（电力系统及其自动化专业论文）变电站间隔层通信系统的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t t h ea i mo fi e c618 5 0i sas t a n d a r do fo p e nc o m m u n i c a t i o ni ns u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ( s a s ) i tm a k e sf i n ei m p l e m e n to fi n t e r o p e r a b i l i t ya m o n g i e d sf r o md i f f e r e n tm a n u f a c t u r i n gc o m p a n y t h j ss t a n d a r dc a l la d a p tt ot h er a p i d d e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , a n dm e e tt h eu s e rt oi m p r o v es y s t e m r e l i a b i l i t y i tr e d u c e sd u p l i c a t i o no fi n v e s t m e n ta n dm a i n t e n a n c ec o s t so ft h e d e m a n d a sac o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ，i to n l yg i v e saf r a m e w o r kf o rt h e a c h i e v e m e n t w h e r e f o r e ，i ti st h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u et o r e s e a r c ho ns t a n d a r da n di t si m p l e m e n t t h ei m p l e m e n t a t i o n so ft h es t a n d a r d p r e s c r i b e f o ra b s t r a c tc 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 ( a c s i ) t o t h e 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 ) o ft h em a p p i n gi st h ek e yt o t h e r e a l i z a t i o no fi e c618 5 0 t h i sa r t i c l ei ss t u d i e da r o u n dc o m m u n i c a t i o ni e c618 5 0s e r i e so fs t a n d a r d s ， s p e c i f i c a l l yi e c6 18 5 0 - 6 ，i e c618 5 0 7 ，i e c618 5 0 - 8c o n t e n t t l l i sp a p e ri s e a r n e s ta n a l y s i so ft h em o d e lo fs u b s t a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n di n t e l l i g e n t e l e c t r o n i cd e v i c e s ( i e d ) o ft h ed a t as t r u c t u r e i nc o n j u n c t i o nw i t hi e c6 18 5 0 s t a n d a r dm o d e lr e l a t e dt ot h em m s i ti sd e p t hs t u d yo ft h ei e c6 18 5 0s t a n d a r d s a n dt h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h em m sm a p p i n g ，b a s e do nf lc o m p r e h e n s i v ed a t a s t r u c t u r et oi m p r o v em o d e lo ft h ei e d ，t h er e a l i z a t i o no fa b s t r a c ts t a n d a r d c o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e s i nt h i sp a p e r , i ti n v o l v e di ns u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi no u rc o u n t r yt h e s t a