电气监控系统中网络通信协议优化分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

电气监控系统中网络通信协议优化分析

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：谢耀柯

[导读] 电气监控系统的正常运转是冶金、包装、石化等行业正常发展的基础条件。

广西中交贵隆高速公路发展有限公司谢耀柯

摘要：电气监控系统的正常运转是冶金、包装、石化等行业正常发展的基础条件。电气监控系统借助自身优异性能达到了电气设备远程监督、统一管理的目标，有效加强了电气行业工作员工的效率，降低了工作量加强了劳动生产力。电气监控系统在产生故障时工作效率会大打折扣，由此可看出电气监控系统实时性和可靠性能力均不足。网络通信协议是通信网络中一种最基础的规则，不同的协议具备不同的通信方法和传输访问机制，传输访问机制的不同主要体现在传输信号时的性能中。本文在研究过程中对网络通信协议进行了简单概述，并详细分析了网络通信协议的具体应用情况。
关键词：电气监控系统；网络通信协议；优化分析
        网络通信协议在电气监控系统上的优化应用，为提升电气监控系统的性能提供了新的途径和方法。网络通信协议作为通信网络的基本规则，每一种协议都有其既定的通信方式。不同的网络通信协议有着不同的传输访问机制。这些传输访问机制在传输少量信号和传输大量并发信号时会表现出不同的性能。本文从网络通信协议的角度出发，针对电气监控系统常用的IEC60870-5-103、IEC60870-5-104通信协议提出一套优化通信方法，在不增加设备投资的条件下，实现电气监控系统性能的大幅提高。
        1.网络通信协议概括
        网络通信协议是一类网络通信语言，网络通信协议主要是借助相应的系统和结构为互联网络引带来通信条件。网络通信协议以逻辑为基础对网络展开七层分割，每层都拥有关键的结构设施，例如，路由器、交换机等。电气监控系统中现下有两种协议：IEC60870-5-103。该协议是国际电工委员会设计。IEC60870-5-103 可以有效加强数据传输的稳定性。该协议是借助非平衡传输来达到传输目的的，非平衡传输具备主从一对多的特征。主是通信前置机，从站是继电保护装置，该协议的传输效率为一秒九千六百 bit，实际运转过程中，可将其分为固定帧长报文和变帧长报文。无论是任何一种传输方式，都需按照有关标准进行，通常是按照服务数据单位和标准化报文传输，这两种规定涵盖面有限，不可用于全部数据的通用分类服务传递。IEC60870-5-104该协议是 IEC60870-5-103 协议的延伸和发展。该协议可应用于变电站调度端，应用范围十分广泛。此外，该协议还可在变电站的通信网中科学应用。该协议在各大领域应用时多选用 RFC2200 协议的链路层、物理层等。标准 TCP/IP 协议是 RFC2200 的主体，RFC2200 能够让该协议广泛地应用于高宽带网络数据传递中。它本身还具有可靠性高、实时性强的有事，可以进行大流量数据传递，能够为信息扩展提供基础条件。
        2.网络通信协议在电气监控系统中的具体应用
        我国科技进步速度飞快，电气监控系统也正在不断优化和革新，网络通信协议若能在电气监控系统中合理使用，能够有效改善电气监控系统实时性差、可靠性差的缺点。因此，本文主要研究网络通信协议如何优化电气监控系统性能，借此体现出网络通信协议的应用优势。可以改善电气监控系统实施性差的方式很多，体现方式为优化软件算法和革新电气监控系统硬件。本文研究过程中先重点研究 IEC60870-5-103 协议。该协议最为常见的两种接口种类，分别是光纤和 EIARS485 接口。光纤本身所具备的优异性能众所周知，例如，传输速率快，抗干扰能力强等。研究过程中发现，在同一变电站或进行短距离传输时这两类接口传输速率大体相同。通信链路拓扑层面，这两类接口也相吻合。在此基础上研究这两类接口可应用同一分析方法。因此，本文具体以 EIA RS485 为分析对象展开下列研究：EIA RS485 是三线制半双工接口，该接口工作在信息传输中有一定的局限性，只能单向工作，不可同时接收或发出信息。具体应用过程中，还需选择通信拓扑结构，具体通信权一般是按照有关原则选用三个继电保护设施，最后按照顺序把信息传输至通信前置机。该数据传输的速率与通信权时间间隔相关。若信息传输过程中电气产生大范围故障，继电保护装置可能会产生很多变位信号，不利于信息的实时传输。该协议主要用于优化电气监控系统的实时性，影响因素体现在两点内容上：该协议具备太网传输功能，在这之中起到关键作用的分别是太网带宽和网络拓扑结构。报文信号携带效率。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

