扫码关注公众号
获取更多信息

tc104客服qq:1052083736
×关闭
  • 企业
  • 产品
当前位置:TC104 > 服务平台 > 标准化信息 > 标准知识 > 正文
电能表DLMS/COSEM简介

    智能电能表由于其精度高、功能多、具有数据通信能力等优点,在电能量计量计费系统中得到了越来越广泛的使用。智能电能表在使用过程中需要通过通信信道与抄表系统和设备进行数据交换,但往往由于计量计费系统中选用的电能表制造厂家不同、型号繁杂、通信信道类型多种多样,而造成电能表通信协议不统

一,给电能表的实际使用带来了诸多问题:

(1)电能量计量计费系统(自动抄表系统)集成困难;

(2)电能表使用维护困难;

(3)通信信道更新换代困难;

(4)电能量计量计费系统开发、运行、维护及升级费用加大。

    因而,实现电能表通信协议的统一是目前电能量计量计费系统迫切需要解决的问题,而其关键在于实现电能表通信协议的互操作性。如果不实现通信协议的互操作性,而是仅将通信协议统一到目前某一种不具有互操作性的通信协议标准上,那末这种通信协议的统一只能是暂时的而且是不稳定的,随着电能表功能的不断扩展,势必会因厂家自定义某些协议内容而使通信协议出现新一轮的不统一。所以实现电能表通信的互操作性的根本出路在于制定统一的具有互操作性的通信协议标准。通信协议的互操作性是指电能表与抄表设备或系统之间进行数据交换时采用相同的方式和相互理解的通用语言,而与制造厂家、电能表型号以及通信介质无关,并且在将来电能表功能扩展后依然能保持通信双方的兼容性。

    IEC TC13就电能测量与负荷控制设备制定了一套完整的国际标准体系IEC62051~IEC62059。其中的IEC62056(抄表、费率和负荷控制的数据交换)是该标准体系的核心内容之一,包含设备语言报文规范DLMS能源计量配套规范COSEM两个主要部分,即DLMS/COSEM。DLMS UA负责协调DLMS的应用和COSEM的维护。DLMS/COSEM试图以一个标准满足自由市场中所有计量仪表与自动抄表AMR系统的应用要求,将兼容性、独立性、扩展性作为其实现目标。兼容性即不同厂商产品相互兼容、新开发产品与现存产品(库存/在用)兼容;独立性即产品与通信介质、制造厂商等无关;扩展性即易于对现存系统进行扩展(仪表具备即插即用特性)、仪表功能可扩展。所有这些的关键在于互操作性的实现与认证。

                     协议模型

   产品/系统的互联性是互操作性的前提。能互联的产品不一定能够互操作,但要使产品具备互操作性,它们之间必须能够互联。互操作性是针对应用层面而言的,而互联性则是针对协议层面而言的。ISO/OSI模型就是为互联目的而产生的。7层OSI模型比较复杂,因而产生了一个简化模型且也已经被标准化,称为增强性能架构EPA。这个简化模型只有3层:应用层、链路层和物理层。

   IEC62056标准体系遵循开放系统互联协议模型,具有分层结构,目前的主要组成见表1。将来还会不断扩充新的协议组成部分以适应各种通信介质和新的应用需求。

表1 IEC62056主要组成部分

IEC62056-62(2002)接口类IC

IEC62056-61(2002)对象识别系统OBIS

IEC62056-53(2002)COSEM应用层

IEC62056-52(2004)DLMS服务器通讯协议管理

IEC62056-51(1998)应用层协议

IEC62056-47(待发布)用于IP网络的COSEM传输层

IEC62056-46(2002)应用HDLC协议的数据链路层

IEC62056-42(2002)面向连接的异步数据交换的物理层服务和规程

IEC62056-41(2004)使用广域网络的数据交换:PSTN

IEC62056-32(待发布)本地基带信号网络的使用

IEC62056-31(1999)本地双绞线载波信号网络的使用

IEC62056-21(2002)直接本地数据交换

    DLMS/COSEM的通信架构是基于客户机/服务器方式的操作和通信服务(请求/响应服务),仪表是服务器,抄表主机为客户机。为了使仪表能在未被请求的情况下主动上报突发事件如新安装仪表、电源故障、各种报警信息等,扩展了一种非客户机/服务器方式的通信服务:突发事件报告服务。

