（计算机应用技术专业论文）制造报文规范及其在电力监控系统数据通信中的应用.pdf

华北电力大学醺士学位论文摘要 摘要 制造报文规范( m m s ) 是国际标准化组织制定的应用层的通信标准，适用于多 种工业领域。最新国际标准i e c6 1 8 5 0 作为未来电力系统无缝通信体系的基础，其 底层映射到m m s ，可见m m s 在电力系统数据通信中的地位越来越重要。 本文首先对两个标准的体系结构、信息模型、服务模型分别进行了分析，以加 深对标准的理解。i e c6 1 8 5 0 抽象通信服务接口( a c s i ) 的m m s 映射是应用m m s 解决电力系统数据通信的第一步，文中对信息模型和信息交换模型映射的各种情况 进行了分析，在此基础上提出了一个基于i e c6 1 8 5 0 和m m s 的通信网关系统结构， 用于解决电力系统传统的采用面向点通信协议的设备接入i e c6 18 5 0 通信网络和系 统的问题。最后针对实现过程中的a s n 1 抽象描述向具体开发语言的转化问题，低 层通信协议支持问题分别提出了相应的解决策略。 关键词：制造报文规范，i e c6 1 8 5 0 ，a c s i ，s c s m ，网关 a b s t r a c t m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ( m m s ) i s a n a p p l i c a t i o nl a y e r c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li s s u e db yi s oa n dc a nb ea p p l i e dt om a n yi n d u s t r i a lf i e l d s i e c 6 l8 5 0 w h i c hi st h eb a s i so ft h ef u t u r es e a m l e s st e l e c o n t r o lc o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e m a p s i t sa 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 at om m s i ti s o b v i o u st h a tm m si s t a k i n g am o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei ne l e c t r i c p o w e r s u p e r v i s o r ya n dc o n t r o ls y s t e mc o m m u n i c a t i o n o nt h eb a s i so fu n d e r s t a n d i n gt h ea r c h i t e c t u r e s ，i n f o r m a t i o nm o d e l sa n d s e r v i c em o d e l so ft h et w os t a n d a r d s ，t h em a p p i n gr e l a t i o n sb e t w e e na c s ia n dm m s h a sb e e nr e s e a r c h e dd e e p l ya n ds e v e r a lm a p p i n gr u l e sh a v eb e e np r e s e n t e d t h e na n a r c h i t e c t u r eo fc o m m u n i c a t i o ng a t e w a yb a s e do ni e c6 1 8 5 0a n dm m sw a s p r o v i d e d w h i c hc a nb eu s e dt oi n t r o d u c et h et r a d i t i o n a ld e v i c e si n t ot h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r k sa n ds y s t e m sw h i c hc o n f o r mt oi e c618 5 0 m e t h o d sa r e p r o v i d e d t o r e s o l v ep r o b l e m sa b o u tt h et r a n s l a t i o nb e t w e e nt h ea s n 1a b s t r a c td e s c r i p t i o na n d p r o g r a ml a n g u a g ea n d t h es u p p o r tf r o ml o w e rl a y e rp r o t o c 0 1 z h a n gc h a n g m i n g ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db y p r o f z h uy o n g l i k e yw o r d s ：m m s ，i e c 6 1 8 5 0 ，a c s i ，s c s m ，g a t e w a y 华北电力大学硕l 学生论文 1 1 课题的提出及意义 第一章绪论 m m s ( 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 ，制造报文规范) 1 2 】是国际标准化 组织制定的一套用于工业控制系统的通信协议，用于网络环境下计算机或智能电子 设备之间交换实时数据和监控信息。