电力集中抄表系统中DLMSCOSEM通信协议研究

浙江大学
硕士学位论文
电力集中抄表系统中DLMS/COSEM通信协议研究
姓名：宋长进
申请学位级别：硕士
专业：电路与系统
指导教师：孙斌;金心宇
20070501
盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。

无线局域网另一个优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以在移动中与网络保持连接。

（２）安装便捷。

无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。

（３）易于进行网络规划和调整。

对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。

重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。

（４）故障定位容易。

有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。

无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。

（５）易于扩展。

无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点问”漫游”等有线网络无法实现的特性。

由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。

最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。

２．４．２ＷＬＡ／ｑ在集中抄表系统中的应用
由前面的介绍可以看出ＷＬＡＮ相对现有的集中抄表系统的通信方式具有安装便捷、易于维护、网络快速稳定等优点。

对一些早期建筑尤其是文物保护单位，铺设有线网络了能会对建筑本身造成的破坏，ＷＬＡＮ者可将这种破坏降到最低：对偏远小型居民区等铺设有线网络造价高，租用专用线路也是一笔不小的费用。

这时可通过无线网桥进行长达５０ｋｉｎ的远距离接入，可提供高达ｌｌＭｂｐｓ或更高的带宽的链接。

如图２．２所示：
图２－２无线网桥的应用
对象，用来表示物理设备（电能表）的各功能单元。

图３－３ＣＯＳＥＭ服务器三层结构模型
第三层；对象接口层，该层包含若干个遵循ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ标准的ＣＯＳＥＭ对象。

ＤＬＭＳ／Ｃ０ｓ跏标准协议采用面向对象的方法建立电能表的对象接口模型。

每个ＣＯＳＦ、Ｍ对象都是属性和方法的集合，属性中包含着对象的信息，方法表明对象所能进行的操作和活动。

３．３．１．１逻辑设备的地址映射
一个逻辑设备层包含多个逻辑设备，逻辑设备使用逻辑设备名（１０９ｉｃｄｅｖｉｃｅｎａｍｅ）进行标识，它是一个ｄａｔａ类或者鼬ｇｉｓｔｅｒ类ＣＯＳＥＭ对象。

逻辑设备名用１６ｂｙｔｅｓ十六进制数表示，前３ｂｙｔｅｓ由ＤＬＭＳＵＡ为每个设备生产厂商分配，后１３ｂｙｔｅｓ由各厂商分配给自己生产的设备，以确保逻辑设备名的唯一性。

ＣＯＳＥＭ服务器中管理逻辑设备管理若干个逻辑设备，分别标识成ｌ～Ｎ。

客户机通过查询“ＣＯＳＥＭ逻辑设备地址”访问相应的逻辑设备，ＣＯＳＥＭ逻辑设备地址存储在一张逻辑设备地址映射表中，由ＣＯＳＥＭ应用层以下的底层传输协议层管理。

地址映射就是将每个逻辑设备名对应一个独有的逻辑设备地址，通常逻辑设备地址使用简单的整型数据表示，客户机通过地址映射访问ＣＯＳＥＭ服务器中的逻辑设备【１９１。

如图３－４所示：
逻辑设备逻辑设备名地址Ｉ逻辑设备·｝二二刮ｘ。

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图３．４逻辑设备名与逻辑设备地址映射
浙江大学硕士论文电力集中抄表系统中ＤＬＭ副。

０ｓ蹦通信协议研究Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ类等。

每个ＣＯＳＥＭ对象都是允许客户访问的接口，客户机正是通过这些ＣＯＳＥＭ对象获得电能表数据，管理电能表的．
定义一个特定的抽象电能表实际上就是定义几种特定意义的ＣＯＳＥＭ对象【２０１。

图３－５所示的电能表包含两个特定的ＣＯＳＥＭ对象，均为“寄存器”类的实例化对象。

“寄存器”类共有３个属性：逻辑名、值、倍率量纲，和１个方法：复位。

“逻辑名”属性表示该寄存器的对象标识ＯＢＩＳ（ＯｂｊｅｃｔＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）码：“值”属性表示该寄存器保存的测量值或状态值；“倍率量纲”属性表示值属性的倍率和量纲。

“复位”方法可以对该寄存器的值清０。

“正向有功总电量寄存器”实例化对象的属性分别为１．１．１．８．０．２５５、２３４５、ＩＯＡｌＷｈ，表示该电能表的正向有功总电量为２３．４５ｋＷｈ：而另一个“正向无功总电量寄存器”的属性分别为１．１．３．８．０．２５５、８９７、１０Ａｒｖａｒｈ，表示该电能表的正向无功总电量为８．９７ｋｖａｒｈ。

