專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)變電站通信調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的變電站間隔層大量(數(shù)十萬臺(tái))產(chǎn)品通信協(xié)議采用的是IEC60870-5-103(以下簡稱103)協(xié)議，而IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為新的統(tǒng)一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛接受，將這些間隔層大量遺留的、不滿足IEC 61850的產(chǎn)品改造成滿足IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的意義。
然而，由于103屬于面向點(diǎn)的協(xié)議。所謂面向點(diǎn)，即依靠各種數(shù)據(jù)地址“點(diǎn)”值來區(qū)分不同的信息，如某個(gè)開關(guān)狀態(tài)、某條線路的電壓、電流或功率等測量值。實(shí)際工程項(xiàng)目中包含了大量的信息，由于通用分類服務(wù)功能的開放性，廠家設(shè)備在自己的通信模塊部分使用103協(xié)議的時(shí)候并不是非常標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。并且從實(shí)際情況看，廠家在設(shè)備通信控制模塊中，由于對103協(xié)議理解的不同，也造成了一些非標(biāo)準(zhǔn)情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致了不同廠家、不同產(chǎn)品(即使同一廠家)的103是不完全兼容的。因此，靠常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)一種通用的通信網(wǎng)關(guān)。如果采用專用的網(wǎng)關(guān)，則網(wǎng)關(guān)類型眾多，開發(fā)、維護(hù)、驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)的工作量巨大。因此，設(shè)計(jì)一種將103協(xié)議無縫地轉(zhuǎn)化為IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)且具備通用性(而不是針對某一具體型號IED的專用網(wǎng)關(guān))的網(wǎng)關(guān)意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述問題，提供一一種實(shí)現(xiàn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法。
它包括如下步驟(1)創(chuàng)建IEC61850實(shí)時(shí)庫、IEC 61850服務(wù)單元和協(xié)議轉(zhuǎn)化單元，然后與元數(shù)據(jù)解析工具一起下載到程序存儲(chǔ)區(qū)里；(2)建立IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件；(3)采用XML Spy工具建模工具建立103協(xié)議的XML Schema模型的描述文件；(4)采用XML Spy工具建立103協(xié)議與IEC61850協(xié)議間的映射模型描述文件；(5)將步驟(2)～(4)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里；(6)采用XML Spy工具對具體遺留設(shè)備的103協(xié)議建立模型；(7)采用XML Spy工具對具體遺留設(shè)備的功能進(jìn)行IEC 61850協(xié)議建立模型；
(8)采用XML Spy工具建立步驟(5)、(6)兩個(gè)模型之間的映射模型描述文件；(9)將步驟(6)～(8)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里；(10)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析XML Schema文件，并建立3種元模型表；(11)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的IEC 61850的XML描述文件，并將信息存入到元模型表中；(12)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的103協(xié)議XML描述文件，并將信息存入到元模型表中；(13)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析映射規(guī)則的XML描述文件，將信息存入到元模型表中。
所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是按照關(guān)系型數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)，以提供基于層次模型的訪問接口，支持IEC 61850這樣層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)訪問。元數(shù)據(jù)解析工具是一個(gè)xml解析程序，采用開源組織Apache的Xerces-C++實(shí)現(xiàn)。描述文件的建立是直接采用IEC已經(jīng)發(fā)布的IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件；步驟(10)中的3種元模型表一種用于保存設(shè)備IEC 61850的XML模型實(shí)例描述信息，另一種用于保存設(shè)備103協(xié)議模型描述信息，最后一種保存映射規(guī)則的XML描述信息。