信息模型

   为了将互操作性引入仪表数据交换,DLMS UA在已有标准基础上建立了一套用于仪表数据交换的规则—能源计量配套规范COSEM(COmpanion Specification for Energy Metering),这套规则包含对象标识系统OBIS(IEC62056-61)和接口类IC(IEC62056-62) 两部分。和信息技术的许多领域一样,DLMS/COSEM采用面向对象的解决方案,定义了能耗仪表的信息模型—COSEM对象模型(其特点见表2),用标准化方式对消息内容进行格式化。这样,抄表主机便能以相同的格式获取仪表数据,而与制造商和能源类型无关。这种面向对象的解决方案对于自由开放的市场是必须的,它能更加灵活地处理繁杂的用户需求,适应尚未知晓的未来需求。

2 COSEM对象模型的特点

标准的数据标识

对象标识系统OBIS

完整的数据属性

名称-值-量程-单位

明确的属性限定

最大值/最小值、缺省值

标准的数据类型

整数、无符号数、数组等

标准的方法

复位、增加、删除等

可扩展

能添加专属属性和方法,新增对象(最近新增损耗补偿、高级电能质量、互联网设置、SELMA对象)

版本信息

保留使用过的旧版本的有关内容,从而使新旧版本兼容。

    COSEM仪表对象模型将仪表呈现在其外部通信接口上的各种功能标准化为一套通用的“仪表功能构件”—接口对象,具有相同特征的对象被归纳为一个类,称作接口类。每个接口类有一个2字节的类标识(最多可标识65536个类,足以满足目前与未来各种应用需求。其中类标识0…8191由DLMS UA定义、类标识8192…32767留作制造商专属接口类、类标识32768…65535留作用户集团专属接口类),所有接口类的集合成为标准类库。现有的接口类及其应用分类见表3。

3 现有接口类及其应用分类

简单和复杂

数据的存储

数据1

访问

控制

逻辑名(LN)联结15

寄存器3

短名(SN)联结12

扩展寄存器4

SAP分配17

需量寄存器5

通信

信道

设置

IEC本地端口设置19

曲线类7

IEC HDLC设置23

仪表

功能

控制

时钟8

IEC双绞线设置24

寄存器激活6

M-Bus端口设置25

时间表10

Modem配置27

动作日历20

自动应答28

特殊日表11

自动拨号29

脚本表9

TCP-UDP设置41

单一动作时间表22

IPv4设置42

寄存器监视器21

以太网设置43

封装ANSI C12.19

(IEEE 1377:1998)

公用事业表

公用事业表26

PPP设置44

GPRS设置45

SMTP设置46

    DLMS UA负责对标准类库的维护,包括针对需求侧管理应用与增值服务而进行的标准类库的扩展,以保证标准库中的元素能够涵盖从居民到工商业应用的全部产品范围。制造商可以使用标准库中的“通用构件”组装出各种具有其自身特色的产品,选用对象的类型和数目因用户需求和竞争策略而定,甚至可以根据需要使用专属对象、添加自己的属性/方法。

应用模型

    DLMS/COSEM将计量设备模型化为一个物理设备由一系列逻辑设备(包括管理逻辑设备)组成,一个逻辑设备是该计量设备的一个功能子集,各种功能则用上述的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+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。

    数据采集系统被模型化为一系列的应用进程(包括公共客户机应用进程),每个应用进程可能具有不同的功能角色和访问权限(由计量设备授予)。各应用进程可以运行于一个或几个物理设备中。

   管理逻辑设备和公共客户机应用进程具有特殊作用,它们是必须的,而其它的逻辑设备和应用进程可以依据具体需要选用。

通用的公共语言

    要抄表就要与上述仪表信息模型通信,而要实现互操作性通信所用的语言必须是通用的公共语言,这就是设备语言报文规范DLMS(Device Language Message specification)。它是在原有的配电线报文规范DLMS(IEC61334-4-41:Distribution Line Message Specification)基础上针对计量仪表的特殊应用加以扩展而来(xDLMS),主要扩展了一些支持逻辑名LN引用的新服务并定义了一些新的数据类型。

    与仪表信息模型的通信服务消息用DLMS应用协议数据单元APDU来实现。在协议文本中,采用ASN.1(抽象语法记法1,ISO/IEC 8824/8825)来描述这个DLMS APDU;在实现过程中,用A-XDR(编码规则,IEC 61334-6:2000)编码将DLMS APDU的各元素转换为串行比特/字节串进行传输。

