（计算机应用技术专业论文）iec61850到corba映射方法的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文深入研究了i e c6 1 8 5 0 标准和c o r b a ( 公共对象请求代理架构) ，并在此 基础上提出了i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 的映射方法。 i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 的映射，主要是a c s i ( 抽象通信服务接口) 到i d l ( 接 口定义语言) 的映射。本文详细讨论了a c s i 基本数据类型、a c s i 公共类型、公共 数据属性类型以及信息模型到i d l 的映射方法。 为验证映射的正确性，本人基于c o r b a 的一种开源实现m i c o ( m i c oi s c o r b a ) 开发了一个小型系统，依据i e c6 1 8 5 0 建模方法对系统数据进行建模，在 服务器端实现了逻辑节点、逻辑设备等信息模型的服务，完成了客户端和服务器端 的通信。本文详细介绍了该系统开发环境的配置以及开发步骤，从而给出了使用c + + 语言实现i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 映射的具体方法。 关键词：i e c6 1 8 5 0 ，公共对象请求代理架构，a c s i ，m i c o ，映射 a b s t r a c t o nt h eb a s eo fd e e p l ys t u d yo fi e c618 5 0a n dc o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) ，t h i sp a p e rp r e s e n taw a yo fm a p p i n gi e c618 5 0t oc o r b a a b o u tm a p p i n go fi e c6185 0t oc o r b a ，t h ek e yp o i n ti st h em a p p i n go f a c s i ( a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e i n t e r f a c e s ) t oi d l ( i n t e r f a c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e ) t h i sp a p e rd e e p l yd i s c u s s e sh o wt om a pa c s ib a s i cd a t at y p e 、a c s i c o m m o nt y p e 、c o m m o nd a t aa t t r i b u t et y p ea n di n f o r m a t i o nm o d e lt oi d l i no r d e rt ov a l i d a t et h em a p p i n g ，o n es y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do no n eo f o p e n - s o u r c ei m p l e m e n t a t i o no fc o r b a - - m i c o ( m i c o i sc o r b a ) i nt h es y s t e m ，d a t ai s m o d e l e da c c o r d i n gt oi e c618 5 0 ，a n dt h es e r v e ri m p l e m e n t st h es e r v i c e so fo b j e c t s ，f o r e x a m p l e ，l o g i c a ln o d e s ，l o g i c a ld e v i c e sa n ds oo n ，a n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc l i e n t a n ds e r v e rh a sa l s ob e e ni m p l e m e n t e d b yd e s c r i b i n gh o wt od e v e l o pt h es y s t e m ，t h i s p a p e rp r e s e n t saw a yo fi m p l e m e n t a t i o no fm a p p i n gi e c 618 50t oc o r b aw i t hc 抖 l i uj i n g e ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yv i c e p r o f l id o n g j i a n g k e yw o r d s ：i e c618 5 0 ，c o r b a ，a c s i ，m i c o ，m a p p i n g 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文深入研究了i e c6 1 8 5 0 标准和c o r b a ( 公共对象请求代理架构) ，并在此 基础上提出了i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 的映射方法。 