模擬量-iec61850規約轉換裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種模擬量-IEC61850規約轉換裝置，該轉換裝置包括CPU模塊、DI數字量輸入模塊、D0數字量輸出模塊、AI模擬量采集模塊和A0模擬量輸出模塊，CPU模塊通過內部總線與DI模塊、D0模塊、AI模擬量采集模塊和A0模擬量輸出模塊相連接，CPU模塊與網口1和網口2相連接用于連接以太網；其中AI模擬量采集模塊用于采集16路直流信號輸入，A0模擬量輸出模塊用于采集16路直流信號輸出，DI數字量輸入模塊用于數字信號的輸入，D0數字量輸出模塊用于數字信號的輸出；CPU模塊通過IEC61850數據模型接口與IEC61850數據模型連接，通過變電站設備規約和變電站設備數據模型提供IEC61850服務和主控服務器規約實現MMS和G00SE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換成MMS、G00SE報文發送。本實用新型的有益效果為：采用,IEC61850通訊協議與進行雙向通訊，既可以實現；MMS和G00SE報文的接收轉換，又能將采集到的數'據結構轉換層MMS、G00SE報文發送。(I)
【專利說明】模擬量-1EC61850規約轉換裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及轉換裝置領域，主要是一種模擬量-1EC61850規約轉換裝置。
【背景技術】
[0002]IEC61850提出了一種公共的通信標準，通過對設備的一系列規范化，使其形成一個規范的輸出，實現系統的無縫連接。IEC61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，它是由國際電工委員會第57技術委員會(IECTC57)的3個工作組10，11，12(WG10/11/12)負責制定的。此標準參考和吸收了已有的許多相關標準，其中主要有:IEC870-5-101遠動通信協議標準；IEC870-5_103繼電保護信息接口標準；UCA2.0 (Utility Communicat1n Architecture〗.0)(由美國電科院制定的變電站和饋線設備通信協議體系);IS0/IEC9506制造商信息規范MMS(Manufacturing MessageSpecificat1n)。
[0003]變電站通信體系IEC61850將變電站通信體系分為3層:變電站層、間隔層、過程層。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協議/網際協議(TCP/IP)以太網或光纖網。在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。變電站內的智能電子設備(IED，測控單元和繼電保護)均采用統一的協議，通過網絡進行信息交換。IEC61850的特點是I)面向對象建模；2)抽象通信服務接口 ；3)面向實時的服務；4)配置語言；5)整個電力系統統一建模。
[0004]IEC61850建模了大多數公共實際設備和設備組件。這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制，例如變電站和饋線設備(諸如斷路器、電壓調節器和繼電保護等)。自我描述能顯著降低數據管理費用、簡化數據維護、減少由于配置錯誤而引起的系統停機時間。IEC61850作為制定電力系統遠動無縫通信系統基礎能大幅度改善信息技術和自動化技術的設備數據集成，減少工程量、現場驗收、運行、監視、診斷和維護等費用，節約大量時間，增加了自動化系統使用期間的靈活性。它解決了變電站自動化系統產品的互操作性和協議轉換問題。采用該標準還可使變電站自動化設備具有自描述、自診斷和即插即用(Plug and Play)的特性，極大的方便了系統的集成，降低了變電站自動化系統的工程費用。在我國采用該標準系列將大大提高變電站自動化系統的技術水平、提高變電站自動化系統安全穩定運行水平、節約開發驗收維護的人力物力、實現完全的互操作性。
