西门子基于SIMATIC WinCC的IEC61850规约通讯快速入门.pdf-资料库

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基于 SIMATIC WinCC 的 IEC61850 规约通讯快速入门 IEC61850 Communication Base On SIMATIC WinCC Getting Started Getting-Started Edition (2011 年 3 月)

摘要 IEC61850 标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，代表了变电站自动化的未来发展方向，它用面向对象的思想来描述变电站 IED(智能电子设备)之间的通信协议，基于 TCP/IP 的制造报文规范 MMS 是 IEC61850 标准中特定通信服务映射 SCSM 的核心通信协议站，本文主要介绍了 IEC61850 的概况和数据模型，并详细描述了如何使用软件包“IEC61850 WinCC Channel”配置 WinCC 为 IEC61850 客户端、 “IEC61850 Test Harness”为服务器进行通讯连接、变量创建及报警管理的操作步骤，提供了一种基于 SIMATIC WinCC 的 IEC61850 规约的西门子通讯解决方案，希望能够给读者关于 WinCC 的 IEC61850 规约通讯入门指导。关键词 IEC61850、变电站自动化、制造报文规范、智能电子设备、ICD 文件、数据模型、 IEC61850 WinCC 通讯通道、客户端、服务器、通讯、变量导入、报警、Test Harness Key Words IEC61850、Substation Automation、Manufacturing Message Specification (MMS)、Inteligent Electronical Device(IED)、ICD file、Data Model、IEC61850 WinCC Channel、Client、Server、Communication、Tag Import、Alarm、Test Harness IA&DT&BT Service & Support Page 2-29

目录基于SIMATIC WinCC的IEC61850 规约通讯快速入门 ......................1 1 IEC61850 标准 .....................................................4 1.1 标准概述..........................................................4 1.2 制造报文规范 MMS .................................................4 1.3 IEC61850 标准的体系结构 ............................................5 1.4 数据模型 .................................................................. 5 2 SIMATIC WinCC IEC61850 Channel 通讯概述 .........................8 2.1 SIMATIC WinCC IEC61850 Channel 通讯................................ 8 2.2 “WinCC IEC61850 Channel”软件包系统需求 ............................. 10 2.3“WinCC IEC61850 Channel”软件包订货号 ............................. 10 2.4“WinCC IEC61850 Channel”软件包安装 ............................... 11 3 配置“WinCC IEC61850 Channel”作为 Client 进行 IEC61850 规约通讯 12 3.1 例子中使用的硬件设备及软件 ............................................... 12 3.2 创建连接 ................................................................ 13 3.3 连接属性设置 ............................................................. 14 3.4 变量导入 ................................................................ 16 3.5 手动创建变量 ............................................................ 17 3.6 控制变量的读写........................................................... 20 3.6.1 使用向导导入控制变量.................................................. 20 3.6.2 通过变量设置方式创建控制变量.......................................... 20 3.6.3 写控制变量 ........................................................... 21 3.7 报警 .................................................................... 22 3.7.1 IEC61850 变量报警原理及属性设置 ...................................... 22 3.7.2 创建报警变量.......................................................... 23 3.7.3 Alarm Logging 设置 .................................................... 24 3.8 通讯测试 ................................................................ 25 3.8.1 变量读写测试 .......................................................... 25 3.8.2 控制变量写测试 ........................................................ 26 3.8.3 报警测试 .............................................................. 27 4 SIMATIC WinCC IEC61850 Channel 通讯小结 ........................27 IA&DT&BT Service & Support Page 3-29

1 IEC61850 标准 1.1 标准概述 IEC61850 是新一代的变电站自动化系统的国际标准，它规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言。同传统的 IEC60870-5-103 标准相比，它不仅仅是一个单纯的通信规约，而是数字化变电站自动化系统的标准，它指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。智能化一次设备和数字式变电站要求变电站自动化采用 IEC61850 标准。IEC61850 是至今为止最为完善的变电站自动化标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式 CT、PT、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。采用 IEC61850 国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发验收维护的人力物力，实现完全的互操作。 IEC61850 与传统的 SCADA 协议不同的是，它不仅是一个简单的协议，更涉及到通讯网络性能要求、对象建模、系统和项目管理等多方面的规范要求 IEC61850 采用面向对象的建模方法和抽象、分层映射的技术，通过规范系统和项目管理以及一致性测试等途径来保证其目标的实现，并且 IEC61850 不仅适用于变电站自动化系统内部网络通信，也适用于配电自动化、电能计量系统、发电厂自动化系统、风力发电以及其它工业领域。 1.2 制造报文规范 MMS 制造报文规范(Manufacturing Message Specification,MMS)为网络上的实时处理和监控系统信息交换的国际标准，由国际标准化组织和国际电工委员会工业自动化技术委员会 TC184 工业组负责制定和发展，它适合于在不同的设备、应用、发展商和领域内提供通用信息服务，例如：MMS 提供的读(Read)服务允许网络上的设备、应用或计算机从另外一个设备、应用或计算机内读取所需的变量，而不管这个变量是在可编程逻辑控制器、机器人、远方终端设备或智能电子设备内.MMS 已经广泛应用在制造、石油化工、电力工业和太空探索等领域。 MMS 由以下各部分组成： 1) 服务规范(Service Specification) 2) 协议规范(Protocol Specification) 3) 机器人伴同标准(Robot Companion Standard) IA&DT&BT Service & Support Page 4-29