国际标准化组织出台m m s 的目的是为了规范 工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备( i e d ) 、智能控制设备的通信行 为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性( i n t e r o p e r a t i o n ) ，使系统集成变得简 单、方便【3 1 。 以前m m s 在电力系统通信协议中并无应用，但近来情况有所变化。国际电工 委员会第5 7 技术委员会( i e ct c 5 7 ) 近些年推出的i e c6 0 8 7 0 - 6t a s e 2 系列标准 定义了e m s 和s c a d a 等电力调度中心之间的通信协议，该协议采用面向对象建模 技术，其底层直接映射到m m s 上。多种变电站自动化系统产品在给用户带来更多 选择的同时，也带来了互操作的问题。为使不同厂商的产品具有互操作性，i e c 制 定了关于变电站自动化系统的通信网络和系统的国际标准i e c 6 1 8 5 0 。在此基础上 i e c 又提出了未来运动的无缝通信体系结构，即“变电站一控制中心通过i e c6 18 5 0 通信 4 】，从而确定了i e c6 1 8 5 0 在未来无缝通信体系结构中的基础地位。i e c6 1 8 5 0 采用分层、面向对象建模等多种新技术，其底层也映射到m m s 上，可见m m s 已 成为电力系统数据通信协议的基础。目前，国内电力自动化行业对m m s 还比较陌 生，因此有必要围绕m m s 技术在电力监控系统通信中的应用作深入研究。本文的 研究工作围绕m m s 在i e c6 1 8 5 0 中的应用展开。 对于本课题的研究将有助于解决电力监控系统中存在的兼容性、互操作性和可 扩展性等问题，从而降低电力自动化系统集成和运行成本，提高系统性能。另外， 对本课题进行深入研究，有利于我国电力自动化工业紧跟世界电力系统自动化的发 展趋势，不至于在目趋激烈的市场竞争中处于极端被动的地位。 1 2 制造报文规范概述 制造报文规范( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ，m m s ) 是由国际标准化 组织( i s o ) 分管工业自动化系统的第1 8 4 技术委员会( t c l 8 4 ) 开发并维护的国际 标准，标准号为i s o9 5 0 6 。它是一个用于在互连的设备或计算机应用阃进行实时数 据和监控信息交换的标准化的报文规范。该规范独立于应用功能的具体实现及设备 制造商和应用开发商。在国外，m m s 技术广泛用于工业过程控制、工业机器人等 华北屯力大学碗士学位论文 领域。 1 2 1m m s 标准介绍 i s o i e c9 5 0 6 由多个部分组成，其中i s o9 5 0 6 1 、i s o9 5 0 6 2 是标准的核心部 分，此外，还有用于专门领域的伴同标准，i s o9 5 0 6 3 是适用于工业机器人的通信 服务和协议；i s o9 5 0 6 4 是适用于工业数字控制的通信服务和协议；i s o9 5 0 6 5 是 适用于可编程控制器的通信服务和协议；i s o9 5 0 6 6 是适用于工业过程控制的通信 服务和协议p 】。 i s o9 5 0 6 1 是服务规范( s e r v i c es p e c i f i c a t i o n ) ，它定义了虚拟制造设备( v i r t u a l m a n u f a c t u r i n gd e v i c e ，v m d ) 概念、网络环境下各节点之间服务或报文的交换规则 以及与v m d 和服务有关的属性及参数的定义。 i s o9 5 0 6 2 是协议规范( p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ) ，定义了通信的规则，包括通过 网络传输报文的顺序、报文编码格式以及m m s 层与o s i 参考模型其他层的相互作 用关系。 m m s 为通过网络进行对等的实时通信提供了丰富的服务。作为应用层通信协 议，m m s 已经被应用于很多通用的工业控制设备，如计算机数控设备、可编程逻 辑控制器和机器人等。m m s 可以支持多种通信方式，包括以太网、令牌总线、r s 2 3 2 、 o s i 、t c p i p 、m i n i m a p 等，m m s 也可通过网桥、路由器或网关连接到其他的系统 上 6 1 。 