[0005]智能電網首先是一個互動的電網，更多更加高效的控制策略對通信提出了更高的要求，從某種意義上，電力系統的協調控制從一個穩態的時間范疇提升到暫態的時間范疇，即通訊的要求從秒級提升到毫秒級。當前電力通信技術發展迅速，有力的推動了更多更加有效的控制策略的進展，但同時，也存在一些缺陷:1)智能電網的發展尤其是新能源電源接入到電力系統給電網的協調控制帶來了更高的要求，意味著，電力的實時通訊需要更加高效和可靠；2)電力的通信模型眾多，有些通信模型已經不能適應新的通信需求；3)雖然IEC61850是一個可依的標準，但是目前在IEC61850實現效率上存在一些問題，導致資源占用過高，轉換環節過多，嚴重影響了通信效率。本專利旨在研發一種高效的通信轉換裝置，從模擬量采樣以后，直接高效的轉換成IEC61850通信體系，一方面，規范化了通信標準，另一方面，極大的降低了通信轉換環節，提高了通信效率。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種模擬量-1EC61850規約轉換裝置，實現各種規約與MMS的相互轉換，支持SNTP對時。
[0007]本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的。這種模擬量-1EC61850規約轉換裝置，該轉換裝置包括CPU模塊、DI數字量輸入模塊、DO數字量輸出模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊，CPU模塊通過內部總線與DI模塊、DO模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊相連接，CPU模塊與網口 I和網口 2相連接用于連接以太網；其中Al模擬量采集模塊用于采集16路直流信號輸入，AO模擬量輸出模塊用于采集16路直流信號輸出，DI數字量輸入模塊用于數字信號的輸入，DO數字量輸出模塊用于數字信號的輸出；(PU模塊通過IEC61850數據模型接口與IEC61850數據模型連接，通過變電站設備規約和變電站設備數據模型提供IEC61850服務和主控服務器規約實現MMS和GOOSE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換成麗S、GOOSE報文發送。
[0008]所述的轉換裝置具體包括電源電路、核心電路、總線電路、采集電路、網絡電路、SD存儲電路和USB電路，JPl和JP2是模擬量-1EC61850規約轉換裝置的核心部位，集中處理各路信號的中心J3為電平轉換芯片為電路提供3.3V的電壓；D6為指示燈，紅色為電源指示燈，綠色為運行指示燈；U8為DI數字量輸入模塊的采集接口電路，U9為DO數字量輸出模塊的輸出電路，UlO為模擬量AD通信總線電路，U13為模擬量DA通信總線電路Jl為主USB接口電路，JP6為從USB接口 ；J5為SD卡的電路，JP3、JP4為網絡的接口電路，IEC61850通過JP3和JP4進行進行雙向通訊。
[0009]本實用新型的有益效果為:采用IEC61850通訊協議與進行雙向通訊，既可以實現麗S和GOOSE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換層麗S、GOOSE報文發送。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的方框示意圖；
[0011]圖2是本實用新型的原理示意圖；
[0012]圖3是本實用新型的電路原理示意圖1 ;
[0013]圖4是本實用新型的電路原理示意圖2 ；
[0014]圖5是本實用新型的電路原理示意圖3 ；
[0015]圖6是本實用新型的電路原理示意圖4。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合附圖對本實用新型做詳細的介紹:
[0017]如圖1所示，這種模擬量-1EC61850規約轉換裝置，該轉換裝置包括CPU模塊、DI數字量輸入模塊、DO數字量輸出模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊，CPU模塊通過內部總線與DI模塊、DO模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊相連接，CPU模塊與網口 I和網口 2相連接用于連接以太網；其中Al模擬量采集模塊用于采集16路直流信號輸入，AO模擬量輸出模塊用于采集16路直流信號輸出，DI數字量輸入模塊用于數字信號的輸入，DO數字量輸出模塊用于數字信號的輸出；CPU模塊通過IEC61850數據模型接口與IEC61850數據模型連接，通過變電站設備規約和變電站設備數據模型提供IEC61850服務和主控服務器規約實現MMS和GOOSE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換成MMS、GOOSE報文發送。