i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 的映射，主要是a c s i ( 抽象通信服务接口) 到i d l ( 接 口定义语言) 的映射。本文详细讨论了a c s i 基本数据类型、a c s i 公共类型、公共 数据属性类型以及信息模型到i d l 的映射方法。 为验证映射的正确性，本人基于c o r b a 的一种开源实现m i c o ( m i c oi s c o r b a ) 开发了一个小型系统，依据i e c6 1 8 5 0 建模方法对系统数据进行建模，在 服务器端实现了逻辑节点、逻辑设备等信息模型的服务，完成了客户端和服务器端 的通信。本文详细介绍了该系统开发环境的配置以及开发步骤，从而给出了使用c + + 语言实现i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 映射的具体方法。 关键词：i e c6 1 8 5 0 ，公共对象请求代理架构，a c s i ，m i c o ，映射 a b s t r a c t o nt h eb a s eo fd e e p l ys t u d yo fi e c618 5 0a n dc o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) ，t h i sp a p e rp r e s e n taw a yo fm a p p i n gi e c618 5 0t oc o r b a a b o u tm a p p i n go fi e c6185 0t oc o r b a ，t h ek e yp o i n ti st h em a p p i n go f a c s i ( a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e i n t e r f a c e s ) t oi d l ( i n t e r f a c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e ) t h i sp a p e rd e e p l yd i s c u s s e sh o wt om a pa c s ib a s i cd a t at y p e 、a c s i c o m m o nt y p e 、c o m m o nd a t aa t t r i b u t et y p ea n di n f o r m a t i o nm o d e lt oi d l i no r d e rt ov a l i d a t et h em a p p i n g ，o n es y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do no n eo f o p e n - s o u r c ei m p l e m e n t a t i o no fc o r b a - - m i c o ( m i c o i sc o r b a ) i nt h es y s t e m ，d a t ai s m o d e l e da c c o r d i n gt oi e c618 5 0 ，a n dt h es e r v e ri m p l e m e n t st h es e r v i c e so fo b j e c t s ，f o r e x a m p l e ，l o g i c a ln o d e s ，l o g i c a ld e v i c e sa n ds oo n ，a n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc l i e n t a n ds e r v e rh a sa l s ob e e ni m p l e m e n t e d b yd e s c r i b i n gh o wt od e v e l o pt h es y s t e m ，t h i s p a p e rp r e s e n t saw a yo fi m p l e m e n t a t i o no fm a p p i n gi e c 618 50t oc o r b aw i t hc 抖 l i uj i n g e ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yv i c e p r o f l id o n g j i a n g k e yw o r d s ：i e c618 5 0 ，c o r b a ，a c s i ，m i c o ，m a p p i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 i e c 6 1 8 5 0 到c o r b a 映射方法的 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刿垒煎 日 期： 1 。