至此，就完成了配置文件的解析和實(shí)時(shí)庫中表結(jié)構(gòu)的建立，此時(shí)的通用網(wǎng)關(guān)即可以將具體遺留設(shè)備的103協(xié)議無縫地轉(zhuǎn)化為IEC 61850協(xié)議，從站層看間隔層，遺留產(chǎn)品也是能提供IEC 61850服務(wù)的IED。由于硬件固定不變，且步驟(1)～(5)一次性開發(fā)完成后就不用更改、步驟(10)～(13)是計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，因此采用本方法后，工程人員只需生成配置文件(即步驟(6)～(8))即可使它將間隔層的遺留設(shè)備的103協(xié)議無縫地轉(zhuǎn)化為IEC 61850協(xié)議，而不用對網(wǎng)關(guān)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)、增減程序代碼。因此網(wǎng)關(guān)具有很強(qiáng)的通用性，可以批量生產(chǎn)，從而極大地減少了科研人員的開發(fā)量，且容易升級維護(hù)。
本發(fā)明采用一種新穎的協(xié)議映射方法--XML Schema元數(shù)據(jù)映射方法來建立完整的103協(xié)議和IEC 61850的XML Schema模型，然后將兩個(gè)模型間映射規(guī)則用XXL Schema描述出來。其硬件基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，成本低廉、體積小巧。工程人員只是調(diào)整配置文件，即可實(shí)現(xiàn)IEC 60870-5-103協(xié)議與IEC 61850協(xié)議的轉(zhuǎn)換，而不用對網(wǎng)關(guān)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)、增減程序代碼。


附圖1是本發(fā)明所用硬件原理圖。
附圖2是通用網(wǎng)關(guān)配置文件開發(fā)流程。
附圖3是本發(fā)明的配置結(jié)構(gòu)；附圖4是IEC 61850接口服務(wù)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)；附圖5是ASDU結(jié)構(gòu)；附圖6是實(shí)時(shí)庫框架；附圖7是解析工具流程；附圖8是協(xié)議轉(zhuǎn)化器流程；附圖9是協(xié)議轉(zhuǎn)化器發(fā)控制命令流程。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
1、硬件設(shè)計(jì)目前，間隔層遺留IEDs的103絕大多數(shù)(95％以上)都是基于RS-485串行通信口實(shí)現(xiàn)的，而IEC 61850則基于以太網(wǎng)接口。因此，網(wǎng)關(guān)硬件上的要求是具有RS-485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換功能，并具有一定的程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，能在此基礎(chǔ)上編寫、下載配置文件，硬件系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。附圖1是本發(fā)明所選用的硬件原理示意圖。
本通用網(wǎng)關(guān)所用CPU為三星公司的32處理器s3c4510B，該芯片是專為嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的，內(nèi)核為ARM7TDMI，工作頻率為50MHz，芯片內(nèi)部集成了2路UART，1路以太網(wǎng)控制器，支持10M/100M單工和雙工模式的以太網(wǎng)傳輸。在單工模式下，它支持CSMA/CD協(xié)議，在雙工模式下，支持IEEE 802.3的MAC層。芯片成本低廉，開發(fā)手段先進(jìn)，非常適合做通信協(xié)議的開發(fā)、轉(zhuǎn)換。
本通用網(wǎng)關(guān)所用內(nèi)存為HY57V283220，容量為4Mx32，程序存儲(chǔ)區(qū)為1Mx16，可以滿足網(wǎng)關(guān)所需的要求。
本通用網(wǎng)關(guān)用于不同廠家、不同產(chǎn)品的103協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，硬件不變，即硬件具有通用性。
2、網(wǎng)關(guān)建模及配置文件設(shè)計(jì)在以上硬件的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的核心技術(shù)方案是如附圖3所示的網(wǎng)關(guān)建模及配置文件設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)主要包括四部分IED配置工具、協(xié)議轉(zhuǎn)換、IEC61850實(shí)時(shí)庫和IEC 61850服務(wù)單元。如附圖2所示，其實(shí)施步驟如下(1)創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)初始應(yīng)用環(huán)境創(chuàng)建IEC61850實(shí)時(shí)庫、IEC 61850服務(wù)器和協(xié)議轉(zhuǎn)化器，然后與元數(shù)據(jù)解析工具一起下載到程序存儲(chǔ)區(qū)里。
針對間隔層遺留IEDs建立的IEC 61850模型要在內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)，IEC 61850實(shí)時(shí)庫將用于保存從遺留IEDs傳來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，選擇一種高效可靠的內(nèi)存管理機(jī)制生成數(shù)據(jù)庫實(shí)體十分重要。目前主要有共享內(nèi)存方式和文件映射方式兩種實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模式來看，實(shí)時(shí)庫可分為關(guān)系型、層次型、對象型。IEC 61850數(shù)據(jù)模型雖然是按對象建模的，但總體結(jié)構(gòu)是按邏輯設(shè)備(logical device)、邏輯節(jié)點(diǎn)(logical node)、數(shù)據(jù)對象(data object)劃分的層次結(jié)構(gòu)，因此如果選擇關(guān)系型的實(shí)時(shí)庫產(chǎn)品，需要按照一定的映射原則將IEC 61850模型實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)庫中。