[0018]所述的轉換裝置具體包括電源電路、核心電路、總線電路、采集電路、網絡電路、SD存儲電路和USB電路，JPl和JP2是模擬量-1EC61850規約轉換裝置的核心部位，集中處理各路信號的中心J3為電平轉換芯片為電路提供3.3V的電壓；D6為指示燈，紅色為電源指示燈，綠色為運行指示燈；U8為DI數字量輸入模塊的采集接口電路，U9為DO數字量輸出模塊的輸出電路，UlO為模擬量AD通信總線電路，U13為模擬量DA通信總線電路Jl為主USB接口電路，JP6為從USB接口 ；J5為SD卡的電路，JP3、JP4為網絡的接口電路，IEC61850通過JP3和JP4進行進行雙向通訊。裝置采用IEC61850通訊協議與進行雙向通訊，既可以實現麗S和GOOSE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換層麗S、GOOSE報文發送。
[0019]本實用新型設計的網關軟件結構由服務模塊，數據模型模塊，接口模塊，日志模塊等組成。
[0020]I)標準服務模塊
[0021]配網設備建模:按照IEC61850智能設備模型，以SCL語言描述配網斷路器、負荷開關、饋線等設備，對配網設備進行建模。包括建立邏輯設備，邏輯節點，遙測數據，遙信數據，遙控數據等。
[0022]實時IEC61850數據模型庫:采用基于IEC61850的面向對象的實時IEC61850數據模型庫。系統啟動時，從SCL文件中讀入，生成實時IEC61850數據模型庫。
[0023]內存訪問接口:提供完善的內存訪問API接口，通過這些API接口，訪問IEC61850規格的遙測遙信遙控等數據。
[0024]通信驅動模塊:提供了系統運行所需的通信環境，包括串口通信、TCP/UDP、OSI協議棧與MMS的環境初始化等。
[0025]IEC61850標準服務模塊:給外部智能電子設備提供IEC61850數據服務。IEC61850服務報文采用MMS協議。將IEC61850以MMS協議報文格式發送，同時對接收MMS協議報文解析為IEC61850服務數據。
[0026]內存數據監視:提供監測界面，實時監測所有的用戶數據。
[0027]2)規約轉換功能
[0028]變電站規約模型訪問接口:對于配網規約模型，使用配網DTU/FTU/TTU規約獲得配網測控數據；通過配網數據模型和IEC61850數據模型間的相互映射規則和內存訪問接口，將配網自動化數據提供給IEC61850服務程序。
[0029]變電站設備數據和IEC61850側數據模型映射規則:利用建立的IEC61850設備模型，通過數據映射模塊，可以確定配網數據模型和IEC61850數據模型間的相互映射規則。
[0030]與配網設備交換數據服務:這是雙向的數據服務，一是將配網設備的非IEC61850規約數據轉換為IEC61850服務數據提供給外部IEC61850設備；二是接收外部IEC61850設備的數據和控制指令，將其轉換為配網傳統的規約數據，并提供給配網設備。這里外部IEC61850設備可以是IEC61850服務的接收端，也可以是IEC61850服務的控制端。
[0031]變電站設備數據與IEC61850側數據同步服務:提供相應的API接口，同步配網設備數據與IEC61850服務端數據；同步主控服務器與IEC61850服務端數據。
[0032]規約轉換器與主控服務器間規約轉換:一是，將IEC61850模型數據轉換為主控服務器需求的規約數據；二是將主控服務器的規約數據轉換為IEC61850模型數據。
[0033]CPU模塊是裝置的核心，采用ATMEL9X25處理器(ARM9400MHz)，綜合處理高精度規約轉換功能、測控功能功能、網絡通信功能和人機接口功能。主要包括9x25模塊，10位A/D (4 通道)，兩路 10M/100M 以太網(獨立)，四路路 RS485，RTC, WDT, FRAM、FLASH 等。
[0034]開入/電源模塊:主要包括如下模塊:
[0035](I)采用交流輸入的開關穩壓電源，輸出電壓等級及用途見表3-1。電源具有完備的短路保護、超限保護及過功率保護；
[0036]表3-1穩壓電源輸出電壓等級及用途表
[0037]
I 輸出標準值(V) I 額定電流(A)用途
52提供數字電源
