CN106302485A - Opc标准与电力远动协议的双向转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OPC标准与电力远动协议的双向转换系统，要解决的技术问题是方便采用不同通信协议的设备之间信息交互。本发明采用以下技术方案:一种OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,设有OPC协议模块、标准消息处理模块、IEC协议模块和实时数据模块。本发明与现有技术相比，采用标准消息，用标准消息处理模块处理和分发标准消息，使OPC协议模块与IEC104协议模块进行数据交互，完成协议转换，方便使用OPC工业控制标准的设备接入电力监控网络。

Description

OPC标准与电力远动协议的双向转换系统

技术领域

本发明涉及一种电力通信系统,特别是一种智能变电站的OPC标准与电力通信协议的转换系统。

背景技术

OPC协议为用于过程控制的OLE(OLE for Process Control)，以美国微软公司的对象连接与嵌入OLE(Object Linking and Embedding)技术为基础，是一种广泛应用于工业自动化领域的实时数据交换标准(工业控制标准)。随着电力领域自动化程度的不断加深，越来越多的自动化设备投入使用，现有的设备也变得越来越智能。然而，众多的自动化设备提供方便可靠的电力运行管理的同时，通信协议的多样性也使得设备的互联互通变得更加困难。为应对这一难题，电气和电子工程师协会IEEE先后制定了国际电工委员会IEC(International Electro technical Commission)101、IEC103、IEC104和IEC 61850电力通信协议。

随着电力技术的发展，包括诸如新能源发电的应用，电力自动化领域向广度和深度的发展日新月异，越来越多的自动化设备开始使用OPC工业控制标准,但存在采用不同的通信协议而造成设备之间信息交互困难的不足。为了便于使用OPC工业控制标准的设备接入电力监控网络，OPC标准与IEC电力通信协议之间的转换迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种OPC标准与电力远动协议的双向转换系统，要解决的技术问题是方便采用不同通信协议的设备之间信息交互。

本发明采用以下技术方案:一种OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,设有OPC协议模块、标准消息处理模块、IEC协议模块和实时数据模块；

所述OPC协议模块接收OPC设备发来的OPC协议数据信息，生成标准消息，发送至标准消息处理模块；IEC协议模块生成的IEC协议数据信息的标准消息经标准消息处理模块，由OPC协议模块接收，将其解析为OPC协议数据，发送至OPC设备；

所述标准消息处理模块用标准消息流连接OPC协议模块与IEC协议模块,使OPC协议模块与IEC104协议模块进行数据交互，完成协议转换；标准消息处理模块将来自OPC协议模块的OPC设备实时标准消息发送至实时数据模块；

所述IEC协议模块接收上位机的IEC协议数据信息，生成标准消息后发送至标准消息处理模块；OPC协议模块生成的OPC协议数据信息的标准消息经标准消息处理模块，由IEC协议模块接收并解析为IEC协议数据，发送至上位机；

所述实时数据模块接收标准消息处理模块的OPC设备实时标准消息，更新实时数据，根据IEC协议模块的请求，通过标准消息处理模块向IEC协议模块发送实时数据；

所述标准消息为标准消息处理模块、OPC协议模块、IEC协议模块、实时数据模块进行通信交互的统一信息格式，设有数据成员和方法成员；

所述实时数据为OPC设备的实时四遥数据和通信状态。

本发明的数据成员为消息ID、消息源设备信息、消息目的设备信息、消息类型、消息数据、消息产生原因、消息处理状态、消息发生时间、消息有效时长。

本发明的方法成员为解析组件和生成组件，用于对数据成员中的消息数据进行解析和生成转换处理。

本发明的OPC协议模块利用生成组件将OPC设备发来的OPC协议数据信息转换为标准消息，OPC协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为OPC协议数据信息；所述IEC协议模块利用生成组件将上位机的IEC协议数据信息转换为标准消息，IEC协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为IEC协议数据信息。

本发明的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有历史数据模块，用于接收标准消息处理模块的事件类型的标准消息，调用解析组件对消息数据解析，获得事件数量和事件内容信息，将事件信息写入到历史数据模块中。

本发明的历史数据为OPC设备的运行信息：遥测越限告警、遥信变位、遥控记录和通信中断。

本发明的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有数据库组态配置模块和运行参数模块；所述数据库组态配置模块用于工程实施人员对OPC标准与电力远动协议的双向转换系统的运行参数进行输入配置，将配置后的运行参数保存于运行参数模块，OPC标准与电力远动协议的双向转换系统运行时，运行参数模块向OPC协议模块、IEC协议模块、标准消息模块和实时数据模块提供运行参数。