實(shí)時(shí)庫建設(shè)框架基于附圖6所示，實(shí)時(shí)庫中需要保存各模型XML Schema文件中的信息，該信息是元模型。
為了使IEC 61850網(wǎng)關(guān)能夠成為間隔層不同遺留產(chǎn)品的通用封裝器，IED配置工具必須提供元數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)映射服務(wù)。
系統(tǒng)配置工具應(yīng)該有兩部分的功能與工具元數(shù)據(jù)定義工具、元數(shù)據(jù)解析工具。
元數(shù)據(jù)定義工具提供定義協(xié)議配置文件的功能，而協(xié)議配置文件是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。
協(xié)議配置文件分為兩種類型協(xié)議及協(xié)議映射模型的XML Schema定義文件；協(xié)議及協(xié)議映射實(shí)例的XML描述文件。
為了敘述的清楚，先討論后一種類型的XML描述文件，該類型的XML文件又分為如下三種類型的文件IED的配置XML文件；遺留協(xié)議的配置XML文件；映射規(guī)則的配置XML文件。
協(xié)議配置文件中的前一種類型負(fù)責(zé)定義上述XML實(shí)例文件的語義模型部分，它分為IED的XML Schema文件；遺留協(xié)議的XML Schema文件；映射規(guī)則的XML Schema文件。
如，IED的XML Schema文件是IEC 61850中的SCL_DataTypeTemplates.xsd、SCL_IED.xsd等文件。而遺留協(xié)議和映射規(guī)則的XML Schema文件由自己負(fù)責(zé)定義。
IDE配置工具的功能是定義和解析XML配置文件，定義工具負(fù)責(zé)提供方便的模型XML Schema定義手段和模型實(shí)例配置工具，減少直接采用手工編寫XML Schema文件易出錯(cuò)的麻煩，該工具采用目前流行的第三方XML配置工具XML Spy。
元數(shù)據(jù)解析工具負(fù)責(zé)解析元數(shù)據(jù)定義的3個(gè)XML文件，并將其中的元數(shù)據(jù)存入內(nèi)存中，提供給協(xié)議轉(zhuǎn)換器和IEC 61850實(shí)時(shí)庫，其核心的組件是XML解析器，是一個(gè)xml解析程序，采用開源組織Apache的Xerces-C++實(shí)現(xiàn)(Apache組織的Xerces-C++，版本號2.0)。
解析工具的流程如附圖7所示。
協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，它利用元數(shù)據(jù)解析工具得到的元數(shù)據(jù)信息建立初始化環(huán)境。在該環(huán)境下，協(xié)議轉(zhuǎn)換器根據(jù)配置解析103的報(bào)文獲取相關(guān)的遙測、遙信等數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)映射模型將這些數(shù)據(jù)寫入IEC 61850實(shí)時(shí)庫中。另一方面，其它IEC 61850裝置與該遺留裝置通信時(shí)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器能將IEC61850數(shù)據(jù)或服務(wù)轉(zhuǎn)化為103協(xié)議的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元格式(ASDU)或控制信息。
協(xié)議轉(zhuǎn)化器的流程如附圖8所示，其中發(fā)控制命令流程如附圖9所示。
IEC 61850服務(wù)器在映射模塊和IEC 61850實(shí)時(shí)庫的基礎(chǔ)上使用某種編程語言實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備所需的IEC 61850-8-x、IEC 61850-9-1服務(wù)子集。附圖4為IEC61850各類型接口服務(wù)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。
(2)建立IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件該模型描述文件直接采用IEC已經(jīng)發(fā)布的IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件。
(3)建立IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件采用XML Spy工具建立103協(xié)議的XML Schema模型的描述文件，該工具是Altova公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的XML開發(fā)工具(商業(yè)軟件)，其版本為XMLSpy2007。
(4)建立103協(xié)議與IEC61850協(xié)議間的映射模型描述文件；同上所述，采用XML Spy工具。
(5)將步驟(2)～(4)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里如硬件設(shè)計(jì)部分所述，通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)可以存儲(chǔ)目標(biāo)文件。