o 嚣g 6 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名至叁兰兰 日期：兰! 竺望：三二! 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文选题背景和意义 第一章引言 在变电站自动化集成过程中面临的最大障碍就是不同厂家的智能电子设备，甚 至同一家不同型号的智能电子设备所采用的通信协议和用户界面不相同，因而难以 实现集成和互操作。这在很大程度上削弱了变电站实现自动化的优点和意义【lj 。因 此变电站自动化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可扩展性和高可靠性等 性能。这在以前系统分析和设计过程中通常是被忽视的。i e c6 1 8 5 0 是变电站通信 网络协议，通过对变电站系统中的对象进行统一建模，采用面向对象的技术和独立 于网络结构的抽象通信服务接口( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e s ，a c s i ) ， 增强了设备间的互操作性，可以在不同厂商的设备之间进行无缝连接【2 j 。 a c s i 使得设备间共享数据和服务，但是它只是一个抽象的概念，抽象意味着 a c s i 着重描述所提供的服务，而与实际应用中的通信协议无关【3 】。在具体应用中， 我们必须将a c s i 服务映射到特定的协议栈，例如制造报文规范( m a n u f a c t u r i n g m e s s a g es p e c i f i c a t i o n ，m m s ) 、公共对象请求代理架构( c o m m o n0 b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 。 c o r b a 是对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 提出的分布式面 向对象应用架构规范，为可移植的、面向对象的分布式计算应用程序提供了不依赖 于平台的编程接口和模型，无论分布的应用程序是什么厂商生产的，只要符合 c o r b a 标准就可以相互通信。c o r b a 不依赖于编程语言、计算平台、网络协议的 这一特点，使得它非常适合分布式系统的开发和集成【4 】。同时，c o r b a 能够支持异 构的、强壮的、透明的实时应用程序，因此，它也非常适合开发实时变电站通信自 动化系统p 】。 基于c o r b a 实现i e c6 1 8 5 0 为复杂系统的构建及配置提供了非常好的前景【6 】。 本文主要探讨了a c s i 到c o r b a 的映射。对该课题的研究，有助于解决变电站自 动化系统中存在的兼容性、互操作性和可扩展性等问题，从而降低了变电站自动化 系统集成和运行成本，提高系统性能。 1 2 发展现状 i e c6 1 8 5 0 作为新推出的国际标准，对i e c6 1 8 5 0 的研究，国外知名公司如g e 、 a b b 、a l s t o m 等处于领先地位。国内多个院校、科研机构以及生产厂商都在关注 华北电力大学硕士学位论文 i e c6 1 8 5 0 标准体系，研究探索实现i e c6 1 8 5 0 标准的方法。2 0 0 1 年1 月，欧洲委 员会( e u r o p e a nc o m m i s s i o n ) 支助r t d ( 研究与技术开发) 项目，集中研究i e c6 1 8 5 0 标准到c o r b a 领域的映射，该项目的名称为分布式对象远动系统与网络 ( d i s t r i b u t e do b i e c t st e l e c o n t r o ls y s t e ma n dn e t w o r k s ，项目i s t10 2 5 8 d o t s ) 。 d o t s 的主要目标是：建立一种基于实时分布式对象技术和新兴的远动标准的开放 的软件模型，允许分布式电力网络环境中的设备和系统的互操作能力得到最佳的开 及。 由于c o r b a 能很好的实现i e c6 1 8 5 0 描述的变电站自动化系统( s a s ) 的基 本需求，因此d o t s 项目采用c o r b a 作为通信的基础架构来开发符合i e c6 1 8 5 0 的智能电子设备。在i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 的映射中，主要就是a c s i 到c o r b a 的 映射，它将作为标准i e c6 1 8 5 0 的一部分，即特定通信服务映射s c s m 。