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西門子PLC6GK7 243-2AX01-0XA0

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1.3 IEC61850標準的體系結構
        變電站自動化系統(tǒng)由各種IED 組成，主要完成變電站內設備的控制、監(jiān)視和保護功能，并實現(xiàn)系統(tǒng)配置、通信管理和軟件管理等系統(tǒng)維護功能。IEC 61850 標準將變電站自動化系統(tǒng)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(jié)點(logical node，LN)，然后以LN 為對象建立變電站內IED 的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務模型，旨在解決不同廠商提供的IED間的數(shù)據(jù)交換、信息共享等問題。
        遵循IEC 61850 標準的變電站自動化系統(tǒng)主要包括：①主站自動化系統(tǒng)軟件(人機界面、數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)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(guī)范要求，如圖3所示：

圖3：IEC61850與數(shù)字化變電站接口與體系結構

1.4數(shù)據(jù)模型
        在了解數(shù)據(jù)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(tǒng)執(zhí)行的任務，如：母線保護、聯(lián)鎖、報警管理等。
邏輯設備(LD)：一種虛擬設備，聚合邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)，物理設備可以包含一個或多個LD。
邏輯節(jié)點(LN)：用來描述系統(tǒng)功能的基本單位，是數(shù)據(jù)對象的容器，可以任意分配到
IED，每個邏輯節(jié)點和內部的數(shù)據(jù)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(jié)點，在IEC61850 中一些邏輯節(jié)點是電力系統(tǒng)實設備的映射。一個IED 設備要實現(xiàn)特定功能必然需要這些邏輯節(jié)點來zui終實現(xiàn)操作、控制的功能。可以簡單理解邏輯設備是IED 設備實現(xiàn)具體一個功能的抽象容器，在這個容器中包含了實現(xiàn)功能所需的相應的邏輯節(jié)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(shù)據(jù)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(jié)點”Q0XCBR1”斷路器的”位置Pos”數(shù)據(jù)的相關狀態(tài) “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(guī)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(shù)據(jù)類型，如圖8所示：

圖8：”IEC61850 Server Library”所支持的數(shù)據(jù)類型

5) 支持如下MMS服務類型，如下圖9所示：

圖9：”IEC61850 Server Library”所支持的MMS服務類型

6) 提供基于XML語言描述的SCL和.icd文件，供客戶端訪問
7) 通過標準PCS7或Step7工具進行編程
8) 支持S7-300/S7-400/S7 mec
9) 冗余設計(用于S7-400H)
10) 帶通信診斷功能
11) 軟件包僅支持通過CP343/443-1建立通信連接，不支持CPU的集成PN口創(chuàng)建連接

2.2 “IEC61850 Server Library”軟件包工作原理
        下圖10描述了“IEC61850 Server Library”軟件包的工作原理：

圖10：“IEC61850 Server Library”軟件包的工作原理

        從圖10可以看出，軟件包中主要的核心為數(shù)據(jù)模型.ICD文件及Table DB數(shù)據(jù)塊，兩者之間必須*，這個將包含在軟件包中，其中.ICD文件提供給IEC61850客戶端用于IEC61850通信的連接、變量的導出及讀寫等，Table DB數(shù)據(jù)塊用于下載到S7-300/400中用于創(chuàng)建S7-300/400作為IEC61850服務器的數(shù)據(jù)模型，之后將其匹配到主功能塊“SVR_IEC61850”中。
        在軟件包的實際應用中還需要注意以下幾點：

1) 允許多個IEC61850客戶端訪問同一個S7-300/400 IEC61850服務器，但是每個客戶端需要創(chuàng)建多個ISO-on-TCP連接并多次調用之后將其匹配到功能塊“SVR_IEC61850”,此時將功能塊“SVR_IEC61850”均連接到同一個Table DB，這樣能夠保證客戶端訪問服務器的數(shù)據(jù)*性。
2) 通過DataSet(數(shù)據(jù)集)可以批量讀寫Data-Attribute，軟件包只支持靜態(tài)DataSet功能，不支持動態(tài)的 DataSet創(chuàng)建，因此只允許IEC61850客戶端的靜態(tài)DataSet訪問請求。
3) 所有的Data-Attribute及DataSet均可以在 Table DB中更改，這可以通過軟件包 的SCL源文件編輯，當更改Table DB時，.ICD文件(軟件包中的server_x_y.icd文件)也必須調整以保證更改后的Table DB與.ICD文件保持*

2.3 “IEC61850 Server Library“軟件包軟硬件需求及限制
       “IEC61850 Server Library”軟件包的軟硬件需求及限制如下圖11所示：

