王軍偉

（中博信息技術(shù)研究院有限公司　江蘇　南京）

自動(dòng)化裝置維護(hù)軟件中的通信構(gòu)件的開發(fā)方法

王軍偉

（中博信息技術(shù)研究院有限公司江蘇南京）

自動(dòng)化設(shè)備裝置之間的通訊信息通過通信構(gòu)件傳遞，考慮現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備通信的影響，采用了類套接字這種通訊技術(shù)。本文介紹通信構(gòu)件在自動(dòng)化設(shè)備維護(hù)軟件中的開發(fā)方式，闡述了類套接字通信技術(shù)的通信基本原理。并且分析軟件中相關(guān)構(gòu)件間的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系以及在整個(gè)軟件中通信構(gòu)件起到的重大作用。

類套接字；通信構(gòu)件；自動(dòng)化裝置

電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有賴于繼電保護(hù)裝置的支持。繼電保護(hù)設(shè)備維護(hù)工作顯得尤為重要。在我國，繼電保護(hù)裝置的開發(fā)剛剛起步，維護(hù)工作也很薄弱。所以開發(fā)性能卓越的繼電保護(hù)支持軟件是非常迫切的工作任務(wù)。目前繼電保護(hù)工作人員在電力系統(tǒng)維護(hù)中使用仿真軟件工作，但這些軟件具有很大的局限性，在特定場(chǎng)合無法完成繼電保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備的開發(fā)維護(hù)相關(guān)工作。此外，在工程中還需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、數(shù)據(jù)提取分析和定值整定。

1　類套接字通信原理

在現(xiàn)代信息通信傳遞過程中通常使用Windows Socket套接字技術(shù)。這種通信方式中服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程優(yōu)先創(chuàng)建啟動(dòng)監(jiān)聽，當(dāng)有客戶端發(fā)送鏈接請(qǐng)求時(shí)，監(jiān)聽收到響應(yīng)，再進(jìn)行通信套接字，應(yīng)答客戶端，進(jìn)行會(huì)話。這是客戶端創(chuàng)建對(duì)應(yīng)套接字，實(shí)現(xiàn)通信任務(wù)。上述的傳統(tǒng)消息通道處理程序，他的特點(diǎn)是通信的安全可靠，并且效率高。為了提高電力通信的可靠性，通信構(gòu)件吸納Windows Socket套接字通信技術(shù)中的通信思想，摒棄綁定地址的結(jié)構(gòu)，形成類套接字通信技術(shù)。

通信構(gòu)件一般采用互斥機(jī)制線程來確保裝置與維護(hù)軟體結(jié)構(gòu)間的通信數(shù)據(jù)安全、連貫和穩(wěn)定。在信息傳遞過程中，支撐機(jī)器作為客戶端，偽服務(wù)器有保護(hù)裝置充當(dāng)。在維護(hù)通信數(shù)據(jù)分析時(shí)，偽服務(wù)器從保護(hù)狀態(tài)變換成人機(jī)對(duì)話模式，并且啟動(dòng)通訊子模塊。串行模塊在啟動(dòng)后創(chuàng)建通訊接口進(jìn)程，并建立邏輯控制監(jiān)視類套接字連接請(qǐng)求。如果發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求連接，立刻建立邏輯數(shù)據(jù)庫類套接字的接收。

2　類套接字實(shí)現(xiàn)過程

維護(hù)支撐軟體分為五個(gè)子支撐通信部件，為了實(shí)現(xiàn)五個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)共享，軟體系統(tǒng)所有通信功能共同封裝在一個(gè)通信構(gòu)件中，通過動(dòng)態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。每個(gè)軟體支撐經(jīng)過共同的動(dòng)態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫獲得通信條件功能。動(dòng)態(tài)庫中的開源社區(qū)引擎函數(shù)通過預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)串口文件處理，當(dāng)需要接口裝置發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中的send函數(shù)調(diào)用，啟動(dòng)線程發(fā)送指令，發(fā)送數(shù)據(jù)信息。當(dāng)接口裝置反饋信息時(shí)，通過串口監(jiān)視函數(shù)listen的調(diào)用，啟動(dòng)接收任務(wù)。這種類套接字通信將發(fā)送、接收、處理和報(bào)文檢驗(yàn)融為一體。

2.1報(bào)文校驗(yàn)