本发明的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有人机界面模块，用于接收来自标准消息处理模块的事件类型的标准消息形成告警事件信息，对运维人员进行四遥数据信息和告警信息展示。

本发明的历史数据模块为人机界面模块提供历史记录的查询接口。

本发明的实时数据模块对接收到的标准消息借助解析组件进行解析，获取标准消息的消息数据中的实时信号值，更新对应的实时四遥信息；所述IEC协议模块或人机界面模块在需要实时数据时,将需要的请求信息传递至标准消息处理模块，标准消息处理模块将遥测类型、遥信类型和遥脉类型的标准消息传递至实时数据模块，实时数据模块根据获取数据的该标准消息,借助解析组件进行解析，将所需信号的实时值借助生成组件写入到标准消息的消息数据中，将写入了实时值的标准消息经标准消息处理模块发送至IEC协议模块或人机界面模块。

本发明与现有技术相比，采用标准消息，用标准消息处理模块处理和分发标准消息，使OPC协议模块与IEC104协议模块进行数据交互，完成协议转换，方便使用OPC工业控制标准的设备接入电力监控网络。

附图说明

图1是本发明的系统应用场景图。

图2是本发明的系统结构图。

图3是本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本实施例以IEC104协议为例，来说明本发明的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统针对电力行业常用通信协议与OPC协议(标准)之间的转换。本文中,使用OPC协议的采集设备称为OPC设备，使用IEC104通信协议并且与OPC设备通信的监测设备称为上位机(监控上位机，监测设备,远动装置)，协议转换系统为连接OPC设备和上位机的装置。

如图2所示，本发明的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统(协议转换系统，系统，协议转换器)，采用工业级服务器或工作站，采用操作系统Windows10或Windows Server2012实现,操作系统之上顺序为数据库层、协议转换层和应用层。

数据库层用于存储运行参数、历史数据和实时数据。数据库层设有关系型数据库模块和实时数据模块。关系型数据库模块设有运行参数模块和历史数据模块。运行参数和历史数据分别存储于运行参数模块和历史数据模块中，实时数据存储于实时数据模块中。

运行参数为智能变电站(变电站)中的OPC设备参数和上位机参数。

OPC设备参数用于协议转换系统与OPC设备之间的数据交互，包括OPC设备的四遥信息(遥测、遥信、遥脉和遥控)和OPC设备的通信参数。

OPC设备的四遥信息分别存储于运行参数模块的全站四遥信号表中，全站四遥信号表为全站遥测信号表、全站遥信信号表、全站遥脉信号表和全站遥控信号表。每一信号的属性有信号ID、所属OPC设备ID、条目ID、数据类型、时标、信号名称和值。其中，信号ID为正整数，用于区分存储于全站四遥信号表中的信号，同类型的信号具有不同的信号ID，比如遥测信号有10个，其信号ID从1到10；若遥信信号也有10个，其信号ID也是从1到10。对于同类型信号比如遥测信号，其信号ID就不能有重复。但不同类型的信号ID是可以重复的，比如即使有了信号ID为1的遥测信号，也可以再有信号ID为1的遥信信号。因为遥测信号和遥信信号分别放置于全站遥测信号表和全站遥信信号表中，所以这两种信号的信号ID可以相同。区分不同类型的信号通过全站四遥信号表进行，区分同类型的信号则通过信号ID来进行。所属OPC设备ID为正整数，不同OPC设备的ID具有唯一性(不同)；条目ID用来确定信号ID对应的OPC设备中的具体信号，由OPC设备厂家定义；数据类型包括布尔型、整型和浮点型；时标是指最近一次更新该信号值的时间，精确到毫秒。根据信号ID、条目ID和所属OPC设备ID的关系，协议转换系统的OPC协议模块便可对OPC信号进行读取和更新。

OPC设备的通信参数存储于运行参数模块的OPC设备信息表中，包含OPC设备ID、OPC设备IP地址和OPC设备名称。

上位机参数用于协议转换系统与上位机之间的数据交互，包括所要监测的OPC设备四遥信息和上位机通信参数。

所要监测的OPC设备四遥信息需要分别从全站四遥信号表中进行选择，分别组成上位机遥测信号表、上位机遥信信号表、上位机遥脉信号表和上位机遥控信号表(上位机四遥信号表)，存储于运行参数模块。上位机四遥信号表中的信号属性包括信号序号和信号ID。其中，四种类型信号表的信号序号都从1开始，依次递增；信号ID则是分别从全站四遥信号表中选择出来的信号的信号ID。

上位机通信参数存储于运行参数模块的上位机信息表中，包括上位机ID、上位机IP地址、监视端口号、IEC104规约规定的主站地址(上位机地址号)和子站地址(上位机分配的，代表协议转换系统的地址号)。其中，上位机ID为正整数，不同上位机的上位机ID具有唯一性(不同)。