t u so fc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n ds t a n d a r d sf o rt h eb a c k g r o u n d t h i sp a p e ri s c o m p a r i n g t h ec u r r e n t l yu s e dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ；i ti ss u m m a r i z et h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s i nt h em 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 nh a s b e e n w o r k i n gp r i n c i p l ek n o w l e d g eo ft h i sf i e l d ，f o r t h em m sp d ur u l e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g ea s n 1e n c o d i n gr u l e so fi t sr e s e a r c h f i n a l l y , t h ea 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 st oa c h i e v es p e c i f i cp r o c e s s ，i n c l u d i n ga l ll e v e l so f c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li m p l e m e n t a t i o ns t e p s i n d e p t hs t u d yo ft h et e x to ft h ei e c6 18 5 0s t a n d a r do ft h ec o r ec o n t e n to f s u b s t a t i o nc o m m u n i c a t i o n s y s t e mm a d e b e t w e e nr e s e a r c ha n d a n a l y s i s i t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 u l t i m a t er e a l i z a t i o no ft h es t a n d a r di e c 618 5 0t h ep r o b l e m sf a c e db yt h ep r o c e s so f d o i n ga n a l y s i s i tp o i n t e do u tt h a ti t sr e s e a r c ha n de x t e n s i o nw i l lb eal o n gw a y p r o c e s s ，b u tm a n yk e yt e c h n o l o g i e st ob er e s o l v e d k e yw o r d s ： e c6 18 5 0 ；m m s ；b a yl e v e l ；i e d 西南交通大学曲南父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论 文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：井科争 指导老师签名： 日期：】卯7 乡弓f 日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：术科句卜 日期：加j f 弓) j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 目前，变电站自动化系统是电力自动化的重要环节。国际电工委员会i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) 对变电站自动化系统s a s ( s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ) 解释为“在变电站内提供包括通信基础设施 在内的自动化系统，在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的，旨 在实现变电站运行、管理、远动的自动化系统”。 2 0 世纪9 0 年代初，随着计算机技术和网络通讯技术的迅速发展，尤其 是e t h e r n e t 技术及i n t e r n e t 的发展和面向对象技术的广泛应用，基于微处理 器的新型测量保护智能电子设备i e d ( i n t e l l i g e n c ee l e c t r o n i cd e v i c e ) 得到了 大量应用，由于缺乏统一的标准，不同厂家设备间不能共享信息，数据的一 致性难以保证，缺乏互操作性、互换性【2 】。 解决“自动化孤岛”问题，实际上就是解决数字化变电站中各种微机装 置之间的互操作性问题。