綜合接入網關—概要設計說明書v1.1

目錄1引言311編寫目的312背景313定義32總體設計421硬件422硬件拓撲圖423軟件結構圖53系統(tǒng)設計631采用的開發(fā)語言及關鍵技術632整體數據流向733IEC61850規(guī)約轉換器軟件功能架構圖（UC7112）734IEC61850服務端軟件實現(xiàn)框圖如下735IEC61850客戶端軟件實現(xiàn)框圖如下1036各配置流程1137存儲架構1338具體功能147引言綜合接入網關是實現(xiàn)無線傳感器網絡與其他基礎網絡互聯(lián)互通的重要設備。傳感器節(jié)點采集感知區(qū)域內的數據，進行簡單的處理后發(fā)送至匯聚節(jié)點；網關讀取數據并轉換成用戶可知的信息，如傳感器節(jié)點部署區(qū)域內的溫度、濕度、加速度、坐標等；接著通過局域網或廣域網進行遠距離傳輸。在無線傳感器網絡中網關擔當網絡間的協(xié)議轉換器、不同網絡類型的網絡路由器、全網數據聚集、存儲處理等重要角色，成為網絡間連接的不可缺少的紐帶。因此設計出高效、穩(wěn)定的網關節(jié)點是整個無線傳感器網絡設計中的重要一環(huán)。11編寫目的本文檔說明了綜合接入網關硬件組成，軟件架構，模塊劃分，以及定義模塊間信息交換方法。12背景電力系統(tǒng)信息化的高速發(fā)展及領導的高瞻遠矚。13定義DA681基于X86架構機架型工業(yè)級嵌入式計算機，LINUX操作系統(tǒng)UC7112基于LINUX開放平臺的迷你型嵌入式工業(yè)計算機，32BITARM9RISC微處理器綜合接入網關主要功能為IEC61850規(guī)約轉換，簡單數據分析，報警實時自動處理8總體設計9硬件DA681INTEL賽揚M1GHZ處理器，前端總線頻率400MHZ，1個200PINDDR2SODIMM接口，支持DDR2400，512MB，6個10/100MBPS以太網口，2個高速USB20接口，4個光隔RS232串口，8個光隔RS485串口，串口速度50BPS9216KBPS，支持非標準波特率，雙源100/240V交直流電源輸入UC711232BITARM9RISC微處理器，16MBRAM，8MB閃存、2個10/100MBPS、SD卡插槽、2個RS232串口10硬件拓撲圖11軟件結構圖綜合接入網關服務層文件系統(tǒng)客戶端橫向數據服務電子圍欄設備驅動微氣象有害氣體空調殼體變形水浸傳感器門禁消防避雷器溫濕度溫度IEC61850建模報警服務數據服務數據報文控制日志服務同步服務網關信息模型文件設備信息報警閾值命令解析數據采集簡單數據處理數據存儲IEC61850模型解析61850轉發(fā)服務控制信令RS232/RS485/RJ45實時內存庫對外服務日志文件IEC61850接收層日志服務配置服務界面展示（實時數據報表、報警信息、配置窗口）對外接口數據存儲實時內存庫軟件架構分為三個部分設備接入層、IEC61850服務層、客戶端。設備接入層將實際的硬件設備抽象為虛擬的邏輯設備，該層是整個監(jiān)測系統(tǒng)的數據基礎。入口數據為從不同硬件設備獲取的各種數據（包括狀態(tài)、數據、報警等），輸出數據為適合IEC61850系統(tǒng)（平臺）能夠識別的、系統(tǒng)無差異化的數據，符合系統(tǒng)（平臺）通訊協(xié)議。該層為需要聯(lián)入本系統(tǒng)的不同外設、不同品牌類型的硬件設備提供數據接口組件。接口組件與設備保持一致，組件可變更、添加或減少。IEC61850服務層通過處理接入層傳輸上來的數據，同步模塊同時對數據標注對應的時間標簽，將數據封裝進入IEC61850模型中并啟動IEC61850服務。與61850同級的服務有配置文件、日志和對外的接口。其中服務端將負責整個系統(tǒng)上下兩層之間的數據通訊組件?？蛻舳擞脩舯憩F(xiàn)層UI，需要對數據進行時間、空間上的列表或圖形表現(xiàn)。對下層傳輸來的數據進行解析并交與通訊接口，同步模塊控制好時間標簽，報警主要是對原有報警進行解析，并對數據進行報警界限定義，并將越界數據標識。