基于Labview平台的IEC61850与SCADA系统的数据接口装置的制作方法

本发明涉及电力系统智能变电站以及数字化变电站数据通信技术领域，尤其用于智能变电站以及数字化变电站中scada系统数据的采集，具体地说是一种基于labview平台的iec61850与scada系统的数据接口装置。

背景技术：

近年来，随着国民经济与智能电网的发展，电力行业对现场设备运行状态及实时数据的采集要求越来越高，量测类型和数量也越来越多。scada系统作为电力调度不可缺少的工具，可以对现场的运行设备进行监测和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。然而目前scada系统在使用实时数据接入接口设备时，面对大量下位机设备的海量数据以及通讯方式、通讯规约、数据格式等不同，其工作压力大，运行效率低下。iec61850配置文件是利用变电站配置描述语言（简称scl）描述变电站设备对象模型后生成的文件，用于在不同制造商的配置工具之间交换配置信息；不同制造商使用统一严格规范的iec61850配置文件，就能在应用层屏蔽装置之间的差异性，实现不同厂商装置之间的互操作，因此配置文件是基于iec61850标准的数字化变电站系统功能实现的基础，且其包含变电站所有的数据信息。目前scada系统都是通过实时数据接入接口设备将其与外部设备相连并进行数据的采集，对于使用其他方式进行scada系统信息采集目前国内外都是空白。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于labview平台（美国国家仪器（ni）公司）的iec61850与scada系统的数据接口装置，该数据接口装置通过接收智能变电站二次回路中的iec61850配置文件并对其进行有效的解析，将解析出的scada系统所需有效信息进行重组配置形成相应的报文，最后通过以太网实现报文的传输，供scada系统使用，实现iec61850配置文件有效信息与scada系统数据库之间进行信息通讯。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于labview平台的iec61850与scada系统的数据接口装置，其特征在于：所述的数据接口装置包括信号接收模块、信号解析模块、信号重组模块、信号发送模块，信号接收模块通过以太网接收监控系统发送给scada系统的mms报文并经过判断后传递给信号解析模块，信号解析模块将mms报文进行信息的分解与处理后回传给信号接收模块，经信号接收模块判断后确定发送给信号解析模块或者信号重组模块，信号重组模块将所需的数据进行数据类型的转换并将数据重新组帧成报文形式，信号重组模块通过线路与信号发送模块相连接，信号发送模块将重组帧后的报文通过以太网发送给scada系统。

所述的信号解析模块和信号重组模块设置在crio平台上，信号接收模块通过以太网总线与crio平台连接，所述crio平台在接收到mms报文后通过基于labview的底层程序对报文进行有效信息的解析和重组，crio平台通过以太网接口将重组后的报文发送给scada系统。

所述的信号解析模块包括通过线路依序相连接的标签分析模块、长度提取模块以及值分析模块，标签分析模块用以获取mms报文中数据集的标签，长度提取模块用以提取mms报文中对应数据集的长度，值分析模块用以提取mms报文中对应数据集的值；所述的标签分析模块通过线路与信号接收模块相连接以接收信号接收模块发送来的mms报文，值分析模块将经过分解和处理后的mms报文回传到信号接收模块进行判断。

所述的信号接收模块为采用ni公司编程软件labview开发的mms客户端，信号接收模块通过以太网与作为服务器的厂端监控系统进行通讯，信号接收模块通过获取收取报文的报文头判断是否为所需的mms报文并接收所需的mms报文，并将报文的数据集个数赋值给str变量后判断str是否为零。

所述的信号接收模块和信号解析模块之间基于递归的方式运行，运行步骤如下：

①、信号接收模块获取mmspdu报文的数据集个数赋值给str字符串；

②、信号接收模块判断str字符串的值是否为零，若str字符串的值不为零，则进入下一步；如str字符串的值为零，则程序结束；

③、进入标签分析模块后由标签分析模块提取此mmspdu报文的标签且赋值给tag；

④、进入长度提取模块后由长度提取模块提取此mmspdu报文的长度且赋值给len；

⑤、进入值分析模块后由值分析模块提取此mmspdu报文的数值且赋值给val；

⑥、之后将str字符串的值减1后将解析的信息回传给信号接收模块并进入步骤②，如str字符串的值不为零则继续步骤③④⑤⑥②的循环，如str字符串的值为零则将信号解析模块解析后的信息传递至信号重组模块。