互操作性是指在同一制造厂商或不同制造厂商的两 个及以上的相互间交换信息并使用这些信息进行协调工作的问题。因此，实 现智能电子设备之间的高效可靠通信成为了建立高度集成的、开放式的变电 站自动化系统的核心问题。 i e c6 1 8 5 0 是i e ct c 7 5 7 发布的变电站通信网络及系统系列国际标准【3 j ， 代表了变电站自动化的未来发展方向。i e c6 1 8 5 0 作为下一代变电站的无缝通 信协议标准，充分借鉴了变电站通信、计算机、工业控制等领域的长期经验， 采用面向对象思想对变电站涉及的设备与通信服务进行了功能建模、数据建 模，并规范了一套抽象的通信接口，使协议拥有足够的开放性以适应现有的 标准和被广泛接受的通信原理，在不同制造商的智能电子设备i e d 之间实现 良好的互操作性，并且能够适应通信及应用技术的快速发展。 i e c6 1 8 5 0 按照变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护三 大功能依据功能分解、数据流和信息建模的方法制定标准1 4 】。从逻辑上，将 变电站的通信体系分为三层p j ，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了 层与层之间的通信接口；采用面向对象的设计思想。i e c6 1 8 5 0 通过功能分 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 解，将逻辑节点l n ( l o g i c a ln o d e ) 、逻辑设备l d ( l o g i c a ld e v i c e ) 及i e d 区分开来【6 1 ，将所有变电站自动化系统的已知功能进行标识并分成许多逻辑节 点，逻辑节点常驻在不同设备内和不同层内，并可满足分布功能的要求；规 范了系统和l e d 配置的变电站描述配置语言s c l ( s u b s t a t i o nd e s c r i p t i o n a n dc o n f i g u r i n gl a n g u a g e ) 模型【7 j ；结合使用抽象通信服务接口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 ei n t e r f a c e ) 和特殊通信服务映射s c s m ( s p e c i f i c c o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g ) 两种服务层次，使得服务与通信网络相互独 立【8 _ 9 1 。 i e c6 1 8 5 0 标准作为变电站自动化的通信标准，i e c6 1 8 5 0 在技术上的一 个显著特点就是使用了制造报文规范m m s( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g e s p e c i f i c a t i o n ) 。 m m s 1 0 】是i s o i e c9 5 0 6 标准所定义的一套为了解决在异 构网络环境下智能设备之间实现实时数据交换与监控信息的国际报文规范。 国际标准化组织发布m m s 的电子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 ) 。m m s 规范了多厂商设备之间 的通信，为制造设备入网提供了方便，易于实现信息互通和资源共享，只要 是符合m m s 标准的能实现相同功能的设备就可以进行设备替换。因此，结 合现在我国数字化变电站的经验和未来的网络通信技术发展趋势，对于数字 化变电站中间隔层的通信系统的研究具有现实和重要的意义。 1 2 国内外研究现状 i e c6 1 8 5 0 的提出主要来自美国和欧洲两大标准阵营，并受到国际上的 广泛关注【】，因此国外的研究起步早、历时长、力度大，技术层次较为深入， 成果也较为突出。在变电站层和间隔层内部和层间设备的通信实验，在国外 有两次经典案例，分别是1 1 2 。】6 j ： ( 1 ) 1 9 9 8 年1 月- - 2 0 0 0 年1 1 月，在德国进行了间隔层与变电站层设 备的互操作性验证，参加者有a b b 、a l s t o m 、s i e m e n s 、s i s c o 。实验结 果表明：i e c6 1 8 5 0 标准草案所定义的通信概念能够满足变电站自动化系统 通信的需求；以太网适合作为变电站总线；基于i e c6 1 8 5 0 的应用是独立于 底层通信协议栈的，是可以面向未来的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 ( 2 ) 2 0 0 1 年，美国u c a 用户协会进行间隔层设备之间的互操作性的实 验，参加者有a b b 、s i e m e n s 等。实验验证了i e c 增强型g o o s e 和变电 站配置语言s c l 的概念，结果表明g o o s e 适合在网络上传送断路器跳闸 命令；s c l 具备配置来自不同厂商设备能力。这个实验具有i e c6 1 8 5 0 成为 国际通信标准的里程碑意义。 国内规模最大、影响最深的是2 0 0 5 年5 月中旬，中国电力科学研究院 变电站自动化公司组织完成了第一次互操作实验【1 7 】。