到目前为 止，还没有关于i e c6 1 8 5 0 到c o r b a 映射的标准文件【7 j 。 1 3 本文主要工作 本文依托华北电力大学校内基金项目基于i e c6 1 8 5 0 的继电保护故障信息处 理系统，本人尝试对该系统中的设备依据i e c6 1 8 5 0 标准进行建模并映射到 c o r b a 进行通信，所做工作如下： 1 剖析i e c6 1 8 5 0 标准及c o r b a 体系架构。 2 研究i e c6 1 8 5 0 抽象通信服务接口( a c s i ) 到c o r b a 的映射。 3 基于m i c o 和q t 开发小型系统，依据标准对系统设备进行建模，对映射方 法进行验证。 2 华北电力大学硕士学位论文 第二章i e c6 1 8 5 0 标准分析 2 1i e c6 18 5 0 标准概述 2 1 1i e c6 18 5 0 标准主要术语介绍 1 i e d ( i n t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i c e 智能电子设备) 一个或多个处理器协调工作的装置，能够从外部源接收数据控制，并向外部源 发送数据控制。如电子多功能表计、数字式继电保护和控制器等。 2 f u n c t i o n ( 功能) 简单地说，功能就是由变电站自动化系统完成的任务，如保护、监视、控制、 变电站自动化系统配置、通信管理或软件管理等功能。i e c6 1 8 5 0 将应用功能分解 为逻辑节点，逻辑节点是功能的最小单位，只有逻辑节点之间可交换数据【8 】。需要 同其他功能进行数据交换的功能至少包含一个逻辑节点。若一个功能由分布在不同 物理设备上的多个逻辑节点共同完成，则这个功能称作分布式功能。 3 d o ( d a t ao b j e c t 数据对象) 数据对象是逻辑节点对象的一部分，例如状态或者测量值等。从面向对象的观 点来看，数据对象是数据对象类的实例。 4 l n ( l o g i c a ln o d e 逻辑节点) 逻辑节点是变电站自动化系统中功能的最小单元，变电站的所有功能被分解为 逻辑节点，这些节点可能分布在一个或多个物理设备上。i e c6 1 8 5 0 标准中定义逻 辑节点由若干数据组成，同时还可能包括数据集、报告和日志等内容。 5 l d ( l o g i c a ld e v i c e 逻辑设备) 出于通信目的，i e c6 1 8 5 0 标准引入逻辑设备概念。逻辑设备是一种虚拟设备， 集合了相关逻辑节点和数据。另外，逻辑设备通常包含经常访问的信息列表，如数 据集。按照i e c6 1 8 5 0 定义，一个实际的物理设备可以根据实际应用需要映射为一 个或多个逻辑设备。 6 s e r v e r ( 服务器) 服务器用于表示一个设备网络可见的行为。在通信网络中，一个服务器就是一 个功能节点，它能够提供数据，或允许其他功能节点访问它的资源。在软件算法结 构中，一个服务器可能是一个i e d 逻辑上的一部分，它能够独立控制自己的行为。 7 a c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e s 抽象通信服务接口) a c s i 从通信中分离出应用过程并提供抽象通信服务，例如，连接、变量访问、 3 华北电力大学硕士学位论文 非请求数据传输、设备控制和文件传输服务等，实现了通信协议与实际通信栈的分 离。 8 s c s m ( s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g 特殊通信服务映射) s c s m 是一个标准规则，提供从a c s i 服务和对象到特定的协议集或特定的通 信框架的具体映射。 2 1 2i e c6 18 5 0 标准起源 由于大规模集成电路技术的强劲发展，导致了先进的、快速的、功能强大的微 型处理器的出现，进而才使变电站自动化系统的实现成为可能。同时，这个结果引 起了变电站二次设备从电子一机械设备向数字设备的发展，反过来又提供了采用 i e d 完成所要求的功能来实现变电站自动化系统的可能性。由此变电站自动化系统 中i e d 之间的高效通信以及各个厂商生产的i e d 之间的互操作性就成为必须要解决 的问题一j 。 经过多年的发展，变电站自动化系统的通信网络已经实现了从早期的r s 4 8 5 串口到现场总线，再到以太网的进步。现在很多变电站自动化系统已经使用以太网 作为站内通信网络，显然，底层通信技术的统一为实现互操作提供了必要的基础。 在i e c6 1 8 5 0 之前，由于没有一个关于变电站自动化系统内部网络的通信标准， 所以各个厂家在以太网上实现的应用层协议是不统一的。应用层协议的不统一导致 了不同厂家设备之间无法进行互操作，必须使用协议转换器才能实现相互通信【l 0 1 。 为此，1 9 9 5 年国际电工委员会第5 7 技术委员会( i e c t c 5 7 ) 成立了3 个工作 组1 0 ，1 l ，1 2 ( w g l 0 1 1 1 2 ) 1 l 】，以公共通信体系u c a 2 0 的数据模型和服务为基 础，将u c a 的研究结果纳入i e c 标准，建立世界范围内的统一标准i e c6 1 8 5 0 。 