支持IEC61850标准的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法

摘要

本发明涉及一种支持IEC61850标准的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法；本发明提出的建模方法在设计模型中的IED时避开了装置本身，将一台前置通信机设为IED，这台前置通信机和系统中的测控装置进行远程通信，采集测量数据；主站系统或其它61850装置通过这台前置通信机和系统模型中的其它逻辑设备、逻辑节点进行互操作。这种方法不仅解决了这类SCADA系统因通信条件在实现61850接口方面的难题，也完整的实现了这类SCADA系统的元素与IEC61850定义的IED、逻辑设备、逻辑节点、数据对象之间的对应，从而可以利用标准的61850建模工具对这类SCADA系统进行61850建模。

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持IEC61850标准的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法。

背景技术

传统的一些非实时SCADA系统（如水情自动测报系统、自动气象监测系统）的测控装置往往安装在野外，装置和主站系统之间不具备网络信道，一般采用超短波、短消息、卫星等通信方式传输数据，因此单个装置无法作为一个IED和主站系统之间实现61850通讯。本专利提出的一种支持IEC61850标准的IED对象建模方法，使传统的野外非实时SCADA系统可以在IEC61850通讯规约的基础上和主站系统或其它61850智能化装置实现无缝对接，解决了这些SCADA系统的装置因不具备网络传输信道不能和其它61850装置或主站系统直接进行互操作的问题。

IEC61850通讯规约最初被设计用来满足数字化变电站内不同厂商的自动化装置之间互操作的需求，由于其良好的开放性和面向对象的设计思想，IEC61850已逐步推广到其它与自动化集控相关的行业中，尤其以近年来在智能化水电厂中的应用为代表。

在水电厂中，不同的专业有各自独立的SCADA系统，这些SCADA系统承担不同的生产或管理任务，为水电厂人员提供必要的信息。例如计算机监控系统负责实时监测水轮机组状态和机组负荷，控制电力开关柜动作等；水情自动测报系统负责采集水库流域内的代表性水文站点的水雨情信息。随着水电厂对信息综合应用需求的提高，各个独立的SCADA系统之间也逐步实现了数据交互，例如水情自动测报系统采集的水位数据提供给监控系统，监控系统根据该数据判断是否进行闸门的启闭。

以往各个SCADA系统的对外通信接口并没有统一的标准可以遵循，因此这导致水电厂各SCADA系统之间数据通信接口较为混乱，同一个水电厂中可能有多种通讯规约存在，例如IEC101、IEC104、Modbus等，甚至是一个SCADA系统中，也可能为了与其它多个SCADA系统进行交互，开发多个不同的规约代码。而IEC61850在水电厂的推广应用，有望将各SCADA系统在数据通讯接口层面进行统一，从而结束这种混乱的局面。

在水电厂这些SCADA系统中，计算机监控系统、调速励磁系统、五防系统、故障录波系统、同期系统等包含的测控装置和数字化变电站中的自动化装置类似，都是对相应传感器进行快速实时测量并传输测量结果，并且这些装置都安装在水电厂内部，装置与装置、装置与主站系统之间方便架设有线通信线路，因此这些系统的装置可以很方便的基于IEC61850规约进行对象建模与代码开发，每个装置可以单独作为一个IED进行61850建模工作，而装置中的某个类型的测点可以作为一个逻辑节点。但是对于水情自动测报系统、自动气象监测系统这些非实时SCADA系统来说，系统的测控装置一般安装在野外，考虑到建设成本、设备功耗等因素，装置和主站之间无法架设有线网络，装置采集的数据一般通过超短波、短消息、卫星等通信方式将数据传输到主站。而IEC61850要求装置和主站、装置和装置之间采用有线网络进行通信，因此这些系统的装置无法和主站系统或其它装置之间直接采用IEC61850规约进行交互。

目前水电厂进行智能化改造的主要内容就是对各SCADA系统在61850基础上进行通讯接口的统一，以便对各SCADA系统采集的信息进行更加高效的管理和应用，减少以往因接口不统一造成的重复开发。但对于诸如水情自动测报系统、自动气象监测系统这些非实时SCADA系统，由于装置所处位置和通信条件的特殊性，使得装置无法按照传统的IED对象定义进行61850建模。因此在一些水电厂改造过程中，这些系统和其它SCADA系统或主站系统之间还是沿用了老的数据通讯接口，如IEC104、文件交换、数据库共享表等。

如果水电厂在智能化改造过程中这些野外非实时SCADA系统维持其原有的对外通信接口不变，从技术层面看，主站系统和所有与之进行数据交互的其它SCADA系统还需要保留这些旧的通信接口程序，无疑对已经应用61850通讯规约的系统是一种浪费，并且还有可能造成这些系统的性能和可靠性的降低。对整个智能水电厂综合管控系统来说，采用非61850通信接口的SCADA系统也会成为系统运行效率的一个瓶颈。

此外当新的SCADA系统被引入水电厂并且要和保留旧接口的系统交互时，也必须遵循旧的接口协议。对于新系统的施工方来说，这意味着在系统建设时需要和这些保留旧接口的系统建设方进行大量的联调工作。如果SCADA厂家都采用统一的通信接口，无论是新系统建设方还是水电厂的运行管理人员，调试工作量就会小很多。   

发明内容

本发明提出了一种针对支持IEC61850标注的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法，使这些SCADA系统也可以采用61850规约和主站系统或其它支持61850规约的装置进行互操作，使得水电厂智能化改造时统一各SCADA系统的通信接口成为可能。同时本专利提出的这种建模方法不仅仅适用于水电厂的野外非实时SCADA系统，也适用于其它行业的类似SCADA系统。