1 2 2m m s 的特点 m m s 是一套用于工业自动化系统的应用层通信协议，制订此标准的目的是为 了规范工业自动化领域中具有通信功能的智能电子设备的通信行为，使不同制造商 的产品之间具有互操作性，系统集成更为容易、方便。通过使用m m s ，可以使工 业系统具有互操作性和独立性【5 j 。 互操作性 制定m m s 的初衷是为设备和应用定义一套标准的通信机制，使它们具有高度 的互操作性。为此，m m s 不仅仅定义了交换报文的格式，因为报文格式的统一只 是获得互操作性的一个方面。除此之外，还提定义了套通用对象( 如有名变量对 象) 及访问和管理网络环境下对象的通信服务( 如读、写服务) ，并对服务执行时 的行为进行了描述。通过规范设备的网络可见行为使设备之间具有很高的互操作 性。 独立性 与很多只适用于特定产品的专用通信系统不同，m m s 是一个通用的、独立于 华北电力大学硕_ 1 学位论文 专用设备的国际标准体系。m m s 为用户提供了一个独立于所完成功能的通用通信 环境。具体包括： 1 ) 独立于应用的开发商。许多通信规约只能应用于特定范围的应用设备，而 m m s 是由许多工业界处于领导地位的专家和厂商参与实现的独立的国际标准； 2 ) 独立于网络连接。m m s 是应用访问网络的标准接口，它把网络中非m m s 的方面以及网络传输报文的具体细节同应用隔离开来； 3 ) 独立于实现的功能。m m s 提供通用的通信环境，与实现的具体功能没有关 系。 1 2 3m m s 的国内外应用现状 m m s 的通用性和互操作性都很好，使用范围从简单的可编程逻辑控制器到复 杂的工业机器人通信。m m s 在国外工业自动化领域应用很广泛，正因如此，u c a 、 t a s e 2 、i e c6 1 8 5 0 等电力系统通信协议选择了m m s 作为它们的底层协议基础。 m m s 被我国等效采用，由国家技术监督局于1 9 9 6 年颁布为工业自动化系统 制造报文规范，g b t1 6 7 2 0 ) ) 国家标准，主要在机械行业应用。国内工业自动化水 平与国外相差较大，该标准在国内推广应用情况不很理想。目前，国内电力自动化 行业对m m s 还比较陌生。由于u c a 、t a s e 2 、i e c6 1 8 5 0 等标准以m m s 为基础 的原因，近些年电力自动化行业才开始关注和研究m m s 技术【6 l 。 1 3 变电站数据通信协议i e c6 1 8 5 0 简介 随着变电站自动化技术的迅速发展，急需制定相应的国际标准。为此国际电工 委员会专门成立了三个工作组( w g l 0 、w g l l 、w g l 2 ) 负责制定了国际标准i e c 6 18 5 0 ( 变电站通信网络和系统) 。它是当前国际上关于变电站自动化系统的第一个 完整的通信标准体系，包含了变电站自动化系统从性能要求、工程管理，到数据建 模和网络通信的一系列内容【7 1 。 与传统通信协议相比，在技术上i e c6 1 8 5 0 有如下突出优点t 8 ： 使用面向对象建模技术； 使用分层、分布体系； 使用抽象通信服务接口( a c s i ) 和特殊通信服务映射( s c s m ) 技术； 使用m m s 技术； 具有互操作性； 具有面向未来的、开放的体系结构。 蠡北电力大学硕士学位论文 i 4 本文主要内容及章节安排 本文主要研究i s o 制定的国际标准制造报文规范( 匿际标准号为i s o9 5 0 6 ) 及 其在电力艇控系统数据邋培中的应用。潞兹由凰际电工委员会力接的i e c6 1 8 5 0 是 采来电力系统无缝通信的基础，因此本文的研究主要围绕m m s 在i e c6 1 8 5 0 标准 中的应用展开。论文主要内容包括： l 、介绍了i s o9 5 0 6 制造掇文规范国际标准的基本概念、燕要内容釉工作联理， 重点分析了其应用于i e c6 1 8 5 0 的对象和服务； 2 、介绍了i e c6 1 8 5 0 的标准及其基本通信络构，鬟点分孛斤了i e c6 18 5 0 的基本 的信息模型和服努模型； 3 、深入研究i e c6 1 8 5 0 抽袭遴信服务接日( a c s i ) 商m m s 的映射方法，总结 出信息模型及服务模型同m m s 的对象和服务的映射关系，为后期应用打下基础。 4 、提出了一个基予i e c6 1 8 5 0 耜m m s 煎传统变电螽苦设备遴信褥荚鹃系统络褐。 针对这一结构给出了各部分的功能及实现要求，并对实现中的其他技术支持进行了 探讨，绘出裙应解决策酶。 全文的章节焱排如下： 第一褰绪论部分橇瑟7 当1 ；霉瞧力整羧系统数器逶僚诸多冒际标准共存，缺乏兼 容性、互操作性和可扩展性的现状，以及对无缝通信体系结构的迫切需要和i e c 6 1 8 5 0 在茏缝逶穰钵系斡基疆经缝谴，逑箍指密m m s 在电力箍控系缓中不霹或缺 的地位，说明了威用m m s 解决呶力系统数据通信问题的优势、当前国内外对m m s 豹磷究瑗软及漂麓研究豹意义。 第二章是对制造报文规范服务和对象模型的分析。首先对m m s 中的虚拟制造 设备概念、对象謦瓣驻务橇念，鞋及所采粥翡客户，藏务嚣模鳖送行了介缓，然嚣系统 的分析了应用于i e c6 18 5 0 的m m s 服务及服务操作的对象。 