i e c6 1 8 5 0 作为迄今为止最为完善的变电站通信网络和系统系列标准【l2 1 ，在美 国电力科学院制定的u c a 2 0 相关部分的基础上，采用面向对象建模、独立于具体 通信网络的抽象通信服务接1 5 1 ( a c s i ) 、基于可扩展标记语言( x m l ) 等新技术， 规范了变电站自动化系统的通信网络和系统，实现了变电站自动化系统中来自不同 厂家的设备之间的互操作。 就概念而言，i e c6 1 8 5 0 标准草案主要围绕以下4 个方面展开【l 习： 1 功能建模 从变电站自动化通信系统的通信性能要求出发，定义了变电站自动化系统的功 能模型( i e c6 1 8 5 0 5 ) o 2 数据建模 采用面向对象的方法，定义了基于客户端服务器结构的数据模型( i e c - 7 3 4 ) 。 3 通信协议映射 4 华北电力大学硕士学位论文 定义了数据访问机制( 通信服务) 以及向通信协议栈的映射，如在变电站层和 间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到m m s ( i e c6 18 5 0 8 1 ) 。在间隔层 和过程层之间的网络映射成串行单向多点或点对点传输网络( i e c6 18 5 0 9 1 ) 或映 射成基于i e e e8 0 2 3 标准的过程总线( i e c6 18 5 0 9 2 ) ( i e c6 18 5 0 7 2 ，i e c 6 18 5 0 8 9 ) 。 4 变电站自动化系统工程和一致性测试 定义基于x m l 的结构化语言( i e c6 1 8 5 0 6 ) 来描述变电站和自动化系统的拓 扑以及i e d 结构化数据。为了验证互操作性，i e c6 1 8 5 0 1 0 描述了i e c6 1 8 5 0 标准 一致性测试。 2 2 变电站自动化系统接口与i e c6 18 5 0 标准 i e c6 1 8 5 0 的主要目的是规定各项要求，提供一个框架以达到由不同供应商提 供的i e d 之间的互操作性【l4 1 。由于分配到i e d 和控制层的功能不是固定不变的，因 此i e c6 1 8 5 0 标准必须支持功能的自由分配。 变电站自动化系统的功能是控制、监视、以及一次设备和电网的继电保护和监 视。这些功能被分为三层：变电站层、间隔层、过程层，变电站自动化系统设备可 物理安装在不同功能层。这些层及逻辑接口之间的逻辑关系如图2 1 所示。 屹芸&功能a l 龠 l 功能b 鬈上、漶、 i 保护il 控制l i 控制li 保护l 千千旷 上i 过程接口il 传感器il 执行元件i 十一高压设备巾一 图2 - 1 变电站自动化系统接口模型 远方保护 1 过程层通过接口4 和接口5 与间隔层通信，主要完成开关量i o 、模拟量的 采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能，该层的物理设备主要是远方i o 、 5 华北电力大学硕士学位论文 智能传感器和传动机构。 2 间隔层通过接口4 和接口5 与过程层通信，通过逻辑接口3 完成间隔层内 部的通信功能。功能主要是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线 路保护设备或间隔单元控制设备就属于这一层。 3 变电站层通过逻辑接口9 完成变电站层内部的通信，功能主要包括两方面。 一方面是过程层相关功能，主要是利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全站的 一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围的逻辑闭锁等。间隔层之间通过 接口8 完成通信。另一方面是与接口相关功能，主要是与远方控制中心、工程师站 及人机界面的通信。主要通过接口l 、6 、7 完成通信功能。该层的物理设备主要包 括带有数据库的变电站计算机、运行人员的操作平台、远方通信接口等。 该变电站自动化系列接口模型是i e c6 1 8 5 0 标准系列的基础，以此为依据，i e c 6 1 8 5 0 标准将所有变电站自动化系统的已知功能标识分为许多子功能，这些子功能 被定义为逻辑节点，一个物理设备包含一个或两个以上的逻辑节点。功能、逻辑节 点和物理设备之间的关系如图2 2 所示。 i e c6 1 8 5 0 定义约9 0 个逻辑节点，覆盖了变电站和馈线设备极大多数的公共应 用。 囵翌匝里变口 耍耍囵竖疆 ，jh 同期的断路器开合 距离保护过滤保护 xx x xx i x x x i x 物理设备l 一变电站计算机；2 一同期开关设备；3 一带过流功能的距离保护； 4 一间隔控制单元：5 ，6 一电流和电压仪用互感器；7 一母线电压仪用互感器 图2 2 功能、逻辑节点和物理设备之间的关系 2 3 抽象通信服务接口( a c s i ) 模型分析 抽象通信服务接口( a c s i ) 作为i e c6 1 8 5 0 技术的核心，是从通信中分离出应 6 一 理备 r_ii物设liillj 田囡 团 圆 圈回团 塞 一一 一一 华北电力大学硕士学位论文 用过程并提供特殊通信服务用以变电站通信，采用虚拟的观点去描述和表示设备的 全部行为。 