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西門子PLC數字量輸出模塊SM1222      西門子PLC數字量輸出模塊SM1222

潯之漫智控技術（上海）有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司

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 上列各部分中，*部分服務規(guī)范和第二部分協(xié)議規(guī)范是其核心，服務規(guī)范包含的定義
有：①虛擬制造設備(Virtual Manufacturing Device,VMD)；②網絡上節(jié)點間的信息交換；③與VMD有關的屬性和參數。協(xié)議規(guī)范定義的是通信規(guī)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(yè)領域的控制設備的通信協(xié)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(tǒng)(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(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(tǒng)主要包括：①主站自動化系統(tǒng)軟件(人機界面、數據庫及系統(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(tǒng)執(zhí)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(jié)點和數據，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，是數據對象的容器，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(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 設備要實現特定功能必然需要這些邏輯節(jié)點實現操作、控制的功能?？梢院唵卫斫膺壿嬙O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(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(jié)點”Q0XCBR1”斷路器的”位置Pos”數據的相關狀態(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) 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：

圖8：”IEC61850 Server Library”所支持的數據類型

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據模型.ICD文件及Table DB數據塊，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數據塊用于下載到S7-300/400中用于創(chuàng)建S7-300/400作為IEC61850服務器的數據模型，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據*性。
2) 通過DataSet(數據集)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

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