模拟量-iec61850规约转换装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种模拟量-IEC61850规约转换装置，该转换装置包括CPU模块、DI数字量输入模块、D0数字量输出模块、AI模拟量采集模块和A0模拟量输出模块，CPU模块通过内部总线与DI模块、D0模块、AI模拟量采集模块和A0模拟量输出模块相连接，CPU模块与网口1和网口2相连接用于连接以太网；其中AI模拟量采集模块用于采集16路直流信号输入，A0模拟量输出模块用于采集16路直流信号输出，DI数字量输入模块用于数字信号的输入，D0数字量输出模块用于数字信号的输出；CPU模块通过IEC61850数据模型接口与IEC61850数据模型连接，通过变电站设备规约和变电站设备数据模型提供IEC61850服务和主控服务器规约实现MMS和G00SE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换成MMS、G00SE报文发送。本实用新型的有益效果为：采用,IEC61850通讯协议与进行双向通讯，既可以实现；MMS和G00SE报文的接收转换，又能将采集到的数'据结构转换层MMS、G00SE报文发送。(I)
【专利说明】模拟量-1EC61850规约转换装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及转换装置领域，主要是一种模拟量-1EC61850规约转换装置。
【背景技术】
[0002]IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)的3个工作组10，11，12(WG10/11/12)负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要有:IEC870-5-101远动通信协议标准；IEC870-5_103继电保护信息接口标准；UCA2.0 (Utility Communicat1n Architecture〗.0)(由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系);IS0/IEC9506制造商信息规范MMS(Manufacturing MessageSpecificat1n)。
[0003]变电站通信体系IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层。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制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)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。变电站内的智能电子设备(IED，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。IEC61850的特点是I)面向对象建模；2)抽象通信服务接口 ；3)面向实时的服务；4)配置语言；5)整个电力系统统一建模。
[0004]IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制，例如变电站和馈线设备(诸如断路器、电压调节器和继电保护等)。自我描述能显著降低数据管理费用、简化数据维护、减少由于配置错误而引起的系统停机时间。IEC61850作为制定电力系统远动无缝通信系统基础能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用(Plug and Play)的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。
[0005]智能电网首先是一个互动的电网，更多更加高效的控制策略对通信提出了更高的要求，从某种意义上，电力系统的协调控制从一个稳态的时间范畴提升到暂态的时间范畴，即通讯的要求从秒级提升到毫秒级。当前电力通信技术发展迅速，有力的推动了更多更加有效的控制策略的进展，但同时，也存在一些缺陷:1)智能电网的发展尤其是新能源电源接入到电力系统给电网的协调控制带来了更高的要求，意味着，电力的实时通讯需要更加高效和可靠；2)电力的通信模型众多，有些通信模型已经不能适应新的通信需求；3)虽然IEC61850是一个可依的标准，但是目前在IEC61850实现效率上存在一些问题，导致资源占用过高，转换环节过多，严重影响了通信效率。本专利旨在研发一种高效的通信转换装置，从模拟量采样以后，直接高效的转换成IEC61850通信体系，一方面，规范化了通信标准，另一方面，极大的降低了通信转换环节，提高了通信效率。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种模拟量-1EC61850规约转换装置，实现各种规约与MMS的相互转换，支持SNTP对时。