运行参数的作用为：OPC设备的通信参数和上位机通信参数用于协议模块分别与OPC设备、上位机间建立通信连接。全站四遥信号表的信息用于OPC协议模块向OPC设备进行数据读写信号(只有遥控信号需要写)操作，OPC协议模块使用信号属性中的条目ID向OPC设备读写信号操作。上位机四遥信号表的信息用于IEC104协议模块向上位机发送遥测、遥信和遥脉信息，接收上位机的遥控信息。上位机通过上位机四遥信号表中的信号序号获取四遥信息，IEC104协议模块根据上位机发送来的序号确定对应的信号ID，再将该信号ID通过标准消息模块传递到OPC协议模块，获取对应OPC设备的条目ID的信号信息。

历史数据为OPC设备的运行信息：遥测越限告警、遥信变位、遥控记录和通信中断。

实时数据为OPC设备的实时四遥数据和通信状态，通信状态为协议转换系统与OPC设备之间的连接状态，包括通信正常和通信中断。协议转换系统采用OPC设备信息表中的通信参数信息与OPC设备进行通信连接。

协议转换层用于协议之间数据的生成、解析、转换、实时数据的更新和获取。协议转换层设有协议模块和标准消息处理模块。协议模块包括OPC协议模块、IEC104协议模块和其它协议模块。对于其它协议模块,本实施例的系统采用插件式模块，可以按需灵活地添加诸如IEC103和IEC61850协议模块，以便支持OPC协议与其它常用IEC通信协议间的转换。

应用层用于协议转换系统运行参数配置和人机界面展示，设有数据库组态配置模块和人机界面模块。数据库组态配置模块用于工程实施人员设置协议转换系统的运行参数，并将运行参数保存于数据库层的运行参数模块中。人机界面模块用于协议转换系统运行时的数据信息展示，包括显示当前的实时四遥信息和告警信息，并提供查询历史数据模块中的历史数据的显示界面。

数据库组态配置模块用于工程实施人员对协议转换系统的运行参数进行输入配置，并将配置后的运行参数保存于运行参数模块。协议转换系统运行时，运行参数模块向OPC协议模块、IEC104协议模块、标准消息模块和实时数据模块提供运行参数。

人机界面模块经标准消息处理模块读取实时数据模块的实时数据，并接收来自标准消息处理模块的事件类型的标准消息形成告警事件信息，对运维人员进行四遥数据信息和告警信息展示。

标准消息为标准消息处理模块、OPC协议模块、IEC104协议模块、实时数据模块、历史数据模块和人机界面模块(六个模块)进行通信交互的统一信息格式。

标准消息包括数据成员和方法成员，数据成员和方法成员可以被六个模块所共用。本实施例中，数据成员的具体组成为：消息ID、消息源设备信息、消息目的设备信息、消息类型、消息数据、消息产生原因、消息处理状态、消息发生时间、消息有效时长。其中，消息ID为正整数，不同的标准消息具有不同的消息ID值，新产生的标准消息的消息ID值为当前最大消息ID值递增加1，消息ID用于识别标准消息；消息源设备和消息目的设备为设备类型和设备ID，用于从OPC设备信息表或上位机信息表中查找具体设备的通信参数；消息类型包含召唤上位机遥测信号表中的所有遥测信号和上位机遥信信号表中的所有遥信信号的总召唤消息(总召唤)、遥测消息、遥信消息、遥脉消息、遥控消息和事件类型消息；消息数据为总召唤信息、四遥信息和事件信息，使用字符数组进行标识存储，由生成组件和解析组件进行生成和解析,生成组件将总召唤信息、四遥信息和事件信息转换为字符数组，解析组件再将字符数组转换为总召唤信息、四遥信息和事件信息，字符数组有利于处理不同类型的消息数据；消息产生原因为周期上送、突发上送和总召唤；消息的处理状态为等待处理、处理中、完成处理、错误、超时和拒绝；消息发生时间是生成标准消息的时间；消息有效时长是指处理过程必须要在该时间内完成，否则会因超时而失败。

方法成员为解析组件和生成组件，用于对数据成员中的消息数据进行解析和生成处理。OPC协议模块利用生成组件将OPC设备发来的OPC协议数据信息转换为标准消息，OPC协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为OPC协议数据信息。IEC104协议模块利用生成组件将上位机的IEC协议数据信息转换为标准消息，IEC104协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为IEC协议数据信息。历史数据模块接收标准消息处理模块的事件类型的标准消息后，利用解析组件对消息数据进行解析。

