1 DNP3通信規(guī)約概述
         DNP 3.0(Distributed Network Protocol Version 3.0，簡稱DNP3，下同)規(guī)約是目前在歐洲及北美比較流行的一種開放性結(jié)構(gòu)的規(guī)約，在國內(nèi)正逐漸成為主流性通信規(guī)約之一。它可用于電力系統(tǒng)子站系統(tǒng)、RTU、智能電子設(shè)備（IEDS）以及主站系統(tǒng)之間的通信。由于目前大部分國外配電自動化（DA）設(shè)備都支持DNP3，為使電力設(shè)備具有兼容性和標(biāo)準(zhǔn)性，大部分與國外電力主站配套的FTU(饋線終端單元)都使用DNP3通訊規(guī)約，DNP3規(guī)約是一個開放性公共遠(yuǎn)動通信規(guī)約，現(xiàn)已成為主流遠(yuǎn)動通信規(guī)約之一，廣泛應(yīng)用于電力、城市供水等行業(yè)。
     DNP3規(guī)約是一種分層的通信規(guī)約，與OS1參考模型所采用的7層結(jié)構(gòu)不同的是，DNP3規(guī)
約采用了由物理層、鏈路層、應(yīng)用層組成的3層增強(qiáng)性能結(jié)構(gòu)(EPA)，同時提供了一層稱之為偽傳輸層的輔助層用于通信信息的分段處理，其與常規(guī)OSI參考模型比較如下圖１所示：

圖１：DNP3的通訊模型

 

1．1 DNP3 數(shù)據(jù)鏈路層
         DNP3數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約文件規(guī)定了DNP3．0版的數(shù)據(jù)鏈路層、鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元(1 PDU)以及數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)和傳輸規(guī)程，采用FT3可變幀格式，其幀格式下圖２所示意：

圖２：DNP3數(shù)據(jù)鏈路層幀格式

    從圖２可以看出，1個FT3幀被定義為1個固定長度(10字節(jié))的報頭，隨后是若干個可以選用的數(shù)據(jù)塊(最大長度16字節(jié))，每個數(shù)據(jù)塊附有1個16位的CRC校驗(yàn)碼，總的鏈路層幀長度不超過256字節(jié)。

1．2 DNP3 偽傳輸層
         DNP3偽傳輸層用于在原方站和從方站之間傳送超出鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元(I PDU)所定義長度的信息。其格式如下圖３所示：

圖３：DNP3偽傳輸層幀格式

     從圖３可以看出，傳輸層報頭TH為傳輸控制字，1個字節(jié)；數(shù)據(jù)塊為應(yīng)用用戶數(shù)據(jù)，1～249個字節(jié)，由于數(shù)據(jù)鏈路層的FT3幀格式中的長度字的最大限制為255，因此傳輸層數(shù)據(jù)
塊的最大長度為：255-5（鏈路層control + source +destination）-1（TH）=249。當(dāng)應(yīng)用層用戶數(shù)據(jù)長度大于249字節(jié)時，傳輸層將以多幀報文方式傳送，并每幀前加TH控制字，如1234=249+249+249+249+238，將分5幀傳送。

1．3 DNP3 應(yīng)用層
         DNP3應(yīng)用層定義了應(yīng)用層報文(APDU)的格式。其中主站被定義為發(fā)送請求報文的站，而從站則為從屬設(shè)備，被請求回送報文的智能終端(1EDs)是事先規(guī)定了的。在DNP３中，只有被指定的主站能夠發(fā)送應(yīng)用層的請求報文，而從站則只能發(fā)送應(yīng)用層的響應(yīng)報文。應(yīng)用層報文格式分別如下圖４和圖５所示：
Request Header
請求報頭 Object Header對象標(biāo)題 Data
數(shù)據(jù) Object Header對象標(biāo)題 Data
數(shù)據(jù)