以上(1)～(5)步是通用部分，一次性開發(fā)完成后，即可將對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)里，可適用于不同的遺留產(chǎn)品的協(xié)議轉(zhuǎn)換而不用做調(diào)整。
(6)對具體遺留設(shè)備的103協(xié)議建立模型同上所述，采用XML Spy工具。
(7)對具體遺留設(shè)備的功能進(jìn)行IEC 61850協(xié)議建立模型同上所述，采用XML Spy工具。
遺留協(xié)議基本都采用非結(jié)構(gòu)化文檔描述，生產(chǎn)商根據(jù)自己的理解將其實(shí)現(xiàn)在程序中。對協(xié)議理解的差異性，將增加設(shè)備間互操作的難度。IEC 61850采用結(jié)構(gòu)化的、人機(jī)均可讀的元數(shù)據(jù)描述技術(shù)--XML Schema技術(shù)來定義變電站模型、通信模型、IED模型，為不同生產(chǎn)商開發(fā)的IEC 61850產(chǎn)品提供了統(tǒng)一的IEC61850語義標(biāo)準(zhǔn)。
IEC 61850采用XML Schema技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢是為IED設(shè)備的通信模塊提供可配置性，以免當(dāng)協(xié)議出現(xiàn)變化時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，從而帶來了維護(hù)上的開銷。
遺留協(xié)議的建模是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明重點(diǎn)對遺留協(xié)議103的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ASDU)建模進(jìn)行討論。完整的建模還要包括IEC 60870-5-x系列中的基本定義，及對映射模型的建模，方法與此相同。
附圖5是103的ASDU結(jié)構(gòu)圖，它是一種典型的層次狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)易于用XML Schema描述。這種描述方法使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從原先以一個(gè)ASDU為對象，轉(zhuǎn)化為以每一層為一個(gè)對象來處理，從而達(dá)到對象的復(fù)用和ASDU的自定義過程，使協(xié)議做到真正的可配置。
下面是ASDU.xsd的定義，這里摘抄了類型標(biāo)識(shí)和可變結(jié)構(gòu)限定詞定義部分<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　?。?xml version="1.0"encoding="UTF-8" ＞　?。紉s:schema xmlns:xs="http"http://www.w3.org/2001/XMLSchema"＞ 　　 ＜xs:complexType name="ASDU"＞　　 ＜xs:sequence＞　　 ＜xs:element name="TYP"type="TYPType"/＞　　 ＜xs:element name="VSQ"type="VSQType"/＞　　 ＜xs:element name="COT"type="COTType"＞　　 ……　　 ＜/xs:sequence＞　　 ＜xs:attribute name="name"type="xs:string"use="required"/＞　?。?xs:complexType＞　?。紉s:simpleType name="TYPType"＞　　 ＜xs:restriction base="xs:unsignedInt"＞　　 ＜xs:enumeration value="1"/＞　　 ……　　 ＜/xs:restriction＞　?。?xs:simpleType＞]]></pre><pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　　 ＜xs:simpleType name="SQType"＞　?。紉s:restriction base="xs:unsignedInt"＞　　 ……　?。?xs:restriction＞　　……　?。?xs:simpleType＞　?。紉s:simpleType name="COTType"＞　　……　?。?xs:schema＞]]></pre>其中，&lt;xs:simpleType name="TYPType"&gt;表示類型標(biāo)識(shí)，&lt;xs:complexTypename＝"VSQType"&gt;表示可變結(jié)構(gòu)限定詞，根據(jù)103協(xié)議對類型標(biāo)識(shí)和可變結(jié)構(gòu)限定詞的定義，將它們定義為簡單和復(fù)合的Schema類型。&lt;xs:complexTypename="NUMBit"&gt;和&lt;xs:complexType name="SQBit"&gt;是可變結(jié)構(gòu)限定詞組成部分的定義。
這里省略了其它層對象和ASDU的完整描述。一個(gè)具體的ASDU類型是ASDU的實(shí)例，下面是對帶時(shí)標(biāo)的報(bào)文ASDU1的XML描述，同樣也只摘抄類型標(biāo)識(shí)和可變結(jié)構(gòu)限定詞部分<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　?。?xml version="1.0"encoding="GB2312" ＞　　＜ASDU name="ASDU 1"　　xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"　　xsi:noNamespaceSchemaLocation="ASDU.xsd"＞　?。糡YP＞1＜/TYP＞　?。糣SQ BitLength="8"＞　　 ＜NUM Index="1,2,3,4,5,6,7"＞　?。糔UM＞1＜/NUM＞　　 ＜/NUM＞　　 ＜SQ Index="8"＞　?。糞Q＞1＜/SQ＞　　 ＜/SQ＞　　＜/VSQ＞　?。糃OT BitLength="8"＞　　……]]></pre><pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　?。?ASDU＞]]></pre>建立起完整的103協(xié)議的XML Schema模型，以及IEC 61850的XML Schema模型，將兩個(gè)模型間映射規(guī)則用XML Schema描述出來，就是映射規(guī)則的XMLSchema文件，表1列出103與IEC 61850映射的基本規(guī)則。
