CN106453071A - 一种符合iec61850标准的电力智能网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种符合IEC61850标准的电力智能网关，将通信端口分为下行端口和上行端口，与常规通信协议设备的通信称为下行端口，与后台监控***通信的为上行端口。每种通信协议库按照动态链接库的模式挂载于主程序架构中，用于采集下行端口的常规通信协议设备的数据，并将数据存储于本地实时数据库。上行端口则可以从本地实时数据库获取设备数据，通过IEC61850协议上传到站内后台监控***。本发明的IEC61850协议库可以通过ICD模型文件的sAddr短地址实现ICD模型文件的数据属性与本地数据库的数据点的灵活映射，在不修改软件的情况下实现与IEC61850协议的智能转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种符合IEC61850标准的电力智能网关,可轻松实现智能变电站内各种常规协议与IEC61850协议的智能转换。
背景技术
近年来，随着IEC61850协议标准及智能变电站的大力推广，日益发展的通信技术对变电站内的设备间通信提出了新的要求。智能变电站的IED(智能电子设备)采用的是IEC61850通信，一些基于Modbus、IEC60870-5-103、CDT等通信协议的设备数据将无法接入到智能变电站的数据网中。
目前智能变电站内大部分电子设备(如保护、测控等设备)都具备IEC61850通信功能，但是仍然有些低端产品(如低压仪表、电度表、在线监测设备)不具备IEC61850通信功能，这些设备一般具备modbus、IEC60870-5-103、CDT等常规通信功能，所以有必要发明一种设备能灵活将各种常规协议转换成IEC61850通信协议，实现常规设备与智能变电站后台监控***的无缝对接。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明目的是设计一种符合IEC61850标准的电力智能网关,可轻松实现智能变电站内各种常规协议与IEC61850协议的智能转换。
为了实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是：一种符合IEC61850标准的电力智能网关,将通信端口分为下行端口和上行端口，与常规通信协议设备的通信称为下行端口，与后台监控***通信的为上行端口。每种通信协议库按照动态链接库的模式挂载于主程序架构中，用于采集下行端口的常规通信协议设备的数据，并将数据存储于本地实时数据库。上行端口则可以从本地实时数据库获取设备数据，通过IEC61850协议上传到站内后台监控***。本发明的IEC61850协议库可以通过ICD模型文件的sAddr短地址实现ICD模型文件的数据属性与本地数据库的数据点的灵活映射，在不修改软件的情况下实现与IEC61850协议的智能转换。
采用基于ramdisk的只读文件***，通信协议库动态加载完全独立，虚拟端口实现任何高级应用程序，通用可配置的的IEC61850通信协议库实现任何通信协议与IEC61850协议的转换，虚拟IP扩展功能、软件防火墙可满足不同应用场合，避免设备遭受网络攻击。
使用ramdisk技术构建只读文件***，此文件***以压缩文件方式存放于flashdisk中，***启动后自动解压到RAM中，运行过程中产生的所有文件均为基于RAM的操作，这样可以避免文件***遭到破坏，增强设备运行的稳定性。
对通信协议的解释采用独立的动态库链接库嵌入到主程序中，各端口需要使用此通信协议库时刻通过配置动态加载，每种通信协议库通过xml文件配置信息点表模板，运行动态库时加载信息点表，生成数据库信息点，与其他通信端口实现信息共享。虚拟端口可以挂载各种高级应用程序，给高级应用程序提供载体，提高设备的应用灵活性。
采用sAddr短地址建立IEC61850数据属性与实时数据库的信息点的映射关系，实现IEC61850协议转换的灵活配置。
通过同一个MAC地址虚拟多个独立的IP地址，可以弥补硬件网口数目不足的缺陷，使软件的应用范围更广。
通过netfilter和iptables实现软件防火墙，可以通过编写脚本方式灵活设置防
火墙过滤规则，有效避免设备遭受网络攻击。
有益效果：
本发明适用于智能变电站，可以将变电站内常规通信协议(如modbus、IEC60870-5-103、CDT等)转换成基于MMS的IEC61850协议与后台监控***通信，轻松实现智能变电站内常规协议设备的通信集成。电子设备通过IEC61850协议集成到站内的IEC61850通信网络中，实现设备数据与后台监控***或远动***的共享。本发明符合IEC61850协议标准，具有互操作性，可以将常规协议设备转换成符合IEC61850标准的虚拟设备，实现通信集成的无缝对接。