第三牵主要分缮5 - i e c6 1 8 5 0 标准麓蕉本遴售结擒，包耩i e c6 1 8 5 0 鹃蘩怠模 型和服务模型。本章对i e c6 1 8 5 0 的功能分解和信息组合建模方法进行了介绍。然 嚣蹲各类僖患模黧及骚务模鍪遴行了探讨。i e c6 1 8 5 0 定义了数据对象、逻辑苇点、 逻辑设备和服务器几个不同层次的信息模型及相关的服务，用于建模各种变电站 i e d 设备。 第四章研究i e c 6 1 8 5 0 抽象通信服务接口( a c s i ) 的m m s 映射方法。i e c6 1 8 5 0 定义鹳售患模型蠲鼹务援墼都楚圣蠡象援嫠，嚣饕获瓣戮特定懿遂穰协议。本犟对 a c s i 到m m s 映射进行了研究，总结了映射的规律和原则。 第五肇提出了一个蒸子i e c6 1 8 5 0 葶器m m s 戆逶莹潮关系统结稳，麓予辫决邀 力系统传统的采用面向点通信协议的设铸如何接入i e c6 1 8 5 0 通信网络和系统。文 毕北电力大学颐士学位论文 中较为系统的分析了各部分的功能和设计思想。另外针对系统实现中的两个技术支 持问题提出了解决策略。 第六章对本文所作的工作和所取得的阶段性成果作了总结，指出以后需要深入 开展的工作。 垡北电力人掌顾十学位论文 第二章制造报文规范分析 2 1 制造报文规范的几个重要概念 2 1 1 虚拟制造设备模型 为了最大限度的实现互操作性，在m m s 中引入了虚拟制造设备【6 【8 1 ( v i r t u a l m a n u f a c t u r i n gd e v i c e ，v m d ) 的概念。它是实际设备的外部可见行为的抽象模型， 表征了各种不同的智能设备所共同具有的外部可见特性。完整意义上的v m d 是实 际制造设备上一组特定的资源和功能的抽象表示以及此抽象表示与实际制造设备 的物理及功能方面的映射【9 j 。它规定了从外部m m s 客户角度看到的m m s 设备即 m m s 服务器的外部可见行为。当正确建立了v m d 与实际设备之间的映射关系后， 远程控制器与实际设备之间的通信就可以在不考虑实际设备的具体物理特性的条 件下进行，作为客户一方的远程控制器可直接对服务器一方的v m d 进行操作，从 面达到对v m d 所对应的实际设备进行控制的目的，实现控制的设备无关性 1 0 1 。 实际设备及包含于其中的对象和v m d 模型定义的虚拟设备及对象之间存在差异。 实际设备和对象具有自身密切相关的特性， 不同品牌的应用或设备的特性各不相同。虚 拟设备和对象遵从v m d 模型，独立于品牌、 语言和操作系统。每一个m m s 服务器设备 或服务器应用的开发者必须通过提供一个 执行功能，“隐藏”这些实际设备和对象的 细节，如图2 1 所示。在和客户应用或设备 通信时，执行功能将实际设备和对象映射为 v m d 模型定义的虚拟设备和对象。 执行功能提供m m s 定义的虚拟对象和 实际设备使用的对象之间的映射。对于包含 m m s 网络 图2 - 1 v m d 模型 于v m d 中的应用和对象，只有当执行功能为这些对象和应用提供映射时才能被远 端m m s 客户所访问。本地客户应用访问和操纵这些实际对象无需使用m m s 。 由于m m s 客户只是和虚拟设备和对象交互，因此客户应用和实际设备和应用 的细节相隔离。恰当设计的m m s 客户应用能够以同样的方式和很多不同品牌和类 型的设备通信。这是因为实际设备和对象的细节被v m d 中的执行功能所隐藏。描 述服务器行为的虚拟方法并不限制设备创新和产品特性改进。m m s 虚拟制造设备 6 华北电力大学硕士学位论文 模型只对虚拟设备和对象的网络可见方面加以限制。 2 1 2 对象和服务概念 对象和服务是m m s 协议中两类 最主要的概念。其中对象是静态的概 念，以一定的数据结构关系间接体现 了实际设备各个部分的状态、工况以 及功能等方面的属性。v m d 本身被看 作一个对象，此外还定义了其他一些 从属于v m d 的对象。每个m m s 应 用都必须包含至少一个v m d 对象， v m d 在整个m m s 的对象结构中处 于“根”的位置。其他对象都包含于 v m d 对象中而成为它的子对象，有些 类型的对象还可包含于其它子对象中 而成为更深层的子对象。m m s 系统 图2 - 2m m s 对象之间的相互关系 中对象之间的相互关系如图2 2 所示【1 0 i 。 v m d 在整个m m s 的对象结构中处于“根”的位置，从属对象只能在其它对象 范围内存在，m m s 称这种特性叫做作用域。对象的作用域反映了对象的生命期。 m m s 中，对象主要有三种作用域 5 1 ： v m d s p e c i f i c ：v m d 特定。在整个v m d 中有意义，与v m d 的生命期一致； d o m a i n s p e c i f i c ：域特定。存在于特定的域中，只有该域存在，对象才存在； a s s o c i a t i o n s p e c i f i c ：关联特定。由m m s 客户在一个特定的应用关联上建立， 只能由该用户使用，只有应用关联存在时，对象才存在。 