表1 103與IEC 61850映射的基本規(guī)則

(8)建立步驟(6)、(7)對應(yīng)的兩個(gè)模型之間的映射模型描述文件同上所述，采用XML Spy工具，其方法與2.7相同。
此外，(6)～(8)步的協(xié)議配置文件的實(shí)施依賴于模型的定義和模型間映射的規(guī)則，目前常用做法是讓工程人員手寫配置XML文件，要求工程人員能掌握XML語言及協(xié)議配置文件的定義。該工作與通用網(wǎng)關(guān)的硬件、其它基本軟件無關(guān)，而且經(jīng)過培訓(xùn)后，工程人員是完全可以勝任的。
(9)將步驟(6)～(8)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里(10)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析XML Schema文件，并建立3種元模型表；完成了前面所述的(1)～(9)步以后，在通用網(wǎng)關(guān)里自動(dòng)開始了以下解析在(1)步已下載到網(wǎng)關(guān)的元數(shù)據(jù)解析工具自動(dòng)解析XML Schema文件，網(wǎng)關(guān)中的實(shí)時(shí)庫初始化幾種類型的表，稱為元元模型表，一類表用于保存IEC 61850的XMLSchema模型信息、另一類表保存103協(xié)議的XML Schema模型信息、最后一類保存兩者映射的XML Schema模型信息。實(shí)時(shí)庫從元元模型表中抽取信息，建立幾種類型的表，稱為元模型表。元模型表共3類一類用于保存設(shè)備IEC 61850的XML模型實(shí)例描述信息，一類用于保存設(shè)備103協(xié)議模型實(shí)例描述信息，最后一種保存映射規(guī)則的XML描述信息；然后，元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的IEC 61850的XML實(shí)例描述文件，并將信息存入到元模型表中。實(shí)時(shí)庫根據(jù)這些元模型信息，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型表，該表保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如電壓、電流等；同理，元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的103協(xié)議XML實(shí)例描述文件，將信息存入到元模型表中；同理，元數(shù)據(jù)解析工具解析映射規(guī)則的XML描述文件，將信息存入到元模型表中。
至此，通用網(wǎng)關(guān)就具備了協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。
3、網(wǎng)關(guān)應(yīng)用實(shí)例按上述方法實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)關(guān)，已經(jīng)具備了針對某遺留設(shè)備的103協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)功能。網(wǎng)關(guān)所實(shí)現(xiàn)的功能不外乎二種(1)IED設(shè)備經(jīng)過通用網(wǎng)關(guān)上行命令給上位機(jī)，(2)上位機(jī)通過網(wǎng)關(guān)給IED設(shè)備的下行命令。其協(xié)議轉(zhuǎn)換的具體實(shí)現(xiàn)過程如下(1)IED設(shè)備經(jīng)過通用網(wǎng)關(guān)上行命令給上位機(jī)如附圖1所示，IED設(shè)備上送的報(bào)文(以103協(xié)議的方式)通過網(wǎng)關(guān)的RS-485口傳到網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。此時(shí)，網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)化器從該區(qū)的103協(xié)議報(bào)文中解析出對應(yīng)的ASDU單元，然后，到元模型表中找出該ASDU單元映射規(guī)則，如果是數(shù)據(jù)報(bào)文，按照映射規(guī)則解析ASDU中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存入對應(yīng)的IEC61850數(shù)據(jù)模型表中；如果是事件報(bào)文，按照映射規(guī)則，將該報(bào)文轉(zhuǎn)化為一個(gè)IEC61850中的GOOSE信號，然后通過網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)口上送給上位機(jī)。這樣就完成了上行報(bào)文通過通用網(wǎng)關(guān)由103協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。
