IEC62056标准体系简介

IEC62056标准体系简介宋晓林1，刘君华1，杨晓西2，冯玉贵3，刘守谦2（1．西安交通大学电气工程学院，西安710049；2．西北电力试验研究院，西安710054；3．哈尔滨电工仪表研究所，哈尔滨150040）摘要本文简要介绍了国际电工委员会（IEC）第13技术委员会（TC13）制定的国际标准体系IEC62056，并就该标准体系的内在联系、特点、应用及一些基本的、重要的观点和方法进行了特别说明。关键词DLMS；COSEM；OBIS；IC；对象模型；通信模型；互操作性；系统集成BriefIntroductiontoIEC62056SeriesInternationalStandardsSongXiaolin1,LiuJunhua1,YangXiaoxi2,FengYugui3,LiuShouqian2(1.ElectricalEngineeringSchoolofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an,710049,China;2.NorthwestChinaElectricPowerTest&ResearchInstitute,Xi’an,710054,China;3.HarbinResearchInstituteofElectricalInstrumentation,Harbin,150040,China)Abstract：ThispaperisthebriefintroductiontoIEC62056seriesinternationalstandards,whichhavebeenpreparedbyIECtechnicalcommittee13.Also,thepaperspeciallyillustratestheinnerrelation,characteristic,application,someprimaryandimportantviewandmethodsofthestandard.Keywords:DLMS;COSEM;OBIS;IC;objectmodel;communicationmodel;interoperability;systemintegration0引言随着微电子技术和信息技术的发展，电力系统由智能计量仪表、自动化装置、现代通信设备等组成的各类系统逐步取代过去由感应系计量表计、手动装置、人工操作等组成的运行模式。为满足电力市场变革和用户管理中的抄表（含自动）、用户服务、价格表（电费）、负荷/供应管理、服务质量、设备/系统检查、数据信息和增值服务、配电系统自动化(DSA)等方面的需求[1]，各生产厂家、系统集成商、电力供应商提出大量解决方案。由于此类解决方案大多是为解决生产运行中某些具体问题设计的，因而其通信协议一般采用自定义方式，例如，电能表增加新功能、系统功能改变或扩充等。当电力系统用户管理、贸易结算、供电合同、价格表（电费）等方面（即电力市场商务过程，这个商业过程从对交付产品-能量的测量开始，到费用征收为止）综合管理时，由于各系统的通信协议不兼容，造成系统间互连、互操作性困难。为了解决上述问题，满足市场商务过程对计量数据一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IECTC13WG14根据公共事业部门的商业过程的特点，制定了IEC62056《电能计量－用于抄表、费率和负荷控制的数据交换》系列国际标准[2]。该标准采用对象标识、对象建模、对象访问和服务、通信介质接入方式等方法，从通信的角度建立了仪表的接口模型，它不包含仪表的数据采集和数据处理方面的内容，从“外部”来看，这个接口模型代表了计量仪表在商业过程中的“行为特征”。IEC62056标准体系整体上分两大部分，即COSEM和DLMS，一部分是与通信协议、介质无关的电能计量配套技术规范——COSEM（COmpanionSpecificationforEnergyMetering），包括IEC62056－61（OBIS）和IEC62056－62（接口类）两部分；另一部分是依据OSI参考模型和IEC61334制定了通信协议模型[3]，即设备语言报文规范——DLMS（DeviceLanguageMessageSpecification）。该标准体系不仅适用于电能计量，而是集电、水、气、热统一定义的标准规范，支持多种通信介质接入方式，其良好的系统互连性和互操作性是迄今为止较为完善的计量仪表通信标准。1IEC62056标准体系介绍IEC62056标准体系目前共包括六部分，见图1：第61部分：对象标识系统第62部分：接口类第53部分：COSEM应用层第46部分：使用HDLC（HighLevelDataLinkControl）协议的数据链路层第42部分：面向连接的异步数据交换的物理层服务和过程第21部分：直接本地数据交换IEC62056标准体系主要针对OSI参考模型中的三个部分制定了技术规范：应用进程、应用层和低层通信协议。通过制定这些技术规范，使遵循这些规范的计量仪表、支撑工具以及其它系统组件具有互操作性，能够方便地进行系统集成。IEC62056-62《接口类》IEC62056-53《COSEM应用层》IEC62056-46《使用HDLC协议的数据链路层》应用进程应用层图1IEC62056标准体系框图低层通信协议IEC62056-61《对象标识系统（OBIS）》IEC62056-21《直接本地数据交换》IEC62056-42《面向连接的异步数据交换的物理层服务和过程》将来可扩充低层通信协议1.1IEC62056-61对象标识系统（OBIS）IEC62056-61对象标识系统部分规定了OBIS（OBjectIdentificationSystem）的结构，并为计量仪表中的每一个常用数据项都提供了唯一的标识码，数据项不仅包含了测量值，而且还包含了计量仪表的配置信息和表示计量仪表行为特征的抽象数据。标识码的定义基于DIN-43863-3:1997，电气仪表-第三部分：费率计量装置作为电气仪表的附加设备-EDIS-电能数据标识系统。