在一个给定的作用域中，对象的名称必须是唯一的。很多变量可以在上述三个 作用域中定义，有些对象的作用域则是有限制的，如信号量不能定义为应用关联特 定的，而操作员站对象只能定义为v m d 特定的。当一个删除对象时，所有从属于 该对象的对象也被删除。 外部m m s 客户对实际设备或应用系统的访问和控制是通过对v m d 对象的操 作实现。m m s 中为m m s 客户定义了若干服务( s e r v i c e s ) 。通过这些服务，实现外 部客户和m m s 服务器的通信及对这些对象的操作。v m d 中还定义了一个执行功能 ( e x e c u t i v ef u n c t i o n ) ，它提供m m s 访问v m d 内部资源的手段，是v m d 的一个 控制单元。 m m s 中的“服务”是动态的概念。m m s 通信中通常由一方发出服务请求，由 牛北电力大学硕士学位论文 另一方根据服务请求的内容来完成相应的操作，而服务本身则定义了m m s 所能支 持的各种通信控制操作。在m m s 协议中定义了多种类型的服务，涵盖了包括定义 对象、执行程序、读取状态、设置参数等多种类型的操作。这些服务按其应答方式 可分为证实型服务和非证实型服务两大类，证实型服务要求服务的发起方必须在得 到接收方传回的响应信息后才能认为服务结束，而非证实型服务的发起方在发出服 务请求后就可以认为服务结束。在m m s 中绝大多数服务类型都是证实型服务，而 非证实型服务则仅包含报告状态等几种对设备运行不起关键作用的服务类型。m m s 定义的服务很多，将在后面结合各对象模型分别介绍。 2 1 3 服务的客户1 1 t 务器关系 客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 模型是一种不对称的结构，其中c l i e n t 和s e r v e r 都是独立的逻辑实体。c l i e n t 向s e r v e r 提出服务请求，相应地s e r v e r 为之提供服务 并向c l i e n t 返回结果。两者分工不同，又相互配合，共同完成任务，具有资源共享 性、信息交换的易实现性和服务封闭性。 m m s 服务定义中，使用客户服务器模型描述服务请求者与服务执行者之间的 交互过程。其中服务器被定义为实现特定m m s 服务的通信实体v m d ，客户通过 m m s 服务请求原语，获得v m d 所提供的服务。m m s 只描述服务器的行为，而客 户行为可以根据m m s 服务定义以及客户服务器之间逻辑关系得出。由此可见， m m s 是一种不平衡方式的通信协议。一个实际制造设备既可以充当客户，也可充 当服务器，或者兼任两者。客户可以是一个应用进程，例如监控进程或调度进程； 服务器可以代表一种实际制造设备。客户通过m m s 服务请求原语对服务器实现监 控、调度等o l o l l i 2 1 。 客户和服务器间的原语交换是通过m m s 服务提供者来实现。m m s 服务提供者 的核心为m m p m 、| 一 胂备 c s e o o矿涨： n 岫 州m 盯三冀 咻 磊一。 华北电力大学硕士学位论文 图3 3 逻辑节点和数据 图中数据对象p o s 作为断路器一部分用于控制、报告断路器位置；而数据对象 m o d e 表示断路器逻辑节点的当前运行方式( 包括o n 、b l o c k e d 、t e s t 、t e s t b l o c k e d 、 o f f ) 。i e c6 1 8 5 0 对这些信息的特定含义进行了详细的定义。 数据对象是诸多网络信息交换的基础。大多数设备的交互实际上就是通过服务 对逻辑节点和设备中的数据进行豹操作。i e c6 1 8 5 0 7 3 中定义了3 0 多个数据类， 称为公共数据类。每一数据类表征了变电站自动化系统特定的应用信息。针对每一 公共数据类，i e c 6 1 8 5 0 7 2 中定义了可对其进行操作的服务。有些信息是可读写的， 而有些信息是只读的，i e c6 18 5 0 使用所谓的功能约束( f c ) 【1 6 】表达每一数据类的 这一信息特性。 逻辑节点的构成元素如图3 3 所示。逻辑节点中除了包含数据对象外，还可能 包含数据集( 若干条数据的集合) 、报告或日志等内容。此外还有若干应用于该类逻 辑节点的相关服务。 。”e ”一 r e p o s i n g a n d lr e p o r t lc o n t r o l 恪l o g g i n g d a t a | s u b s t i t u t i o d a t a s e t ig e t s e t id i r d e f i n i t i d 服务口数据、数据集、报告或曰志 图3 - 3 逻辑节点构成元素示例 逻辑节点和数据是描述实际系统及其功能的基础概念。实际上逻辑节点就是数 据对象的容器，可以存在于i e d 设备的任何位置。每一个数据都携带有特定的含义， 通过服务与其环境进行交互。 毕北电力大学硕上学位论文 3 3 2 逻辑设备 逻辑设备是为了通信的目的而引入的一个抽象概念，它是实际物理设备的抽象 主要由逻辑节点及相关服务构成。图3 - 4 为逻辑设备构成的示例。 