CN112542888B - 一种实现配用电智能设备即插即用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配网低压台区智能设备的即插即用技术领域，更具体地，涉及一种实现配用电智能设备即插即用的方法。包括执行配电主站与智能设备的即插即用与执行智能设备与末端节点的即插即用。本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可针对自身不具备可识别的MAC地址或IP地址的配用电智能设备，尤其是针对配网低压台区智能设备的即插即用的方法。
Description
技术领域
本发明涉及配网低压台区智能设备的即插即用技术领域，更具体地，涉及一种实现配用电智能设备即插即用的方法。
背景技术
随着配用电信息采集、配电自动化等系统不断完善，以及配用电系统与物联网技术的深度融合，来自不同生产厂家的海量智能设备将接入配电网，这些设备种类繁多、协议不一、端口不一，经配用电各级通信网络与配用电主站、子站以及相互之间进行数据交互。目前，配电自动化系统通信网络主要使用IEC101或IEC104标准通讯协议等远动通信规约传输三遥等实时数据，这在一定程度上解决了配用电设备与信息接入配网主子站问题，但仍存在以下缺点：
1)没有对整个配电网数据进行统一的建模，数据分类传输，数据之间缺乏关联。
2)配网各系统都有自己的数据采集体系，各系统之间相互隔离与独立，数据大量冗余，造成资源的大量浪费。
3)配网智能设备与主站之间需要人工核对数据点表，设备配置、调试与维护工作量巨大。
4)大量的配网智能设备不能有效接入配网主子站，无法满足未来配电网的发展需求。
中国专利CN103679567A公开了一种智能电网即插即用系统及其实施方法，但其是针对带唯一识别Mac地址的智能设备的实现即插即用，对于类似低压台区智能设备这种自身不具备特定的可识别地址的设备，无法实现其即插即用的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可针对自身不具备可识别的MAC地址或IP地址的配用电智能设备，尤其是针对配网低压台区智能设备的即插即用的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种实现配用电智能设备即插即用的方法，包括以下步骤：
S1：执行配电主站与智能设备的即插即用；
S11：判断智能设备是否具有可识别的地址，若没有则进入步骤S12，若有则进入步骤S13；
S12：对智能设备进行扩展建模；
S13：智能设备向主站服务端主动发起注册并登录；
S14：主站服务端校验并确认注册信息后进行判断，若智能设备为首次登录，则进入步骤S15，若智能设备非首次登录，则进入步骤S17；
S15：主站服务端获取并下发智能设备对应的CID模型文件；
S16：智能设备获取CID模型文件并获取模型相关信息；
S17：主站服务端校验和确认智能设备模型信息，若信息一致则进入步骤S18，若信息不一致则返回步骤S14；
S18：主站服务端与智能设备进行数据交互；
S2：执行智能设备与末端节点的即插即用。
本发明的智能设备可以是自身具备可识别的MAC地址或IP地址的配用电智能设备，即一级设备，例如常见的低压故障指示器，也可以是自身不具备可识别的MAC地址或IP地址的配用电智能设备，即二级设备，例如配网低压台区智能设备。为了实现智能设备即插即用的功能，均需要对智能设备进行建模，而针对自身不具备可识别的MAC地址或IP地址的配用电智能设备，需要在一次建模的基础上进行扩展建模，即二次建模，即将二次设备转换成一次设备，本发明具有扩展建模的功能，因此可以实现各种智能设备的即插即用功能。本发明的配用电智能设备即插即用是以设备模型标准化为基础，分为配电主站与智能设备的即插即用、智能设备与末端节点的即插即用两部分。智能设备将设备自描述信息以及配用电智能设备具备的服务能力等相关信息上传至配用电主站服务端，主站服务端校验和确认智能设备模型信息，在确保信息一致后与智能设备进行数据交互，实现智能设备的即插即用；再通过将智能设备与末端节点进行连接实现智能设备ICD模型升级最终实现智能设备与末端节点的即插即用。
本发明可有效减少配用电智能设备的现场安装、调试、配置的人工工作量，实现配电网新接入或更换的设备快速自动识别、配网智能设备状态信息实时采集等功能，推进配网高级应用部署，优化网络运行，显著提高配网运行与智能化水平。
进一步地，所述步骤S12包括以下几个步骤：
S121：对智能设备进行需求分析；
S122：根据需求分析结果确定建模对象；
S123：进行实体抽象分析并判断既有模型是否满足要求，若满足要求则进入步骤S124，若不满足要求则进入步骤S125；
S124：进行模型映射后进入步骤S127；
