1 DNP3通信规约概述
         DNP 3.0(Distributed Network Protocol Version 3.0，简称DNP3，下同)规约是目前在欧洲及北美比较流行的一种开放性结构的规约，在国内正逐渐成为主流性通信规约之一。它可用于电力系统子站系统、RTU、智能电子设备（IEDS）以及主站系统之间的通信。由于目前大部分国外配电自动化（DA）设备都支持DNP3，为使电力设备具有兼容性和标准性，大部分与国外电力主站配套的FTU(馈线终端单元)都使用DNP3通讯规约，DNP3规约是一个开放性公共远动通信规约，现已成为主流远动通信规约之一，广泛应用于电力、城市供水等行业。
     DNP3规约是一种分层的通信规约，与OS1参考模型所采用的7层结构不同的是，DNP3规
约采用了由物理层、链路层、应用层组成的3层增强性能结构(EPA)，同时提供了一层称之为伪传输层的辅助层用于通信信息的分段处理，其与常规OSI参考模型比较如下图１所示：

图１：DNP3的通讯模型

 

1．1 DNP3 数据链路层
         DNP3数据链路层规约文件规定了DNP3．0版的数据链路层、链路规约数据单元(1 PDU)以及数据链路服务和传输规程，采用FT3可变帧格式，其帧格式下图２所示意：

图２：DNP3数据链路层帧格式

    从图２可以看出，1个FT3帧被定义为1个固定长度(10字节)的报头，随后是若干个可以选用的数据块(最大长度16字节)，每个数据块附有1个16位的CRC校验码，总的链路层帧长度不超过256字节。

1．2 DNP3 伪传输层
         DNP3伪传输层用于在原方站和从方站之间传送超出链路规约数据单元(I PDU)所定义长度的信息。其格式如下图３所示：

图３：DNP3伪传输层帧格式

     从图３可以看出，传输层报头TH为传输控制字，1个字节；数据块为应用用户数据，1～249个字节，由于数据链路层的FT3帧格式中的长度字的最大限制为255，因此传输层数据
块的最大长度为：255-5（链路层control + source +destination）-1（TH）=249。当应用层用户数据长度大于249字节时，传输层将以多帧报文方式传送，并每帧前加TH控制字，如1234=249+249+249+249+238，将分5帧传送。

1．3 DNP3 应用层
         DNP3应用层定义了应用层报文(APDU)的格式。其中主站被定义为发送请求报文的站，而从站则为从属设备，被请求回送报文的智能终端(1EDs)是事先规定了的。在DNP３中，只有被指定的主站能够发送应用层的请求报文，而从站则只能发送应用层的响应报文。应用层报文格式分别如下图４和图５所示：
Request Header
请求报头 Object Header对象标题 Data
数据 Object Header对象标题 Data
数据

图４：DNP3应用层请求报文帧格式
 

图５：DNP3应用层响应报文帧格式

1．4 DNP3 规约的主要特点
         DNP3采用Polling Cycle或Poll Group的通讯机制，具有如下特点：
1)采用单一的变长FT3帧格式，既有利于不同长度信息的传输，又使得帧格式得到统一。
2)链路层报头带有源地址和目的地址，有利于采用多点共线物理层通道结构的数据传输。
3)支持主动上报(unsolicited response)的通信方式，有利于在故障发生时从站非请求主
动上报信息。

2 配置WinCC Telecontrol与TMW Protocol Test Harness模拟软件进行DNP3规约通讯
        下面将详细介绍如何配置WinCC Telecontrol作为主站与TMW Protocol Test Harness作为子站的进行DNP3规约通信，包括双方的通信连接握手过程，各种数据对象库(包括二进制输入对象、包括二进制输出对象、计数对象、模拟量输入对象、模拟量输出对象、时间对象、级类对象等)的数据交换机制原理和数据读写，通讯网络结构如下图6所示：

图6：通讯网络结构

2．1 硬件和软件需求

      在本文中涉及到硬件如下：

(1) 由于WinCC Telecontrol安装后将集成到WinCC中，TMW Test Harness为PC模拟软件将安装在另外一台PC中，因此将涉及到两台PC机，对于PC机没有特殊要求，推荐使用配置较高的PC
所使用的软件如下：
(1) 本文档测试中使用到的Siemens Simatic WinCC软件如下图７所示：

图7：Simatic WinCC测试软件列表

(2) TMW Protocol Test Harness，版本V2.0.43，含21天的Demo试用授权
关于TMW Protocol Test Harness软件的Demo版可以从以下连接中获取：
http://www.trianglemicroworks.com

2．2 TMW Protocol Test Harness模拟软件简介
         TMW Protocol Test Harness PC模拟软件是TriangleMicroWorks公司推出的针对电力行业计算机模拟测试软件，支持多种电力通信规约，包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104及DNP3等电力远控规约，同时支持Modbus RTU/TCP通讯协议，能够作为上述通信规约的Master和Slave，非常适合于与第三方设备或软件进行模拟电力行业的各种环境测试。
         对于TMW Protocol Test Harness PC模拟软件，在DNP3作为Slave站下其各种数据对象的地址分布如下表１所示：

数据类型	数量	长度	所属类Class	索引Index	备注
单点数字位输入(Binary Input)	40	8 Bit	Class1	0-39	单点输入信号，其中信号占1bit,其余7Bit为Flag
双点数字位输入(Double Bit Input)	40	8 Bit	Class1	0-39	双点输入信号，其中信号占2bit,其余6Bit为Flag
数字输出(Binary Output)	35	8 Bit	Class1	0-34	单点输出控制信号
计数器输入(Counter Input)	30	32/16 Bit	Class3	0-29	计数器输入信号
冻结计数器(Frozen Counter )	30	32/16 Bit	Class3	0-29	冻结计数器信号
模拟量输入(Analog Input)	75	32/16 Bit	Class2	0-74	模拟量输入信号
模拟量输出(Analog Output)	25	32/16 Bit	Class0	0-24	模拟量输出控制信号