CN112866207B - 一种用于变电站自动化的协议转换方法 - Google Patents

Abstract

用于变电站自动化的协议转换方法，包括如下步骤：S100：用户通过PC浏览器访问Web页面，根据自身需求输入配置信息来完成对符合IEC61850建模标准的IED模型的配置，以及IEC61850协议和modbus‑RTU协议的协议转换映射关系表的配置；S200：Web页面根据所述配置信息生成并上传配置文件至协议转换器；S300：协议转换器根据所述配置文件生成IED数据模型、IEC61850任务队列、modbus‑RTU任务队列，完成与终端设备和监控系统的通讯。该方法在需要更改IED模型或者更改IEC61850与modbus‑RTU协议的协议转换映射关系表时，便于操作，提高效率，减轻设备学习成本。

Description

一种用于变电站自动化的协议转换方法

技术领域

本公开属于通信技术领域，特别涉及一种用于变电站自动化的协议转换方法。

背景技术

智能变电站实现自动化操作的关键技术是通信技术，为了实现变电站系统内设备的互换性和互操作性，通信协议的统一和兼容是很有必要的。在变电站通信网络系统中，一般采用协议转换器进行通讯协议的转换，以实现通信协议的统一和兼容。使用RS232/485等串行接口与继电保护、测控装置等底层终端设备进行数据通讯，再通过协议转换器处理转换成IEC61850通讯协议标准并通过以太网口送往监控系统，这一模式被广泛地应用于变电站通信网络系统中。随着变电站智能化水平的提高，通信协议转换器的应用场景也越来越复杂多变，这对通信协议转换器的灵活性、可扩展性、易维护性提出了新的要求。传统的协议转换器或静态地在源代码中完成IEC61850协议中的建模过程，或使用专用的客户端软件完成建模过程并将生成的配置文件导入到协议转换器中，灵活性较差且操作不便。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供了一种用于变电站自动化的协议转换方法，其包括如下步骤：

S100：用户通过PC浏览器访问Web页面，根据自身需求输入配置信息来完成对符合IEC61850建模标准的IED模型的配置，以及IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表的配置；

S200：Web页面根据所述配置信息生成并上传配置文件至协议转换器；

S300：协议转换器根据所述配置文件生成IED数据模型、IEC61850任务队列、modbus-RTU任务队列，完成与终端设备和监控系统的通讯。

本方法涉及一种IEC61850协议和Modbus-RTU协议的可配置转换方法。通过在IEC61850协议和Modbus-RTU协议的转换中引入配置文件并通过Web服务器提供一种可以通过浏览器直接查询并修改配置文件的方法，实现对协议转换器的动态配置。本方法运行时用户通过浏览器访问Web页面的形式，完成对符合IEC61850建模标准的IED模型的配置，并可配置IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表，最终生成并上传配置文件至协议转换器。协议转换器可根据配置文件生成IED数据模型、IEC61850任务队列、modbus-RTU任务队列，完成与终端设备、监控系统的通讯。协议转换器是通过IEC61850通信报文和监控系统通讯的。如果需要更改IED模型或者更改IEC61850与modbus-RTU协议的协议转换映射关系表，只需要通过浏览器访问Web页面的形式修改协议转换器中的配置文件，不需要修改程序源码，便于操作，提高了效率，同时也减轻了设备的学习成本。

附图说明

图1是本公开一个实施例中所提供的一种用于变电站自动化的协议转换方法的流程图；

图2是本公开另一个实施例中所提供的一种用于变电站自动化的协议转换方法流程图；

图3是本公开一个实施例中的主控单元的结构示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，公开了一种用于变电站自动化的协议转换方法，其包括如下步骤：

S100：用户通过PC浏览器访问Web页面，根据自身需求输入配置信息来完成对符合IEC61850建模标准的IED模型的配置，以及IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表的配置；

S200：Web页面根据所述配置信息生成并上传配置文件至协议转换器；

S300：协议转换器根据所述配置文件生成IED数据模型、IEC61850任务队列、modbus-RTU任务队列，完成与终端设备和监控系统的通讯。

就该实施例而言，首先用户根据自身需求，使用浏览器访问协议转换器，配置协议转换器中的IED模型以及IEC61850协议测点与modbus-RTU寄存器地址的关系映射。动态Web页面根据用户所输入的配置信息生成配置文件并上传至协议转换器中。启动协议转换模块，根据配置信息生成IED数据模型，并分别生成IEC61850任务队列和modbus-RTU任务队列，同时生成一个Sqlite内存数据库，用于缓存数据。根据所生成的modbus-RTU任务队列与终端设备通讯并将收集到的数据存储于Sqlite内存数据库。根据所生成的IEC61850任务队列，将Sqlite内存数据库中的数据映射到IEC61850数据模型中，实现数据更新。最后，根据IED数据模型中的数据生成IEC61850通讯报文与监控系统通讯。终端设备指的是传感器。