为进一步加强电气监控系统各项功能，在研究过程中主要加强 IEC60870-5-104 报文信号携带效率。该协议的主要体现形式为 I 格式帧。在二百四十九字节范围内可展开火一组数据传递。在不断发展过程中，为加强信号传递信号，需要改进 I 格式帧长度。
        3.提高电气监控系统实时性的优化方法
        电气监控系统的正常运转，需要借助多种技术结合支持。若想达到电气监控系统可靠性增强的必须借助服务器、远动机等重要设备。此外，拓展网络通信协议的综合性能，还需提升通信前置机冗余切换和通信网络冗余切换的稳定性。如此才可有效加强电气监控系统的整体效率和综合能力。IEC60870-5-103协议双机热备接口切换，103协议在采用EIA RS485接口时，一个EIA RS485接口只能有1台主机，即2台通信前置机不能通过同一个EIA RS485接口向1台继电保护装置发送报文。为提高103协议传输的可靠性，本文认为可将2台通信前置机的所有EIA RS485接口并接运行。1台通信前置机处于工作状态（向继电保护装置发送和接收报文），另1台通信前置机处于热备状态（通过该EIA RS485接口，只接收工作状态通信前置机与继电保护装置的通信报文）。当热备状态通信前置机检测到工作状态前置机的任何一个EIA RS485接口通信中断（该EIA RS485接口没有通信报文）时，热备状态前置机接过该EIA RS485接口的主机地位，通过该EIA RS485接口向继电保护装置发送和接收报文。此时，工作状态通信前置机则放弃该EIA RS485接口的主机地位，从而实现IEC60870-5-103协议双机热备接口切换。EC60870-5-104协议双以太网（双通道）并行数据传输，现有的监控系统大多都采用通信前置机、数据服务器、远动机和以太网的冗余配置。冗余配置大大提高了信号传输的可靠性。但目前常用的双机双网切换机制都为“硬切换”，即正常情况下冗余的两台通信前置机中只有其中一台使用冗余通信网络中的一条与远动机或服务器进行通信。当正常运行的前置机发生故障或者正常运行的通信网络中断时，通信切换到冗余的另一台通信前置机或另一条通信网络。但是使用这种机制最大的缺点是：通信前置机的切换和通信网络的切换是通过通信前置机内部软件进行判断实现的，切换过程通信是中断的，无法做到无扰连续切换。
        下面以通信前置机与远动机通信为例，介绍104协议并行数据传输方法。在通信前置机和远动机的104协议程序中定义冗余传输的以太网口A和以太网口B。在以太网口A与以太网口B冗余并列通信时，双方链路初始化结束后，总召换和对时报文均由远动机通过以太网口A启动，通信前置机通过这2个以太网口，以相同的报文（包括相同的发送序号和数据内容）向远动机发送报文。远动机则同时从本机冗余传输的以太网口A和以太网口B读取报文，判断2个以太网口收到报文的发送序号，舍弃发送序号较小的报文。如果其中一条以太网链路发生翻动（因路由器或交换机的原因导致通信链路短时中断）时，通信前置机与远动机对这条以太网链路重新进行通信链路初始化。初始化结束后，通信前置机并不将该条链路报文的发送序号置0，而是使用与另一正常链路相同的报文（包括发送序号和数据内容）继续发送，从而保证在冗余的通信网路上进行数据的同步传输。
        4.结语
        目前，为进一步加强电气监控系统工作效率，需改善电气监控系统可靠性差、实时性差的缺点，此项工作已经成为了科研领域中的难点。通过研究表明，本文所研究的这两种协议优化能够加强电气监控系统整体性能，弥补电气监控系统可靠性差、实时性差的缺点。今后，若想大力推动电气监控系统的发展需要科研领域的技术人员大力研发新的技术并应用于电气监控系统中。此外，科研人员还需不断加强电气监控系统的实时性和可靠性，为今后电气监控系统的发展做好基础。
参考文献：
[1]陈旭.单片机技术在网络通信中的应用研究[J].数字通信世界,2021(04):152-153.
[2]王建军,王守谦,成艳亭,乔建委,许文硕.基于单片机和以太网的远程测控系统[J].山东理工大学学报(自然科学版),2020,34(03):29-33.
[3]郝琳,张亚超.电气自动化控制中人工智能技术的应用[J].轻工科技,2021,37(06):59-60.
[4]戚玉良.配电线路与电气设备可靠连接探析[J].全面腐蚀控制,2021,35(03):89-91.
作者简介：谢耀柯（1993.04.10），壮族，广西南宁市人，本科，研究方向：电气系统通讯技术应用