S125：完善原模型使其满足要求；
S126：与既有模型建立关联关系；
S127：完成扩展建模。
进一步地，所述步骤S125包括以下步骤：
S1251：建立新包；
S1252：判断是否需要建立新类，若是则进入步骤S1253，若否则进入步骤S1256；
S1253：扩展新类；
S1254：判断是否需要添加属性，若是则进入步骤S1255，若否则进入步骤S1256；
S1255：添加属性；
S1256：获取经过完善的模型。
进一步地，所述步骤S126中通过继承、关联和聚合与既有模型建立关联关系。
进一步地，所步骤S13中智能设备每次重启后或104业务通信中断后都要通过管理通道的注册端口向主站服务端主动发起注册报文，请求TCP传输控制协议连接，建立TCP传输控制协议连接后，智能设备主动发送登录信息。
进一步地，所述步骤S17中主站服务端校验的注册信息包括ICD文件版本号、ICD校验码、CID文件版本号、CID校验码；所述步骤S16中模型相关信息包括模型的转发信息、PMS_ID信息以及版本信息。
进一步地，所述步骤S2包括以下几个步骤：
S21：在智能设备运行过程中，实时轮巡接入的末端节点；
S22：将模型进行实例化；
S23：末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；
S24：将末端节点ICD模型合并；
S25：进行智能设备ICD模型版本升级，完成智能设备与末端节点的即插即用。
进一步地，所述步骤S21包括以下几个步骤：
S211：将末端节点在现场安装接线；
S212：在二次设备录入一次设备PMS_ID信息及设备地址，然后等待智能设备发起设备扫描；
S213：智能设备预设各种类型末端节点最大数量，然后发送设备类型和设备地址的扫描信息给末端节点；
S214：末端节点匹配智能设备扫描信息，若匹配成功则向智能设备回复扫描确认命令，进入步骤S22，若匹配失败则不响应，返回步骤S212。
进一步地，所述步骤S22中模型的实例化包括数据的实例化和数据对应设备关系的实例化；对于数据的实例化，根据采集类App动态变更过程，将数据描述按照对象+序号的方式形成实例对象名，数据按照实例对象名、数据名的方式进行表达；对于数据对应设备关系的实例化，通过主站下发或设备上送方式将PMS_ID录入至匹配对象中。
进一步地，所述步骤S23中末端节点在现场安装接线完成后，现场人员在二次设备中录入一次设备PMS_ID信息，然后末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；对于IP化设备，TTU端作为服务器端，末端节点作为客户端主动发起连接，对于通过RS485的非IP化的通信接口则通过接口转换器接入。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了配网低压台区智能设备的建模原则，配用电智能设备将设备自描述信息以及配用电智能设备具备的服务能力等相关信息上传至配用电主站，配用电主站可以在智能设备支持的服务项目内选择/订阅自身所需要的数据，并根据主站系统预先获取的的配网模型信息，生成智能设备的系统配置文件，下发给配用电智能设备。配用电智能设备根据接收到的系统配置文件，生成自身的配置信息，从而实现配用电智能设备的即插即用功能。配用电智能设备即插即用是以设备模型标准化为基础，本发明配用电智能设备即插即用是以设备模型标准化为基础，分为配电主站与智能设备的即插即用、智能设备与末端节点的即插即用两部分。该方法的目的在于有效减少配用电智能设备的现场安装、调试、配置的人工工作量，实现配电网新接入或更换的设备快速自动识别、配网智能设备状态信息实时采集等功能，推进配网高级应用部署，优化网络运行，显著提高配网运行与智能化水平。
附图说明
图1为智能化设备与配电主站、末端节点间信息交互示意图；
图2为本发明执行配电主站与智能设备的即插即用的流程图；
图3为本发明对智能设备进行扩展建模的流程图；
图4为本发明执行智能设备与末端节点的即插即用的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
如图1至图4所示为本发明一种实现配用电智能设备即插即用的方法的实施例，配用电智能设备即插即用是以设备模型标准化为基础，分为配电主站与智能设备的即插即用、智能设备与末端节点的即插即用两部分。
S1：执行配电主站与智能设备的即插即用；