另外還包括控制、日志和配置模塊。本層組件包括，系統(tǒng)定義（包括報警類型定義、設備定義）、系統(tǒng)配置、數據統(tǒng)計、報表等。12開發(fā)語言及技術分析客戶端開發(fā)工具QT開發(fā)語言C/C存儲MYSQL涉及技術及難點技術QT，61850，LINUX難點61850相關內容，QT組織架構服務端開發(fā)工具QT開發(fā)語言C/C存儲MYSQL涉及技術及難點技術QT，61850，LINUX難點61850相關內容采集端開發(fā)工具QT開發(fā)語言C/C涉及技術及難點技術串口，LINUX13系統(tǒng)設計31功能設計數據采集電子圍欄RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有防區(qū)號、防區(qū)報警狀態(tài)、設備地址消防RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有多個煙感、多個手報、設備地址微氣象RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有溫度、濕度、風速、風向、氣壓、降水強度、設備地址有害氣體RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有多組SF6含量、多級O2含量、設備地址開關柜溫濕度RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有三組溫度、三組濕度、平均溫度、平均濕度、設備地址6維思設備RS485接口，廠家私有規(guī)約，采集數據有溫度、濕度、避雷器動作次數、水浸、殼體變形、設備地址數據處理1電子圍欄報警防區(qū)盜警狀態(tài)采集值如果為1，則報警，為0則正常2消防報警煙感和手報采集值如果為1，則報警，為0則正常3微氣象無數據處理4有害氣體報警判斷SF6含量是否大于報警值5開關柜溫濕度報警判斷溫濕度采集值是否大于報警值6維思設備溫度判斷采集值是否大于報警值濕度判斷采集值是否大于報警值水浸采集值如果為1，則報警，為0則正常殼體變形判斷采集值是否大于報警值報警處理1電子圍欄處理報警發(fā)生報警時，主機發(fā)出報警聲，以示警告。2消防3處理報警發(fā)生報警時，主機發(fā)出報警聲，以示警告。4微氣象無。4有害氣體處理報警發(fā)生報警時，開啟風機。5開關柜溫濕度處理報警寫入日志。6維思處理報警寫入日志。日志1電子圍欄報警信息寫入日志，處理結果寫入日志，執(zhí)行結果寫入日志。2消防報警信息寫入日志，處理結果寫入日志，執(zhí)行結果寫入日志。3微氣象執(zhí)行結果寫入日志。4有害氣體報警信息寫入日志，處理結果寫入日志，執(zhí)行結果寫入日志。5開關柜溫濕度報警信息寫入日志，執(zhí)行結果寫入日志。6維思報警信息寫入日志，執(zhí)行結果寫入日志。配置設備配置1電子圍欄配置波特率、COM口、數據位、校驗位、停止位配置傳感器信息，包括地址，名稱等2消防配置波特率、COM口、數據位、校驗位、停止位配置傳感器信息，包括地址，名稱等3微氣象配置波特率、COM口、數據位、校驗位、停止位配置傳感器信息，包括地址，名稱等4有害氣體配置波特率、COM口、數據位、校驗位、停止位、報警閾值配置傳感器信息，包括地址，名稱等5開關柜溫濕度配置波特率、COM口、數據位、校驗位、停止位、報警閾值配置傳感器信息，包括地址，名稱等6維思配置報警閾值配置傳感器信息，包括地址，名稱等配置基站信息，包括COM口，地址，名稱等服務器配置包括IP地址、端口、名稱等模型配置配置IEC61850標準模型建模1電子圍欄根據IEC61850規(guī)范建立數據模型2消防根據IEC61850規(guī)范建立數據模型3微氣象根據IEC61850規(guī)范建立數據模型4有害氣體根據IEC61850規(guī)范建立數據模型6開關柜溫濕度根據IEC61850規(guī)范建立數據模型7維思根據IEC61850規(guī)范建立數據模型命令解析1電子圍欄無控制，無命令解析2消防無控制，無命令解析3微