生成组件在生成总召唤类型的标准消息的消息数据时，根据传递进来的上位机遥测信号表和遥信信号表(总召唤标准消息在IEC104模块产生，且只召唤上位机遥测信号表和遥信信号表中的所有信号)，在字符数组的前八个字节依次存储全部遥测的数量(占四个字节)和全部遥信的数量(占四个字节)，按照上位机遥测信号表中的信号序号升序依次存储遥测信号的信号ID，存储完成全部遥测信号的信号ID之后，再按照上位机遥信信号表中的信号序号升序依次存储全部遥信的信号ID，直至存储完成全部遥信信号，其中，每个信号ID占用四个字节。对于遥测类型、遥信类型、遥控类型或遥脉类型的标准消息，生成组件将遥测、遥信、遥控或遥脉四种信号的属性转换为字符数组，属性包括信号ID、信号值、信号质量和信号时标；前四个字节存储信号的数量，之后依次是第一个信号的信号ID、信号值、信号质量和信号时标，后续信号依此类推，直到存储完成标准消息所携带的所有信号，其中信号ID、信号值和信号质量都是四个字节，信号时标为8个字节。对于事件类型标准消息，其消息数据包含事件文字信息，其中前四个字节存储事件信息的数量，后面则依次存储每条事件文字信息，每条文字信息以C语言的空白字符串结尾。

解析组件根据标准消息类型来确定消息数据类型，之后进行解析。对于总召唤类型，首先根据前八个字节分别获取全部遥测数量和全部遥信数量，再依次获取所有遥测信号的信号ID值和所有遥信信号的信号ID值。对于遥测类型、遥信类型、遥控类型或遥脉类型的标准消息，先根据前四个字节获取信号数量，之后根据数量依次读取字符数组并转换成信号的属性值，从而获取信号的信号ID、信号值、信号质量和信号时标。对于事件类型的标准消息，先根据前四个字节获取事件数量，之后根据数量依次读取事件的文字信息。

标准消息处理模块是系统的核心模块，其使用标准消息流来连接OPC协议模块与IEC104协议模块，起着承接作用，以使OPC协议模块与IEC104协议模块进行数据交互，完成协议转换。

如图3所示，标准消息在协议模块之间的传递过程，称为标准消息流路径。沿图3中OPC设备至上位机(监测设备)实线表示的标准消息流路径方向，连接在协议转换系统上的所有OPC设备发送来的数据信息，经过OPC协议模块转换为标准消息，送至标准消息处理模块。标准消息处理模块按消息类型对标准消息进行处理。若标准消息是遥测类型或遥信类型，首先将该标准消息发送至实时数据模块和人机界面模块，分别用于数据更新和展示；其次，使用解析组件将标准消息所携带的遥测信号或遥信信号读取出来，再对这些信号进行遥测越限或遥信变位判断，若有遥测越限或遥信变位，则将这些信号挑选出来，分别生成产生原因为突发的遥测类型标准消息或遥信类型的标准消息并发送至IEC104协议模块,实现突发上送功能；生成事件类型标准消息发送至人机界面模块,实现告警展示功能，同时发送至历史记录模块,实现历史记录功能。若标准消息是遥脉类型，直接发送至实时数据模块和人机界面模块,进行实时数据更新和展示。若标准消息是遥控操作类型，先直接发送至IEC104协议模块，再根据消息处理状态，如完成处理、错误、超时和拒绝，来生成事件类型的标准消息并发送至人机界面模块和历史记录模块，其中，事件类型标准消息的消息数据中包含遥控操作结果的事件文字信息。

与之反向，沿图3中上位机至OPC设备虚线表示的标准消息流路径方向，上位机发送来的数据信息，经过IEC104协议模块转换为标准消息，送至标准消息处理模块。IEC104协议模块发送到标准消息处理模块的标准消息包括总召唤类型、遥控类型和遥脉类型。对于总召唤类型，标准消息处理模块调用解析组件，获取上位机遥测信号表中的全部遥测信号ID和上位机遥信信号表中的全部遥信信号ID，根据遥测信号ID和遥信信号ID，从实时数据模块获取信号值，生成遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息，并将全部遥测信号属性和全部遥信信号属性借助生成组件分别写入到这两个标准消息的消息数据中，标准消息处理模块将这两个标准消息发送至IEC104协议模块。从上位机发送来的标准消息，只有遥控类型的标准消息会按照本段所述路径流入到OPC协议模块；对于遥测和遥信，直接从协议转换系统进行获取，也就是只在标准消息处理模块进行处理就行了，而不需要通过OPC协议模块从OPC设备处获得，因为协议转换系统一直在跟OPC设备进行通信，因此，协议转换的数据就是当前OPC设备的数据。对于遥控类型，标准消息处理模块调用解析组件获取到遥控信号的信号ID值，从全站遥控信号表中查询到该遥控信号对应的OPC设备，并将标准消息的消息目的设备设置为该OPC设备的参数，发送至OPC协议模块。对于遥脉类型，标准消息处理模块调用解析组件获取到遥脉信号ID，从实时数据模块获取对应的遥脉信号实时值，将标准消息中的遥脉值借助生成组件进行写入更新，最后发送至IEC104协议模块。