以前的动态配置方式是通过PC客户端完成，也就是需要有一个客户端软件和协议转换器配合。本方案是直接通过浏览器访问协议转换器的IP地址，然后在Web页面中完成配置。用户在Web页面中所做的操作类似于填表。然后Web页面会把表中的信息转换成字符串上传到协议转换器中的Web服务器中。然后服务器会把字符串保存为配置文件。Web页面也开放了一个接口，允许用户直接上传配置文件到协议转换器中。

本方法通过RS-485串口连接终端设备，接受终端设备上传的信息并转换为IEC61850协议并通过以太网口与监控系统连接。使用GoAhead嵌入式Web服务器，其中存储有实现业务逻辑的语言代码，包括HTML代码以及JavaScript脚本，所述的语言代码用于在浏览器中生成动态Web页面，可用于对协议转换器中的配置信息进行查询与修改。根据配置信息动态生成IED数据模型。根据配置信息生成IEC61850协议任务队列和modbus-RTU协议任务队列。根据所配置协议转换任务队列，使用Sqlite内存数据库作为缓存区，实现IEC61850协议和Modbus协议转换。

本方法通过在IEC61850协议和Modbus-RTU协议转换器中，使用配置文件存储IED模型和协议转换映射关系表信息，并使用GoAhead Web服务器以及由HTML代码、JavaScript脚本共同组成的动态Web页面提供一种可以直接通过浏览器查询并修改协议转换器中的IED模型和协议转换映射关系表的可动态配置的协议转换方案。

动态Web页面由协议转换装置中存放的HTML代码和JavaScript脚本生成。即网页不由后端生成，而是浏览器通过访问后端的服务器获取存放在后端服务器的脚本并根据脚本生成网页。这个Web页面是由浏览器根据协议转换装置中存放的脚本渲染生成的。智能电子设备IED是IEC61850协议中的，一个物理设备即一个IED，应建模为一个装置对象。用户在Web页面中需要完成IED建模的过程。在程序中，根据配置文件生成并使用c语言中的数据结构——IED数据模型来存储IED模型的结构和属性。一个IED模型拥有很多属性，如果这个属性的值是来源于传感器就称它为测点。两个协议的转换实质上就是通过测点与寄存器地址(寄存器地址是传感器中的，modbus协议把一个设备中的数据通过寄存器地址组织)的映射完成的，映射关系表是映射的集合。

协议转换器的软件部分分为三个模块：Web模块、动态构建模块、协议转换模块。其中Web模块与用户交互，生成配置文件并将配置文件上传至协议转换器，动态构建模块根据配置文件构建IED数据模型、任务队列和内存缓冲数据库，协议转换模块负责日常的协议转换。

在另一个实施例中，如果需要更改IED模型或者更改IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表，只需要通过Web页面修改配置信息。

就该实施例而言，不需要修改程序源码，便于操作，提高了效率，同时也减轻了设备的学习成本。使用配置文件配置协议转换器的现有做法是通过客户端生成配置文件，然后再把配置文件上传到设备里面，而本方法强调是通过Web页面修改配置。

在另一个实施例中，步骤S300进一步包括步骤：

协议转换器还生成一个Sqlite内存数据库，用于缓存数据。

就该实施例而言，为了最大程度利用485总线，modbus-RTU协议任务队列会持续不断地轮询中终端设备并在协议转换器内部将总线上传的来自终端设备的数据缓存在内存里面。缓存需要有两个特性：1.组织数据(这里指可以通过寄存器地址来组织数据，也即是一个寄存器地址对应一个寄存器数据)2.线程安全性(读写缓存的是两个线程)。内存数据库可以很好地提供这两个特性。在本方法中必须要有拥有这两个特性的缓存，选择了内存数据库来充当这个角色。

在另一个实施例中，如图2所示，步骤S300进一步包括步骤：

根据所生成的modbus-RTU任务队列与终端设备通讯并将收集到的数据存储于Sqlite内存数据库；根据所生成的IEC61850任务队列，将Sqlite内存数据库中的数据映射到IED数据模型中，实现数据更新；根据IED数据模型中的数据生成IEC61850通讯报文与监控系统通讯。

