變電站通信網(wǎng)絡中制造文件規(guī)范和制造報傳技術的應用

0規(guī)模設計iqp目前，能源通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)通常采用面向點的獨特通信協(xié)議進行通信，因此很難實現(xiàn)不同制造商設備之間的相互操作和系統(tǒng)集中。IEC61850標準是面向?qū)ο蟮耐ㄐ艠藴?其主要目標就是實現(xiàn)不同廠家智能電子設備之間的互操作。IEC61850的出現(xiàn)為規(guī)約轉(zhuǎn)換網(wǎng)關的研究提供了空間。為保護原始投資,我們可以將原有電力通信系統(tǒng)的軟件和硬件資源保留下來,加以充分利用。規(guī)約轉(zhuǎn)換是網(wǎng)關設計的核心?；贗EC61850和制造報文規(guī)范(manufacturingmessagespecification,MMS)的通信網(wǎng)關將面向點的通信協(xié)議報文的點信息映射為IEC61850標準的對象信息,采用IEC61850的抽象通信服務接口(abstractcommunicationserviceinterface,ACSI)和特殊通信服務映射(specificcommunicationservicemapping,SCSM)實現(xiàn)設備的互連互通。本文主要研究IEC61850中典型ACSI對象模型類及其服務到MMS的映射。1acsi到mms的映射IEC61850定義了分層結(jié)構(gòu)的通信體系,各層之間相互獨立。IEC61850-7-2定義了與具體網(wǎng)絡和通信協(xié)議棧無關的ACSI,IEC61850-8/-9定義了與具體網(wǎng)絡和通信協(xié)議棧相關的SCSM。ACSI是概念性的接口,獨立于實際使用的網(wǎng)絡與應用通信協(xié)議,包含信息模型的通信服務、通信對象及參數(shù),這些通信服務、通信對象和參數(shù)通過SCSM映射到底層應用程序。圖1為IEC61850-8-1定義的用于變電站層和間隔層之間通信的ACSI到MMS之間的映射。這種映射關系將ACSI中的概念、對象和服務與MMS中的概念、對象和服務相互對應,并且給出了在局域網(wǎng)條件下使用MMS服務及協(xié)議進行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?iec61850的對象模型和服務2.1標準的通用服務IEC61850定義了用于信息交換的服務,服務接口的描述采用了抽象的方法,即ACSI。所謂抽象是指服務的定義側(cè)重于功能的定義,而不是設備間所傳輸?shù)木唧w的報文及其編碼。采用抽象建模的好處是使標準獨立于具體實現(xiàn)技術和下層通信系統(tǒng)。ACSI為變電站設備定義了標準的通用服務。按服務的工作模式可分為2組:(1)采用客戶/服務器(client/server,C/S)模式的服務,主要用于目錄查詢、讀寫數(shù)據(jù)以及控制等;(2)點到點(peer-to-peer)模式的服務,用于GOOSE消息發(fā)送、采樣值傳輸?shù)?。ACSI的大多數(shù)服務采用C/S方式。2.2典型目標模型服務ACSI定義的服務都應用于特定的模型,下面簡單介紹映射到MMS的模型相關抽象服務。(1)et東北部dictor取服務器目錄服務服務器代表了設備的外部可見行為。其相關服務只有GetServerDirectory(取服務器目錄)服務。客戶方使用本服務可以得到服務器上的所有對客戶方可見并允許訪問的邏輯設備或文件的名稱列表。(2)lng的容器邏輯設備(logicaldevice,LD)可以看作是一組邏輯節(jié)點(logicalnode,LN)的容器。IEC61850為其定義了GetLogicalDeviceDirectory(取LD目錄)服務。通過該服務,客戶方可以得到指定LD中對請求客戶可見且可被訪問的所有LN的引用列表。在服務請求參數(shù)中指出LD的對象引用。(3)獲取解決函數(shù)獲取ln目錄和獲取數(shù)據(jù)值的服務LN由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集以及其他元素構(gòu)成。所定義的服務有GetLogicalNodeDirectory(取LN目錄)服務和GetAllDataValues(取所有數(shù)據(jù)值)服務。(4)es和關于數(shù)據(jù)選取服務IEC61850為數(shù)據(jù)模型提供了4個服務,分別是GetDataValues(取數(shù)據(jù)值)服務、SetDataValues(設置數(shù)據(jù)值)服務、GetDataDirectory(取數(shù)據(jù)目錄)服務和GetDataDefinition(取數(shù)據(jù)定義)服務。前2個服務允許對整個數(shù)據(jù)對象或其部分進行訪問。(5)廣播關聯(lián)的傳遞服務應用關聯(lián)模型用于在各種設備間實現(xiàn)通信。應用關聯(lián)分為雙邊關聯(lián)和廣播關聯(lián)2類。前者傳遞服務的請求和響應,證實服務和非證實服務都可以傳遞。