a c s i 采用抽象的建模技术，为变电站自动化系统设备定义了与实际应用的通 信协议无关的公共应用服务，提供了通过虚拟镜像访问真实数据和真实设备的途 径。 i e c6 1 8 5 0 标准7 2 部分详细定义了a c s i 模型，包括基本信息模型和信息交换 服务模型。对于每种模型，i e c6 1 8 5 0 均以类的形式给出，定义了属于该模型的属 性和服务。 2 3 1 基本信息模型 i e c6 1 8 5 0 标准采用a c s i 定义的基本信息模型来描述变电站自动化系统中的设 备。基本信息模型有四种，包括数据、逻辑节点、逻辑设备和服务器。 1 d a t a ( 数据) 数据规定了包含在逻辑节点中的类型信息，由一个或多个数据项构成。用以描 述设备的特定信息，是整个变电站建模的基础。 数据构成了通过网络进行交换的大多数信息的基础内容，和设备的大多数交互 是通过逻辑节点的数据和服务来完成的。数据由若干数据属性组成，i e c6 1 8 5 0 7 3 ( 公共数据类) 中定义了3 0 多个公共数据类，每个公共数据类描述了变电站自动 化系统特有的应用信息。针对每一个公共数据类，i e c6 1 8 5 0 7 2 ( a c s i ) 定义了可 对其进行操作的服务。 2 l o g i c a ln o d e ( 逻辑节点) i e c6 1 8 5 0 7 4 定义了约9 0 多个逻辑节点，每个逻辑节点由代表应用特定意义 的若干数据组成。例如，断路器x c b r 包含两个数据m o d e ( 模式) 和p o s ( 位置) ， 如图2 3 所示。 图2 3 逻辑节点和数据 逻辑节点可以理解为数据类对象和服务的容器，可以放置在l e d 的任何地方， 其基本组成部件如图2 4 所示。 7 华北电力大学硕士学位论文 罗据节占 报告和记录 报告 控制 取代 数 数据 据 集 读写 目录健眵 图2 - 4 逻辑节点基本组成部件 数据可组成数据集并可立即报告或记录以备检索，控制和报告作为服务组成逻 辑节点接口的一部分。除控制和报告，对数据进行操作的服务还包括取代、读写和 目录定义。取代采用固定值替换数据值。读写用于对数据或数据集进行读和设置。 目录定义( g e t d a t a d i r e c t o r y ( 读数据目录) ，g e t d a t a d e f i n i t i o n ( 读数据定义) ) 用 于检索数据实例的目录信息和数据实例的定义信息。 3 l o g i c a ld e v i c e ( 逻辑设备) 智能电子装置的优点就是可以采用单个具有复杂功能的i e d 取代保护、测量、 控制和故障记录等多个装置，从而降低设备空间、简化接线、降低投运与维护成本。 这些保护、测量、控制和故障记录等多个以前要单独定义的装置现在被定义为l e d 的逻辑设备。 逻辑设备概念的引，入是为了满足逻辑节点范畴以外的通信需要。逻辑设备主要 由一系列逻辑节点以及一些额外的服务( 例如g o o s e g s s e ，采样值，设定组) 组 成。其基本组成部件如图2 5 所示。 图2 5 逻辑设备基本组成部件 逻辑设备是实际物理设备的抽象，可以位于它所表示的物理设备内，也可以脱 离物理设备而存在于网络的其他物理设备内，逻辑设备本身包含物理设备的有关信 8 华北电力大学硕士学位论文 息。图2 - 6 是一个物理设备以及与其对应的逻辑设备的例子。 图2 - 6 逻辑设备和l l n 0 l p h d 的实体 图中物理设备“a 包含两个逻辑设备l d l 和l d 2 ，每个逻辑设备包含三个逻 辑节点。其中逻辑节点零( l l n o ) 描述逻辑设备的公共数据，物理设备逻辑节点 ( l p h d ) 描述承载逻辑设备的物理设备的公共数据。由此，p h d “a l d l 中的 l p h d 和p h d “a l d 2 中的l p h d 所引用的信息是相同的，而p h d “a l d l 中的l l n 0 和p h d “a l d 2 中的l l n 0 引用的信息则不同。 4 s e r v e r ( 服务器) i e c6 1 8 5 0 定义的服务器模型是比逻辑设备更高一层的模型，包含若干个逻辑 设备，以及所有从通信网络可视和可访问的数据服务，提供设备的外部可视行为。 服务器实现逻辑节点和数据的封装并提供接口供外界访问。其基本组成部件如图2 - 7 所示。 9 华北电力大学硕士学位论文 图2 7 服务器基本组成部件 服务器模型由逻辑设备、应用关联模型、时间同步模型和文件传输模型组成。 应用关联模型提供了一种机制来创建和维护设备之间的连接并进行访问控制。时间 同步模型为需要标记时间的应用提供准确的时间，如报告、日志等。文件传输模型 则为传输大块数据( 如程序) 提供服务。 a c s i 基本信息模型概念性类图如图2 8 所示。 s e r v e r i i 1 n i l 。g ；c a - 。e v ；c e 丫n l o g i c a ln o d e t 立n i d a t a t1 1 n d a t a - a t t r i b u t e 图2 - 8a c s i 概念类图 从图中可以看出，基本信息模型之间的关系为：服务器类由至少一个逻辑设备 1 0 华北电力大学硕士学位论文 组成，逻辑设备由至少一个逻辑节点组成，逻辑节点由至少一个数据类组成，每个 数据类则至少包含一个数据属性。 