图3 4 逻辑设备构成示例 当用逻辑设备构建网关( 或代理) 时，从功能角度看它是透明的。逻辑设备可 以存在于它所表征的物理设备上，也可以存在于其他代理设备上。逻辑设备还包含 了有关物理设备的信息，这个物理设备可以是逻辑设备的宿主，也可以是逻辑设备 所控制的外部设备。逻辑设备同物理设备的关系如图3 5 所示。图中所示物理设备 a 包含2 个逻辑设备l d l 和l d 2 ，每个逻辑设备均包含两个系统逻辑节点l p h d 和 l l n 0 ，l p h d 用于描述物理设备本身信息，l l n 0 用于描述逻辑设备本身信息。 华北电力大学硬士学位论文 图3 4 逻辑设备与l l n 0 l p h d 3 4i e c6 1 8 5 0 信息交换模型 始点：稽惠所在安律 i e c6 18 5 0 定义了用于信息交换的服务，服务接口的描述采用了抽象的方法， 即抽象通信服务接口( a c s i ) 。所谓抽象是指服务的定义侧重于服务所提供的功能 的定义，而没有定义设备间所传输的具体的报文及其编码，采用抽象建模的好处是 使标准独立于具体的实现技术和下层通信系统，i e c6 1 8 5 0 的第八、九部分对对具 体报文相关内容进行专门的定义，即特殊通信服务映射( s c s m ) ，相关内容将在第 四章介绍。 a c s i 为变电站设备定义了标准的通用服务。按服务的工作模式可分为两组： 一为采用客户，服务器( c s ) 模式的服务，如控制服务、获取数据值服务等；一为 点到点( p e e r t o - p e e r ) 模式的服务，用于时间要求较高的情况( 如用于继电保护设 备间快速、可靠地数据传输) ，以及周期采样值传输服务。本文将主要对前一种情 况进行介绍。 华北电力大学硕士学泣论文 3 4 1 服务器模型 a c s i 的大多数服务采用客户服务器方式。在服务器方a c s i 定义了服务器 ( s e r v e r ) 模型，它是为通信服务而引入的比逻辑设备更高层次的模型，表征实际 设备的外部可见行为。其基本结构如图3 - 6 所示。服务器模型主要由逻辑设备部分、 应用关联部分、时间同步部分及文件传输部分组成。其中逻辑设备模型前面已有详 细介绍，在此不在赘述。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、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。 s e r v e r l o g i c a ld e v i c ein a n l e d l a l e ，h e a l t h l o g i c a l n o d e 一i e p o r i 。7 c o n t r o l d a t a s u b s t i t u t i o n s e t l g o o s e g s s e ig o o s e ig e t s e t d a t a 二二# fg s s e s a m p l e d m e a s u r e d is m v d i r d e f i n i t i v a l u e i i a c t i v a t e s e t t i n gg r o u p j a s s 捌娟。n ll t ；m e f f i l e t r a n s f e r j 3 4 2a c s i 服务 图3 - 6 服务器模型结构 a c s i 定义的服务都应用于特定的模型，本节将对可欧射到m m s 的模型相关抽 象服务进行简单介绍。 一、服务器相关抽象服务 服务器代表了设备的外部可见行为。其相关服务只有一个，即 g e t s e r v e r d i r e c t o r y ( 取服务器目录) 服务。客户方使用本服务可以得到服务器上的 所有的客户方可见并允许访问的逻辑设备或文件的名称列表。服务的请求参数中的 对象类( o b j e c t c l a s s ) 参数可以是“l o g i c a l d e v i c e ”和“f i l e ”之一，用于指 华北电力大学硕士学位论文 出服务请求的是逻辑设备目录，还是文件目录。当服务成功时返回肯定响应，给出 一个逻辑设备对象或文件名称的引用；否则返回否定响应，并给出相应的服务错误 信息。 二、应用关联相关服务 应用关联模型用于管理如何在各种设备间实现通信。应用关联分为双边应用关 联和广播应用关联两类。前者传递服务的请求和响应，证实服务和非证实服务都可 以传递。后者只能传递单向的非证实服务。在此只对双边应用关联服务进行介绍， 主要有a s s o c i a t e ( 建立关联) 、a b o r t ( 异常中止关联) 和r e l e a s e ( 释放关联) 服务。 a s s o c i a t e ( 建立关联) 在客户发出的服务请求中服务访问点引用参数和认证参数。服务访问点引用参 数用于标识客户方想要与之建立关联的服务器。认证参数主要用于权限和安全目 的，当该参数和有效参数不匹配时，服务器方将拒绝本次服务请求，并给出适当的 原因。服务执行成功时返回肯定响应，给出应用关联的标识及表明应用关联是否成 功建立的结果。否则返回否定响应，并给出相应的服务错误信息。 