这次证明核心通讯协议 栈的开发是成功的，为我国变电站自动化系统的发展和进步打下了很好的基 础。 在技术产品的推出方面，世界各国对符合i e c6 1 8 5 0 标准产品，从一整 套自动化系统到个别的保护、测控和监控装置都展开了激烈竞争【18 1 。瑞士 a b b 公司宣布推出了面向中国市场的新一代i e d6 7 0 系列继电保护和测控 装置；s i s c o 公司宣布已推出了支持i e c6 18 5 0 的a x s 4m m s 和 m m s e a s el i t e 。西门子公司也承接下了该公司在全球的第1 0 0 个i e c 6 1 8 5 0 项目上海新南桥变电站，并于2 0 0 6 年3 月3 0 日投入运行。2 0 0 6 年3 月2 7 年，国内第一个i e c6 1 8 5 0 示范站陕西省西安供电局少陵 1 1 0 k v 变电站正式投入运营。2 0 0 7 年6 月份陕西省西安供电局另一个示范 站一一曹里村变电站则采用北京四方的综合自动化系统，全站保护测控按 i e c6 1 8 5 0 设计。这是我国最早的两个基于i e c6 1 8 5 0 的数字化变电站。 2 0 0 6 年和2 0 0 7 年是i e c6 1 8 5 0 在国内应用试验的阶段，预计2 0 0 8 年 以后几年会在全国大规模推广，特别是在2 2 0 k v 5 0 0 k v 电压等级变电站预 计两年后会全面使用；在l1 0 k v 电压等级变电站由于自动化系统和保护监控 设备基本采用一个厂家的设备，没有互操作要求，推广的必要性和积极性稍 低，但随着各厂家对i e c6 1 8 5 0 标准的全面采用，相信该标准以后会在各电 压等级得到广泛应用。 1 3 论文所做的主要工作 论文在研究了基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统通信模型的基础 上，主要做了如下工作： ( 1 ) 对i e c6 1 8 5 0 深入理解和领会其中的精髓。i e c6 1 8 5 0 内容丰富， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 其包含很多在电力系统通信方面专家的思想和经验，而且技术设计面广，包 含电子、通信、计算机软件各个方面知识的综合，只有对i e c6 1 8 5 0 准确的 理解和领悟才能灵活的、正确的应用标准。 ( 2 ) 以i e c6 1 8 5 0 的m m s 通信的研究为背景，讨论了m m s 的几个重 要概念m m s 对象和服务。然后讨论了i e c6 1 8 5 0 的重要术语，信息建模和 a c s i 。接着研究了a c s i 与m m s 之间的映射关系。 ( 3 ) 详细分析变电站间隔层通信系统的特点，构建w i n d o w s 平台下的 由a c s i 管理器、特定通信服务映射( s c s m ) 管理器、m m s 协议机、a s n 1 编解码器与a c s i m m s 应用软件所组成的原型。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章i e c618 5 0 标准特点及通信映射 2 1i e c6 1 8 5 0 标准的发展 2 0 世纪9 0 年代初，i e c 意识到不同厂家的保护设备需要一个统一的信息 接口，实现设备的互操作性。为此，i e ct c 5 7 和i e ct c 5 9 成立了一个联合 工作组，制定了“继电保护设备信息接口标准，即i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 标准。 美国电科院e p r i 在1 9 9 0 年开始了公共通信体系u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) 标准制定工作，其目的在于提供一个具有广泛适应性的、功能 强大的通信协议，使各种智能电子装置i e d 能够通过使用该协议实现互操作。 i e c 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，建立世界范围的统一标准i e c6 1 8 5 0 。除了u c a 2 0 以外， w g l 0 1 1 1 2 ，3 个工作组参考和吸收了己有的许多相关标准。其中主要有： i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 远动通信协议标准；i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护信息接口标准； i s o i e c 9 5 0 6 制造商信息规范m m s 。 2 1 1i e c6 1 8 5 0 标准的体系结构 i e c6 1 8 5 0 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，如图2 1 所示，具体内容如下【4 】： 第一部分基本原理，介绍了i e c6 1 8 5 0 产生的必要性以及标准各部分主 要内容。 第二部分术语，这部分内容为该标准中变电站自动化系统专门术语词汇 表。 第三部分总体要求，介绍了变电站自动化系统内通信系统的质量要求。 