2 3 2 信息交换服务模型 除基本信息模型之外，a c s i 还定义了信息交换服务模型，用于对数据、数据 属性、数据集进行操作。信息交换服务模型包括以下几种： 1 数据集 将各种数据、数据属性编成组，用以直接访问、报告、日志。 2 取代 用其他值代替过程值。 3 定值组控制块 定义了如何从一组定值切换到另一组定值以及编辑定值组。 4 报告控制块和日志控制块 描述了基于客户参数集产生报告和日志的条件。过程数值的变化或由品质变化 触发产生报告，记入日志以备以后检索，报告可立即发送或延迟发送( 缓存) ，报 告提供了状态变位和事件顺序信息交换。 5 通用变电站事件控制块 支持输入和输出值在系统范围内快速可靠分配以及i e d 二进制状态信息对等交 换。 6 采样值传输控制块 例如变压器采样值快速循环传输。 7 控制 描述控制服务。例如控制设备。 8 时间和时间同步 为设备和系统提供了时间基准。 9 文件传输 定义了大型数据块。例如程序的交换。 2 3 3a c s i 服务 i e c6 1 8 5 0 的通信服务采用了面向对象建模技术，为每种信息模型定义了服务 接口，服务接口采用了抽象的建模方法，关注服务本身而不是如何实现服务。具体 传输信息时，需要将抽象服务映射到具体通信协议栈，如m m s 、c o r b a 等。a c s i 模型的服务及其到c o r b a 的映射将在下一章中进行详细讲解。 华北电力大学硕十学位论文 2 4i e c6 1 8 5 0 建模方法分析 i e c6 18 5 0 采用虚拟化的概念，将现实变电站自动化系统使用a c s i 抽象信息模 型来建模，以独立于具体实现的方式定义信息和信息交换【l 5 1 。 图2 - 9 给出了1 e c6 18 5 0 标准概念性建模方法。图巾右侧的实际设备建模为图 中部的虚拟模型。定义在逻辑设备( 例如间隔) 中的逻辑节点对应实际设备的功能， 逻辑节点x c b r 代表右侧问隔的特定断路器。逻辑节点基于自己的功能包含专门的 数据，例如x c b r 中代表断路器开关位置p o s 。数据按照定义好的语义由若干个数 据和数据属性组成，并按照已定义好规则的服务交换由数据和它们属性所代表的信 息。逻辑设备、逻辑节点以及它们包含的数据必须经过配置工具进行配置，目的是 使它们能够与实际的信息关联起来，使数据的值拥有实际的意义。 堕胁 陌堕里避竺j 图2 - 9i e c6 1 8 5 0 概念性建模方法 在整个建模过程中，逻辑节点是最主要的，一个或多个逻辑节点代表变电站自 动化系统的一个功能，物理设备就是一个或多个逻辑设备的组合。由此，逻辑节点 和逻辑节点内部包含的数据以及逻辑节点内部和逻辑节点之间的通信是变电站自 动化系统中信息描述和交换的关键。 i e c6 l8 5 0 采用分解和组合的方法对逻辑：符点进行建模，图2 1 0 以功能的最小 部分断路器为例解释了分解组合过程。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 0 分解组合过程( 概念性) 第一步，根据断路器的功能对其进行分解，确定数据属性。在断路器的许多属 性中，断路器包含可被控制和监视的位置属性和防止打开的能力( 例如互锁时，闭 锁开) 属性。位置包含状态和控制两个属性。其中，状态属性代表位置的状态，状 态具有三个属性：状态值( 合、开、中间、坏状态) 、值的品质( 好等) 和位置 最近改变的时标。控制属性来提供控制操作的能力，控制又包含控制值、始发者和 控制序号三个属性，控制值( 合、开) 来保存谁控制操作的记录，始发者保存最近 发出控制命令实体的信息，控制序号为最近控制命令顺序号。 在位置( 状态、控制) 下组成的信息代表一个可多次重复使用的非常通用的四 个状态值公共组，类似的还有“闭锁开”的两个状态值的组信息。这些组称为公用 数据类( c d c ) ，例子中四状态可重复使用的类定义为可控双点( d p c ) ，两状态可 重复使用的类定义为可控单点( s p c ) 。在标准7 3 部分中详细定义了状态、测量值、 13 华北电力大学硕士学位论文 可控状态、可控模拟量、状态设置、模拟量设置等3 0 多种公用数据类。 第二步，进行组合，即用公用数据类定义数据成员组合生成逻辑节点。 逻辑节点集合几个数据类构成特定功能，x c b r 逻辑节点代表实际断路器的公 共信息。可重复使用x c b r 去描述各种类型的断路器的公共信息。 2 5 本章小结 本章介绍i e c6 1 8 5 0 标准，包括标准起源、主要术语以及变电站自动化系统接 口模型，同时对标准核心抽象通信服务接口( a c s i ) 模型进行了分析，最后介 绍了i e c6 1 8 5 0 标准建模方法及步骤。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 第三章i e c6 1 8 5 0 抽象通信接口( a c s i ) 到c o r b a 的映射 3 1c o r b a 原理分析 3 1 1c o r b a 简介 由于网络技术不断发展等因素，计算机网络具有典型的异构性，这种异构性给 分布式系统应用程序的开发造成了很大的困难。