本发明提出了通过sAddr短地址实现IEC61850数据属性与数据库的数据映射的方法，大大提高了软件的可维护性。多个虚拟IP地址可以同时满足不同应用场合的需求，软件防火墙可以有效避免设备遭受外部网络攻击，为设备的安全可靠运行提供了保障。
附图说明
图1是本发明实施例的软件原理框图。
图2是本发明实施例的***启动流程图。
图3是本发明实施例的IEC61850通信协议库的软件流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明主要实现基于传统通信协议设备的数据采集和控制，将非智能设备的数据就地存储于本机实时数据库中，通过基于MMS(报文制造规范)的IEC61850通信协议将数据信息上送到站内后台监控***。图1是本发明实施例的软件原理框图。
本发明的实施方式主要分为以下6个方面：基于ramdisk的只读文件***、独立的通信协议库、虚拟端口功能、通用可配置的IEC61850通信协议库、虚拟IP扩展功能、软件防火墙功能。图2是本发明实施例的***启动流程图。
1.基于ramdisk的只读文件***
对于嵌入式设备来说，免维护性是至关重要的。本发明采用了ramdisk技术制作了只读的Linux文件***。Ramdisk技术的原理是把内存中的部分区域划分出来虚拟成一个磁盘存储设备的空间，由于Ramdisk的访问全部是基于RAM的，所以访问速度比FLASH及硬盘要快很多，并且使用此方法设计的Ramdisk文件***为压缩包文件，为只读属性，这样可以保证操作***永不损坏，非常适用于嵌入式***。
2.独立的通信协议库
本发明将通信协议层和物理设备层分离，对每种通信协议，不依赖于具体的物理硬件设备，开发独立的协议开发库，每个通信协议库可动态挂载于主程序框架下，各通信端口可以挂载任意的通信协议库，每个通信协议库均有独立的xml格式的通信点表模板文件，上电后通信协议库读取点表模板文件，在本地数据库中建立唯一的数据库信息点，然后通信协议库根据具体的通信协议报文进行协议解释并存储数据，存入数据库的实时数据可以被其他任意端口协议库调用。
3.虚拟端口
不是所有的通信协议库都要依赖于具体的硬件通信接口，一些高级应用程序(例如顺序控制程序等)仅仅是一些逻辑控制的高级应用程序，这些高级应用程序在有些场合是不可避免的，而我们常常为了提高程序的可维护性，不可能为了它添加一个高级应用程序而去修改整个软件框架程序，所以本发明引入了虚拟端口的概念，用户只需要修改配置文件，在虚拟端口下就可以挂载各种高级应用程序，而虚拟端口承担的角色是高级应用程序的载体。
4.通用可配置的IEC61850通信协议库
如图3所示，IEC61850通信协议库启动时，首先解析装置的CID实例化模型文件，在应用层形成属性模型结构体，并搜索模型文件中的sAddr短地址(sAddr短地址是对应用层面向点的数据源的地址的描述),建立IEC61850数据属性路径与sAddr短地址的对应关系。初始化完成后，装置创建子线程用于向IEC61850的leaf属性节点实时刷新数据，IEC61580的报告扫描线程不断扫描报告控制块内的元素是否变化，一旦变化则立即向客户端发送Report报文。如果客户端向装置发送控制命令，则先从控制报文中获取控制对象的绝对路径并与模型中的数据属性比较获取相应的sAddr所指向的用户层的短地址(即用户层的控制对象的路径)，就可以对所指定的控制对象执行控制命令。采用这种基于sAddr短地址映射的方法，可以在不修改软件的情况下，通过配置模型文件短地址方法配置数据信息点，大大提高了软件的可维护性。
5.虚拟IP扩展功能
本发明软件可以应用于ARM、PowerPC嵌入式硬件平台或X86通用计算机平台上，由于具体硬件平台的网口数目有差别，本发明使用一个网卡MAC地址虚拟多个IP地址，每个IP地址具有独立的子网掩码及网关，每个IP地址可以挂载不同的通信协议库，满足不同的应用需求，这种虚拟IP的扩展可以有效弥补硬件网口数目不足的缺陷，使软件的应用范围更广。
6.软件防火墙功能。
有网络就会有攻击。智能变电站的设备除了具备基本通信功能外，还应该有必要
的防网络攻击措施。本发明采用Linux的netfilter和iptables实现了灵活的防火墙功能，
可以通过iptables设置各种网络过滤规则来实现网路通信报文的过滤功能，可以有效防止
外部网络的攻击。Netfilter是Linux内核的一个子***，主要实现如数据包过滤、网络地址