第四部分系统和工程管理，包括变电站内必备硬件配置的定义、功能和 信号质量的适应性以及所有具体定义的文档。 第五部分功能和设备模型的通信要求，规范了变电站自动化系统所完成 功能的通信要求和装置模型。 第六部分变电站配置语言，规定了配置文件的格式，包括描述的系统工 程、与通信有关的i e d 配置参数、通信系统配置、变电站( 功能) 结构、逻辑 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 节点对一次系统的分配以及它们之间关系。 第七部分基本通信结构，该部分是整个标准的核心内容。分为四个部分： 7 - l 原理和模型；7 - 2 抽象通信服务接口a c s i ；7 - 3 公共数据模型；7 _ 4 兼 容逻辑节点和数据类。 第八部分变电站层与间隔层具体通信服务映射，将变电站层的服务映射 到具体通信服务。 第九部分间隔层与过程层具体通信服务映射。 第十部分一致性测试。 p 噩r t l p a r t 2 p n 3 p a r t 4 p a n 5 p r t 6 p 矗r t 7 2 p a r t7 3 p r t 7 4 二二二二二二二蔓亘亟二二二二二二 p _ r t 1 0 图2 - 1i e c 6 1 8 5 0 的体系结构 2 1 2 分层、分布的体系结构 i e c6 1 8 5 0 给出的变电站自动化系统接口模型【6 】如图2 2 所示。其中各接 口的含义： 1 ：间隔层和变电站层之间保护数据的交换；2 ：间隔层和远方保护之间 保护数据的交换；3 ：间隔层内数据的交换；4 ：过程层和间隔层之间瞬时数 据的交换；5 ：过程层和间隔层之间控制数据的交换；6 ：间隔层和变电站层 之间控制的数据交换；7 ：变电站层和远方工程师工作站之间数据的交换；8 ： 间隔层之间数据的交换；9 ：变电站层之间数据的交换；l o ：变电站层和控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 中心之间控制数据的交换。 j l tj 令上 过程层 高压设备 t上 鲁_ 一 图2 2 变电站自动化系统功能层次和逻辑接口模型 i e c6 1 8 5 0 按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和继电保护三 大功能从逻辑上将系统分为3 层，即变电站层、间隔层和过程层。 过程层主要完成开关量i o 、模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备 相关的功能。过程层间隔层通过逻辑接口和接口与间隔层通信。 间隔层的功能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。间隔层通过逻辑接口和接 口与过程层通信，通过逻辑接口完成间隔层内部的通信功能。 变电站层的功能分为2 类： ( 1 ) 与过程相关的功能，主要指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内的闭锁等，变电 站层通过逻辑接口完成通信功能； ( 2 ) 与接口相关的功能，主要指与远方控制中心、工程师站及人机界面的 通信，通过逻辑接口、完成通信功能，该层的物理设备主要包括带 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 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。通过逻 辑接口完成变电站层内部的通信功能【1 9 。2 1 1 。 在变电站层和间隔层之间的网络采用a c s i 映射到m m s 、传输控制协 议网际协议( t c p i p ) 以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单 点向多点的单向传输以太网。变电站内的i e d 、测控单元和继电保护均采用 统一的协议，通过网络进行信息交换。 l e d 是在一定范围内、接口限定的条件下完成一个或多个逻辑节点任务 的设备实体。i e d 包括间隔层的保护设备、控制设备和过程层的电子多功能 仪表、智能控制器) 等。系统各功能由分布于l e d 中，i e d 的功能是由逻辑 设备l d 的逻辑节点l n 交互完成，l n 之间由l c ( l o g i c a lc o n n e c t i o n ) 连接。通信信息片p i c o m ( p i e c eo f i n f o r m a t i o nf o rc o m m u n i c a t i o n ) 描述l n 之间的交换信息和通信要求( 包括数据、通信性能要求、逻辑连接如逻辑源、 逻辑接收点等) 。 2 2i e c6 1 8 5 0 的信息建模 与以往的远动通信协议采用面向点的信息描述方式不同，i e c6 1 8 5 0 标准 的一个显著特点是采用面向对象的方法描述变电站及设备信息，它为变电站 设备、通信体系及服务建立了基于对象的数据模型，这些模型描述和定义了 大多数公共实际设备和设备组件的公共数据标识、格式、行为、控制以及设 备之间进行信息交换所需要的服务，因此面向对象的信息模型和建模方法是 i e c6 1 8 5 0 的核心。 i e c6 1 8 5 0 采用面向对象的方法对服务器进行建模。