圖４：DNP3應(yīng)用層請求報文幀格式
 

圖５：DNP3應(yīng)用層響應(yīng)報文幀格式

1．4 DNP3 規(guī)約的主要特點(diǎn)
         DNP3采用Polling Cycle或Poll Group的通訊機(jī)制，具有如下特點(diǎn)：
1)采用單一的變長FT3幀格式，既有利于不同長度信息的傳輸，又使得幀格式得到統(tǒng)一。
2)鏈路層報頭帶有源地址和目的地址，有利于采用多點(diǎn)共線物理層通道結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸。
3)支持主動上報(unsolicited response)的通信方式，有利于在故障發(fā)生時從站非請求主
動上報信息。

2 配置WinCC Telecontrol與TMW Protocol Test Harness模擬軟件進(jìn)行DNP3規(guī)約通訊
        下面將詳細(xì)介紹如何配置WinCC Telecontrol作為主站與TMW Protocol Test Harness作為子站的進(jìn)行DNP3規(guī)約通信，包括雙方的通信連接握手過程，各種數(shù)據(jù)對象庫(包括二進(jìn)制輸入對象、包括二進(jìn)制輸出對象、計數(shù)對象、模擬量輸入對象、模擬量輸出對象、時間對象、級類對象等)的數(shù)據(jù)交換機(jī)制原理和數(shù)據(jù)讀寫，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖6所示：

圖6：通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2．1 硬件和軟件需求

      在本文中涉及到硬件如下：

(1) 由于WinCC Telecontrol安裝后將集成到WinCC中，TMW Test Harness為PC模擬軟件將安裝在另外一臺PC中，因此將涉及到兩臺PC機(jī)，對于PC機(jī)沒有特殊要求，推薦使用配置較高的PC
所使用的軟件如下：
(1) 本文檔測試中使用到的Siemens Simatic WinCC軟件如下圖７所示：

圖7：Simatic WinCC測試軟件列表

(2) TMW Protocol Test Harness，版本V2.0.43，含21天的Demo試用授權(quán)
關(guān)于TMW Protocol Test Harness軟件的Demo版可以從以下連接中獲取：
http://www.trianglemicroworks.com

2．2 TMW Protocol Test Harness模擬軟件簡介
         TMW Protocol Test Harness PC模擬軟件是TriangleMicroWorks公司推出的針對電力行業(yè)計算機(jī)模擬測試軟件，支持多種電力通信規(guī)約，包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104及DNP3等電力遠(yuǎn)控規(guī)約，同時支持Modbus RTU/TCP通訊協(xié)議，能夠作為上述通信規(guī)約的Master和Slave，非常適合于與第三方設(shè)備或軟件進(jìn)行模擬電力行業(yè)的各種環(huán)境測試。
         對于TMW Protocol Test Harness PC模擬軟件，在DNP3作為Slave站下其各種數(shù)據(jù)對象的地址分布如下表１所示：

數(shù)據(jù)類型	數(shù)量	長度	所屬類Class	索引Index	備注
單點(diǎn)數(shù)字位輸入(Binary Input)	40	8 Bit	Class1	0-39	單點(diǎn)輸入信號，其中信號占1bit,其余7Bit為Flag
雙點(diǎn)數(shù)字位輸入(Double Bit Input)	40	8 Bit	Class1	0-39	雙點(diǎn)輸入信號，其中信號占2bit,其余6Bit為Flag
數(shù)字輸出(Binary Output)	35	8 Bit	Class1	0-34	單點(diǎn)輸出控制信號
計數(shù)器輸入(Counter Input)	30	32/16 Bit	Class3	0-29	計數(shù)器輸入信號
凍結(jié)計數(shù)器(Frozen Counter )	30	32/16 Bit	Class3	0-29	凍結(jié)計數(shù)器信號
模擬量輸入(Analog Input)	75	32/16 Bit	Class2	0-74	模擬量輸入信號
模擬量輸出(Analog Output)	25	32/16 Bit	Class0	0-24	模擬量輸出控制信號