设备中的所有接口类对象的基本信息如类标识class ID、逻辑名logical name也全部存放在LN联接对象中。这样当抄表主站读取了LN对象的对象清单属性（属性2）后，即可以获知该逻辑设备中所具有的各对象清单。3. COSEM接口对象IEC62056标准中构建了一个标准的接口类库。集中器中的COSEM接口对象一部分是标准的COSEM对象，还有一部分是根据特定需求对标准对象进行了适
37、当扩展，如增加自定义属性或自定义方法。通过若干个不同的COSEM对象相互配合完成某一个特定的功能。4. 关于寻址对于逻辑设备的寻址，IEC62056通讯架构中所描述的通讯地址是采用可扩展寻址方案(参见ISO/IEC 13239中有关寻址的内容)。保留每个地址字节中第1个传送的bit位(最低有效位)作为地址扩展用途，将其置为0表示紧随其后的一字节是地址域的一个扩展字节。扩展字节的格式与前一个字节相同。地址域的最后一个字节的最低有效位应置为1，表示地址域结束。客户机（主站）地址为1个字节，寻址范围为128。在服务器端（集中器），地址可分为2部分。一部分称作高HDLC地址(用于寻址物理设备中可独立寻
38、址的实体-逻辑设备)，另一部分为低HDLC地址(用于寻址多点通信结构中的一个物理设备)。高HDLC地址是必须的，而低HDLC地址在不需要的情况下可以不出现。通讯寻址方案示意如下图：集中器1逻辑设备A逻辑设备B集中器n逻辑设备C逻辑设备D01H01H图2-3 寻址方案示例12H13H21H22H集中器地址4个字节，逻辑地址与物理地址各2字节。物理地址数163832.2集中器的功能模块由于现行的表计全部都是符合DL/T645通讯规约，集中器与下属表计之间的通信仍然采用DL/T645规约，因此需要在集中器中考虑IEC62056与DL/T645之间的转换。基于以上考虑，本集中器的各功能模块构成如下图所
39、示：图2-4集中器的总体架构2.2.1 62056协议栈本通讯协议栈提供62056协议支持，包括对主站端通信的物理设备驱动，逻辑联接管理，应用层编解码，数据链路层帧的组装和解析，构成了对抄表主站系统的标准通讯接口。2.2.2通讯端口提供集中器用于通讯的物理介质或通讯方式的驱动，提供通信信道。2.2.3应用进程模块应用进程模块通过对逻辑单元中各逻辑设备的协调来完成集中器下各个表计的数据管理、事件报告以及本集中器自身的管理工作。同时本模块通过对通讯协议栈的调度来管理集中器与表计或抄表主站之间的通信连接，从而完成集中器所要求的各种功能。应用进程模块包括应用进程、层管理、物理连接管理器，数据对象转换器
40、和645解析封装等五个部分：1应用进程应用进程提供了逻辑设备单元与两个协议栈之间的交换通道，同时完成集中器整体功能，例如集中器和表计配置信息管理，电能数据管理，定时抄读，协议数据映射等。2层管理层管理模块用来管理标准62056通讯协议栈中各协议层，包括应用层、链路层和物理层。3物理连接管理器物理连接管理器用来管理物理通道的建立与释放等，包括各种通讯设备方式的驱动等。4645数据-62056 COSEM对象双向转换器在645数据和62056 COSEM对象标识和数据结构之间进行映射和转换。5645解析封装进行645命令帧的封装和数据帧的解析。2.2.4逻辑设备单元在IEC62056标准体系中，逻
41、辑设备单元是由若干个逻辑设备组成，每个逻辑设备又有若干个COSEM接口类对象组成。通过若干个不同的COSEM对象相互配合来完成一个特定的功能。集中器中设置2个逻辑设备：管理逻辑设备与数据逻辑设备。管理逻辑设备是集中器中必须的，管理逻辑设备中存放一些与全局相关的及终端参数设置数据对象；数据逻辑设备用来存储和管理集中器下属各表计的数据，其中除了必须的COSEM对象如LDN、LN联结对象外，主要包括各种数据曲线（包括正常数据曲线、重点数据曲线、日冻结数据曲线、开箱监视曲线等），以及为了生成这些曲线所需的表计采集数据对象的全集。3 集中器使用的COSEM接口类COSEM协议是采用面向对象的方式来构建集
42、中器数据对象模型的，同时标准中也定义了一整套标准的接口类库用来实现相应的功能。集中器中用到的接口类分别介绍如下：3.1 时钟(类标识：8)“时钟”接口类的实例处理集中器中所有与日期和时间相关的信息，在本集中器中不涉及润年和时区信息、也不提供时钟状态信息、不提供日光节约功能。接口类定义时钟01类标识=8，版本=0属性数据类型最小值最大值缺省值1 逻辑名 (静态)2 时间 (动态)3 时区 (静态)4 状态 (动态)5 日光节约开始 (静态)6 日光节约结束 (静态)7 日光节约偏差 (静态)8 日光节约使能 (静态)9 时基 (静态)字节串字节串longunsigned字节串字节串integer
43、布尔枚举特定方法m/o1 调整到刻钟(数据)2 调整到测量周期(数据)3 调整到分钟(数据)4 调整到预置时间(数据)5 预置调整时间(数据)6 时间移位(数据)oooooo属性描述逻辑名标识“时钟”对象实例时间包含仪表的本地日期和时间，及其与GMT的偏差和状态。参见下述“日期和时间信息的数据格式”的定义。在设置这个值时，只改变日期_时间中定义的域。例如，为了设置日期而不改变时间，日期_时间中所有与时间相关的字节均应置为“未定义”。写时间时必须设置时钟状态。字节串 格式见“日期和时间信息的数据格式”中的日期_时间时区本地标准时间与GMT的偏差，以分钟计。long状态与时间中读取的状态一致，参见
44、下述“日期和时间信息的数据格式”中的有关描述。unsigned 格式见“日期和时间信息的数据格式”中的时钟状态日光节约开始不用日光节约功能，按类型要求将各属性值填0日光节约结束日光节约偏差日光节约使能为“真”则使能日光节约功能。不用日光节约功能，置0布尔时基定义基准定时信息源。在集中器中选用1-内部晶体枚举 (0) 未定义(1) 内部晶体(2) 电网频率50Hz(3) 电网频率60Hz(4) GPS(5) 电台控制方法描述调整到刻钟(数据)本集中器中不支持该方法调整到测量周期(数据)本集中器中不支持该方法调整到分钟(数据)本集中器中不支持该方法调整到预置时间(数据)这个方法与下面的预置调整时间方法配合使用。如果仪表时间介于有效间隔开始与有效间隔结束之间，则将时间设定为预置时间。数据=integer(0)预置调整时间(数据)将“时间”预置为一个新的值(预置时间)并且定义一个有效间隔，在这个间隔中新时间可以被激活。数据=structure预置时间 字节串有效间隔开始 字节串有效间隔结束
