作者/ 李德文1 贺敏2 1.南京南瑞继保电气有限公司(江苏 南京 211102) 2.国网电力科学研讨院(江苏 南京 211106)
摘要: 本文剖析了DNP3.0通讯协议的协议结构、运用数据、作业形式和协议特色。关于依据该协议的嵌入式设备，总结概括了六种典型的组网方法和运用场景。其间几种方法彼此组合，即可构成完好的通讯网络，满意电力、水利、冶金、石油、化工、铁路等范畴的通讯需求。
导言
分布式网络规约DNP3.0(Distributed Network Protocol)是美国IEEE电力工程协会(PES)在IEC的基础上拟定的美国的通讯规范。该协议高度灵敏而且结尾敞开，不含任何方针硬件的专用结构。DNP3.0协议选用全平衡的传输规程支撑主站﹑外站之间数据传输，合适高牢靠、中等速度和中等吞吐量的运用[1]。
DNP3.0是敞开式协议，既可用于数据搜集与监督控制体系(SCADA)，也可运用于分布式自动化体系(DA)，适用于电力、水利、冶金、石油、化工、铁路等范畴。现在已被美洲等海外国家广泛运用，设备招投标中常常明确需具有该通讯协议。DNP3.0在我国的运用规模也非常广范，首要用来作为电力体系远动通讯设备或许配电网设备和调度自动化中心主站的通讯协议，关于智能电网的开展具有重要意义[2-6]。
本文立足于嵌入式设备的研制和规划，剖析DNP3.0通讯协议特色，研讨和总结各种组网计划，以习惯多种情况下的运用，满意广阔海内外市场需求。
1 DNP3.0通讯协议
1.1 协议结构
DNP3.0通讯协议依据IEC870-5规范，选用了OSI网络7层协议形式中的3层：物理层、链路层和运用层，被称为增强协议结构EPA(Enhanced Protocol Architecture)，如图1所示。这种分层结构使得数据传送牢靠性大大进步，一起也便于完结的层次化和模块化。其间物理层一般选用RS-232、RS-485、RJ-45以及光纤;链路层选用CRC校验;为了满意较长数据包的传送，又增加了一个伪传输层，发送数据时能够将较长的运用层报文拆分红多个短帧传送，而接纳时，则将短帧组成完好的运用层报文。DNP3.0的链路层、伪传输层和运用层都有严厉的帧格局[2]。
1.2 运用数据
DNP3.0将根本运用数据分为四大类：静态数据(static)、事情数据(event)、静态冻住数据(frozen static)和事情冻住数据(frozen event)。这四大类数据分4个组(class)，第1组固定为所用的静态数据，第2~4组悉数为事情数据分组，而且每个事情数据的分组能够灵敏在线修正。
静态数据为某个物理或逻辑状况的当时值，能够是16位或32位数据;事情数据为某个物理或逻辑状况的改变，能够含有改变的时刻;静态冻住数据是静态数据在某个时刻的值，也能够含有时刻;冻住静态数据可作为事情来反映，这种数据称为事情冻住数据。
DNP3.0协议中一切的数据都含有一个字节的标志，或称为值的状况，按位运用，可别离表明实时在线、重启动、通讯中止、远方强行修正和本地强行修正等状况。
DNP3.0协议中一切的运用数据按方针(object)来界说，每个方针都有规则的格局及对应的编号，它们组成DNP3.0协议的运用数据方针库。运用数据的编号由数据方针组号 (data object) 和对应的变体编号(Variation)组成。
嵌入式设备需求把数字量、模拟量和累积计数量等和DNP3.0的数据方针库一一对应起来，依照协议规则格局安排报文。图2是带冻住时刻的32位模拟量输入示例，其数据方针为31，变体为5，在报文传输中占用11个字节。
1.3 通讯方法
DNP3.0通讯协议为客户端/服务器模型，被称之为主站/外站。主站和外站之间支撑4种根本通讯方法：
(1)静态扫描方法：主站仅恳求一切或部分静态数据;
(2)变位扫描方法：主站恳求一切静态数据，并周期扫描改变数据;
(3)哑态作业方法：主站从不自动与外站通讯，由外站向主站陈述改变数据;
(4)非恳求变位作业方法：其作业方法与哑态类似，仅有的不同是，主站会向子站恳求一切静态数据。
嵌入式设备需求一起支撑这4种通讯方法，以习惯组合运用，合理运用通讯带宽。
1.4 协议特色
DNP3.0通讯协议相较于IEC101、IEC104、MODBUS等具有许多长处，特别适用于嵌入式设备。
(1)遵从EPA模型，适用于要求牢靠、中等速度、较大吞吐量的通讯范畴。