OPC协议模块接收到运行参数模块的OPC设备以条目ID区分的数据信息之后，根据全站四遥信息表中的所属OPC设备ID、条目ID和信号ID之间的关系，将条目ID转换为信号ID，生成遥测类型、遥信类型、遥脉类型和遥控类型的标准消息，并利用生成组件将四遥信息分别转换为对应类型的消息数据，同时将消息状态置为等待处理，随后发送至标准消息处理模块。标准消息的源设备为当前发送数据信息的OPC设备，若是遥控类型的标准消息，则目的设备为原来的源设备信息，因为遥控类型的消息一定是OPC协议模块经由标准消息处理模块从IEC104协议模块接收得到的，而该消息发送过来时会带有源设备信息。对于遥测类型、遥信类型和遥脉类型的标准消息，无需确定目的设备信息。

IEC104协议模块接收上位机的总召唤、遥脉召唤和遥控操作信息。

对于总召唤，IEC104协议模块生成总召唤类型的消息，其中生成组件产生的消息数据中有上位机遥测信号表中的全部遥测信号的信号ID和上位机遥信信号表中的全部遥信信号的信号ID，之后发至标准消息处理模块进行处理。标准消息处理模块首先借助解析组件解析出所有遥测信号ID和遥信信号ID，并向实时数据模块读取这些信号的数据，读取完成后生成遥测类型和遥信类型的标准消息，并调用生成组件将遥测实时值和遥信实时值分别写入到遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息的消息数据中，最后将生成的两个消息发送至IEC104协议模块，IEC104协议模块再将遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息的消息数据进行解析，并转换成IEC104协议数据上送至上位机，以完成总召唤响应。

对于遥脉召唤，IEC104协议模块生成遥脉类型的标准消息，同时借助生成组件根据上位机遥脉信号表来生成消息数据，之后发至标准消息处理模块。标准消息处理模块首先借助解析组件解析出所有遥脉ID，并向实时数据模块读取这些信号的数据，读取完成后借助生成组件对该标准消息的消息数据进行写入实时值操作，最后将生成的标准消息发送至IEC104协议模块，IEC104协议模块再将遥脉类型的标准消息的消息数据进行解析，转换成IEC104协议数据上送至上位机，以完成遥脉类型的响应。

遥控操作则是IEC104协议模块根据上位机发送来的信号序号和上位机遥控信号表，找到对应的遥控信号的信号ID，并生成遥控类型的标准消息，将标准消息的源设备信息设置为当前上位机信息，且该标准消息的消息数据中包含遥控信号的信号ID信息，同时将标准消息状态置为等待处理。

标准消息处理模块用于标准消息的处理和分发。标准消息处理模块接收到来自IEC104协议模块的标准消息类型分为总召唤类型、遥脉类型和遥控类型三种。

对于总召唤类型，标准消息处理模块调用解析组件，获取上位机遥测信号表中的全部遥测信号的信号ID和上位机遥信信号表中的全部遥信信号的信号ID，从实时数据模块查询这些信号的实时值，生成包含这些实时值的遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息，随后转发至IEC104协议模块。

对于遥脉类型的标准消息，标准消息处理模块调用解析组件，获取上位机遥脉信号表中的全部遥脉信号的信号ID，从实时数据模块查询到这些遥脉信号的实时值，利用生成组件将这些实时值写入到消息数据中，转发至IEC104协议模块。

对于遥控类型的标准消息，调用解析组件，获取遥控信号ID，从全遥控信号表中查询得到目标OPC设备的设备ID，设置标准消息中的目的设备信息，将该标准消息转发至OPC协议模块。