图３—５接口类及其实例
通过定义不同的电能表功能模块（即ＣＯＳＥＭ对象），可以根据需要灵活组合出各种功能的电能表ｆ１】。

图３－６是使用ＣＯＳＥＭ服务器模型构建的具有简单的功能电能表模型，该模型包括１个管理逻辑设备，４个可访问的ＣＯＳＥＭ对象：ＬＤＮ（ＬｃｌｇｉｃａｌＤｅｖｉｃｅＮａｍｅ）对象、总电量寄存器对象、费率ｌ寄存器对象、连接Ａ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）对象。

３－６具有简单功能电能表模型
第四章基于ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ协议的集中
抄表系统设计
目前国内现行的集中抄表系统主要有公用电话网集中抄表系统、有线电视网集中抄表系统、电力线载波集中抄表系统、ＣＤＭＡ／ＧＰＲＳ无线集中抄表系统和以太网集中抄表系统。

但是，由于国内没能实现电能表通信协议的统一，每个厂商通常只为各自的自动抄表系统设计独立的通信协议，使得国内电力通信协议互不兼容，不利于电力计费系统的集成，维护和升级。

使得电力集中抄表系统的应用难以统一，给电力生部门的生产调度带来困难。

为此我们在设计的集中抄表系统中引进具有互操作性的ＤＬｌＶＩＳ／ＣＯＳＥＭ电力计量通信协议。

ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ应用层协议各组成部分协同工作，构成一个完备通信协议，共同保证电能表数据通信过程的稳定和安全。

本文采用模块化的设计方法，从ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ协议的通信过程入手，将整个系统的通信分解成若干通信模块进行设计，针对每个模块实现通信协议应用。

系统采用无线局域网作为集中抄表系统的上段通信信道，通信模式采用“客户机一服务器”模式。

４．１系统的组成
通过对现行集中抄表系统的对比研究，结合ｗＬＡＮ快速、稳定和灵活的优势，本文采用ＷＬＡＮ作为系统的传输信道，本文设计的系统组成结构如图４－Ｉ所示：
图｝ｌ课题系统组成结构图
电能表：是一种智能电表，包括电表数据采集器件，能采集、存储各种负荷数据，能通过相应网络接口同上位机或者集中器进行通信；
集中器：集中器是带有ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，集成数据库的嵌入式系统。

集中器具有双重角色。

与电能表的通信中，集中器是客户，电能表是服务器，响应集中器请求返回相应的电能表数据；与上位机的通信中，集中器则是服务器，响应上位机请求，返回相应数据。

同时，集中器还具备管理下属所有电表的功能。

上位机：上位机是整个集中抄表系统与用户交互的窗口，通过它可以查询各电表数据，具有存储电表数据的数据库系统。

本课题主要任务是在集中抄表系统的上段信道中按ＣＯＳＥＭ协议实现通信。

对于下段信道的通信，考虑到和现有抄表系统的结合，采用现有抄表系统的通信方式。

在ＣＯＳＥＭ服务器中增加支持现有抄表系统的下段信道通信模块，并将采集到的电表数据存储于ＣＯＳＥ＇Ｍ服务器数据库中，用以向客户机（主站）提供数据服务。

下段信道的通信的实现参考现有的抄表系统，具体实现过程不做详细介绍。

４．２系统上段信道通信流程
ＤｕⅥＳ，ＣｏＳＥＭ应用层协议是面向连接的协议。

客户机和服务器应用进程之间的数据通信必须在双方建立连接后才能进行。

因此，ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ数据通信过程包括三个步骤：建立连接，数据传输和释放连接。

如图４－２所示：
图４－２系统的通信垃程
应用层以下网络层释放连接。

如图４－１６所示：
图４—１６ＤＬＭＳ／ＣＯＳＥＭ协议释放连接过程
使用类似建立连接那样的“两次握手”过程释放连接的目的在于，通信双方在准备完毕的情况下，从容释放连接，保证数据通信的完整性。

（２）释放ＴＣＰ连接
ＴＣＰ是面向连接的全双工的字节流服务，释放ＴＣＰ连接要分别结束两个方向上的数据流通，客户和服务器之间需要进行如图４－１７所示的四次握手‘２５】：
客户端ＴｃＰＴＣｌ？服务器
关闭应
用程序
图４－１７ＴＣＰ连接释放过程
①客户机向服务器发送一个ＦＩＮ报文段，提醒服务器客户机将释放ＴＣＰ连接，同时结束客户机向服务器方向的数据流动；
②服务器收到客户机发送的ＦＩＮ报文段，向客户机发送一个ＦＩＮ的回复ＡＣＫ，其序号是发送序号加１，表示服务器已经获知客户机的释放连接请求；
③服务器ＴＣＰ进程向服务器应用进程传送一个文件结束符，提醒服务器应用进程ＴＣＰ连接将被释放，请做好数据准备。

然后服务器向客户机发送ＦＩＮ报文段，同时结束向客户机方向的数据流通：
④客户机收到服务器的ＦＩＮ报文段，发送一个ＦＩＮ报文的回复ＡＣＫ，序号。