为了解决分布式计算环境 ( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，d c e ) 中不同硬件设备和软件系统的互联， 增强网络间软件的互操作性，对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 提 出了公共对象请求代理架构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 1 1 6 1 o c o r b a 使用接口定义语言( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，i d l ) ，对象请求代 理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 和网间o r b 协议( i n t e r n e ti n t e r - o r bp r o t o c o l ， i i o p ) 为可移植的、面向对象的分布式计算应用程序提供了不依赖于平台的编程接 口和模型1 7 】。利用c o r b a 机制，客户端可以像调用本地对象一样来调用远程对象 服务。 c o r b a 对象调用具有如下特点【1 8 】： 1 定位的透明性 客户端不知道也不必关心目标对象是否是本地的、是否是在同一机器上在不同 的进程中实现、或者是在不同机器上同一进程中实现的。 2 语言独立性 客户端无需关心服务器使用何种语言。例如，一个c + + 客户程序不会知道它调 用的是j a v a 实现。可以改变现有的对象的实现语言，而不会影响到客户端。 3 实现独立性 客户端并不知道实现是如何工作的。例如，服务器可以将它的对象作为合适的 c + + 程序，或者服务器使用非面向对象技术实现它的对象。客户端看到的是同样相 容的面向对象的语义，而与对象在服务器中如何实现无关。 4 结构体系独立性 客户端不用顾及服务器所使用的c p u 结构体系，并且屏蔽了字节顺序、结构的 填充等细节问题。 5 操作系统独立性 客户端不必考虑服务器使用何种操作系统，甚至服务器程序可以在不需要操作 1 5 华北电力大学硕士学位论文 系统支持下实现。 6 协议独立性 客户端无需知道发送消息采用的是什么通信协议。 7 传输独立性 客户端忽略消息传送过程中网络的传输层和数据链路层，o r b 可以透明地使用 各种网络技术，比如，以太网、a t m 、令牌环网和串行线等。 3 1 2 对象请求代理( o r b ) 在c o r b a 体系中，o r b 是c o r b a 得以正式分离客户端和服务器应用程序的 主要机制【汐】。o r b 在整个分布式多层应用体系结构中传递客户请求并在网络空间中 对客户指定的服务对象进行定位，客户端只需获得服务器端对象引用即可像调用本 地对象一样去使用对象数据和服务2 们。o r b 的体系结构如图3 1 所示。 ( 客户 ) ( 对象实现 ) | 。1 动态i d l i d l 框架 动态 调用存根 o r b 框架 对象 接口 s t u b 接口 s k e l e t o n 接口 适配器 o r b 核 图3 1o r b 体系结构 o r b 体系结构中各部分的功能如下： 1 i d l 接口存根s t u b 用于连接c o r b a 客户和o r b 。s t u b 为客户提供了静 态调用方式，s t u b 负责把用户的请求进行编码，发送到对象实现端，并对接收到的 处理结果进行解释，把结果或异常信息返回给用户。s t u b 由特定的编程语言的一组 函数组成，通常是由i d l 编译器编译i d l 文件自动生成。s t u b 与客户端程序一起联 编，把客户应用和o r b 连接起来，使得客户调用远程对象就像调用本地对象或函 数一样。 2 i d l 接口框架s k e l e t o n ：用于连接o r b 和c o r b a 对象实现。接口框架 s k e l e t o n 既包括与指定o r b 相连的函数调用代码，也包括与有关“对象实现 相连 接的函数调用代码。s k e l e t o n 通过虚拟函数与对象实现相连接，由i d l 编译器编译 i d l 文件时自动生成。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 3 动态调用接口d i i ：用于动态激发各种请求，而接口存根s t u b 用于静态激发 各种请求。动态激发与静态激发的最主要的区别是静态激发在编译时进行对象类型 匹配和操作选择，而动态激发在执行时进行。 4 动态框架接口d s i ：由一系列伪对象与动态实现例程d i r ( d y n a m i c i m p l e m e n t a t i o nr o u t i n e ) 构成。c o r b a 分布式对象不能在每个o r b 都拥有与自己 相应的接口框架，否则，每个o r b 都有可能消耗趋于无限大的存储资源。如果客 户向o r b 发出的请求不能在该o r b 中找到需要的接