就该实施例而言，IEC61850任务队列负责把内存数据库中的数据“搬进”IED数据模型中去，实际上解决的问题是要把什么(寄存器地址的)数据搬到什么(IEC61850测点的)位置，所以IEC61850任务本质上是“IEC61850协议测点与modbus-RTU寄存器地址的映射”，而由于映射关系表中存在多个映射所以就会有多个任务进而组成一个IEC61850任务队列。

modbus-RTU任务队列更新内存数据库，IEC61850任务队列根据内存数据库更新IED数据模型、根据IED数据模型生成IEC61850通信报文，这三件事是并发进行的。

在另一个实施例中，如图3所示，所述协议转换器的硬件部分包括主控部分，网络部分、Modbus部分、电源部分和电源保护部分。

就该实施例而言，过电流保护单元，抗浪涌保护单元，抗静电保护单元，防反接保护单元的构成的电源保护模块可以为该转换器提供可靠的保护，可确保设备在各种复杂情况下运行。

在另一个实施例中，其中所述主控部分包括主控芯片、程序存储单元NAND Flash、程序运行单元SDRAM、时钟单元、复位电路和程序下载电路。

就该实施例而言，主控部分中主控芯片采用ARM9系列中的S3C2440AL-40，NANDFLASH芯片采用K9F2G08U0B-P，SDRAM芯片采用H57V2562GTR-60I，采用12M晶振，复位电路采用MAX811芯片产生复位信号。

在另一个实施例中，所述网络部分包括TCP/IP协议接口模块和1个RJ45网络接口模块。

就该实施例而言，网络部分中，TCP/IP协议接口芯片采用DM9000CEP，RJ45网络接口采用HR911105A。

在另一个实施例中，所述modbus-RTU部分包括1路全自动半双工RS485模块和RS485接口。

就该实施例而言，Modbus模块包括构成自动半双工的非门芯片SN74AHC1G04DBVR，电平转换芯片SN65LBC184D，隔离电源芯片NMV0505S和隔离芯片ADUM1301ARWZ-RL7。

在另一个实施例中，所述电源模块向所述主控部分，所述网络部分和所述Modbus部分供电。

在另一个实施例中，所述主控部分与所述网络部分采用并行数据传输。

就该实施例而言，主控部分与网口部分采用并行传输提高网口的传输速率。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种用于变电站自动化的协议转换方法，其包括如下步骤：

S100：用户通过PC浏览器访问Web页面，根据自身需求输入配置信息来完成对符合IEC61850建模标准的IED模型的配置，以及IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表的配置；

S200：Web页面根据所述配置信息生成并上传配置文件至协议转换器；

S300：协议转换器根据所述配置文件生成IED数据模型、IEC61850任务队列、modbus-RTU任务队列，完成与终端设备和监控系统的通讯；

所述Web页面由协议转换器中存放的HTML代码和JavaScript脚本生成。

2.根据权利要求1所述的方法，如果需要更改IED模型或者更改IEC61850协议和modbus-RTU协议的协议转换映射关系表，只需要通过Web页面修改配置信息。

3.根据权利要求2所述的方法，步骤S300进一步包括步骤：

协议转换器还生成一个Sqlite内存数据库，用于缓存数据。

4.根据权利要求3所述的方法，步骤S300进一步包括步骤：

根据所生成的modbus-RTU任务队列与终端设备通讯并将收集到的数据存储于Sqlite内存数据库；根据所生成的IEC61850任务队列，将Sqlite内存数据库中的数据映射到IED数据模型中，实现数据更新；根据IED数据模型中的数据生成IEC61850通讯报文与监控系统通讯。

5.根据权利要求1所述的方法，所述协议转换器包括主控部分，网络部分、Modbus部分、电源部分和电源保护部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述主控部分包括主控芯片、程序存储单元NANDFlash、程序运行单元SDRAM、时钟单元、复位电路和程序下载电路。

7.根据权利要求5所述的方法，所述网络部分包括TCP/IP协议接口模块和1个RJ45网络接口模块。

8.根据权利要求5所述的方法， modbus-RTU部分包括1路全自动半双工RS485模块和RS485接口。

9.根据权利要求5所述的方法，电源模块向所述主控部分，所述网络部分和所述Modbus部分供电。

10.根据权利要求5所述的方法，所述主控部分与所述网络部分采用并行数据传输。

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