氣象無控制，無命令解析4有害氣體接收開關風機命令，轉換成設備控制命令5開關柜溫濕度無控制，無命令解析6維思無控制，無命令解析數據服務根據SDK提供服務轉發(fā)數據內存庫1電子圍欄包括的主要數據字段有防區(qū)、報警狀態(tài)、設備地址2消防包括的主要數據字段有報警狀態(tài)、設備地址3微氣象包括的主要數據字段有風速、風向、氣壓、溫度、濕度、降水強度、設備地址4有害氣體包括的主要數據字段有SF6含量、O2含量、設備地址5開關柜溫濕度包括的主要數據字段有溫度1、濕度1、溫度2、濕度2、溫度3、濕度3、平均溫度、平均濕度、設備地址6維思溫度包括的主要數據字段有溫度、電壓、設備地址濕度包括的主要數據字段有濕度、電壓、設備地址殼體變形包括的主要數據字段有變形值、電壓、設備地址雷擊包括的主要數據字段有動作次數、泄露電流、設備地址水浸包括的主要數據字段有報警值、電壓、設備地址32模塊設計采集輸入串口、網口輸出采集數據時間序列圖傳感器設備采集模塊設備驅動發(fā)送命令信息向基站發(fā)送命令返回傳感器的數據傳感器的數據基站定時發(fā)送實時數據建模輸入配置、采集處理后的數據輸出滿足IEC61850標準的模型時間序列圖數據處理數據配置建模采集數據配置信息模型建立是將接收到實時數據更具設備類型，封裝成統(tǒng)一的模型。命令解析輸入控制命令輸出設備可知的控制功能IEC61850模型解析后得到的控制信令，控制信令是具有特定格式的XML語句，解析后能夠被硬件驅動讀取后控制設備。時間序列圖解析61850控制命令模型控制層模型控制消息命令消息硬件驅動硬件控制命令數據服務根據SDK提供服務轉發(fā)數據輸入經過處理采集數據輸出各服務接口時間序列圖數據服務內存庫日志服務入庫操作數據采集、查詢采集數據、查詢命令查詢結果告警日志輸出同步服務數據時間標簽數據服務將采集的數據存儲在數據服務變量中，提供各個服務模塊的接口，包括內存庫、日志服務、同步服務的各個模塊。服務分為同步服務和異步服務，查詢分為實時性的服務和非實時性查詢。內存庫中也有實時部分和非實時部分。內存庫輸入數據服務輸入輸出數據服務查詢、數據日志時間序列圖數據服務內存庫數據歸類數據采集數據入庫數據查詢查詢指令查找查找結果返回結果1電子圍欄經過采集、處理后在數據處理模塊中以局部變量的形式暫時保存，并送入內存庫中。保存的信息包括電子圍欄開關量狀態(tài)、電子圍欄報警狀態(tài)、防區(qū)內是否異常。2消防存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括消防開關量狀態(tài)、消防報警狀態(tài)、防區(qū)內是否異常。3微氣象存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括風向、降雨量、風向、氣壓量、溫度、濕度。4有害氣體存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括有害氣體超標開關量、氣體成分情況。5開關柜溫濕度存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括開關柜溫濕度情況。6工器具柜存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括工器具柜中各種工具的在柜情況開關量。7維思存儲流程同上，內存庫中保存的信息包括溫度、溫濕度、避雷器的電壓電流值。33整體數據流向34IEC61850規(guī)約轉換器軟件功能架構圖（UC7112）數據轉發(fā)61850數據交換服務61850模型數據接口常規(guī)模型數據接口客戶請求與服務設備61850數據模型常規(guī)數據模型數據交換接口映射規(guī)則35IEC61850服務端軟件實現(xiàn)框圖采集數據建立模型61850服務器數據61850客戶端數據分析報警報警處理控制命令采集設備采集控制控制命令設備接口設備規(guī)約數據模型61850服務設備對外提供61850服務說明1設備建模按照IEC61850智能設備模型，以SCL語言描述電力設備，來對設備進行建模。