(2)协议高度灵敏而且结尾敞开，不含任何方针硬件的专用结构，可适用于面向衔接的和面向非衔接的操作，异步的或同步的位串型物理层，比方RS-232、RS-485、RJ-45以及光纤收发器。
(3)支撑通讯载波检测/抵触防止，确保数据传输牢靠性。
(4)支撑一点对多点、多点对多点的设备之前进行通讯。
(5)支撑问答式和非恳求自动呼应式功用，可有用削减总线流量，充分运用通讯带宽。
(6)具有丰厚的运用数据方针库。用户能够依据实际需求选用不同的方针库。例如关于模拟量就有几十种数据方针，包含16位的遥测、32位的遥测、带标志的遥测、不带标志的遥测、带时标的遥测、不带时标的遥测、冻住遥测等。
(7)支撑数据组态和数据优先级传输，一切方针能够化分为4类，其优先级次序由高到低别离为：1类、2类、3类、0类。例如能够把遥信变位化为一类数据，把改变遥测和SOE化为二类数据等。
(8)支撑灵敏组网方法，运用场景广泛。
2 组网计划
依据DNP3.0通讯协议的特色，其通讯架构可概括为六种组网方法，其间几种彼此组合，即可构成完好的通讯网络。既可用于SCADA体系，也可运用于DA体系，以满意电力、水利、冶金、石油、化工、铁路等范畴的通讯需求。
2.1 点对点
点对点组网方法如图3所示，仅有两个设备进行通讯，一个设备仅支撑DNP3.0主站协议，另一个设备仅支撑DNP3.0外站协议。这种方法完结简略，一般适用于主从机架构的两个设备，组合起来完结完好的逻辑功用。
2.2 一主多从
一主多从组网方法即一个主站(仅支撑DNP3.0主站协议)和多个外站(仅支撑DNP3.0外站协议)进行通讯，如图4所示。在同一时刻，主站仅和一个外站进行通讯。首要，主站和第一个外站进行交互，然后和第二个、第三个等，顺次类推进行轮番通讯。这种方法是最常见的。一种典型运用是电力体系调度自动化主站和各变电站数据监控中心进行通讯，搜集和监督变电站各设备的运转状况，一起可对多个变电站的开关、断路器、主变分接头号进行遥控、遥调操作;另一种典型运用是变电站监控体系和变电站内各智能设备进行通讯，搜集和监督各设备的运转状况，一起对站内的开关、断路器、主变分接头号进行遥控、遥调操作。
2.3 数据集中器1、2、3
数据集中器又分为三种组网方法，完结的功用根本相同：对下搜集多个设备的信息，组成数据库，然后对上进行信息交互。
数据集中器1组网方法即一个设备一起支撑DNP3.0主站和外站协议，对下是主站功用，搜集多个外站信息，组成本地数据库;对上是外站功用，把搜集的信息上送给其他主站，如图5所示。电力体系远动信息子站设备和维护信息子站设备归于这种典型的嵌入式设备，设备于变电站内，汇总变电站内信息，并和远方调度中心进行信息交互。
数据集中器2组网方法首要完结规约转化功用，即一个设备一起支撑DNP3.0外站协议和其他多种主站协议，对下经过不同的通讯协议，比方IEC61850、IEC103、MODBUS等，搜集多个外站信息，组成本地数据库;对上是DNP3.0外站功用，把搜集的信息上送给其他主站，如图6所示。变电站内智能设备繁复，且支撑的通讯协议不尽相同，运用这种设备进行组网，完结对下的协议转化，对上一致为DNP3.0协议。
数据集中器3组网方法类似于数据集中器2，相同完结规约转化功用。所不同的是，设备一起支撑DNP3.0主站协议和其他多种外站协议，对下经过DNP3.0主协议，搜集多个外站信息，组成本地数据库;对上经过其他协议，比方IEC61850、IEC104等，把搜集的信息上送给其他主站，如图7所示。远方调度自动化主站不支撑DNP3.0协议的，变电站内一般需求这种数据集中器进行协议转化。
2.4 一从多主
一从多主组网方法如图8所示，即一个外站(仅支撑DNP3.0外站协议)和多个主站(仅支撑DNP3.0主站协议)进行通讯。外站支撑多个主站一起读取相同或许不同的数据，可是关于写数据，则进行互斥，同一时刻仅答应一个主站进行操作。国内电力体系存在多个远方自动化调度中心、集控中心，选用这种组网方法，即可和变电站内设备进行信息交互。
3 结束语
DNP3.0通讯协议高度灵敏而且结尾敞开，不含任何方针硬件的专用结构，运用广泛。本文剖析总结的DNP3.0通讯协议和组网计划，关于规划和研制支撑该协议的嵌入式设备具有重要指导作用，关于进步产品世界竞争力具有重要意义。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第10期第62页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