可协商的应用环境

    服务器与客户机应用进程之间的互操作性和互联性是仪表数据交换的基础也是产品兼容性、独立性、可扩展性的保证。为了使服务器和客户机之间具有互操作性,必须保证双方处于相同的应用联结环境中,COSEM应用层提供了标准的面向连接的应用控制服务元素ACSE服务来协商建立应用联结,一旦建立了应用联结双方即在约定好的应用联结环境中交换数据。约定的应用联结环境包括认证机制、可用的xDLMS服务等。一个客户机可以和一个服务器,也可以和多个具有不同应用环境(即具有不同的认证机制、不完全相同的xDLMS服务等)的不同服务器建立应用联结。例如一个客户机可以与一个具有SN引用的xDLMS环境的服务器建立应用联结,同时与另一个具有LN引用的xDLMS环境的服务器建立应用联结,这2个服务器均可以与客户机进行互操作。

    DLMS/COSEM中的联结对象扮演着“守门人”的角色,控制外界对表内信息的访问,同时告诉外界“我是谁、能做什么、可以提供哪些信息等”,仪表的这种自解释能力大大提高了应用灵活性。由于有SN和LN两种引用方式,相应地有SN和LN联结对象,虽然他们完成同样的任务,但存在些微差别。当前联结对象的逻辑名是0.0.40.0.0.255,在SN引用时当前联结对象的基名为0xFA00。

    联结对象有一个对象清单属性,提供给定应用联结环境中的接口对象清单。在LN引用时,对象清单提供每个对象的类标识、版本号、逻辑名和属性/方法的访问权限(禁止、只读、只写、读写);在SN引用时,对象清单提供每个对象的基名、类标识、版本号和逻辑名。可以通过给定的方法获知属性/方法的访问权限,也可以使用缺省访问权限(属性:只读,方法:禁止)。

    LN联结对象还具有联结双方的标识(客户机SAP、服务器SAP),应用环境名,xDLMS环境信息,认证机制名、口令、联结状态(无联结、联结挂起、已联结)等。xDLMS环境信息包括:一致性、最大接收pdu尺寸、最大发送pdu尺寸、DLMS版本号、服务质量、加密信息。其中的一致性是一个24位的比特块(见表4),包含所支持的SN服务(浅灰部分)和LN服务(深色部分)。一致性块由客户机建议,例如:支持所有SN服务为1C0320HEX;客户机和服务器对一致性块进行协商:将客户机建议的一致性块和服务器自身的一致性块进行逻辑与,例如:Read和Write服务为180000HEX;一致性块不能为0,而且应具有明确的实际意义。

表4 24比特xDLMS一致性块

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

保留

保留

保留

Read

Write

Unconfirmed-write

保留

保留

属性0-Set

优先级管理

属性0-Get

块传送-Get

块传送-Set

块传送-Action

多重引用

信息报告

保留

保留

参数化访问

Get

Set

选择性访问

事件通告

Action

    LN联结对象的方法支持高安全级HLS认证机制,并且允许对对象清单增/删对象。SN联结对象的方法支持用逻辑名读取对象以获得访问权限,也支持HLS认证过程。对有关参数的设置修改操作要到下次建立应用联结时才生效。

    在建立应用联结之前,服务器与客户机的应用进程间必须已经互联,这要求需连接的各对等协议层之间均处于联接状态。原理上,只要双方使用同样的通信协议集就能实现互联,DLMS/COSEM提供了协议识别服务来保证这种互联性的实现。

    服务器与客户机间的应用联结总是由客户机发起建立,但有时客户机应用进程并不知道某个未知服务器所使用的通信协议集,例如在系统中新安装了一个仪表,这时客户机必须获得关于该仪表所实现的通信协议集的信息。COSEM应用层一个可选的协议识别服务可以使客户机在建立物理连接之后获得相应服务器中所实现的协议集的有关信息。协议识别服务直接使用物理层的数据通信服务,而旁路掉协议的其余部分,这是协议识别服务能够得以实现的前提条件。协议识别服务虽然是可选服务,但建议在COSEM应用层实现这一服务,以使仪表具备“即插即用”特性,大大方便系统的集成建设和扩展。

结束语

    实现电能表通信的互操作性,将会给电能表的各种应用带来巨大的好处:方便计量计费系统集成、方便系统和电能表维护管理、方便通信信道更新换代、保护系统和电能表投资、计量部门可自由选购电能表而不受通信协议的限制、电能表制造厂家可专注于电能表计量性能的提高而不必过多考虑通信协议的制定、集成商可以充分完善系统功能而不再受通信协议制约等等,因此实现电能表通信的互操作性势在必行

电工仪器仪表信息网 版权所有
Copyright © 1996-2013 www.tc104.com TM,All rights reserved.
黑ICP备11006624号-4
电子邮箱:tc104@tc104.org  客服qq:1052083736 电 话:86-0451-86659398 传 真:86-0451-86659398