+120.2提供模擬電源................................................................-12..................................................................................................................................0:2..................................................................提供模擬電源
提供出口/fH學繼電器電
24⑴03__源
I24(11)I0.1提供 YX 電源
[0038](2) 12路YX采集功能；
[0039](3)告警開出信號:在裝置失電或裝置自檢異常時動作，同時切斷了出口繼電器電源。
[0040]MMI人機接口模塊:人機接口模塊由液晶、LED發光管和按鍵組成。通過人機界面的交互，用戶可以快速準確的監測到裝置運行狀態、實時信息、歷史信息，用戶還可以通過人機界面進行參數整定、遙控操作等。
[0041]硬件性能
[0042](1)485 串口
[0043]串口波特率為9600bps，考慮每秒刷新10次數據，通信容量為96Byte每幀。
[0044](2)以太網口
[0045]網口傳送波特率10M/100MbpS，每幀報文按照最大長度12kbit，本裝置與外界裝置通信，理論上每秒最多傳送報文(10M/12k)833幀，而考慮到實際通信的可靠性，每秒最多傳送報文100幀。根據具體情況，IEC61850終端設備滿足通信設計要求。
[0046]通信
[0047]通信方式:IEC61850規約轉換設備通信接口有:兩路10M/100M以太網(獨立)，四路路RS485。IEC61850規約轉換設備通信，實時的采集的功能。實現麗S和GOOSE報文的接收轉換:MMS報文轉換為電壓信號輸出小于IS, GOOSE報文轉換為電壓信號輸出小于50ms,電壓信號轉換為MMS報文輸出小于Is,電壓信號轉換為GOOSE報文輸出小于50ms。
[0048]通信測點
[0049](I)存儲資源
[0050]
空_I起始地址 I結束地址 ■容郵映射地址
Dsp Boot Rom IM 0x0070 0000 0x007F FFFF IM__0x1170 0000
Dsp L2 Ram 256k 0x0080 OQOO 0x0083 FFFF 256k 0x1180 0000 Dsp LI Program OxOOEO 0000 (M)OEO 7FFF 32kOxllEO 0000
^-----
Dsp LI Data 32k OxQOFO QOOO OxQOFO 7FFF 32kOxliFO 0000
Arm I Cache 16k ____
Arm D Cachc 16k ____
Shared Ram 128k 0x8000 0000 0x8001 FFFF 128k
Arm Rom 64kOxFFFD 0000 OxFFFD FFFF 64k__
Arm Vector Table OxFFFE E000 OxFFFE FFFF 8k
_I_I___
Arm Local Ram 8k | QxFFFF 0000 | OxFFFF IFFF 8k_
[0051]NandFlash: 128Mbytes
[0052]DDR: 128Mwords
[0053](2)外設訪問基地址
[0054]
ADCSO|0x6400 0000
ADCSl0x6400 1000
LCDCS0x6600 0000
KEYCSl0x6600 2000
KEYCS20x6600 3000
[0055](3)裝置通信點表
[0056]
HE I數據類型I倍率~Rill
16385~ ΜΜ\ IO 模擬輸入I
16386~ MMl ?O 模擬輸入2
16387~ ΜΜ\ ?O 模擬輸入316388 1?Γ?[0I模擬輸入 4
16389~ ΜΜ\?O模擬輸入5
16390~ ΜΜ\?O模擬輸入6
16391 ΜΜ\?O模擬輸入7
16392~ ΜΜ\?O模擬輸入8
16393~ ΜΜ\?O模擬輸入9
16394~ΜΜ\?O模擬輸入 10
16395~ΜΜ\?O模擬輸入 11
16396~ΜΜ\?O模擬輸入 12
16397~ΜΜ\?O模擬輸入 13
16398~ΜΜ\?O模擬輸入 14
16399~ΜΜ\?O模擬輸入 15
16400~MMl?O模擬輸入 16
16401 ΜΜ\--模擬輸出?