包括建立邏輯設備，邏輯節(jié)點，遙測數據，遙信數據，遙控數據等。2實時IEC61850數據模型庫采用基于IEC61850的面向對象的實時IEC61850數據模型庫。系統(tǒng)啟動時，從SCL文件中讀入，生成實時IEC61850數據模型庫。3內存訪問接口提供完善的內存訪問API接口，通過這些API接口，訪問IEC61850規(guī)格的遙測遙信電度遙控等數據。4通信模塊提供了系統(tǒng)運行所需的通信環(huán)境，包括串口通信、TCP/UDP及相關環(huán)境初始化等。5IEC61850標準服務模塊給外部智能電子設備提供IEC61850數據服務。IEC61850服務報文采用MMS協(xié)議。將IEC61850以MMS協(xié)議報文格式發(fā)送，同時對接收MMS協(xié)議報文解析為IEC61850服務數據。6內存數據監(jiān)視服務端無界面，無法實時監(jiān)測采集數據服務端規(guī)約轉換功能1采集側規(guī)約模型訪問接口對于設備規(guī)約模型，使用設備提供的API接口訪問并獲得設備規(guī)約數據；通過設備數據模型和IEC61850數據模型間的相互映射規(guī)則和內存訪問接口，將設備數據提供給IEC61850服務程序。2采集側和IEC61850側數據模型映射規(guī)則利用建立的IEC61850設備模型，通過數據映射模塊，可以確定設備規(guī)約數據模型和IEC61850數據模型間的相互映射規(guī)則。3交換數據服務這是雙向的數據服務，一是將設備的規(guī)約數據轉換為IEC61850服務數據提供給客戶端；二是接收客戶端的數據和控制指令，將其轉換為設備的規(guī)約數據，并提供給設備。4采集側數據與IEC61850側數據同步服務提供相應的API接口，同步設備數據與IEC61850服務端數據。服務端服務管理功能1進程守護與開機自啟動整個的IEC61850服務程序以守護進程的形式存在于系統(tǒng)中；系統(tǒng)開機后，IEC61850服務程序的各個模塊都依次啟動運行。2系統(tǒng)日志各個模塊有各自的日志類型。通過系統(tǒng)日志，可在發(fā)生異常是確定發(fā)生異常的通道，路徑和設備。3日志查看可實時查看進程產生的日志信息，一般用于程序調試和查找設備故障。4消息查看如果有界面，則可實時查看通信系統(tǒng)路徑報文信息，同時可將報文信息保存到指定的日志文件中。通過查看報文信息，可診斷通信異常狀況，數據通信狀況。可惜沒有36IEC61850客戶端軟件實現(xiàn)框圖61850客戶端61850數據模型61850服務61850服務端對外提供61850服務61850裝置61850裝置61850裝置61850裝置模型解析客戶端標準服務模塊1接收IEC61850服務報告，日志，控制，定值信息客戶端向設備請求IEC61850服務，接收IEC61850服務報告，日志，控制，定值，定值信息。2IEC61850模型解析模塊本模塊的功能是根據服務端或智能設備IEC61850的服務報文，解析出智能設備的邏輯設備模型，各個邏輯接口模型，所有的遙測遙控遙信電度等數據模型。3客戶端實時內存庫數據管理模塊對客戶端從設備獲取的數據，在內存中實時緩沖保存。提供相應的內存訪問API,供第三方通過API獲取。4客戶端展示界面客戶端從設備獲取的數據和報文，在界面進行展示。客戶端管理功能1進程守護與自啟動IEC61850客戶端程序以守護進程的形式存在于系統(tǒng)中；系統(tǒng)開機后，IEC61850客戶端程序的各個模塊都依次啟動運行。2IEC61850客戶端日志客戶端記錄與IEC61850服務端通信日志。3日志查看實時查看客戶端記錄的日志。37配置流程IEC61850配置流程61850服務配置獲得服務器路徑開始獲得邏輯設備路徑獲得邏輯節(jié)點目錄獲得數據定義結束通過IEC61850服務，可以獲得很豐富的配置信息。