转换、数据包内容修改等功能。网络过滤规则存储于内核空间，而用户层无法直接访问
Linux内核空间，所以用户需要编写好的络过滤脚本文件，然后通过用户态的iptables程序
将过滤脚本传递给内核层的netfilter，netfilter根据预设的过滤规则进行网络包过滤处
理，规则之外的数据包将被禁止通过装置进入操作***，这样可以有效避免装置不收外部
网络的攻击。
本发明提出了一种将变电站内常规通信协议转换成基于MMS的IEC61850协议与后台监控***通信的方法，轻松实现智能变电站内常规协议设备的通信集成。本发明可通过模型文件提供的sAddr短地址实现IEC61850数据属性与数据库的灵活映射，提高了软件的可维护性。多个虚拟IP地址可以同时满足不同应用场合的需求，本发明的只读ramdisk文件***保证了软件运行永不崩溃，软件防火墙可以有效避免设备遭受外部网络攻击。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (8)
1.一种符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：将通信端口分为下行端口和上行端口，与常规通信协议设备的通信为下行端口，与后台监控***通信的为上行端口；每种通信协议库按照动态链接库的模式挂载于主程序架构中，用于采集下行端口的常规通信协议设备的数据，并将数据存储于本地实时数据库；上行端口则从本地实时数据库获取设备数据，通过IEC61850协议库上传到站内后台监控***；所述IEC61850协议库通过ICD模型文件的sAddr短地址实现ICD模型文件的数据属性与本地数据库的数据点的灵活映射，在不修改软件的情况下实现与IEC61850协议的智能转换。
2.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：采用基于ramdisk的只读文件***，通信协议库动态加载完全独立，虚拟端口实现任何高级应用程序，通用可配置的IEC61850通信协议库实现任何通信协议与IEC61850协议的转换，虚拟IP扩展功能、软件防火墙可满足不同应用场合，避免设备遭受网络攻击。
3.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：使用ramdisk技术构建只读文件***，此文件***以压缩文件方式存放于flashdisk中，***启动后自动解压到RAM中，运行过程中产生的所有文件均为基于RAM的操作，避免文件***遭到破坏，增强设备运行的稳定性。
4.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：对通信协议的解释采用独立的动态库链接库嵌入到主程序中，各端口需要使用此通信协议库时刻通过配置动态加载，每种通信协议库通过xml文件配置信息点表模板，运行动态库时加载信息点表，生成数据库信息点，与其他通信端口实现信息共享；虚拟端口可以挂载各种高级应用程序，给高级应用程序提供载体，提高设备的应用灵活性。
5.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：采用sAddr短地址建立IEC61850数据属性与实时数据库的信息点的映射关系，实现IEC61850协议转换的灵活配置。
6.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：通过同一个MAC地址虚拟多个独立的IP地址，弥补硬件网口数目不足的缺陷，使软件的应用范围更广。
7.根据权利要求1所述的符合IEC61850标准的电力智能网关，其特征在于：通过netfilter和iptables实现软件防火墙，通过编写脚本方式灵活设置防火墙过滤规则，避免设备遭受网络攻击。
8.一种符合IEC61850标准的电力智能网关通信方法，其特征在于：将通信端口分为下行端口和上行端口，与常规通信协议设备的通信为下行端口，与后台监控***通信的为上行端口；每种通信协议库按照动态链接库的模式挂载于主程序架构中，用于采集下行端口的常规通信协议设备的数据，并将数据存储于本地实时数据库；上行端口则从本地实时数据库获取设备数据，通过IEC61850协议库上传到站内后台监控***；所述IEC61850协议库通过ICD模型文件的sAddr短地址实现ICD模型文件的数据属性与本地数据库的数据点的灵活映射，在不修改软件的情况下实现与IEC61850协议的智能转换。
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