(2)上位機(jī)通過網(wǎng)關(guān)給IED設(shè)備的下行命令上位機(jī)通過網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)口發(fā)控制命令(以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的方式)給網(wǎng)關(guān)，存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，然后網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)化器對該區(qū)的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文解析，在元模型表中找到該控制命令的映射規(guī)則，按規(guī)則將該控制命令轉(zhuǎn)化為符合103協(xié)議的報(bào)文，然后通過網(wǎng)關(guān)的RS-485口下發(fā)給IED。這樣就完成了下行報(bào)文通過通用網(wǎng)關(guān)由IEC61850標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為103協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)103協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟(1)創(chuàng)建IEC61850實(shí)時(shí)庫、IEC 61850服務(wù)單元和協(xié)議轉(zhuǎn)化單元，然后與元數(shù)據(jù)解析工具一起下載到程序存儲(chǔ)區(qū)里；(2)建立IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件；(3)采用XML Spy工具建模工具建立103協(xié)議的XML Schema模型的描述文件；(4)采用XML Spy工具建立103協(xié)議與IEC61850協(xié)議間的映射模型描述文件；(5)將步驟(2)～(4)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里；(6)采用XML Spy工具對具體遺留設(shè)備的103協(xié)議建立模型；(7)采用XML Spy工具對具體遺留設(shè)備的功能進(jìn)行IEC 61850協(xié)議建立模型；(8)采用XML Spy工具建立步驟(5)、(6)兩個(gè)模型之間的映射模型描述文件；(9)將步驟(6)～(8)對應(yīng)的目標(biāo)文件下載到通用網(wǎng)關(guān)的程序存儲(chǔ)區(qū)里；(10)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析XML Schema文件，并建立3種元模型表；(11)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的IEC 61850的XML描述文件，并將信息存入到元模型表中；(12)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析具體遺留設(shè)備的103協(xié)議XML描述文件，并將信息存入到元模型表中；(13)采用元數(shù)據(jù)解析工具解析映射規(guī)則的XML描述文件，將信息存入到元模型表中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是按照關(guān)系型數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)，以提供基于層次模型的訪問接口，支持IEC 61850這樣層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)訪問。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的元數(shù)據(jù)解析工具是一個(gè)xml解析程序，采用開源組織Apache的Xerces-C++實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的描述文件的建立是直接采用IEC已經(jīng)發(fā)布的IEC 61850協(xié)議的XML Schema模型描述文件；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(10)中的3種元模型表一種用于保存設(shè)備IEC 61850的XML模型實(shí)例描述信息，另一種用于保存設(shè)備103協(xié)議模型描述信息，最后一種保存映射規(guī)則的XML描述信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)103協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法。隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，變電站間隔層大量采用IEC 60870－5－103協(xié)議的遺留產(chǎn)品對于IEC 61850的實(shí)施是一個(gè)障礙，同時(shí)由于遺留產(chǎn)品型號繁多，如果采用專用的網(wǎng)關(guān)，則要求網(wǎng)關(guān)類型型號眾多，開發(fā)、維護(hù)、驗(yàn)證的工作量巨大。針對上述問題。本發(fā)明采用一種新穎的協(xié)議映射方法－XML Schema元數(shù)據(jù)映射方法來建立完整的103協(xié)議和IEC 61850的XML Schema模型，然后將兩個(gè)模型間映射規(guī)則用XML Schema描述出來。其硬件基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，成本低廉、體積小巧。工程人員只是調(diào)整配置文件，即可實(shí)現(xiàn)IEC 60870－5－103協(xié)議與IEC 61850協(xié)議的轉(zhuǎn)換，而不用對網(wǎng)關(guān)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)、增減程序代碼。
文檔編號H04L29/06GK101035099SQ20071006708
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者曹一家, 易永輝, 王紹部 申請人:浙江大學(xué)