首先，定义若干语义 模型类，用来规范s a s 涉及到数据、结构、操作以及广义s c a d a 语义；接 着，对照语义模型类，将i e d 的自动化功能和相关信息抽象和分解，并通过 对语义模型类的继承、重载或直接引用，生成特定的应用实例；最后，将这 些实例按照“类”的形式、层次化的结构的构成具有一致性和确定性的信息 模型。信息模型的属性包含逻辑设备( l o g i cd e v i c e ，l d ) 、逻辑节点( l o g i c n o d e ，l n ) 、数据( d a t a ) 、数据属性( d a t aa t t r i b u t e ) 4 个层次。一个服务 器由一个或多个组成逻辑设备中的功能模块分为若干个相关子功能，对应为 各种逻辑节点一个逻辑节点又包含一个或多个数据对象，其中数据对象是公 共数据类的对象实例一个数据对象具有多个数据属性，数据属性含有各种数 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 据类型、值和功能约束f c ( f u n c t i o nc o n s t r a i n t ) 等，如图2 3 所示 图2 - 3i e c6 1 8 5 0 基本概念类模型 在i e c6 1 8 5 0 7 4 定义了约9 2 种功能组( 逻辑节点) ，例如测量节点 m m x u ，其中系统逻辑节点有三个( 基本逻辑节点、逻辑节点零l l n 0 、逻辑 物理设备节点l p h d ) ，保护功能逻辑节点及相关功能逻辑节点共3 8 个，其 它为控制、测量、变压器以及其它电力系统设备逻辑节点，由此看出微机保 护设备建模在i e d 建模中占非常重要的地位。对设备进行建模，首先要清楚 设备实现的功能、原理，做出完整的功能描述。而功能描述包括功能的任务、 启动原则、功能结果和影响、功能性能、功能分解为逻辑节点、与其它功能 单元之间的交互。在此基础上对基于i e c6 1 8 5 0 的i e d 建模，包括以下三 个步骤：逻辑节点和数据、逻辑设备和通信服务。 ( 1 ) 逻辑节点和数据 每个逻辑节点由若干数据对象组成，数据对象代表了应用相关的特定含 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的操作。i e c6 18 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 c6 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 1 8 5 0 使用所谓的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 功能约束f c ( f u n c t i o n a lc o n s t r a i n t ) 表达每一数据类的这一信息特性。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。 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。 ( 2 ) 逻辑设备 逻辑设备是一种虚拟设备，它是实际i e d 的抽象模型；而逻辑设备中的 逻辑节点实现了对i e d 基本应用功能和设备信息的统一划分和标识，二者构 成了信息模型的框架。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本身所在的物理设备上，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 辑设备的本身，也可以是逻辑设备所控制的外部设备。 ( 3 ) 通信服务 i e c6 1 8 5 0 描述的通信体系从上由如下部分组成【2 2 1 。如图2 4 所示； 一 i 功能、 l 物理节点、设备、服务器 图2 - 4i e c6 1 8 5 0 通信系统总体结构 在如图所示的部分中，i e c6 18 5 0 7 - 4 这部分定义了抽象通信服务接口 ( a c s i ) 。a c si 定义了与实际所用的通信协议无关的应用，它定义了相关通 信服务、通信对象及参数。a c s i 提供如下6 种服务模型：连接服务模型，变 量访问服务模型；数据传输服务模型；设备控制服务模型；文件传输服务模 型；时钟同步服务模型。这些服务模型定义了通信对象以及如何对这些对象 进行访问。这些定义由各种各样的请求、响应及服务过程组成。服务过程描 述了某个具体服务请求如何被服务器所响应以及采取什么动作在什么时候以 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 什么方式响应。a c si 定义的服务、对象和参数通过特殊通信服务映射( s c s m ) 映射到下层应用程序。 2 3i e c 6 18 5 0 通信服务 2 3 1a c s i 模型 信息模型之间的数据交换由信息模型的服务实现。在总结变电站自动化 系统涉及的通信服务的基础上，i e c6 1 8 5 0 定义了a c s i 模型来规范信息 模型的功能服务，a c s i 模型如图2 5 。 信 息 模 型 信 息 交 换 图2 5a c s i 概念模型 这1 4 类a c s i 模型基本上覆盖了变电站自动化功能的需求，主要内容包 含如下： ( 1 ) 服务器( s e r v e r ) 类模型，表示一个设备的外部可见行为。