在報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸過程中，受附近磁場(chǎng)干擾嚴(yán)重時(shí)，必須采取有效防護(hù)措施。否則可能造成數(shù)據(jù)丟失或接收錯(cuò)誤。所以在報(bào)文數(shù)據(jù)接收后必須進(jìn)行報(bào)文校驗(yàn)。通常采用的校驗(yàn)方式有兩種，分別是幀序號(hào)檢測(cè)和校驗(yàn)循環(huán)的冗余碼，以此來確保數(shù)據(jù)完整正確。

幀序號(hào)檢測(cè)法：

幀序號(hào)的校驗(yàn)方式需要在每個(gè)幀數(shù)據(jù)中加入一個(gè)字節(jié)進(jìn)行標(biāo)號(hào)，通過兩種手段對(duì)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行校驗(yàn)。

（1）通過驗(yàn)證預(yù)設(shè)幀序號(hào)的連貫性，確定數(shù)據(jù)中是否丟失片段。在接收到數(shù)據(jù)信息后，如果預(yù)設(shè)的幀序號(hào)不連續(xù)，中間出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)幀序號(hào)缺失，則可判斷數(shù)據(jù)片段丟失情況，可向發(fā)送端請(qǐng)求重發(fā)數(shù)據(jù)丟失序列部分。

（2）通過對(duì)每段數(shù)據(jù)結(jié)束幀設(shè)置標(biāo)記，來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否完全接受。在接收端對(duì)結(jié)束標(biāo)志進(jìn)行判斷，確保該幀報(bào)文數(shù)據(jù)正常結(jié)束，則表明數(shù)據(jù)完整。該方法需要確定報(bào)文結(jié)束分段標(biāo)志設(shè)置、分段長(zhǎng)短，在每幀荷載有效數(shù)據(jù)一定下，報(bào)文的長(zhǎng)短決定了設(shè)置結(jié)束幀數(shù)量的多少，并且決定了幀序號(hào)的多少。通常報(bào)文數(shù)據(jù)分為命令和保護(hù)兩類。命令報(bào)文短小，保護(hù)報(bào)文冗長(zhǎng)。為了確保數(shù)據(jù)完成性，以最長(zhǎng)的錄波報(bào)文進(jìn)行代表性分析。錄波報(bào)文通常包含故障曲線數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作類型和狀態(tài)的信息。而其中錄波曲線又包含五個(gè)部分，分別是啟動(dòng)部分，跳閘動(dòng)作，重合閘動(dòng)作，加速啟動(dòng)和加速跳閘。根據(jù)大量數(shù)據(jù)研究顯示，實(shí)際最大總長(zhǎng)度一般不超過15000個(gè)字節(jié)。為了系統(tǒng)升級(jí)后能傳輸更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)文，報(bào)告長(zhǎng)度預(yù)加3000字節(jié)，這樣總長(zhǎng)度最大值設(shè)定為18000字節(jié)。每幀報(bào)文按照荷載250字節(jié)計(jì)算，傳輸總字節(jié)需要72幀，所以幀序號(hào)最多可用7位的二進(jìn)制數(shù)組成。并且把幀序號(hào)最高位字節(jié)留作幀的結(jié)束標(biāo)志。在接收數(shù)據(jù)是，如果是最后一幀，則將其標(biāo)記為0，拖過不是則該位設(shè)置為1，這樣就可以正確判斷接收的所有幀是否完整了。

循環(huán)冗余碼校驗(yàn)：

在差錯(cuò)控制理論中，有一種生成多項(xiàng)式方式，循環(huán)冗余碼驗(yàn)證求取其中的線性分組碼，有效的驗(yàn)證發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容是都一致。該方式的驗(yàn)證流程為：發(fā)送端使用需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼除以生成多項(xiàng)式，從而得到數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼，并且把信息碼和檢驗(yàn)碼一同發(fā)送給接收端。而接收端在接受數(shù)據(jù)信息后，將校驗(yàn)碼與自己通過信息碼計(jì)算的校驗(yàn)碼進(jìn)行比對(duì)，一次判斷數(shù)據(jù)接收正確性。在不同的通信方式中，對(duì)于循環(huán)冗余校驗(yàn)的實(shí)施方式也不相同。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信中一般是以太網(wǎng)控制器進(jìn)行實(shí)施的，而串口通信則分為四種方式。四種方式分別為字節(jié)查表法、比特軟件模擬法、代數(shù)計(jì)算法和硬件電路生成法。結(jié)合電力通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，綜合比對(duì)各種算法，通信構(gòu)件最終采用字節(jié)查表法進(jìn)行。