标准消息处理模块接收来自OPC协议模块的标准消息,其类型包括遥测类型、遥信类型、遥脉类型和遥控类型。对于这四类标准消息，首先调用解析组件进行解析，以获取对应类型的信号信息。对于遥测类型或遥信类型的标准消息，首先将该标准消息发送至实时数据模块和人机界面模块，分别用于数据更新和展示；其次，使用解析组件将标准消息所携带的遥测信号或遥信信号读取出来，再对这些信号进行遥测越限或遥信变位判断，若有遥测越限或遥信变位，则将这些信号挑选出来，分别生成消息产生原因为突发的遥测类型标准消息或遥信类型的标准消息发送至IEC104模块，生成事件类型标准消息发送至人机界面模块和历史记录模块，分别实现突发上送、告警展示和历史数据记录的功能。在生成事件类型的标准消息时，标准消息处理模块会根据遥测或遥信信号的信号名称和所属OPC设备来生成事件文字信息，将这些信息借助生成组件写入到事件类型标准消息的消息数据中。若标准消息是遥脉类型，直接发送至实时数据模块和人机界面模块进行实时数据更新和展示。

若标准消息是遥控操作类型，直接发送至IEC104协议模块，并根据消息处理状态，如完成处理、错误、超时和拒绝，来生成事件类型的标准消息并发送至人机界面模块和历史记录模块，其中，事件类型标准消息的消息数据中包含遥控操作结果的事件文字信息。

标准消息沿着标准消息流路径至标准消息处理模块，经标准消息处理模块处理后，最终流入IEC104协议模块，如此，便完成了OPC协议模块向IEC104协议模块发送数据的过程。与之反向，IEC104协议模块将数据信息转换成的标准消息，也会流入OPC协议模块，并最终转换为OPC协议数据信息,发送至OPC设备，这样便完成了OPC协议模块接收IEC104协议模块数据的过程。经过上述的发送接收过程，OPC设备与上位机之间便完成了数据交互。

实时数据模块接收来自标准消息处理模块的遥测类型、遥信类型和遥脉类型的标准消息，获取和更新信号的实时数据，通过标准消息处理模块向IEC104协议模块和人机界面模块发送。实时数据模块对外提供数据刷新接口和实时数据获取接口。标准消息处理模块调用数据刷新接口,将来自OPC协议模块的OPC设备实时四遥数据的标准消息发送至实时数据模块，实时数据模块对接收到的标准消息借助解析组件进行解析，获取标准消息的消息数据中的实时信号值，更新对应的实时四遥信息。IEC104协议模块或人机界面模块在需要实时数据时,将需要的请求信息传递至标准消息处理模块，标准消息处理模块调用实时数据模块的获取接口，将遥测类型、遥信类型和遥脉类型的标准消息传递至实时数据模块，实时数据模块根据获取数据的该标准消息,借助解析组件进行解析，将所需信号的实时值借助生成组件写入到标准消息的消息数据中，将写入了实时值的标准消息经标准消息处理模块发送至IEC104协议模块或人机界面模块。这里,标准消息处理模块起到了消息收集和分发的作用，从IEC104协议模块来的消息不只是有召唤实时值，还有遥控命令(遥控命令的消息就不会到实时数据模块，而是计算出具体的接收OPC设备后发送到OPC协议模块)。

OPC协议模块与OPC设备之间建立通信连接，接收OPC设备发来的OPC协议数据信息，转换生成为标准消息，并将标准消息发送至标准消息处理模块。IEC104协议模块所生成的标准消息经由标准消息处理模块处理后，由OPC协议模块进行接收，并将其解析转换为OPC协议数据，发送至OPC设备。

OPC协议模块接收到来自标准消息处理模块的标准消息后，调用解析组件解析标准消息中的消息数据，得到信号ID和信号值属性，根据OPC设备ID(标准消息的目的设备属性)和信号ID，获取对应的条目ID。若是遥测类型、遥信类型或遥脉类型的标准消息，则根据条目ID转换为读取OPC设备信号的OPC协议数据；若是遥控类型的标准消息，则根据条目ID和信号值，转换为写入OPC设备信号的OPC协议数据。

IEC104协议模块与上位机之间建立通信连接，接收来自上位机的IEC104协议数据信息，将IEC104协议数据信息转换生成为标准消息后发送至标准消息处理模块。OPC协议模块所生成的标准消息经由标准消息处理模块处理后，IEC104协议模块接收并解析转换为IEC104协议数据，发送至上位机。

IEC104协议模块接收到来自标准消息处理模块的标准消息类型包括遥测类型、遥信类型、遥脉类型和遥控类型。IEC104协议模块首先调用解析组件对消息数据进行解析，根据解析中的信号ID并结合上位机四遥信号表，找出信号ID在上位机四遥信号表中的序号，生成IEC104协议数据。

历史数据模块接收标准消息处理模块的事件类型的标准消息，并调用解析组件对消息数据进行解析，从而获得事件数量和事件内容信息，并将事件信息写入到历史数据模块表中。如此，便完成了标准消息的解析和存储。历史数据模块为人机界面模块提供历史记录的查询接口。

