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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和能源计量配套规范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。

表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。

表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

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