[0007]本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种模拟量-1EC61850规约转换装置，该转换装置包括CPU模块、DI数字量输入模块、DO数字量输出模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块，CPU模块通过内部总线与DI模块、DO模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块相连接，CPU模块与网口 I和网口 2相连接用于连接以太网；其中Al模拟量采集模块用于采集16路直流信号输入，AO模拟量输出模块用于采集16路直流信号输出，DI数字量输入模块用于数字信号的输入，DO数字量输出模块用于数字信号的输出；(PU模块通过IEC61850数据模型接口与IEC61850数据模型连接，通过变电站设备规约和变电站设备数据模型提供IEC61850服务和主控服务器规约实现MMS和GOOSE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换成丽S、GOOSE报文发送。
[0008]所述的转换装置具体包括电源电路、核心电路、总线电路、采集电路、网络电路、SD存储电路和USB电路，JPl和JP2是模拟量-1EC61850规约转换装置的核心部位，集中处理各路信号的中心J3为电平转换芯片为电路提供3.3V的电压；D6为指示灯，红色为电源指示灯，绿色为运行指示灯；U8为DI数字量输入模块的采集接口电路，U9为DO数字量输出模块的输出电路，UlO为模拟量AD通信总线电路，U13为模拟量DA通信总线电路Jl为主USB接口电路，JP6为从USB接口 ；J5为SD卡的电路，JP3、JP4为网络的接口电路，IEC61850通过JP3和JP4进行进行双向通讯。
[0009]本实用新型的有益效果为:采用IEC61850通讯协议与进行双向通讯，既可以实现丽S和GOOSE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换层丽S、GOOSE报文发送。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的方框示意图；
[0011]图2是本实用新型的原理示意图；
[0012]图3是本实用新型的电路原理示意图1 ;
[0013]图4是本实用新型的电路原理示意图2 ；
[0014]图5是本实用新型的电路原理示意图3 ；
[0015]图6是本实用新型的电路原理示意图4。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍:
[0017]如图1所示，这种模拟量-1EC61850规约转换装置，该转换装置包括CPU模块、DI数字量输入模块、DO数字量输出模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块，CPU模块通过内部总线与DI模块、DO模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块相连接，CPU模块与网口 I和网口 2相连接用于连接以太网；其中Al模拟量采集模块用于采集16路直流信号输入，AO模拟量输出模块用于采集16路直流信号输出，DI数字量输入模块用于数字信号的输入，DO数字量输出模块用于数字信号的输出；CPU模块通过IEC61850数据模型接口与IEC61850数据模型连接，通过变电站设备规约和变电站设备数据模型提供IEC61850服务和主控服务器规约实现MMS和GOOSE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换成MMS、GOOSE报文发送。
[0018]所述的转换装置具体包括电源电路、核心电路、总线电路、采集电路、网络电路、SD存储电路和USB电路，JPl和JP2是模拟量-1EC61850规约转换装置的核心部位，集中处理各路信号的中心J3为电平转换芯片为电路提供3.3V的电压；D6为指示灯，红色为电源指示灯，绿色为运行指示灯；U8为DI数字量输入模块的采集接口电路，U9为DO数字量输出模块的输出电路，UlO为模拟量AD通信总线电路，U13为模拟量DA通信总线电路Jl为主USB接口电路，JP6为从USB接口 ；J5为SD卡的电路，JP3、JP4为网络的接口电路，IEC61850通过JP3和JP4进行进行双向通讯。装置采用IEC61850通讯协议与进行双向通讯，既可以实现丽S和GOOSE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换层丽S、GOOSE报文发送。
[0019]本实用新型设计的网关软件结构由服务模块，数据模型模块，接口模块，日志模块等组成。
[0020]I)标准服务模块
[0021]配网设备建模:按照IEC61850智能设备模型，以SCL语言描述配网断路器、负荷开关、馈线等设备，对配网设备进行建模。包括建立逻辑设备，逻辑节点，遥测数据，遥信数据，遥控数据等。
[0022]实时IEC61850数据模型库:采用基于IEC61850的面向对象的实时IEC61850数据模型库。系统启动时，从SCL文件中读入，生成实时IEC61850数据模型库。
[0023]内存访问接口:提供完善的内存访问API接口，通过这些API接口，访问IEC61850规格的遥测遥信遥控等数据。
[0024]通信驱动模块:提供了系统运行所需的通信环境，包括串口通信、TCP/UDP、OSI协议栈与MMS的环境初始化等。
[0025]IEC61850标准服务模块:给外部智能电子设备提供IEC61850数据服务。IEC61850服务报文采用MMS协议。将IEC61850以MMS协议报文格式发送，同时对接收MMS协议报文解析为IEC61850服务数据。
[0026]内存数据监视:提供监测界面，实时监测所有的用户数据。
[0027]2)规约转换功能