本标准定义的ID码标识的对象包括：-接口类的各种实例的逻辑名，其定义见IEC62056-62标准；-通过通信线传输的数据；-计量仪表显示的数据。其目的在于对所有通过当地或远方数据交换进行人工或自动采集的数据项采取与制造商无关的方法进行唯一标识，实现制造商的设备和系统之间的互操作性。OBIS码是一个由6个数码组成的组合编码，其结构如图2，它以分层的形式描述了每个数据项的准确含义，各数码的用途如下：图2OBIS码结构数码A用于标识抽象数据和被测能量的类型，如：抽象数据0、电1、热6、气7、冷水8、热水9等；数码B用于标识测量通道号，如：电能表输入测量通道的编号（供电馈路）；数码C用于标识信息来源相关的抽象或物理数据项，如：正向有功功率、电流、电压等；数码D用于标识定义类型或由数码A和C所标识的物理量按各种特定算法处理的结果如：对正向有功功率求积分值得到正向有功电能、在固定时间间隔内求平均值得到正向有功平均功率、按固定区间和滑差子间隔进行时间滑动计算平均功率得到正向有功最大需量及发生时间等；数码E用于标识针对由费率寄存器对测量结果所做的进一步处理，如：正向有功电能按时间表执行的费率结果，也就是常说的正向有功总电能0、费率1、费率2、费率3等；数码F用于标识结算和数据项的存储方式等，如：正向有功总电能当月、上月„„等结算或底度值等，当测量值与结算周期无关时，此项编码为255。从数码B到数码D为厂家自定义标识码预留了空间。在IEC62056-61中仅定义了用于电能的OBIS码，例如“正向有功总电能底度值”数据，其OBIS码为1.1.1.8.0.255，表示能量类型为电类、测量通道号为1、信息来源为正向有功功率、处理方法为积分值、费率类型为总费率、结算方式与结算周期无关。其它能量类型如水、气、热等的标识码在欧洲标准EN13757中定义。1.2IEC62056-62接口类（IC）IEC62056-62接口类将IEC62056-61对象标识系统中的数据项进行分类、归整，采用对象建模的方法构造了计量仪表通信的接口模型，规定了计量仪表的功能、数据显示和数据交换方式等，是COSEM核心组成部分。COSEM把计量仪表看成是公共事业部门商业过程的一个重要组成部分，从仪表通信的角度采用对象建模的方法建立了仪表的接口模型，它不包含仪表的数据采集和数据处理方面的内容，从“外部”来看，这个接口模型代表了计量仪表在商业过程中的“行为特征”。接口模型由数据、寄存器、扩展寄存器、需量寄存器、通用曲线等23个接口类组成，见图3。这些接口类的实例即为对象，所有对象的第一个属性都是逻辑名，即OBIS码。逻辑名连同类标识码和版本号一起，唯一标识对象包含信息的含意，并与厂家无关。按照面向ABCCCDEF对象的程序设计方法，各种不同接口类的集合构成了一个标准类库，制造商从这个标准类库中选择一个子集来建立自己产品的模型，并进行产品设计，这种标准化仪表接口类库的概念为不同的用户和制造商提供多种多样的选择而且又不失互操作性。图3接口类库从上面的介绍可以看出，COSEM的理念是非常清晰的，它希望简化计量仪表的通信设计，制造商可以把精力集中在以提高产品性能的核心技术的开发方面，为用户提供快捷和高水平的服务，避免在仪表通信部分花去大量的精力进行低水平重复开发。使用DLMS/COSEM标准与计量仪表通信基于客户机/服务器模型，其中计量计费系统主站（或其它抄表设备）充当客户机，计量仪表充当服务器，给客户机提供服务，因此在DLMS/COSEM中，计量仪表也称为COSEM服务器。如图4所示，COSEM服务器模型为三层体系结构：第一层：物理设备。它包含一个或多个逻辑设备,其中一个必须是管理逻辑设备，用来抽象表示物理电能表。第二层：逻辑设备。它包含一组可访问COSEM对象，用来表示计量仪表的功能单元。第三层：COSEM对象。它是构建逻辑设备的功能模块，即COSEM对象模型。图5演示如何使用COSEM服务器模型来构建一块具有简单功能电能表的模型，该模型包括1个管理逻辑设备，包括4个可访问的COSEM对象：LDN（LogicalDeviceName）逻辑设备名对象、正向有功总电能底度值寄存器对象、正向有功费率1电能底度值寄存器对象、A（Association）连接对象。COSEM对象通过选择接口类来实现。例如图5中电能表的“正向有功总电能底度值寄存器”对象，可以选择“寄存器”类实现。该类共有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OBIS码；“值”属性表示该寄存器保存的测量值或状态值；“倍率和量纲”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零。正向有功总电能底度值寄存器对象通过“寄存器”类的实例化对象来实现，其属性分别为1.1.1.8.0.255、1483、10^1Wh，表示该“正向有功总电能底度值寄存器”为14.83kWh。根据不同需要，按照上述过程用各种对象如同搭“积木”一样可以构建各种类型基类数据LN连接寄存器扩展寄存器需量寄存器时钟通用曲线寄存器激活SN连接脚本表时间表SAP分配表寄存器监视器特殊日表活动日历IEC光口设置单个操作时间表PSTNMODEM配置PSTN自动应答IEC双绞线(1)设置实用表格IECHDLC设定PSTN自动拨号的电能表。通过定义“积木块”来实现电能表的整体功能，具有最大限度的灵活性，既可以覆盖大范围的产品——从非常简单的居民表到复杂的多功能电能表，又具有可扩展性来满足将来需求。在解除管制的市场中，所有参与者都需要得到数据，但通常只有部分数据访问权限。为了满足这种市场需求，使用“连接”对象来控制访问方式。“连接”对象针对不同的客户，执行相应的身份验证机制，提供不同层次的信息。安全级别分为最低、低（LLS）、高（HLS）三种。最低安全级别主要在数据采集系统获取未知仪表的结构时使用。低安全级别为客户机身份验证提供了一个密码。它主要在信道能够提供充分保证防止偷听和报文（密码）反演时采用。高