运行参数模块接收工程实施人员经数据库组态配置模块发来的运行参数并保存。当系统运行时，运行参数模块向OPC协议模块、IEC104协议模块、标准消息处理模块和实时数据模块提供运行参数信息。

本实施例中，采用联想ThinkStation C30工业级服务器，Windows 10操作系统，Microsoft Visual Studio 2012 C++程序语言实现。

如图1所示，本实施例应用在风力发电厂，长园深瑞继保自动化有限公司的PRS7000变电站监控系统与监测设备、PRS791远动装置和保测装置连接在母线A和母线B上，组成AB双网拓扑结构。保测装置按IEC103或IEC61850协议采集全站的保护或监测设备的数据信息，PRS7000监控系统对数据信息进行展示，PRS791远动装置则将数据信息上送至调度。该站采用的风力发电机(风机)全部基于OPC协议进行数据传输，由风机在线监测控制系统DCS(Distributed Control System)进行集中管理，形成DCS网络。本发明的系统为PRS7931OPC/104协议转换器。DCS与远动装置(上位机)通过PRS7931OPC/104协议转换器进行数据交互。

首先，利用配置工具完成整个系统的运行参数配置，运行参数如下：OPC设备的通信参数和由具有条目ID属性的OPC数据项组成的全站四遥信号表；上位机的通信参数和从全站四遥信号表中筛选出的信号组成的上位机四遥信号表；上位机四遥信号表中的每条信号包含在表中的信号序号和所选择的OPC信号的信号ID信息。协议转换系统启动时，协议模块、标准消息处理模块和实时数据模块会读取相关运行参数并完成自身的初始化工作，以保证系统功能的正确运行。

协议转换系统同时与OPC设备和上位机进行通信，来完成使用两种不同协议的装置之间的信息交互。

协议转换系统与OPC设备进行通信时，系统作为客户端，通过同步或异步模式，与OPC设备进行数据交互。对于每一个OPC设备，系统对应开启一个线程来负责通信任务处理，以保证数据交互的实时性和高效性。

协议转换系统与上位机进行通信时，系统作为服务器端，通过监听，为每一个合法的连接请求源开启一个线程，处理上位机通信。合法是指关系运行参数模块中的运行参数有该上位机的信息。

对于具体的交互过程，本实施例以上位机读取OPC设备的全部遥测、遥信信息和发送遥控操作命令到OPC设备为例来进行说明。

上位机通过总召唤命令来读取上位机遥测信号表的全部遥测和遥信信号表的全部遥信，总召唤时间周期为15分钟。协议转换系统中的IEC104协议模块收到上位机的总召唤命令后，首先生成总召唤类型的标准消息，其中，消息数据由生成组件进行生成，再按照图3中虚线所示的标准消息流路径，转发至标准消息处理模块，标准消息处理模块对总召唤类型的标准消息的消息数据进行解析，获得全部遥测信号的信号ID和全部遥信信号的信号ID后，根据所述信号ID从实时数据模块中获得信号的实时值，生成遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息，将获取的信号实时值借助生成组件存储到对应类型的标准消息的消息数据中，再转发至IEC104协议模块。IEC104协议模块接收到遥测类型的标准消息和遥信类型的标准消息后，调用解析组件从消息数据中解析到遥测信号值和遥信信号值，再将其转换为IEC104协议数据上送至上位机，上述过程便完成了对协议转换系统中上位机遥测信号表的全部遥测信息和上位机遥信信号表的全部遥信信息的读取。

上位机发送遥控操作命令，遥控操作命令包含有上位机遥控信号表中的信号序号。IEC104协议模块收到遥控操作命令后，按照图3中虚线所示的标准消息流路径，首先根据上位机遥控信号表以及接收到的遥控序号值，确定遥控信号在全站遥控信号表中的信号ID，随后生成遥控类型的标准消息，根据遥控信号ID调用生成组件生成标准消息，设置该标准消息的源设备信息为当前上位机的信息，最后发送至标准消息处理模块。标准消息处理模块调用解析组件解析出遥控类型的标准消息中的遥控信号ID，根据该信号ID，可确定目的OPC设备ID，随后更新标准消息中目的设备信息，根据目的设备信息将该标准消息转发至OPC协议模块，OPC协议模块调用解析组件解析出遥控信号的信号ID，结合标准消息中的目的设备信息(OPC设备ID)，根据全站遥控信号表计算出对应的条目ID，最后OPC协议模块向OPC设备写入该条目ID的值。同时，根据写入结果修改消息数据以及标准消息的消息处理状态后，将标准消息借助标准消息处理模块发送到IEC104协议模块，后者再根据消息处理状态，判断遥控执行成功或执行失败，以生成IEC104协议数据到上位机，告知遥控执行结果。OPC协议模块传回标准消息到IEC104协议模块时，除了修改消息数据外，消息源设备信息(修改前为上位机)和目的设备信息(修改前为OPC设备)会互换，以便标准消息处理模块进行正确的发送。