a b o r t ( 异常中止关联) 本服务用于突然断开特定的客户和服务嚣之间的应用关联。突然断开意味着所 有已发出的服务请求将被舍弃，不蒋进行处理。请求服务参数包括应用关联标识和 中止关联的原因。这个服务可以由本地或远端的底层通信系统发起，也可由客户方 发起，发起方给出相应的参数。 r e l e a s e ( 释放关联) 本服务用于正常断开指定的应用关联：在关联断开之前，所有已发出的服务请 求都将被执行。服务请求参数中指明所要释放的关联标识。服务执行成功则返回肯 定响应，并给出所要释放的关联的标识，以及该应用关联是否成功中止的结果。否 则返回否定响应，并绘出相应的服务错误信息。 三、逻辑设备相关抽象服务 逻辑设备可以简单的看作一组逻辑节点的容器，或者是作为一个实现网关( 或 代理) 功能的设备。i e c6 1 8 5 0 为其定义了一个g e t l o g i c a l d e v i c e d i r e c t o r y ( 取逻辑 设备目录) 服务。通过该服务，客户方可以得到指定逻辑设备中对请求客户可见且 可被访问的所有逻辑节点的引用的列表。在服务请求参数中指出逻辑设备的对象引 用。如服务执行成功，则返回肯定响应，给出逻辑设各中所有可访问逻辑节点的对 象引用。否则，返回否定响应，给出服务错误信息。 四、逻辑节点相关抽象服务 逻辑节点可由数据、数据集及其他元素构成。所定义的服务有 g e t l o g i c a l n o d e d i r e c t o r y ( 取逻辑节点目录) 服务和g e t a l l d a t a v a l u e s ( 取所有数据 # 北电力大学硕士学也论文 值) 服务。 g e 也o g i c a l n o d e d i r e c t o r y ( 取逻辑节点目录) 客户应用本服务可取得指定逻辑节点中对请求客户可见且可被访问的指定类 型的所有对象的对象引用列表。在服务请求参数中指出逻辑节点的对象引用和要访 问的对象类型。对象类型可以是构成逻辑节点的任何对象类，如数据、数据集。服 务执行成功返回肯定响应，给出相应类型的对象引用列表。否则，返回否定响应， 给出服务错误信息。 g e t a l l d a t a v a l u e s ( 取所有数据值) 通过本服务客户可以一次性的取得特定逻辑节点中的特定功能约束下的所有 数据对象的对象属性值。服务请求参数包括逻辑节点的对象引用和一个功能约束的 列表。服务执行成功时返回肯定响应，参数中包含一个数据属性的对象引用列表和 一个数据属性值的列表。否则返回否定响应，给出服务错误信息。 五、数据模型相关服务 i e c6 1 8 5 0 为数据模型提供了四个服务，分别是g e t d a t a v a l u e s ( 取数据值) 服 务、s e t d a t a v a l u e s ( 设置数据值) 服务、g e t d a t a d i r e c t o r y ( 取数据目录) 服务和 g e t d a t a d e f i n i t i o n ( 取数据定义) 服务。前两个服务允许对整个数据对象或其部分进 行访问。 g e t d a t a v a l u e s ( 取数据值) 客户使用本服务可以得到指定的数据对象的所有或部分数据属性的值。服务请 求的参数r e f e f e n c e 给定一个功能约束数据( f c d ) 或功能约束数据属性( f c d a ) ， 用以限定访问的数据属性范围。服务执行成功则返回肯定响应，给出相应的数据属 性值。当请求参数r e f e r e n c e 是指向功能约束数据( f c d ) 时，返回功能约束数据 所限定的一组数据属性的值：如果r e f e r e n c e 是功能约束数据属性( f c d a ) ，则返 回相应单个数据属性的值。否则返回否定响应，给出服务错误信息。 s e t d a t a v a l u e s ( 设置数据值) 客户使用本服务可以对特定数据对象的数据属性的值进行设置。服务的请求的 第一个参数为r e f e r e n c e ，含义同g e t d a t a v a l u e s 服务的请求参数r e f e r e n c e 相同。第 二个参数是一个或一组值，用于设定第一个参数指定的数据属性的当前值。服务执 行成功则简单返回肯定响应。否则返回否定响应，给出服务错误信息。 g e t d a t a d i r e c t o r v ( 取数据目录) 服务的客户使用本服务可以得到指定的数据对象的所有的数据属性名称的列 表。服务的请求参数指定所要访问的数据对象的对象引用。在肯定响应中将返回数 据对象的最高层次的数据属性名称列表( 即数据属性是嵌套定义时，只返回最外层 数据属性名称) 。否则返回否定响应，并给出相应的服务错误信息。 华北电力大学硕上学位论文 g e t d a t a d e f i n i t i o n ( 取数据定义) 使用本服务客户可以得到客户方可见且可访问的数据的所有的完接的数据属 性定义。所谓完整意味着服务结果将返回整个的数据对象的结构，包括所有嵌套的 数据属性。服务的请求参数指定要访问的数据对象的对象引用。