16402~ MMl?O模擬輸出2
16403~ MMl?O模擬輸出3
16404~ MMl?O模擬輸出4
16405~ MMl?O模擬輸出5
16406~ MMl?O模擬輸出6
16407~ MMl?O模擬輸出7
16408~ MMl?O模擬輸出8
16409~ MMl?O模擬輸出9
16410~ ΜΜ\?O模擬輸出 ?ο
16411MMl?O模擬輸出11164121?Γ?[0I 模擬輸出 12
16413~ΜΜ\?O模擬輸出 13
16414~ΜΜ\?O模擬輸出 14
16415~MMl?O模擬輸出 15
16416~MMl?O模擬輸出 16
16417~?O數字輸入I
16418~?O數字輸入2
16419~ WS?O數字輸入3
16420~ WS?O數字輸入4
16421?O數字輸入5
16422~?O數字輸入6
16423~IO數字輸入7
16424~ WSIO數字輸入8
16425~ WSIO數字輸入9
16426~?O數字輸入10
16427~?O數字輸入11
16428~WSIO數字輸入12
16429~WSIO數字輸入13
16430~?O數字輸入14
16431?O數字輸入15
16432~?O數字輸入16
16433~SIIO數字輸出I
16434~SIIO數字輸出2
16435~?O數字輸出3
16436piΓ?[0I數字輸出 4
16437~?O數字輸出5
16438~SIIO數字輸出6
16439~SIIO數字輸出7
16440~?O數字輸出8
16441?O數字輸出9
16442~?O數字輸出10
16443~SIIO數字輸出11
16444~WSIO數字輸出12
16445~?O數字輸出13
16446~?O數字輸出14
16447~?f|IO數字輸出 15
16448~WSIO數字輸出16
[0057]模擬量-1EC61850規約轉換裝置是針對當前電力通信標準性和高效性的要求的基礎上，采用了多項國際標準和國際先進技術，包括嵌入式技術、模型自描述自解析技術、面向對象技術等。開發團隊有豐富的行業背景，是行業內精英，從用戶需求的角度出發和從獨立于所有系統提供商的利益角度之外來設計，通用性和開放性更好。
[0058]模擬量-1EC61850規約轉換裝置質量穩定、轉換效率高。系統可根據用戶需求，選取各種配置方式進行配置，其性能和功能達到設計要求，可以很好地滿足目前電力企業解決通信標準和通信效率問題的需要，并具有良好的推廣價值。
[0059]本實用新型不局限于上述實施方式，不論在其形狀或材料構成上作任何變化，凡是采用本實用新型所提供的結構設計，都是本實用新型的一種變形，均應認為在本實用新型保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種模擬量-1EC61850規約轉換裝置，其特征在于:該轉換裝置包括CPU模塊、DI數字量輸入模塊、DO數字量輸出模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊，CPU模塊通過內部總線與DI模塊、DO模塊、Al模擬量采集模塊和AO模擬量輸出模塊相連接，CPU模塊與網口 I和網口 2相連接用于連接以太網；其中Al模擬量采集模塊用于采集16路直流信號輸入，AO模擬量輸出模塊用于采集16路直流信號輸出，DI數字量輸入模塊用于數字信號的輸入，DO數字量輸出模塊用于數字信號的輸出；CPU模塊通過IEC61850數據模型接口與IEC61850數據模型連接，通過變電站設備規約和變電站設備數據模型提供IEC61850服務和主控服務器規約實現MMS和GOOSE報文的接收轉換，又能將采集到的數據結構轉換成MMS、GOOSE報文發送。
2.根據權利要求1所述的模擬量-1EC61850規約轉換裝置，其特征在于:所述的轉換裝置具體包括電源電路、核心電路、總線電路、采集電路、網絡電路、SD存儲電路和USB電路，JPl和JP2是模擬量-1EC61850規約轉換裝置的核心部位，集中處理各路信號的中心；J3為電平轉換芯片為電路提供3.3V的電壓；D6為指示燈，紅色為電源指示燈，綠色為運行指示燈；U8為DI數字量輸入模塊的采集接口電路，U9為DO數字量輸出模塊的輸出電路，UlO為模擬量AD通信總線電路，U13為模擬量DA通信總線電路Jl為主USB接口電路，JP6為從USB接口 ；J5為SD卡的電路，JP3、JP4為網絡的接口電路，IEC61850通過JP3和JP4進行進行雙向通訊。
【文檔編號】H04L29/06GK204031210SQ201420329133
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】王林青 申請人:王林青, 陳寶塔