基于嵌入式系统的IEC 61850网关的研究与实现——对象模型类服务

摘要

IEC61850标准是目前关于变电站通信网络和系统的最新国际标准，IEC61850具有分层、面向对象统一建模、不同网络的适应能力等优点，该标准以后将成为变电站自动化系统通信的唯一国际标准。在本研究中，介绍了IEC61850标准的体系结构和特点，分析了IEC61850标准的核心思想和工程实现方法。 网关是变电站自动化通信系统中的重要设备，旨在解决异构网络之间不同协议的转换。由于当前电力系统变电站设备大多采用面向点的电力规约如IEC60870-5-103规约（以后简称IEC103规约），本文把它作为传统规约的代表，以研究IEC61850标准为目的，研究了IEC103规约向IEC61850标准转换的理论，并设计了IEC61850网关的软件结构。 制造报文规范（MMS）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。IEC61850标准在技术上的一个显著特点就是使用了MMS，其底层直接映射到MMS。本文对这两个标准的体系结构、信息模型和服务模型进行了分析，设计了基于MMS的IEC61850网关软件模型。在网关的实现过程中，IEC61850抽象通信服务接口（ACSI）所提供的服务到MMS服务的映射是解决数据通信最关键的一步，抽象通信服务接口不但提供了对象模型类服务还提供了报告和控制类服务，本研究主要讨论对象模型类服务的映射实现部分。本文建立了网关的IEC61850对象模型，详细给出了IEC61850对象模型和MMS协议栈的映射原理，对对象模型类服务映射的各种情况进行了分析，同时，本文也提出了IEC61850和IEC60870-5-103协议的映射原理，最后针对嵌入式IEC61850网关进行了实际工程的应用研究。本研究在嵌入式技术的飞速发展基础上提出了嵌入式化IEC61850网关的解决方案，并搭建了该网关的嵌入式系统平台。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作和章节安排

第2章 面向对象的变电站通信网络与系统—IEC 61850

2.1 IEC 61850的历史背景

2.2 IEC 61850的体系结构

2.3 IEC 61850的核心思想

2.3.1核心思想1

2.3.2核心思想2

2.3.3核心思想3

2.4 IEC 61850核心思想的实现方法

2.4.1 IEC 61850的建模方法

2.4.2 IEC 61850的通信方法

2.4.3 IEC 61850的工程方法

2.5本章小结

第3章 基于MMS的IEC 61850网关设计

3.1MMS简介

3.2 IEC 61850网关系统网络结构

3.3基于MMS的IEC 61850网关软件设计

3.3.1 IEC 61850网关软件功能角色

3.3.2 IEC 61850网关软件模块介绍

3.4 IEC 61850对象模型的建立

3.4.1 IEC 61850对象模型树形结构设计

3.4.2 IEC 61850对象模型类设计

3.5本章小结

第4章对象模型类服务分析

4.1 ACSI的通信方法

4.2 ACSI对象模型类服务

4.2.1服务器(Server)类相关服务

4.2.2应用关联类(Application Association)相关服务

4.2.3逻辑设备类(Logical Device)相关服务

4.2.4逻辑节点类(Logical Node)相关服务

4.2.5数据类(Data)相关服务

4.2.6文件类(File)相关服务

4.3 MMS通信协议体系在IEC 61850中的应用

4.4 IEC 61850中使用的删S对象模型和服务分析

4.4.1 VMD模型和服务

4.4.2环境和通用管理服务

4.4.3域管理服务

4.4.4变量访问服务

4.4.5文件管理服务

4.5本章小结

第5章IEC 61850网关通信协议栈映射设计

5.1通信协议栈映射

5.2 IEC 61850对象模型与MMS协议栈映射设计

5.3 ACSI到MMS的映射分析

5.3.1基本数据类型映射

5.3.2对象类模型映射

5.3.3 ACSI服务的删S映射

5.4对象模型类服务的映射实现

5.5 IEC 60870-5-103协议栈映射设计

5.5.1 IEC 60870-5-103原理介绍

5.5.2 IEC 61850对象模型与IEC 103协议栈映射设计

5.6本章小结

第6章IEC 61850网关应用研究

6.1网关系统工程应用介绍

6.2 IEC 61850网关运行流程

6.3对象模型类服务实现图示

6.4测试和性能分析

6.5本章小结

第7章IEC 61850网关嵌入式化系统平台的构建

7.1基于PowerPC的嵌入式网关硬件平台

7.1.1 MPC8248处理器简介

7.1.2基于MPC8248的EP8248E开发板

7.2基于MPC8248的嵌入式Linux开发环境的构建

7.2.1嵌入式Linux简介

7.2.2嵌入式Linux开发流程

7.2.3嵌入式Linux开发环境的搭建

7.3嵌入式linux在EP8248E开发板上的移植

7.3.1嵌入式Linux内核

7.3.2 Linux内核的裁剪和移植

7.3.3嵌入式Linux根文件系统的建立

7.3.4在EP8248E开发板上运行嵌入式Linux

7.4本章小结

第8章总结与后续工作

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果