另外，上位机除了主动进行如总召唤之类的信息查询外，在未进行查询请求的情况下，也能收到来自协议转换系统发送的变化数据信息。协议转换系统在OPC设备发生遥测越限或遥信变位时，会将这些信息主动发送至上位机，发送过程与前述发送遥测类型标准消息和遥信类型标准消息的部分相同。

本发明针对广泛应用于新能源发电领域的OPC协议，作为协议转换系统，可实现OPC协议与电力行业常用协议的自由转换。

Claims (10)

1.一种OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有OPC协议模块、标准消息处理模块、IEC协议模块和实时数据模块；

所述OPC协议模块接收OPC设备发来的OPC协议数据信息，生成标准消息，发送至标准消息处理模块；IEC协议模块生成的IEC协议数据信息的标准消息经标准消息处理模块，由OPC协议模块接收，将其解析为OPC协议数据，发送至OPC设备；

所述标准消息处理模块用标准消息流连接OPC协议模块与IEC协议模块,使OPC协议模块与IEC104协议模块进行数据交互，完成协议转换；标准消息处理模块将来自OPC协议模块的OPC设备实时标准消息发送至实时数据模块；

所述IEC协议模块接收上位机的IEC协议数据信息，生成标准消息后发送至标准消息处理模块；OPC协议模块生成的OPC协议数据信息的标准消息经标准消息处理模块，由IEC协议模块接收并解析为IEC协议数据，发送至上位机；

所述实时数据模块接收标准消息处理模块的OPC设备实时标准消息，更新实时数据，根据IEC协议模块的请求，通过标准消息处理模块向IEC协议模块发送实时数据；

所述标准消息为标准消息处理模块、OPC协议模块、IEC协议模块、实时数据模块进行通信交互的统一信息格式，设有数据成员和方法成员；

所述实时数据为OPC设备的实时四遥数据和通信状态。

2.根据权利要求1所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述数据成员为消息ID、消息源设备信息、消息目的设备信息、消息类型、消息数据、消息产生原因、消息处理状态、消息发生时间、消息有效时长。

3.根据权利要求2所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述方法成员为解析组件和生成组件，用于对数据成员中的消息数据进行解析和生成转换处理。

4.根据权利要求3所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述OPC协议模块利用生成组件将OPC设备发来的OPC协议数据信息转换为标准消息，OPC协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为OPC协议数据信息；所述IEC协议模块利用生成组件将上位机的IEC协议数据信息转换为标准消息，IEC协议模块利用解析组件将从标准消息处理模块接收到的标准信息解析为IEC协议数据信息。

5.根据权利要求4所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有历史数据模块，用于接收标准消息处理模块的事件类型的标准消息，调用解析组件对消息数据解析，获得事件数量和事件内容信息，将事件信息写入到历史数据模块中。

6.根据权利要求5所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述历史数据为OPC设备的运行信息：遥测越限告警、遥信变位、遥控记录和通信中断。

7.根据权利要求6所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有数据库组态配置模块和运行参数模块；所述数据库组态配置模块用于工程实施人员对OPC标准与电力远动协议的双向转换系统的运行参数进行输入配置，将配置后的运行参数保存于运行参数模块，OPC标准与电力远动协议的双向转换系统运行时，运行参数模块向OPC协议模块、IEC协议模块、标准消息模块和实时数据模块提供运行参数。

8.根据权利要求7所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述OPC标准与电力远动协议的双向转换系统设有人机界面模块，用于接收来自标准消息处理模块的事件类型的标准消息形成告警事件信息，对运维人员进行四遥数据信息和告警信息展示。

9.根据权利要求8所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述历史数据模块为人机界面模块提供历史记录的查询接口。

10.根据权利要求9所述的OPC标准与电力远动协议的双向转换系统,其特征在于：所述实时数据模块对接收到的标准消息借助解析组件进行解析，获取标准消息的消息数据中的实时信号值，更新对应的实时四遥信息；所述IEC协议模块或人机界面模块在需要实时数据时,将需要的请求信息传递至标准消息处理模块，标准消息处理模块将遥测类型、遥信类型和遥脉类型的标准消息传递至实时数据模块，实时数据模块根据获取数据的该标准消息,借助解析组件进行解析，将所需信号的实时值借助生成组件写入到标准消息的消息数据中，将写入了实时值的标准消息经标准消息处理模块发送至IEC协议模块或人机界面模块。