后者只能傳遞單向的非證實服務。在此只對雙邊應用關聯(lián)服務進行介紹,主要包括:(6)結(jié)構(gòu)培養(yǎng)文件結(jié)構(gòu)二元結(jié)構(gòu)文件的結(jié)構(gòu)ACSI的文件傳輸服務提供文件傳輸及文件存儲器管理的功能。這里文件是順序的無結(jié)構(gòu)二進制文件,其內(nèi)容可以是程序、數(shù)據(jù)。文件模型相關服務有GetFile(讀文件)服務、SetFile(寫文件)服務、DeleteFile(刪除文件)服務和GetFileAttributeValues(取文件屬性)服務。3acsi對mms的映射分析3.1構(gòu)成對象類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)類型的映射較為簡單直接,IEC61850-7-2標準和MMS各自都定義了一套用于構(gòu)成對象類的基本數(shù)據(jù)類型,在具體實現(xiàn)時,各自對應于特定語言的數(shù)據(jù)類型。對類模型的映射主要有2種情況:①直接映射,只需將相應屬性語義直接映射到MMS類的相應字段;②間接映射,需要將ACSI類的屬性結(jié)構(gòu)映射為MMS類的一個或多個字段的值,實現(xiàn)對ACSI類的封裝。3.2mms定義標準服務IEC61850定義的服務均為抽象服務,也就是說只對服務請求的接收方需要作出的動作進行了描述。只有當這些抽象服務映射到一種具體服務,并對攜帶服務參數(shù)的報文格式和編碼規(guī)則及其網(wǎng)絡傳輸方式加以定義,才可用于實際的信息交換過程。MMS定義了一套標準服務,任何MMS用戶使用相同服務進行交互就可以實現(xiàn)互操作性。對于服務的映射有3種情況,下面分別進行分析。(1)射時基本情況ACSI服務和MMS服務之間存在一一對應關系,這種映射非常簡單。如雙邊應用關聯(lián)服務Associate、Abort和Release分別直接映射到MMS環(huán)境管理服務Initiate、Abort和Conclude。(2)acsi服務定義這種映射又分為2種情況。第1種情況是ACSI定義的一個服務依參數(shù)不同實現(xiàn)不同功能,映射時采用不同的MMS服務實現(xiàn)。第2種情況是ACSI的一個服務映射為MMS的一組服務,共同實現(xiàn)ACSI服務定義的功能。這樣的一組服務可能是同一MMS服務的多次執(zhí)行,也可能是不同的MMS服務協(xié)同工作完成一個ACSI服務的功能。(3)mms服務原語多個ACSI類的服務可能采用同一個MMS服務實現(xiàn)。在這種情況下需要采用某種機制以區(qū)別MMS到底要執(zhí)行哪類服務。通過在MMS服務原語中給定的一或多個參數(shù),可以明確服務的操作對象、范圍及所要進行的操作。例如,服務器、邏輯設備、邏輯節(jié)點的目錄服務均映射到MMS的VMD支持服務GetNameList服務。3.3信息獲取和管理維護MMS位于OSI參考模型的應用層,針對制造環(huán)境下的實際設備,描述了它們之間的信息交換。MMS標準共定義了80多種服務,按操作對象將它們分成10大類。ACSI到MMS的映射分為信息模型的映射和服務映射,信息模型的映射是指服務器、邏輯設備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)、關聯(lián)和文件等信息模型分別與MMS的虛擬制造設備、域、有名變量、應用關聯(lián)和文件等之間的映射。服務的映射是指分別從屬于ACSI各個模型的抽象服務到MMS各個信息模型相關服務的對應關系。虛擬制造設備(virtualmanufacturingdevice,VMD)對象抽象地描述了一個實際制造設備的外部可見行為,使得MMS服務與其內(nèi)部特性無關。實際制造設備只要遵循VMD模型提供的MMS服務,并提供與VMD的API映射接口,就可以進入OSI環(huán)境,成為開放的互連設備。這時,MMS只需針對統(tǒng)一的VMD對象進行管理控制即可完成對實際設備的操作。MMS提供Status(狀態(tài))、UnsolicitedStatus(主動報告狀態(tài))、Identify(識別)等服務,也提供GetNameList(獲取名稱列表)和Rename(更改名稱)服務來獲得、管理和維護定義在VMD內(nèi)的對象。IEC61850中的Server類模型映射到MMS的VMD模型,Server類中的GetServerDirectory(讀服務器目錄)服務映射到VMD相關的服務GetNameList(獲取VMD中的對象列表)。域(Domain)對象代表了VMD中邏輯和物理資源的子集。不同的域可以代表VMD中不同的資源,其內(nèi)容可以是一段程序指令、一塊參數(shù)數(shù)據(jù)或是硬件資源。IEC61850中的LD類模型映射到MMS的Domain模型,LD類中的GetLogicalDeviceDirectory(讀邏輯設備目錄)服務映射到Domain相關的服務GetNameList(獲取Domain中的對象列表)。在MMS的所有模型中,變量模型是最重要的模型之一。