4) 数字控制器伴同标准(Numberical Controller Companion Standard) 5) 可编程逻辑控制器伴同标准(Programmable Logical Controller Companion Standard) 6) 过程控制系统伴同标准(Process Control System Companion Standard) 上列各部分中，第一部分服务规范和第二部分协议规范是其核心，服务规范包含的定义有:①虚拟制造设备(Virtual Manufacturing Device,VMD);②网络上节点间的信息交换；③与 VMD 有关的属性和参数。协议规范定义的是通信规则，包括：①信息格式；②通过网络的信息顺序；③MMS 层与 ISO/OSI 开放模型的其他层的交互，而 3)-6)则是针对不同的应用领域的伴同标准。 MMS 提供了丰富的针对对等式实时通信网络的一系列任务，已经成为许多工业领域的控制设备的通信协议，例如 CNC、可编程逻辑控制器、机器人、电力领域中的远方终端设备 (RTU)、能源管理系统(EMS)、重合器、开关等 IED 设备。许多流行的计算机平台都支持基于 MMS 的互联，在软件支持上，更多的 API、图形界面、网关、字处理、电子表格、关系型数据库都支持 MMS，从通信连接上看，MMS 在以太网、令牌总线、串行接口 RS-232C、 OSI、TCP/IP、MiniMAP 上也都很容易实现。 1.3 IEC61850 标准的体系结构变电站自动化系统由各种IED 组成，主要完成变电站内设备的控制、监视和保护功能，并实现系统配置、通信管理和软件管理等系统维护功能。IEC 61850 标准将变电站自动化系统在逻辑上划分为3 层(即变电站层、间隔层和过程层)，并将具体应用功能分解为许多常驻在不同IED 内、彼此间相互通信的单元，称为逻辑节点(logical node，LN)，然后以LN 为对象建立变电站内IED 的统一的数据和服务模型，旨在解决不同厂商提供的IED间的数据交换、信息共享等问题。遵循IEC 61850 标准的变电站自动化系统主要包括：①主站自动化系统软件(人机界面、数据库及系统管理等)；②间隔层装置(保护、测控单元等)；③过程层设备，包括电子式电流/ 电压互感器(electronic current/potential transducer，ECT/EPT)、智能断路器/隔离开关、合并单元等；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定义的的通信模型，并满足 IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(一致性测试)的规范要求。 1.4 数据模型在了解数据模型之前，首先需要了解一些关于 IEC61850 的重要概念智能电子设备(IED)：实际的物理设备，如开关、断路器，综保等。功能：变电站自动化系统执行的任务，如：母线保护、联锁、报警管理等。 IA&DT&BT Service & Support Page 5-29

逻辑设备(LD)：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据，物理设备可以包含一个或多个 LD。逻辑节点(LN)：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到 IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。在IEC61850 中，一个IED 设备的外部性能通过Server 服务器类来表征，Server 服务器可以包含一个或多个逻辑设备，一个逻辑设备可以包含多个逻辑节点，在IEC61850 中一些逻辑节点是电力系统实设备的映射。一个IED 设备要实现特定功能必然需要这些逻辑节点来最终实现操作、控制的功能。可以简单理解逻辑设备是IED 设备实现具体一个功能的抽象容器，在这个容器中包含了实现功能所需的相应的逻辑节点。下图 1 描述了从一个实际的项目中如何对实际的物理设备建模的完整过程：图 1:设备建模的完整过程就针对一个具体的 IED 设备模型而言，下图 2 描述了该物理设备中所包含的内容及其交互关系： IA&DT&BT Service & Support Page 6-29

图 2：数据模型所包含的内容及交互关系下图 3 为一个实际的 IED 物理设备所包含的相关内容，该图描述了该 LED 设备中其中一个逻辑设备”Tampa_Control”的逻辑节点”Q0XCBR1”断路器的”位置 Pos”数据的相关状态 “stVal 和 ctlVal”。图 3：一个实际的 IED 设备所包含的内容 IA&DT&BT Service & Support Page 7-29

2 SIMATIC WinCC IEC61850 Channel 通讯概述 2.1 SIMATIC WinCC IEC61850 Channel 通讯 “SIMATIC WinCC IEC61850 Channel”软件包是西门子推出的基于 WinCC 的 IEC61850 规约的通讯解决方案，下图 4 为“SIMATIC WinCC IEC61850 Channel”软件包通讯总览：图 4：“WinCC IEC61850 Channel“软件包通讯总览 “WinCC IEC61850 Channel “软件包具有如下特征： 1) 基于 WinCC 的 IE61850 规约解决方案。 2) 可作为 IEC61850 MMS 的客户端，不能作为服务器。 3) 支持设备离线或在线的变量、报告导入(可通过*.Icd 文件)，如下图 5 所示： IA&DT&BT Service & Support Page 8-29

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