圖11：“IEC61850 Server Library”軟件包軟硬件需求及使用限制

2.4 “IEC61850 Server Library“軟件包訂貨號
        “IEC61850 Server Library”軟件包的訂貨號如下圖12所示：

圖12：“IEC61850 Server Library”軟件包訂貨號

2.5 “IEC61850 Server Library“軟件包包含內容
        購買“IEC61850 Server Library“軟件包后將會得到一張光盤，光盤中包含如下文件內容，如下圖13所示：

圖13：“IEC61850 Server Library“軟件包所包含的內容

3 通過“IEC61850 Server Library“軟件包配置S7-300作為服務器進行IEC61850 規(guī)約通信
        下面以S7-300及TMW 61850 Test Harness軟件為例，詳細介紹如何通過“IEC61850 Server Library“軟件包將S7-300通過配置為服務器，TMW 61850 Test Harness配置為客戶端進行IEC61850 通信。
注：TMW 61850 Test Harness軟件可以從網上免費下載得到，為:
http://www.trianglemicroworks。。ｃｏｍ/

下載的為試用版本，試用版本有一定的功能限制，只有20天的試用期，試用期結束后失去所有功能，需要購買使用*

3.1例子中使用的硬件設備及軟件
        本例中所用的硬件設備如下表1所示。

表1：硬件清單

所用到軟件如下表2所示：

表2：軟件清單

3.2 硬件及網絡組態(tài)
        打開Step7軟件，新建一個工程項目文件，命名為“IEC61850_server_update”, 在項目下插入一個S7-300站，如下圖14所示。

圖14：新建S7-300 Station

        雙擊插入的SIMATIC 300 Station的“Hardware”，打開硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)界面下分別插入機架，電源PS307、CPU317-2PN/DP、CP343-1,本例中將CP的IP地址設為192.168.0.11，如下圖15所示。

圖15：硬件組態(tài)并設置CP343-1的IP地址

        打開Netpro網絡組態(tài),選中CPU317-2PN/DP,插入一個新連接，連接伙伴為Unspecified，連接類型為ISO-on-TCP Connection，如下圖16所示：

圖16：網絡組態(tài)-創(chuàng)建ISO-on-TCP

         對于插入的TCP connection，在打開的連接屬性對話框中的“General Information”中由于CP343-1做Server被動連接，因此不勾選“Active connection estabishment”選項,ID保持缺省即可，在“Adress”欄中同樣由于CP343-1做Server，因此填入本地連接的TSAP號設置為00.01，對于通信伙伴Remote的TSAP可以選擇不填，即允許任意IP地址的客戶端發(fā)起連接，如下圖17所示：

圖17：作為 服務器的ISO-on-TCP連接屬性設置

注意：1) 如果有多個客戶端連接，每個客戶端需要創(chuàng)建一個ISO-on-TCP連接，對于本地
的TSAP號可以依次按照00.01順排，對于遠程TSAP號則建議添上對應的客戶
端IP地址及TSAP號

3.3 編寫程序

        打開“IEC61850 Server Library“軟件包中功能塊庫，將軟件包中所有的程序拷貝到以上創(chuàng)建的Step7項目中，如下圖18所示：

圖18：拷貝“IEC61850 Server Library“軟件包中功能塊到創(chuàng)建的項目中

        之后再Step7項目中插入一個CFC Chart圖并打開，在打開的Chart圖中調用主功能塊“FB575 SVR_IEC61850”，如下圖19，20。

圖19：插一個CFC

圖20：在CFC中調用主功能塊“FB575 SVR_IEC61850”

注意： 如果有多個客戶端連接同一個服務器，每個客戶端需要調用一個主功能塊“FB575
SVR_IEC61850”，每個調用功能塊的 Table DB可以共享，但是“CONN_RCV”
及“CONN_SEN”必須不同，如下圖21所示。

圖21：多個IEC61850客戶端連接時編程處理 

表3：功能快FB575“SVR_IEC61850”各管腳參數(shù)含義

注意：對于START_COM及STOP_COM參數(shù)，SVR_IEC61850功能塊要求在啟動時首先
　　　將STOP_COM置１后再將STOP_COM置１的一個時序過程功能塊才能正常工作，
　　　因此需要在CFC編程時進行處理。

        參數(shù)“QSTATE”中功能塊輸出的內部處理狀態(tài)如下表4所示：

表4： 參數(shù)“QSTATE”中功能塊輸出的內部處理狀態(tài)