传统配网主站与配用电智能化设备之间只有一条通道用于数据的传输，不具备对接入的设备进行管理等功能，因此，为了实现对配网智能化设备的统一管理，在主站服务端与配用电智能化设备之间新增一条管理通道。配电主站与配电智能化设备之间同时具备两个独立的通道进行通信，业务通道为原有的数据通道，以IEC104标准通讯协议或IEC101等远动通信规约的方式传输三遥等实时数据；新增管理通道用于传输设备注册信息、模型文件、配置文件等信息。智能配用电设备与主站的即插即用流程在管理通道内完成，装置上电或104数据通信中断后，一旦即插即用通信建立完成，立即开始即插即用流程。即插即用流程完毕前，装置与主站的104数据通信保持关闭；有效的即插即用流程完毕后，立即开放104业务通信。
具体地，包括以下步骤：
S11：判断智能设备是否具有可识别的地址，若没有则进入步骤S12，若有则进入步骤S13；
S12：对智能设备进行扩展建模；
对低压台区中智能配用电设备进行建模时可以在现有相关低压台区模型基础上进行扩展，以CIM公共信息模型为例，对其进行扩展时应主要考虑三个方面：是否需要扩展新的包；扩展哪些新的类；扩展哪些已有类的属性。
S121：对智能设备进行需求分析；
需求分析一般包括分析智能设备的服务能力，每个服务具备的属性、命令以及命令的参数。
S122：根据需求分析结果确定建模对象；
根据需求分析的结果，结合主站服务端的要求，将智能设备的信息以主站服务端可识别的方式进行建模。
S123：进行实体抽象分析并判断既有模型是否满足要求，若满足要求则进入步骤S124，若不满足要求则进入步骤S125；
若智能设备既有模型完全可符合主站服务端的要求，可与主站服务端相匹配连接，则可直接进入后续开展即插即用的流程，若智能设备既有模型需要完善，则先对智能设备模型进行完善后方能进入开展即插即用的步骤。
S124：进行模型映射后进入步骤S127；
S125：完善原模型使其满足要求；
对原有CIM公共信息模型进行最小的改动，尽量保持模型原有结构不变，使既有CIM公共信息模型得到最大程度的利用和兼容；
S1251：建立新包
原有的CIM公共信息模型的原有结构无法满足要求，则需建立新包，新包是指带扩展的模型。
S1252：判断是否需要建立新类，若是则进入步骤S1253，若否则进入步骤S1256；
S1253：扩展新类
如果新建数据类型复杂，则可建立复合数据类型；
S1254：判断是否需要添加属性，若是则进入步骤S1255，若否则进入步骤S1256；
既有的相关属性不完善时可通过添加属性来实现，属性的数据类型依据CIM公共信息模型域包中的已定义类型建立，所述步骤S1254中扩展新类和属性的命名遵循统一的命名规则，所命名尽量采用能表达其作用的英文单词，且必须有注释。
S1255：添加属性；
S1256：获取经过完善的模型；
S126：与既有模型建立关联关系；
通过继承、关联和聚合与既有模型建立关联关系。
S127：完成扩展建模；
将低压台区系统中的新类抽象出来，并建立具体属性。对于已存在的传统电力系统设备，这部分从已有的CIM公共信息模型类中建立映射关系。
主站服务端从配网智能化设备，即智能设备的自描述文件获取配电智能化设备的模型信息，通过模型文件中的ID号与主站一次设备模型匹配，实现主站模型与现场设备的对应；配电主站根据需要订阅数据，创建主站数据库点表，并生成具体的配置文件发送给配电智能化设备；配电智能化设备根据主站的要求上送数据。
其中一次、二次设备模型对应关系原则如下：
配用电二次设备建模中包含设备能力自描述文件，如物联网模型中的Profile设备能力描述文件文件，IEC61850基于通用网络通信平台的变电站自动化系统标准中的IED能力描述文件，该设备能力自描述文件是用来描述设备类型和设备服务能力的文件，它定义了设备具备的服务能力，每个服务具备的属性、命令以及命令的参数。
二次设备中的功能和信息通过测点关联类实现与一次设备的关联，依据测点关联信息，将二次设备和一次设备进行关联，关联模式采用一对一信息对应互联。
S13：智能设备向主站服务端主动发起注册并登录；
智能设备每次重启后或104业务通信中断后都要通过管理通道的注册端口向主站服务端主动发起注册报文，请求TCP传输控制协议连接，建立TCP传输控制协议连接后，智能设备主动发送登录信息。
智能设备在每次TCP传输控制协议连接断开后都要重新发送登录信息，优选地，可设置为间隔6s发送一次，直到收到主站服务端的确认。
S14：主站服务端校验并确认注册信息后进行判断，若智能设备为首次登录，则进入步骤S15，若智能设备非首次登录，则进入步骤S17；
主站接收智能设备客户端登录信息后进行确认，根据客户标识中的唯一ID标识检查是否是第一次登录，如果是接入新的智能设备或智能设备自描述模型发生改变时，则启动即插即用后续流程；如果是已经注册过的智能设备，则直接进入数据交互流程。
S15：主站服务端获取并下发智能设备对应的CID模型文件；
S16：智能设备获取CID模型文件并获取模型相关信息；
模型相关信息包括模型的转发信息、PMS_ID信息以及版本信息。
S17：主站服务端校验和确认智能设备模型信息，若信息一致则进入步骤S17，若信息不一致则返回步骤S14；
