西門子代理商6ES7412-1XJ07-0AB0

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型  號：6ES7412-1XJ07-0AB0
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1 IEC61850 標準

1.1標準概述
         IEC61850是新一代的變電站自動化系統的標準，它規范了數據的命名、數據定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言。同傳統的IEC60870-5-103標準相比，它不僅僅是一個單純的通信規約，而是數字化變電站自動化系統的標準，它指導了變電站自動化的設計、開發、工程、維護等各個領域。該標準通過對變電站自動化系統中的對象統一建模，采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口，增強了設備之間的互操作性，可以在不同廠家的設備之間實現無縫連接。智能化一次設備和數字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標準。IEC61850是至今為止zui為*的變電站自動化標準，它不僅規范保護測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了數字式CT、PT、智能式開關等一次設備的模型和通信接口。采用IEC61850標準可以大大提高變電站自動化技術水平、提高變電站自動化安全穩定運行水平，節約開發驗收維護的人力物力，實現*的互操作，如圖1所示。
         IEC61850與傳統的SCADA協議不同的是，它不僅是一個簡單的協議，更涉及到通信網絡性能要求、對象建模、系統和項目管理等多方面的規范要求。IEC61850采用面向對象的建模方法和抽象、分層映射的技術，通過規范系統和項目管理以及*性測試等途徑來保證其目標的實現，并且IEC61850不僅適用于變電站自動化系統內部網絡通信，也適用于配電自動化、電能計量系統、發電廠自動化系統、風力發電以及其它工業領域。

圖1：IEC61850與數字化變電站(SAS)之間的相互關系：

1.2 制造報文規范MMS
        制造報文規范(Manufacturing Message Specification,MMS)是網絡上實時處理和監控系統信息交換的標準，由標準化組織和電工委員會工業自動化技術委員會TC184工業組負責制定和發展，它適合于在不同的設備、應用、發展商和領域內提供通用信息服務，例如：MMS提供的讀(Read)服務允許網絡上的設備、應用或計算機從另外一個設備、應用或計算機內讀取所需的變量，而不管這個變量是在可編程邏輯控制器、機器人、遠方終端設備或智能電子設備內。MMS已經廣泛應用在制造、石油化工、電力工業和太空探索等領域。
        MMS由以下各部分組成：

1) 服務規范(Service Specification)
2) 協議規范(Protocol Specification)
3) 機器人伴同標準(Robot Companion Standard)
4) 數字控制器伴同標準(Numberical Controller Companion Standard)
5) 可編程邏輯控制器伴同標準(Programmable Logical Controller Companion Standard)
6) 過程控制系統伴同標準(Process Control System Companion Standard)

        上列各部分中，*部分服務規范和第二部分協議規范是其核心，服務規范包含的定義
有：①虛擬制造設備(Virtual Manufacturing Device,VMD)；②網絡上節點間的信息交換；③與VMD有關的屬性和參數。協議規范定義的是通信規則，包括：①信息格式；②通過網絡的信息順序；③MMS層與ISO/OSI開放模型的其他層的交互，而3)-6)則是針對不同的應用領域的伴同標準。
         MMS提供了豐富的針對對等式實時通信網絡的一系列任務，已經成為許多工業領域的控制設備的通信協議，例如CNC、可編程邏輯控制器、機器人、電力領域中的遠方終端設備(RTU)、能源管理系統(EMS)、重合器、開關等IED設備。許多流行的計算機平臺都支持基于MMS的互聯，在軟件支持上，更多的API、圖形界面、網關、字處理、電子表格、關系型數據庫都支持MMS，從通信連接上看，MMS在以太網、令牌總線、串行接口RS-232C、OSI、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易實現，如圖2所示：

圖2：MMS在IEC61850報文結構中的位置

1.3 IEC61850標準的體系結構
        變電站自動化系統由各種IED 組成，主要完成變電站內設備的控制、監視和保護功能，并實現系統配置、通信管理和軟件管理等系統維護功能。IEC 61850 標準將變電站自動化系統在邏輯上劃分為3 層(即變電站層、間隔層和過程層)，并將具體應用功能分解為許多常駐在不同IED 內、彼此間相互通信的單元，稱為邏輯節點(logical node，LN)，然后以LN 為對象建立變電站內IED 的統一的數據和服務模型，旨在解決不同廠商提供的IED間的數據交換、信息共享等問題。
        遵循IEC 61850 標準的變電站自動化系統主要包括：①主站自動化系統軟件(人機界面、數據庫及系統管理等)；②間隔層裝置(保護、測控單元等)；③過程層設備，包括電子式電流/電壓互感器(electronic current/potential transducer，ECT/EPT)、智能斷路器/隔離開關、合并單元等；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定義的的通信模型，并滿足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(*性測試)的規范要求，如圖3所示：

圖3：IEC61850與數字化變電站接口與體系結構

1.4數據模型
        在了解數據模型之前，首先需要了解一些關于IEC61850 的重要概念
智能電子設備(IED)：實際的物理設備，如開關、斷路器，綜保等。
功能：變電站自動化系統執行的任務，如：母線保護、聯鎖、報警管理等。
邏輯設備(LD)：一種虛擬設備，聚合邏輯節點和數據，物理設備可以包含一個或多個LD。
邏輯節點(LN)：用來描述系統功能的基本單位，是數據對象的容器，可以任意分配到
IED，每個邏輯節點和內部的數據都有具體的語義，并通過他們的服務與外部進行交互。
在IEC61850 中，一個IED 設備的外部性能通過Server 服務器類來表征，Server 服務器可以包含一個或多個邏輯設備，一個邏輯設備可以包含多個邏輯節點，在IEC61850 中一些邏輯節點是電力系統實設備的映射。一個IED 設備要實現特定功能必然需要這些邏輯節點來zui終實現操作、控制的功能。可以簡單理解邏輯設備是IED 設備實現具體一個功能的抽象容器，在這個容器中包含了實現功能所需的相應的邏輯節點。
        下圖4描述了從一個實際的項目中如何對實際的物理設備建模的完整過程：

圖4:設備建模的完整過程

        就針對一個具體的IED設備模型而言，下圖5描述了該物理設備中所包含的內容及其交互關系：

圖5：數據模型所包含的內容及交互關系

        下圖6為一個實際的IED物理設備所包含的相關內容，該圖描述了該LED設備中其中一個邏輯設備”Tampa_Control”的邏輯節點”Q0XCBR1”斷路器的”位置Pos”數據的相關狀態 “stVal和ctlVal”。

圖6：一個實際的IED設備所包含的內容

2 “IEC61850 Server Library”軟件包概述

2.1 “IEC61850 Server Library”通信概述
        “IEC61850 Server Library”軟件包是西門子推出的基于S7-300/400作為服務器端的IEC61850規約的通信解決方案，通過該軟件包，可以將S7-300/400 “虛擬”為一個IEC61850服務器端設備，之后S7-300/400 可以支持在IEC61850總線上的過程變量導出，下圖7為“IEC61850 Server Library”軟件包通信總覽：

圖7：“IEC61850 Server Library“軟件包通信總覽

“IEC61850 Server Library “軟件包具有如下特征：
1) 功能*的功能塊庫，支持德語及英語的在線幫助。
2) 每個IEC61850 客戶端設備將通過一個ISO-On-TCP連接服務器。
3) zui多可以支持100 Data-Attribute及10 DataSet(每個DataSet包含100個Data-Attributes)：
4) Data-Attribute支持如下數據類型，如圖8所示：

6ES7412-1XJ07-0AB0

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