所述的信号重组模块包括通过线路依次相连的信息提取模块、信息排序模块、信息组合模块，信息提取模块将信号解析模块解析后信息通过比对进行有效信息的提取，信息排序模块将信息提取模块提取的信息进行重新排序，信息组合模块后重新排序后的信息重新组帧生成mms报文。

所述的信号解析模块和信号重组模块均采用ni公司crio硬件平台并通过编程软件labview开发而成。

所述的信号发送模块为以太网接口，信号发送模块采用c/s模式并以scada系统作为客户端，信号发送模块将解析重组后的报文通过以太网发送给scada系统。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的数据接口装置为满足从iec61850的mms报文提取相应的有效信息进行重组，要求信号解析模块与信号重组模块能够实现数据识别与提取、数据类型的转换、以及数据的重组功能，因此基于labview平台将所获取的mms报文按其数据模型进行分解，形成一系列的数据，并按照scada数据模型选取相应的有效数据，对比数据的数据类型并将不同数据类型的进行转换，最后按照scada数据模型将解析出的数据进行重组并形成相应的报文发生，从而实现iec61850报文与scada系统之间的数据传输，实现了智能变电站二次回路中的iec61850配置文件的接收和有效解析，并将解析出的scada系统所需有效信息进行重组配置形成相应的报文供scada系统使用，对scada系统数据信息接口的研究提供了一种新的方法；该数据接口装置基于labview软件平台与crio平台开发的，两种配合实现图形化编程技术进行嵌入式系统的开发，具有良好的抗干扰能力、坚固的结构、稳定的性能且可扩展。

附图说明

附图1为本发明的基于labview平台的iec61850与scada系统的数据接口装置的模块图；

附图2为本发明的信号接收模块和信号解析模块工作流程图；

附图3为本发明的信号重组模块的功能示意图。

其中：1—监控系统；2—信号接收模块；3—信号解析模块；31—标签分析模块；32—长度提取模块；33—值分析模块；4—信号重组模块；41—信息提取模块；42—信息排序模块；43—信息组合模块；5—信号发送模块；6—scada系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示：一种基于labview平台的iec61850与scada系统的数据接口装置，该数据接口装置包括信号接收模块2、信号解析模块3、信号重组模块4、信号发送模块5，信号接收模块2通过以太网接收监控系统1发送给scada系统6的mms报文并经过判断后传递给信号解析模块3，信号解析模块3将mms报文进行信息的分解与处理后回传给信号接收模块2，经信号接收模块2判断后确定发送给信号解析模块3或者信号重组模块4，信号重组模块4将所需的数据进行数据类型的转换并将数据重新组帧成报文形式，信号重组模块4通过线路与信号发送模块5相连接，信号发送模块5将重组帧后的报文通过以太网发送给scada系统6。上述的信号解析模块3和信号重组模块4设置在crio平台上，信号接收模块2通过以太网总线与crio平台连接，所述crio平台在接收到mms报文后通过基于labview的底层程序对报文进行有效信息的解析和重组，crio平台通过以太网接口将重组后的报文发送给scada系统6。

信号接收模块2为采用ni公司编程软件labview开发的mms（制造报文规范）客户端，信号接收模块2通过以太网与作为服务器的厂端监控系统1进行通讯，采用c/s（客户端/服务器）模式，厂站端监控系统1作为服务器；信号接收模块2通过获取收取报文的报文头判断是否为所需的mms报文并接收所需的mms报文，并将报文的数据集个数赋值给str变量后判断str是否为零；基于mms报文不确定请求发生方式，当服务器数据发生变化时，服务器将变化的数据发送给mms客户端，mms客户端接收这些数据集并传给crio平台。信号解析模块3采用ni公司crio硬件平台并通过编程软件labview开发而成；信号解析模块3包括通过线路依序相连接的标签分析模块31、长度提取模块32以及值分析模块33，标签分析模块31用以获取mms报文中数据集的标签，长度提取模块32用以提取mms报文中对应数据集的长度，值分析模块33用以提取mms报文中对应数据集的值；所述的标签分析模块31通过线路与信号接收模块2相连接以接收信号接收模块2发送来的mms报文，值分析模块33将经过分解和处理后的mms报文回传到信号接收模块2进行判断。