主站服务端校验的注册信息包括ICD文件版本号、ICD校验码、CID文件版本号、CID校验码。任何一项不一致，都认为是注册信息有变化，发送一次模型文件并召唤智能设备ICD模型文件，收到智能设备ICD模型文件后，配置PMS_ID信息、转发信息并下发智能设备对应的CID模型文件。其中PMS_ID信息是指资产编号信息，是全网唯一的，具有独特性，不存在重复。此过程包含主站召唤ICD文件的读文件流程和配置生成CID文件的写文件流程。
S18：主站服务端与智能设备进行数据交互。
数据交互的过程中，在主站服务端与智能设备间长时间无数据传输时，主站服务端或智能设备均都可发应答消息以维持TCP链路。
配用电系统主站是全系统通信的控制中心，负责发现配用电智能设备和接收实时信息，配用电智能设备监视配电网中的相关物理设备，设备与主站服务端间存在运行信息与控制命令的双向交互，方便实现对终智能设备的有效监控。
配用电智能设备将设备自描述信息以及配用电智能设备具备的服务能力等相关信息上传至配用电主站服务端，配用电主站服务端可以在智能设备支持的服务项目内选择/订阅自身所需要的数据，并根据主站服务端预先获取的的配网模型信息，生成智能设备的系统配置文件，下发给配用电智能设备。配用电智能设备根据接收到的系统配置文件，生成自身的配置信息，从而实现配用电智能设备的即插即用功能。
具体地，配电主站与配电智能设备的即插即用过程通过管理通道进行，通信规约以IEC104标准通讯协议规约为基础，边缘网关为客户端，配电自动化主站为服务器，通信端口一般采用2405，即插即用过程。
本发明主要是配用电智能设备即插即用的方法，对设备具体采用哪种方式建模以及设备间采用何种通信协议进行信息交互并无具体要求，本发明采用的通信协议为IEC104标准通讯协议，采用别的通信协议，如MQTT基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议同样能完成发明目的。
S2：执行智能设备与末端节点的即插即用；
S21：在智能设备运行过程中，实时轮巡接入的末端节点；
S211：将末端节点在现场安装接线；
S212：在二次设备录入一次设备PMS_ID信息及设备地址，然后等待智能设备发起设备扫描；
S213：智能设备预设各种类型末端节点最大数量，然后发送设备类型和设备地址的扫描信息给末端节点；
S214：末端节点匹配智能设备扫描信息，若匹配成功则向智能设备回复扫描确认命令，进入步骤S22，若匹配失败则不响应，返回步骤S212；
S22：将模型进行实例化；
模型的实例化包括数据的实例化和数据对应设备关系的实例化；对于数据的实例化，根据采集类App动态变更过程，将数据描述按照对象+序号的方式形成实例对象名，数据按照实例对象名、数据名的方式进行表达；对于数据对应设备关系的实例化，通过主站下发或设备上送方式将PMS_ID录入至匹配对象中。
S23：末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；
末端节点在现场安装接线完成后，现场人员在二次设备中录入一次设备PMS_ID信息，然后末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；对于IP化设备，TTU端作为服务器端，末端节点作为客户端主动发起连接，对于通过RS485的非IP化的通信接口则通过接口转换器接入。
S24：将末端节点ICD模型合并；
新的末端节点注册后，将新增或更新的末端节点ICD模型合并至终端ICD模型中。
S25：进行智能设备ICD模型版本升级，完成智能设备与末端节点的即插即用。
完成末端节点ICD模型的合并后，进行配电智能设备ICD模型版本升级，并启动配电智能设备与主站即插即用流程。
本发明提出一种实现配用电智能设备即插即用的方法。该方法提出了配网低压台区智能设备的建模原则，配用电智能设备将设备自描述信息以及配用电智能设备具备的服务能力等相关信息上传至配用电主站，配用电主站可以在智能设备支持的服务项目内选择/订阅自身所需要的数据，并根据主站系统预先获取的的配网模型信息，生成智能设备的系统配置文件，下发给配用电智能设备。配用电智能设备根据接收到的系统配置文件，生成自身的配置信息，从而实现配用电智能设备的即插即用功能。该方法的目的在于有效减少配用电智能设备的现场安装、调试、配置的人工工作量，实现配电网新接入或更换的设备快速自动识别、配网智能设备状态信息实时采集等功能，推进配网高级应用部署，优化网络运行，显著提高配网运行与智能化水平。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：执行配电主站与智能设备的即插即用；