提供的服 务有：g e t s e r v e r d i r e c t o r y 。 ( 2 ) 应用关联( a p p l i c a t i o na s s o c i m i o n ) 模型，它控制不同类型的设备间 如何通信，主要由关联( 包含两方和多点传送) 类定义和访问权限的控制原理组 成。提供的服务有：a s s o c i a t e 、a b o r t 、r e l e a s e 。 ( 3 ) 逻辑设备( l o g i c a ld e v i c e ) 类模型，它是逻辑接点的组合。提供的服 务有：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 。 ( 4 ) 逻辑节点( l o g i c a ln o d e ) 类模型，逻辑节点是由d a t a 、d a t a s e t 、 b r c b 、u r c b 、l c b 、l o g 、s g c b 、g o c b 、g s c b 、m s v c b 、u s v c b 等 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 组成，表示变电站系统特定的功能。提供的服务有：g e t l o g i c a l n o d e e d i r e c t o r y 、 g e t a l l d a t a v a l u e s 。 ( 5 ) 数据( d a t a ) 类模型，表示在自动化设备应用程序中有意义的信息。 提供的服务有：g e t d a t a v a l u e s 、s e t d a t a v a l u e s 、g e t d a t a d e f i n i t i o n 、 g e t d a t a d i r e c t o r y 。 ( 6 ) 数据集( d a t a s e t ) ，数据或数据属性对象引用的集合。提供的服务有： g e t d a t a s e t v a l ，s e t d a t a s e t v a l u e ，c r e a t e d a t a s e t ，d e l e t e d a t a s e t ， g e t d a t a s e t d i r e c t o r y 。 ( 7 ) 取代( s u b s t i t u t i o n ) 模型，支持远方设定值取代过程值。提供的服务 有：s e t d a t a v a l u e s 。 ( 8 ) 定值组控制( s g c b ) ，定义了如何切换定值区及修改定值的方法。提 供的服务有：s e l e c t a c t i v e s g 、s e l e c t e d i t s g 、s e t s g v a l u e s 、 c o n f i r m e d i t s g v a l u e s 、g e t s g v a l u e s 、s e t s g v a l u e s 。 ( 9 ) 报告( r e p o r t i n g ) 和记录( l o g g i n g ) ，描述了基于客户设定参数的报 告和记录产生的条件，报告分为带缓冲的和不带缓冲的两种，带缓冲的报告 由b r c b 控制，提供的服务有：r e p o r t 、g e t b r c b v a l u e s 、s e t b r c b v a l u e s ； 不带缓冲的报告由u r c b 控制，提供的服务有：r e p o r t 、g e t u r c b v a l u e s 、 s e t u r c b v a l u e s 。记录由l c b 控制，提供的服务有：g e t l c b v a l u e s 、 s e t l c b v a l u e s 。l o g 实体提供的服务有：q u e r y l o g b y t i m e 、q u e r y l o g b y e n t r y 、 g e t l o g s t a t u s v a l u e 。 ( 1 0 ) 通用变电站事件g s e ，提供了系统范围内快速、可靠的数据发送 g o o s e 和i e d 间对等的( p e e r - t o p e e r ) - - 进制状态信息的交换。通用面向对 象变电站事件g o o s e 提供的服务有：s e n d g o o s e m e s s a g e 、g e t r e f e r e n c e 、 g e t g o o s e e i e m e n t n u m b e r 、g e t g o c b v a l u e s 、s e t g o c b v a l u e 。g s s e 提 供的服务有： s e n d g s s e m e s s a g e 、g e t r e f e r e n c e 、g e t g s s e e i e m e n t n u m b e r 、 g e t g s c b v a l u e s 、s e t g s c b v a l u e s 。 ( 1 1 ) 采样值的传输，提供快速、周期性的采样值传输，分为多点传送 ( m u l t i c a s t ) 和单点( u n i c a s t ) 传送，m u l t i c a s t 提供的服务有：s e n d m s v m e s s a g e 、 g e t m s v c b v a l u e s 、s e t m s v c b v a l u e s ；u n i c a s t提供的服务有： s e n d u s v m e s s a g e 、g e f u s v c b 、，a l u e s 、s e t _ u s v c b v 酊u e s 。 ( 1 2 ) 控制模型，描述了控制的服务，如设备或参数的整定组切换，提供 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 的服务有：s e l e c t 、s e l e c t w i t h v a l u e 、c a n c e l 、o p e r a t e 、c o m m a n d t e r m i n a t i o n 、 t i m e a c t i v a t e o p e r a t e 。 ( 1 3 ) 时间同步，该服务为设备和系统提供时间基准，具体在特定通信服 务映射中实现。 ( 1 4 ) 文件传输，定义了数据块，提供的服务有： g e t f i l e 、s e t f i l e 、 d e l e t e f i l e 、g e t f i l e a t t r i b u t e v a l u e s 。 由此可见，每类a c s i 模型都由若干抽象通信服务组成，每个服务又都 定义了服务的对象和方式，服务方式包括服务的请求( r e q u e s t ) 、响应( r e s p o n s e ) 和过程( p r o c e s s ) 。服务的过程是指某个具体服务请求如何被服务器所响应，以 及采取什么动作在什么时候以什么方式响应。 2 3 2 通信模式 在标准中，i e c6 1 8 5 0 主要强调面向对象的建模和基于服务器客户端结 构的应用数据交换的定义【2 4 1 。目前，典型的变电站自动化通信系统模型是 m m s + t c p i p + 以太网的模式，如图2 - 6 所示： 制造报文规范m m s t c p ，i p i o i o o m 以太网( 双绞线、光纤) 图2 6 变电站自动化通信系统模型 传输层 网络层 链路层 物理层 首先，以太网作为通信系统的物理层和数据链路层，主要是因为以太网 在技术和市场上已占主流地位；其次，选用t c p i p 协议作为站内i e d 的高 层接口，实现站内i e d 的网络化，使得数据收发都以t c p i p 协议方式传送； 再者，在应用层上本论文选用的是m m s 来作为网络层应用协议进行数据交 换。其中，m m s 是a c s i 服务采用的协议，应用于变电站层和间隔层的通 信。在后面的章节将讨论m m s 与a c s i 之间的映射。 在i e c6 1 8 5 0 中，主要有两种通信方式： ( 1 ) 客户服务- 器( c l i e n t s e r v e r ) 模式；它主要是用双方应用连接。它的连 接过程可靠性比较高，同时提供端对端的信息流量控制。如图2 7 所示。在图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 中，连接是指客户可利用该服务与服务器建立双方应用连接。取消是指用于 客户与服务器间的应用连接的突然断开，即双方正在信息交换的过程中。此 时所有服务将会终止，双方都会收到取消原因。释放是指用于正常结束特定 的应用连接，即连接双方释放前，服务已经完成。 客户服务器 释放 取消 请求：服务器接入 ，自吲用和验证参数 一请求：连接标识 取消：连接标识 一及取消的原因 图2 7c s 连接服务的模型 ( 2 ) 订阅者发布者的模式。它提供了一个单向的信息交换，并且用于多 方信息的发送。所谓多方信息，是指一个信息源，即发布方和多个接收者( 订 阅者) 之间的信息交换。多方信息交换是单向的，由发布方向订阅者发送。 订阅者可以监测通信连接是否中断和接收到的信息是否重复。当连接中断时， 用户将收到连接中断通知；当收到重复信息时，将自动丢弃重复信息。多方 应用连接主要用于对等模型和一些快速信息传输服务当中。如图2 8 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 2 4本章小节 图2 8 发布订阅模型 本章详细概述了i e c6 1 8 5 0 标准的主要内容及其技术特点，给出了符合 i e c 6 18 5 0 标准规定的变电站自动化通信模型，对通讯模型间的通信方式做 了详细描述，对深入理解变电站内部通信特点具有指导意义。后续章节的关 于变电站间隔层通信系统研究的工作都是基于本章给出的原则来完成的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 第3 章制造报文规范标准 3 1 制造报文规范分析 制造报文规范m m s ( m a n u f a c t u r em e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 是由国际标准 化组织i s o 工业自动化技术委员会t c1 8 4 制定的一套用于开发和