[0028]变电站规约模型访问接口:对于配网规约模型，使用配网DTU/FTU/TTU规约获得配网测控数据；通过配网数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则和内存访问接口，将配网自动化数据提供给IEC61850服务程序。
[0029]变电站设备数据和IEC61850侧数据模型映射规则:利用建立的IEC61850设备模型，通过数据映射模块，可以确定配网数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则。
[0030]与配网设备交换数据服务:这是双向的数据服务，一是将配网设备的非IEC61850规约数据转换为IEC61850服务数据提供给外部IEC61850设备；二是接收外部IEC61850设备的数据和控制指令，将其转换为配网传统的规约数据，并提供给配网设备。这里外部IEC61850设备可以是IEC61850服务的接收端，也可以是IEC61850服务的控制端。
[0031]变电站设备数据与IEC61850侧数据同步服务:提供相应的API接口，同步配网设备数据与IEC61850服务端数据；同步主控服务器与IEC61850服务端数据。
[0032]规约转换器与主控服务器间规约转换:一是，将IEC61850模型数据转换为主控服务器需求的规约数据；二是将主控服务器的规约数据转换为IEC61850模型数据。
[0033]CPU模块是装置的核心，采用ATMEL9X25处理器(ARM9400MHz)，综合处理高精度规约转换功能、测控功能功能、网络通信功能和人机接口功能。主要包括9x25模块，10位A/D (4 通道)，两路 10M/100M 以太网(独立)，四路路 RS485，RTC, WDT, FRAM、FLASH 等。
[0034]开入/电源模块:主要包括如下模块:
[0035](I)采用交流输入的开关稳压电源，输出电压等级及用途见表3-1。电源具有完备的短路保护、超限保护及过功率保护；
[0036]表3-1稳压电源输出电压等级及用途表
[0037]
I 输出标准值(V) I 额定电流(A)用途
52提供数字电源
+120.2提供模拟电源................................................................-12..................................................................................................................................0:2..................................................................提供模拟电源
提供出口/fH學继电器电
24⑴03__源
I24(11)I0.1提供 YX 电源
[0038](2) 12路YX采集功能；
[0039](3)告警开出信号:在装置失电或装置自检异常时动作，同时切断了出口继电器电源。
[0040]MMI人机接口模块:人机接口模块由液晶、LED发光管和按键组成。通过人机界面的交互，用户可以快速准确的监测到装置运行状态、实时信息、历史信息，用户还可以通过人机界面进行参数整定、遥控操作等。
[0041]硬件性能
[0042](1)485 串口
[0043]串口波特率为9600bps，考虑每秒刷新10次数据，通信容量为96Byte每帧。
[0044](2)以太网口
[0045]网口传送波特率10M/100MbpS，每帧报文按照最大长度12kbit，本装置与外界装置通信，理论上每秒最多传送报文(10M/12k)833帧，而考虑到实际通信的可靠性，每秒最多传送报文100帧。根据具体情况，IEC61850终端设备满足通信设计要求。
[0046]通信
[0047]通信方式:IEC61850规约转换设备通信接口有:两路10M/100M以太网(独立)，四路路RS485。IEC61850规约转换设备通信，实时的采集的功能。实现丽S和GOOSE报文的接收转换:MMS报文转换为电压信号输出小于IS, GOOSE报文转换为电压信号输出小于50ms,电压信号转换为MMS报文输出小于Is,电压信号转换为GOOSE报文输出小于50ms。
[0048]通信测点
[0049](I)存储资源
[0050]
空_I起始地址 I结束地址 ■容邮映射地址
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)外设访问基地址
[0054]
ADCSO|0x6400 0000
ADCSl0x6400 1000
LCDCS0x6600 0000
KEYCSl0x6600 2000
KEYCS20x6600 3000
[0055](3)装置通信点表
[0056]
HE I数据类型I倍率~Rill
16385~ ΜΜ\ IO 模拟输入I
16386~ MMl ?O 模拟输入2
16387~ ΜΜ\ ?O 模拟输入316388 1?Γ?[0I模拟输入 4
16389~ ΜΜ\?O模拟输入5
16390~ ΜΜ\?O模拟输入6
16391 ΜΜ\?O模拟输入7
16392~ ΜΜ\?O模拟输入8
16393~ ΜΜ\?O模拟输入9
16394~ΜΜ\?O模拟输入 10
16395~ΜΜ\?O模拟输入 11
16396~ΜΜ\?O模拟输入 12
16397~ΜΜ\?O模拟输入 13
16398~ΜΜ\?O模拟输入 14
16399~ΜΜ\?O模拟输入 15
16400~MMl?O模拟输入 16
16401 ΜΜ\--模拟输出?