例如通過獲得服務器路徑的服務，可以知道當前服務器下分別有哪些邏輯設備；然后分別對每個邏輯設備使用獲得邏輯設備路徑的服務，就可以知道每個邏輯設備下分別有哪些邏輯節(jié)點；分別對每個邏輯節(jié)點使用獲得邏輯節(jié)點路徑的服務，就可以知道每個邏輯節(jié)點下分別有哪些數據；最后，分別對每個數據使用獲得數據路徑的服務，就可以知道每個數據的屬性。這樣，通信一方就可以獲得另一方的模型信息。傳控設備配置流程前端傳控設備配置獲得傳控設備表開始數據組成解析數據存儲結束高級應用傳控設備配置是基于設備表的，通過對設備進行分類處理，將設備信息歸納到設備表中。方便對所有設備進行統(tǒng)一的管理，并將設備表作為綜合接入網關的接入標準，以備后續(xù)標準的擴充。綜合配置通用配置項配置客戶端應用項日志配置通訊接口配置用戶配置存儲配置綜合配置主要完成軟件的基本配置項。38存儲架構MYSQL數據庫水浸傳感器溫濕度傳感器殼變傳感器微氣象電子圍欄消防門禁61850服務端實時庫實時庫61850客戶端對外提供61850服務客戶端客戶端服務端服務端設備設備MYSQL數據庫中主要保存如下內容1設備信息主要包括設備的地址信息、命令碼，以及設備的類型。串口的端口號、波特率等相關信息。2IEC61850服務端信息服務器的IP地址，端口號等信息，以及接收發(fā)送的時間間隔。3IEC61850客戶端信息設置發(fā)送接收的時間，以及其他的一些綜合配置，如用戶信息。4對設備的閾值進行存儲5IEC61850系統(tǒng)和外部有交互，所以人為的將設備的狀態(tài)進行定義并存儲到MYSQL數據庫，當收到某一指令時，根據數據庫存儲的信息進行對比，轉換成設備規(guī)約，從而實現(xiàn)設備控制的功能。6存儲用戶信息。實時數據庫保存的數據信息以及作用IEC61850服務端和IEC61850客戶端有各自的實時數據庫，實時庫主要對實時的數據進行臨時存儲，以及方便系統(tǒng)本身對數據的調用。39具體功能客戶端具體功能（只能按模塊，不能具體完善，待定）功能描述是否基本功能客戶端C/服務端S1登錄用戶認證是C2參數配置內存庫設置，連接參數相關設置，發(fā)送接收時間周期，遙控遙調相關設置等等是C3報文查看數據報文查看否C4報告集定義，查看，獲取，刪除，設置是C5連接服務器連接服務器是C6對時啟動，停止是C7日志日志查看是C8內存實時庫實時庫的創(chuàng)建，修改，刪除，導入，導出等等是C9對外接口C10C11C12C13C14C15C服務端（只能按模塊，不能具體完善，待定）1登錄用戶認證是S2服務器啟動配置內存庫，服務端口號，超時，接收，模型，數據集等等配置是S3模型裝載模型裝載是S4啟動/停止服務61850服務端服務啟/停是S5各功能服務控制如MMS服務啟/停,傳輸層、會話層相關服務啟/停是S6連接客戶端相關查看連接的客戶端等是S7日志日志維護是S8對外接口S9S10S11S12S13S14S15S310功能模塊設備驅動輸入硬接口輸出軟接口功能綜合接入網關的設備層端口接入采用了串口（232,、485）或網口RJ45，作為主流的設備接入方式，能夠很好的將所有設備兼容到。由于采用了LINUX系統(tǒng)，所以軟件兼容性上會產生問題，推薦采用提供設備接入驅動的設備廠商。串口作為物聯(lián)網神經網絡的重要接口，能傳遞的數據量相對網口要小，網口作為大量數據的接入方式，通常是接收實時數據設備的接口，此驅動一般出廠商提供。數據采集輸入串口、網口輸出采集數據功能數據采集直接面對的是設備驅動，不同的驅動或者設備，數據的方式不同。數據采集會根據這些不同設備，分別去讀取設備驅動解析后的數據，方式可能是被動的接收或主動的讀取。簡單數據處理輸入采集數據輸出處理后的采集數據功能主要報警判斷及有用數據的整理。本文中數據處理主要是根據處理設備的結構方式來區(qū)分。報警服務輸入采集數據，閾值輸出報警數據功能報警服務是將簡單處理過后有意義的數據進行閾值判斷，越界后需要對該設備傳遞的數據進行告警標簽或者模型的建立。為上層提供報警信息的初判斷。同步服務輸入時間戳輸出時間戳功能同步服務，并不要求各系統(tǒng)中的時鐘完全與統(tǒng)一標準時鐘對齊。要求本地的數據都具有時間標簽，而系統(tǒng)標準時鐘在比對時刻的鐘差以及比對后它相對標準鐘的漂移修正參數即可，勿須撥鐘。