S11：判断智能设备是否具有可识别的地址，若没有则进入步骤S12，若有则进入步骤S13；
S12：对智能设备进行扩展建模；
所述步骤S12包括以下几个步骤：
S121：对智能设备进行需求分析；
S122：根据需求分析结果确定建模对象；
S123：进行实体抽象分析并判断既有模型是否满足要求，若满足要求则进入步骤S124，若不满足要求则进入步骤S125；
S124：进行模型映射后进入步骤S127；
S125：完善原模型使其满足要求；
S126：与既有模型建立关联关系；
S127：完成扩展建模；
S13：智能设备向主站服务端主动发起注册并登录；
S14：主站服务端校验并确认注册信息后进行判断，若智能设备为首次登录，则进入步骤S15，若智能设备非首次登录，则进入步骤S17；
S15：主站服务端获取并下发智能设备对应的CID模型文件；
S16：智能设备获取CID模型文件并获取模型相关信息；
S17：主站服务端校验和确认智能设备模型信息，若信息一致则进入步骤S18，若信息不一致则返回步骤S14；
S18：主站服务端与智能设备进行数据交互；
S2：执行智能设备与末端节点的即插即用。
2.根据权利要求1所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S125包括以下步骤：
S1251：建立新包
S1252：判断是否需要建立新类，若是则进入步骤S1253，若否则进入步骤S1256；
S1253：扩展新类；
S1254：判断是否需要添加属性，若是则进入步骤S1255，若否则进入步骤S1256；
S1255：添加属性；
S1256：获取经过完善的模型。
3.根据权利要求1所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S126中通过继承、关联和聚合与既有模型建立关联关系。
4.根据权利要求1至3任一项所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所步骤S13中智能设备每次重启后或104业务通信中断后都要通过管理通道的注册端口向主站服务端主动发起注册报文，请求TCP传输控制协议连接，建立TCP传输控制协议连接后，智能设备主动发送登录信息。
5.根据权利要求4所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S17中主站服务端校验的注册信息包括ICD文件版本号、ICD校验码、CID文件版本号、CID校验码；所述步骤S16中模型相关信息包括模型的转发信息、PMS_ID信息以及版本信息。
6.根据权利要求1所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下几个步骤：
S21：在智能设备运行过程中，实时轮巡接入的末端节点；
S22：将模型进行实例化；
S23：末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；
S24：将末端节点ICD模型合并；
S25：进行智能设备ICD模型版本升级，完成智能设备与末端节点的即插即用。
7.根据权利要求6所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S21包括以下几个步骤：
S211：将末端节点在现场安装接线；
S212：在二次设备录入一次设备PMS_ID信息及设备地址，然后等待智能设备发起设备扫描；
S213：智能设备预设各种类型末端节点最大数量，然后发送设备类型和设备地址的扫描信息给末端节点；
S214：末端节点匹配智能设备扫描信息，若匹配成功则向智能设备回复扫描确认命令，进入步骤S22，若匹配失败则不响应，返回步骤S212。
8.根据权利要求7所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S22中模型的实例化包括数据的实例化和数据对应设备关系的实例化；对于数据的实例化，根据采集类App动态变更过程，将数据描述按照对象+序号的方式形成实例对象名，数据按照实例对象名、数据名的方式进行表达；对于数据对应设备关系的实例化，通过主站下发或设备上送方式将PMS_ID录入至匹配对象中。
9.根据权利要求6至8任一项所述的实现配用电智能设备即插即用的方法，其特征在于，所述步骤S23中末端节点在现场安装接线完成后，现场人员在二次设备中录入一次设备PMS_ID信息，然后末端节点主动向智能设备发送注册请求进行自动注册；对于IP化设备，TTU端作为服务器端，末端节点作为客户端主动发起连接，对于通过RS485的非IP化的通信接口则通过接口转换器接入。
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