16402~ MMl?O模拟输出2
16403~ MMl?O模拟输出3
16404~ MMl?O模拟输出4
16405~ MMl?O模拟输出5
16406~ MMl?O模拟输出6
16407~ MMl?O模拟输出7
16408~ MMl?O模拟输出8
16409~ MMl?O模拟输出9
16410~ ΜΜ\?O模拟输出 ?ο
16411MMl?O模拟输出11164121?Γ?[0I 模拟输出 12
16413~ΜΜ\?O模拟输出 13
16414~ΜΜ\?O模拟输出 14
16415~MMl?O模拟输出 15
16416~MMl?O模拟输出 16
16417~?O数字输入I
16418~?O数字输入2
16419~ WS?O数字输入3
16420~ WS?O数字输入4
16421?O数字输入5
16422~?O数字输入6
16423~IO数字输入7
16424~ WSIO数字输入8
16425~ WSIO数字输入9
16426~?O数字输入10
16427~?O数字输入11
16428~WSIO数字输入12
16429~WSIO数字输入13
16430~?O数字输入14
16431?O数字输入15
16432~?O数字输入16
16433~SIIO数字输出I
16434~SIIO数字输出2
16435~?O数字输出3
16436piΓ?[0I数字输出 4
16437~?O数字输出5
16438~SIIO数字输出6
16439~SIIO数字输出7
16440~?O数字输出8
16441?O数字输出9
16442~?O数字输出10
16443~SIIO数字输出11
16444~WSIO数字输出12
16445~?O数字输出13
16446~?O数字输出14
16447~?f|IO数字输出 15
16448~WSIO数字输出16
[0057]模拟量-1EC61850规约转换装置是针对当前电力通信标准性和高效性的要求的基础上，采用了多项国际标准和国际先进技术，包括嵌入式技术、模型自描述自解析技术、面向对象技术等。开发团队有丰富的行业背景，是行业内精英，从用户需求的角度出发和从独立于所有系统提供商的利益角度之外来设计，通用性和开放性更好。
[0058]模拟量-1EC61850规约转换装置质量稳定、转换效率高。系统可根据用户需求，选取各种配置方式进行配置，其性能和功能达到设计要求，可以很好地满足目前电力企业解决通信标准和通信效率问题的需要，并具有良好的推广价值。
[0059]本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种模拟量-1EC61850规约转换装置，其特征在于:该转换装置包括CPU模块、DI数字量输入模块、DO数字量输出模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块，CPU模块通过内部总线与DI模块、DO模块、Al模拟量采集模块和AO模拟量输出模块相连接，CPU模块与网口 I和网口 2相连接用于连接以太网；其中Al模拟量采集模块用于采集16路直流信号输入，AO模拟量输出模块用于采集16路直流信号输出，DI数字量输入模块用于数字信号的输入，DO数字量输出模块用于数字信号的输出；CPU模块通过IEC61850数据模型接口与IEC61850数据模型连接，通过变电站设备规约和变电站设备数据模型提供IEC61850服务和主控服务器规约实现MMS和GOOSE报文的接收转换，又能将采集到的数据结构转换成MMS、GOOSE报文发送。
2.根据权利要求1所述的模拟量-1EC61850规约转换装置，其特征在于:所述的转换装置具体包括电源电路、核心电路、总线电路、采集电路、网络电路、SD存储电路和USB电路，JPl和JP2是模拟量-1EC61850规约转换装置的核心部位，集中处理各路信号的中心；J3为电平转换芯片为电路提供3.3V的电压；D6为指示灯，红色为电源指示灯，绿色为运行指示灯；U8为DI数字量输入模块的采集接口电路，U9为DO数字量输出模块的输出电路，UlO为模拟量AD通信总线电路，U13为模拟量DA通信总线电路Jl为主USB接口电路，JP6为从USB接口 ；J5为SD卡的电路，JP3、JP4为网络的接口电路，IEC61850通过JP3和JP4进行进行双向通讯。
【文档编号】H04L29/06GK204031210SQ201420329133
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】王林青 申请人:王林青, 陈宝塔