服务执行成功返回 肯定响应，给出一个数据对象的完整层次结构，包括数据属性名称、数据属性类型 及数据属性的功能约束。否则返回否定晌应，并给出相应的服务错误信息。 六、数据集相关服务 数据集是一组有序的数据或数据属性的引用( 称为数据集成员) ，作为一个整 体组织在一起，以便于客户访问。数据集的成员及数据集中对象引用的顺序为客户 方和服务器方所共知，这样在数据交换中只需传输数据集的名称和引用的数据( 或 数据属性) 对象的当前值。这样可以更有效地利用通信带宽。数据集相关服务包括 g e t d a t a s e t v a l u e s ( 取数据集值) 服务、s e t d a t a s e t v a l u e s ( 取数据集值) 服务、 c r e a t e d a t a s e t ( 创建数据集) 服务、d e l e t e d a t a s e t ( 删除数据集) 服务和 g e t d a t a s e t d i r e c t o r y ( 取数据集目录) 服务： g e t d a t a s e t v a l u e s ( 取数据集值) 服务的客户方使用本服务可以取得数据集中引用的所有数据属性的值。请求服 务时应给出数据集的对象引用，可以是永久数据集的引用，也可以是非永久数据集 的引用。成功时返回肯定响应，给出数据集引用的所有成员的值。否则否则返回否 定响应，并给出相应的服务错误信息。 s e t d a t a s e t v a l u e s ( 取数据集值) 客户可使用本服务设置数据集引用的所有成员的数据属性值。服务请求参数指 定数据集的对象引用，并给出用于设置各数据属性的值列表。服务请求成功返回肯 定响应，参数包含一个列表，列表的每一项对应一个数据对象的设置结果( 成功与 否) 。否则返回否定响应，并给出相应的服务错误信息。 c r e a t e d a t a s e t ( 创建数据集) 客户使用本服务可以请求服务器创建一个数据集，数据集的对象引用及其成员 由客户方在服务请求参数中指定。服务请求成功时返回肯定响应参数，否则返回否 定响应，并给出相应的服务错误信息。 d e l e t e d a t a s e t ( 删除数据集) 客户使用本服务请求服务器删除一个数据集。在服务请求参数中指定数据集的 对象引用。服务请求成功时返回肯定响应参数，否则返回否定响应，并给出相应的 服务错误信息。 g e t d a t a s e t d i r e c t o r y ( 取数据集目录) 服务 客户使用本服务可以得到指定的对客户可见且可访问的数据集的所有成员的 华北电力人学硕士学位论文 对象引用的列表。请求参数中指定所要访阅的数据集的对象引用，肯定响应参数中 给出数据集成员的对象引用列表，否定响应则给出相应的服务错误信息。 七、日志相关服务 从实现的角度看，日志可以看成是一个循环缓冲区，写入的新值将覆盖最老的 值，这对客户是不可见的。客户见到的是一个线性的缓冲区，存于其中的日志项通 过f 1 志项标识( e n t r y l d ) 和日志项写入曰志的时间( t i m e o f e n t r y ) 加以标识。e n t r y l d 是一个累加器，当达到最大值时重新开始累加。客户可以通过上述两种标识进行查 询。日志模型相关服务有q u e r y l o g b y t i m e ( 按时间读日志项) 服务、q u e r y l o g a f t e r ( 按日志项标识读日志项) 服务和o e t l o g s t a t u s v a l u e s ( 取日志状态值) 服务。 q u e r y l o g b y t i m e ( 按时间读日志项) 客户使用本服务读取一个时间段内的日志项。服务请求参数中指定日志的对象 引用及起始时间和截止时间。服务请求成功时返回肯定响应，包含一个日志项的列 表，每一项的写入日志时间都在服务请求指定的时间段内。否则返回否定响应，并 给出相应的服务错误信息。 q u e r y l o g a f t e r ( 按日志项标识读日志项) 客户使用本服务读取写入日志时间在给定时间之后，且日志项标识也在给定日 志项之后的日志项。服务请求参数给定一个起始时间和一个日志项标识。服务请求 成功时返回肯定响应，包含一个符合要求的日志项的列表。否则返回否定响应，并 给出相应的服务错误信息。 g e t l o g s t a t u s v a l u e s ( 取日志状态值) 。 客户使用本服务取得指定日志的属性值。在服务的请求参数中给出同志的对象 日；用和功能约束值。服务请求成功时返回肯定响应，包括最老的日志项写入时间、 最新的日志项写入时间及最老的日志项的标识、最新的日志项的标识。否则返回否 定响应，并给出相应的服务错误信息。 八、文件相关服务 a c s i 的文件传输服务提供文件传输及文件存储器管理的功能。这里的文件指 单一的文件格式即顺序的无结构二进制文件，其内容可以是程序、数据等。文件内 容的解析是基于相关系统间的一致共识的。文件模型相关服务有g e t f i l e ( 读文件) 服务、s e t f i l e ( 写文件) 服务、d e l e t e f i l e ( 删除文