2.2信息發(fā)送

客戶端支撐機(jī)總是優(yōu)先向接口裝置發(fā)送數(shù)據(jù)信息，接口裝置在接收數(shù)據(jù)信息后，組織數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)反饋傳輸給支撐機(jī)。數(shù)據(jù)信息發(fā)送根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同分為命令報(bào)文還有數(shù)據(jù)報(bào)文兩類。數(shù)據(jù)報(bào)文大多數(shù)需要將數(shù)據(jù)分多幀進(jìn)行發(fā)送，而命令報(bào)文通常采用的是單幀發(fā)送。

（1）命令發(fā)送

命令幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)mBuffer必須根據(jù)通訊協(xié)議填寫，內(nèi)容包含1個(gè)字節(jié)幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、2字節(jié)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼和1個(gè)字節(jié)功能碼。調(diào)用OpenCOM必須根據(jù)配置的參數(shù)進(jìn)行調(diào)用。發(fā)送命令前首先實(shí)例化m_serial，這是因?yàn)槿客ㄐ殴δ芏荚谕ㄐ蓬怌Communicate中封裝。

啟動(dòng)SendThread線程首先要調(diào)用m_serial中的send程序。由SendThread發(fā)送線程將4字節(jié)的數(shù)據(jù)命令報(bào)文寫入串口，進(jìn)而發(fā)送數(shù)據(jù)到接口裝置。最后啟動(dòng)RecvThread接收線程監(jiān)視串口，準(zhǔn)備接收命令報(bào)文。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)報(bào)文與命令報(bào)文具有相同的發(fā)送方式，但數(shù)據(jù)報(bào)文需要?jiǎng)?chuàng)建的緩沖區(qū)與命令報(bào)文存在差異。整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送過程為：計(jì)算發(fā)送數(shù)據(jù)的每幀字節(jié)數(shù)量，根據(jù)實(shí)際情況確定計(jì)算發(fā)送幀數(shù)量，填寫并發(fā)送數(shù)據(jù)幀，在發(fā)送出最后一幀數(shù)據(jù)后，調(diào)用Listen函數(shù)，并且以此啟動(dòng)RecvThread接收線程，做好接收準(zhǔn)備。

2.3信息接收處理

支撐軟件中的通信構(gòu)件在接收到報(bào)文后立刻使用消息映射機(jī)制將數(shù)據(jù)消息通過函數(shù)進(jìn)行處理。信息接收處理主要分為命令報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文的接收處理反應(yīng)。兩者根據(jù)形勢(shì)差異而有所不同。

3　類套接字驗(yàn)證結(jié)果

在自動(dòng)化裝置維護(hù)軟件體系中，通信構(gòu)件模式工作量大，為了提高工程效率，開發(fā)了NDT65綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件支撐構(gòu)架。該系統(tǒng)包括五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分析軟件，相互之間共享數(shù)據(jù)庫，通過通信構(gòu)件調(diào)度傳遞處理數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)主要來源是保護(hù)繼電裝置。由此可見，通信構(gòu)件是系統(tǒng)功能中的重要組成部分。為了降低現(xiàn)場(chǎng)工程中磁場(chǎng)對(duì)通信過程的影響，構(gòu)件采用類套接字通信技術(shù)用以開發(fā)。類套接字通信技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提高了通信構(gòu)件在系統(tǒng)中的穩(wěn)定性、安全性和高效性。自動(dòng)化裝置的維護(hù)工作因?yàn)殚_發(fā)的通信構(gòu)件軟體的重要作用而變得更加有效。

4　總結(jié)

NDT65綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件支撐構(gòu)架已經(jīng)初步研發(fā)完成，并且由國家電力公司審核鑒定通過驗(yàn)證，達(dá)到了同類產(chǎn)品先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。在自動(dòng)化裝備研制過程中，通過串口讀寫接口裝置測(cè)控保護(hù)數(shù)據(jù)。把故障波形數(shù)據(jù)下裝到接口保護(hù)裝置，分析動(dòng)作特性。在磁性較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)，安裝調(diào)試人員根據(jù)實(shí)際情況調(diào)試設(shè)備。

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1673-0038（2015）28-0230-02

2015-5-28