信号接收模块2和信号解析模块3的工作流程图如图2所示，信号接收模块2和信号解析模块3之间基于递归的方式运行，其通过解读mms报文，且把信息存在相应的存储器内。其中第一个参数str是需获取mms报文数据的个数，第二参数tag是具体mms报文中数据集的标签，第三个参数len是对应数据集的长度，第四个参数val为对应数据集的值。运行步骤如下：①、信号接收模块2获取mmspdu报文的数据集个数赋值给str字符串；②、信号接收模块2判断str字符串的值是否为零，若str字符串的值不为零，则进入下一步；如str字符串的值为零，则程序结束；③、进入标签分析模块31后由标签分析模块31提取此mmspdu报文的标签且赋值给tag；④、进入长度提取模块32后由长度提取模块32提取此mmspdu报文的长度且赋值给len；⑤、进入值分析模块3后由值分析模块3提取此mmspdu报文的数值且赋值给val；⑥、之后将str字符串的值减1后将解析的信息回传给信号接收模块2并进入步骤②，如str字符串的值不为零则继续步骤③④⑤⑥②的循环，如str字符串的值为零则将信号解析模块3解析后的信息传递至信号重组模块4。

信号重组模块4采用ni公司crio硬件平台并通过编程软件labview开发而成。信号重组模块4包括通过线路依次相连的信息提取模块41、信息排序模块42、信息组合模块43，信息提取模块41将信号解析模块3解析后信息通过比对进行有效信息的提取，信息排序模块42将信息提取模块41提取的信息进行重新排序，信息组合模块43后重新排序后的信息重新组帧生成mms报文。scada数据模型为主从结构，其有变电站substation、断路器breaker、刀闸disconnector、变压器transformerwinding等多个主元素，其中每个都有固定的信息排序和内容组成。以开关为例，其有开关名、开关id、有功功率、无功功率以及电流的数据信息。而iec61850模型中，在其ld设备中有lphd和lln0，lphd有相应设备的设备信息，包括scada模型所需的设备名称和设备id，而lln0中的数据集dataset中有相应设备的数据信息，如电压、电流、有功和无功等。信号重组模块4首先识别scada模型所需信息的主设备，并寻找到相应的信号解析模块4解析出的数据完成对应设备的匹配。完成匹配后，按固定的顺序将解析出的信息重新组合，最后将组合好的信息重新生成报文。如图3所示，以scada模型中的breaker为例，模型中需要开关名、开关id、p_value、p_status、q_value、q_status、i_value和i_status一共八个信息量。信号重组模块4通过识别所需具体断路器，在iec61850中寻找到对应的逻辑设备完成匹配；完成匹配后将其lphd中的设备名称和设备id以及ddn0数据集中对应的p_value、p_status、q_value、q_status、i_value和i_status八个信息进行组合和编码，基于asn.1编解码规则完成重组mms报文的生成。

信号发送模块5为以太网接口，信号发送模块5采用c/s模式并以scada系统6作为客户端，信号发送模块5将解析重组后的报文通过以太网发送给scada系统6。基于mms报文带确定请求的发生方式，当scada系统6发送请求的时候，信号发送模块5将解析重组后的报文发送给scada系统6，实现信号的发送功能。

本发明的数据接口装置为满足从iec61850的mms报文提取相应的有效信息进行重组，要求信号解析模块3与信号重组模块4能够实现数据识别与提取、数据类型的转换、以及数据的重组功能，因此基于labview平台将所获取的mms报文按其数据模型进行分解，形成一系列的数据，并按照scada数据模型选取相应的有效数据，对比数据的数据类型并将不同数据类型的进行转换，最后按照scada数据模型将解析出的数据进行重组并形成相应的报文发生，从而实现iec61850报文与scada系统6之间的数据传输，实现了智能变电站二次回路中的iec61850配置文件的接收和有效解析，并将解析出的scada系统6所需有效信息进行重组配置形成相应的报文供scada系统6使用，对scada系统6数据信息接口的研究提供了一种新的方法；该数据接口装置基于labview软件平台与crio平台开发的，两种配合实现图形化编程技术进行嵌入式系统的开发，具有良好的抗干扰能力、坚固的结构、稳定的性能且可扩展。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。