为了达到以上目的，本发明的主要技术内容如下：

一种支持IEC61850标准的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法，包括以下步骤：

（1）对一个野外非实时SCADA系统，设立一个前置通信机；

（2）将前置通信机作为61850标准模型中的一台IED；

（3）将SCADA系统中的测控装置按功能类型划分为该IED下的不同类别的逻辑设备；

（4）对某类逻辑设备中的单个测控装置，设为该逻辑设备下的一个61850逻辑节点；

（5）对某个逻辑节点的一个测量数据点或与该逻辑节点相关的工作参数，设为该逻辑节点下的一个61850数据对象；

（6）按照步骤（2）～（5）建立针对该SCADA系统的模型后，将模型对应的文件放置在前置通信机中，前置通信机运行61850服务程序，在程序启动时加载该文件；主站系统或其它支持61850通讯规约的SCADA系统和该系统进行互操作时，通过访问前置通信机，可以获取某个测量点的数据；主站系统需要修改该SCADA系统中某个测控装置的工作参数时，也可以直接设置某个参数对应的数据对象的数据，前置通信机收到主站的请求后，将该请求转换为基于远程信道的参数设置报文，并通过远程信道发送给测控装置。

上述步骤（1）中的前置通信机满足以下要求：

（a）可以与SCADA系统中野外的测控装置通过特定的传输信道进行通信，接收测控装置发送的原始测量数据或对测控装置的工作参数进行远程修改；所述特定的传输信道包括超短波、短消息及卫星；

（b）前置通信机必须包含一个或多个网络接口；

（c）前置通信机必须安装在具备网络通信条件的地方，可以通过网络访问主站系统或其它SCADA系统。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明提出的建模方法在设计模型中的IED时避开了装置本身，将一台前置通信机设为IED，这台前置通信机和系统中的测控装置进行远程通信，采集测量数据；主站系统或其它61850装置通过这台前置通信机和系统模型中的其它逻辑设备、逻辑节点进行互操作。这种方法不仅解决了这类SCADA系统因通信条件在实现61850接口方面的难题，也完整的实现了这类SCADA系统的元素与IEC61850定义的IED、逻辑设备、逻辑节点、数据对象之间的对应，从而可以利用标准的61850建模工具对这类SCADA系统进行61850建模。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为实施例1的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

一种支持IEC61850标准的野外非实时SCADA系统IED对象建模方法，包括以下步骤：

（1）对一个野外非实时SCADA系统，设立一个前置通信机；

（2）将前置通信机作为61850标准模型中的一台IED；也就是说，一个这种野外非实时的SCADA系统中，只有一个IED；

（3）将SCADA系统中的测控装置按功能类型划分为该IED下的不同类别的逻辑设备；

（4）对某类逻辑设备中的单个测控装置，设为该逻辑设备下的一个61850逻辑节点；

（5）对某个逻辑节点的一个测量数据点或与该逻辑节点相关的工作参数，设为该逻辑节点下的一个61850数据对象；

（6）按照步骤（2）～（5）建立针对该SCADA系统的模型后，将模型对应的文件放置在前置通信机中，前置通信机运行61850服务程序，在程序启动时加载该文件；主站系统或其它支持61850通讯规约的SCADA系统和该系统进行互操作时，通过访问前置通信机，可以获取某个测量点的数据；主站系统需要修改该SCADA系统中某个测控装置的工作参数时，也可以直接设置某个参数对应的数据对象的数据，前置通信机收到主站的请求后，将该请求转换为基于远程信道的参数设置报文，并通过远程信道发送给测控装置。

上述步骤（1）中的前置通信机满足以下要求：

（a）可以与SCADA系统中野外的测控装置通过特定的传输信道进行通信，接收测控装置发送的原始测量数据或对测控装置的工作参数进行远程修改；所述特定的传输信道包括超短波、短消息及卫星；

（b）前置通信机必须包含一个或多个网络接口；

（c）前置通信机必须安装在具备网络通信条件的地方，可以通过网络访问主站系统或其它SCADA系统。

实施例1：以一个水情自动测报系统为例，如图1所示，

（1）首先设立一个前置通信机。

（2）将前置通信机作为61850标准模型中的一台IED。

（3）将SCADA系统中的测控装置按功能类型划分为该IED下的不同类别的逻辑设备；针对水情自动测报系统，雨量测量装置和水位测量装置分别设为一种61850逻辑设备。如果装置既有雨量测量、又包含水位测量功能，则可设为另外一种61850逻辑设备。

（4）对某类逻辑设备中的单个测控装置，设为该逻辑设备下的一个61850逻辑节点。

（5）对某个逻辑节点的一个测量数据点或与该逻辑节点相关的工作参数，设为该逻辑节点下的一个61850数据对象；针对水位测量逻辑节点，可能包括水位实际值、温度、工作电压、水位基值、传感器分辨率、传感器预热时间、采样次数等多个参数。如果这些参数都需要能够被其它系统通过61850规约访问，那么就要为需要交互的这些参数都定义一个61850数据对象。

（6）按照步骤（2）～（5）建立针对该SCADA系统的模型后，将模型对应的文件放置在前置通信机中，前置通信机运行61850服务程序，在程序启动时加载该文件；主站系统或其它支持61850通讯规约的SCADA系统和该系统进行互操作时，通过访问前置通信机，可以获取某个测量点的数据；主站系统需要修改该SCADA系统中某个测控装置的工作参数时，也可以直接设置某个参数对应的数据对象的数据，前置通信机收到主站的请求后，将该请求转换为基于远程信道的参数设置报文，并通过远程信道发送给测控装置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。