它為MMS客戶提供了一種間接的標準化內(nèi)部資源的訪問方法,從而實現(xiàn)對實際制造設備的監(jiān)視和控制。MMS定義了無名變量和有名變量2類對象來描述VMD中MMS變量和實際變量之間的映射關系。有名變量(NamedVariable)對象描述VMD中MMS變量和應用系統(tǒng)中定義的實際變量的映射,它使用對象的名稱訪問實際變量,對于MMS客戶來說,只需知道對象的名稱就可以進行訪問。IEC61850中的LN、Data類等模型都映射到MMS的NamedVariable模型,其中LN類的GetLogicalNodeDirectory(讀邏輯節(jié)點目錄)服務、Data類的GetDataValues(讀數(shù)據(jù)值)和SetDataValues(設置數(shù)據(jù)值)服務分別映射到NamedVariable相關的服務GetNameList(獲取對象列表)、Read(讀)和Write(寫)。MMS為管理網(wǎng)絡上2個節(jié)點間的通信定義了相關服務,相關對象是應用關聯(lián)(ApplicationAssociation)對象。這些服務用于創(chuàng)建和終止應用關聯(lián),處理協(xié)議錯誤。IEC61850中的Association類模型映射到MMS的ApplicationAssociation模型,IEC61850在Association類中用到的Associate(關聯(lián))、Release(釋放)、Abort(異常終止)服務分別映射到ApplicationAssociation相關的服務Initiate(初始化)、Conclude(終止)和Abort(異常終止)。MMS為具有本地文件存儲但不能通過其他方法提供完整文件服務的設備提供了一套簡單的文件(File)傳輸服務。MMS文件服務只支持文件傳輸,而不支持文件的訪問。IEC61850中的File類模型映射到MMS的File模型。IEC61850在File類中用到的GetFile(讀文件)、SetFile(設置文件)、DeleteFile(刪除文件)和GetFileAttributeValues(讀文件屬性值)服務映射到MMS中File相關的服務FileGet(文件打開)、ObtainFile(獲取文件)、FileDelete(文件刪除)和FileDirectory(文件目錄)。IEC61850在映射到MMS時,采用了其中的一部分模型及服務,如表1所示。4典型對象模型的應用文章針對基于IEC61850的通信網(wǎng)關的核心模型轉(zhuǎn)換需求,對IEC61850ACSI的典型對象模型和服務到MMS的映射原理和方法進行了分析,并重點介紹了典型對象模型類服務到MMS服務的映射關系,闡述了MMS的基本思想和工作原理,為目前變電站通信系統(tǒng)中基于IEC61850的通信網(wǎng)關的實現(xiàn)做了重要鋪墊。1求客戶可見且可被訪問的指定對象的引用客戶應用本服務可獲得指定LN中對請求客戶可見且可被訪問的指定類型的所有對象的引用列表。在服務請求參數(shù)中指出LN的引用和要訪問的對象類型。2特定功能約束通過本服務,客戶可以一次性地取得特定LN中的特定功能約束(functionaconstraint,FC)下的所有數(shù)據(jù)對象的屬性值。服務請求參數(shù)包括LN引用和一個FC列表。1部分數(shù)據(jù)屬性客戶使用本服務可以得到指定的數(shù)據(jù)對象的所有或部分數(shù)據(jù)屬性的值。服務請求的參數(shù)Reference給定一個功能約束數(shù)據(jù)或功能約束數(shù)據(jù)屬性,用以限定訪問的數(shù)據(jù)屬性范圍。2基于服務請求的生成客戶使用本服務對特定數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)屬性的值進行設置。服務請求的第1個參數(shù)為Reference,含義與GetDataValues服務的請求參數(shù)Reference相同。第2個參數(shù)是一個或一組值,用于設定第一個參數(shù)指定的數(shù)據(jù)屬性的當前值。據(jù)對象的數(shù)據(jù)屬性的值進行設置。服務請求的第1個參數(shù)為Reference,含義與GetDataValues服務的請求參數(shù)Reference相同。第2個參數(shù)是一個或一組值,用于設定第一個參數(shù)指定的數(shù)據(jù)屬性的當前值。1服務訪問點引用參數(shù)和認證參數(shù)在客戶發(fā)出的服務請求中包含服務訪問點引用參數(shù)和認證參數(shù)。服務訪問點引用參數(shù)用于標識客戶方想要與之建立關聯(lián)的服務器。認證參數(shù)用于權(quán)限和安全目的。2請求服務參數(shù)的處理本服務用于突然斷開特定的客戶和服務器之間的應用關聯(lián)。突然斷開意味著所有己發(fā)出的服務請求將被舍棄,不再進行處理。請求服務參數(shù)包括應用關聯(lián)標識和中止關聯(lián)的原因。這個服務可以由本地或遠端的底層通信系統(tǒng)發(fā)起,也可由客戶方發(fā)起,發(fā)起方給出相應的參數(shù)。3)Release(釋放關聯(lián))。本服務用于正常