推荐综合接入网关概要设计说明书V11 精品.docx

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推荐综合接入网关概要设计说明书V11精品

1.引言3

1.1.编写目的3

1.2.背景3

1.3.定义3

2.总体设计4

2.1.硬件4

2.2.硬件拓扑图4

2.3.软件结构图5

3.系统设计6

3.1采用的开发语言及关键技术6

3.2整体数据流向7

3.3IEC-61850规约转换器软件功能架构图（UC-7112）7

3.4IEC61850服务端软件实现框图如下：

3.5IEC61850客户端软件实现框图如下：

3.6各配置流程：

3.7存储架构：

3.8具体功能：

1.引言

综合接入网关是实现无线传感器网络与其他基础网络互联互通的重要设备。

传感器节点采集感知区域内的数据，进行简单的处理后发送至汇聚节点；网关读取数据并转换成用户可知的信息，如传感器节点部署区域内的温度、湿度、加速度、坐标等；接着通过局域网或广域网进行远距离传输。

在无线传感器网络中网关担当网络间的协议转换器、不同网络类型的网络路由器、全网数据聚集、存储处理等重要角色，成为网络间连接的不可缺少的纽带。

因此设计出高效、稳定的网关节点是整个无线传感器网络设计中的重要一环。

1.1.编写目的

本文档说明了综合接入网关硬件组成，软件架构，模块划分，以及定义模块间信息交换方法。

1.2.背景

电力系统信息化的高速发展及领导的高瞻远瞩。

1.3.定义

DA-681：

基于x86架构机架型工业级嵌入式计算机，LINUX操作系统

UC-7112：

基于Linux开放平台的迷你型嵌入式工业计算机，32-bitARM9RISC微处理器

综合接入网关：

主要功能为IEC-61850规约转换，简单数据分析，报警实时自动处理

2.总体设计

3.硬件

DA-681：

Intel赛扬M1GHz处理器，前端总线频率400MHz，1个200-pinDDR2SODIMM接口，支持DDR2400，512MB，6个10/100Mbps以太网口，2个高速USB2.0接口，4个光隔RS-232串口，8个光隔RS-485串口，串口速度50bps~921.6Kbps，支持非标准波特率，双源100/240V交直流电源输入

UC-7112：

32-bitARM9RISC微处理器，16MBRAM，8MB闪存、2个10/100Mbps、SD卡插槽、2个RS-232串口

4.硬件拓扑图

5.软件结构图

软件架构分为三个部分：

设备接入层、IEC-61850服务层、客户端。

设备接入层：

将实际的硬件设备抽象为虚拟的逻辑设备，该层是整个监测系统的数据基础。

入口数据为从不同硬件设备获取的各种数据（包括状态、数据、报警等），输出数据为适合IEC61850系统（平台）能够识别的、系统无差异化的数据，符合系统（平台）通讯协议。

该层为需要联入本系统的不同外设、不同品牌类型的硬件设备提供数据接口组件。

接口组件与设备保持一致，组件可变更、添加或减少。

IEC-61850服务层：

通过处理接入层传输上来的数据，同步模块同时对数据标注对应的时间标签，将数据封装进入IEC61850模型中并启动IEC61850服务。

与61850同级的服务有配置文件、日志和对外的接口。

其中服务端将负责整个系统上下两层之间的数据通讯组件。

客户端：

用户表现层UI，需要对数据进行时间、空间上的列表或图形表现。

对下层传输来的数据进行解析并交与通讯接口，同步模块控制好时间标签，报警主要是对原有报警进行解析，并对数据进行报警界限定义，并将越界数据标识。

另外还包括控制、日志和配置模块。

本层组件包括，系统定义（包括报警类型定义、设备定义）、系统配置、数据统计、报表等。

6.开发语言及技术分析

客户端

开发工具：

开发语言：

C/C++

存储：

MySql

涉及技术及难点

技术：

QT，61850，Linux

难点：

61850相关内容，QT组织架构

服务端

开发工具：

开发语言：

C/C++

存储：

MySql

涉及技术及难点

技术：

QT，61850，Linux

难点：

61850相关内容

采集端

开发工具：

开发语言：

C/C++

涉及技术及难点

技术：

串口，Linux

7.系统设计

3.1功能设计

数据采集：

电子围栏：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

防区号、防区报警状态、设备地址

消防：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

多个烟感、多个手报、设备地址

微气象：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

温度、湿度、风速、风向、气压、降水强度、设备地址

有害气体：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

多组SF6含量、多级O2含量、设备地址

开关柜温湿度：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

三组温度、三组湿度、平均温度、平均湿度、设备地址

6.维思设备：

RS485接口，厂家私有规约，采集数据有：

温度、湿度、避雷器动作次数、水浸、壳体变形、设备地址

数据处理：

1.电子围栏：

报警：

防区盗警状态采集值如果为1，则报警，为0则正常

2.消防：

报警：

烟感和手报采集值如果为1，则报警，为0则正常

3.微气象：

无数据处理

4.有害气体：

报警：

判断SF6含量是否大于报警值

5.开关柜温湿度：

报警：

判断温湿度采集值是否大于报警值

6.维思设备：

温度：

判断采集值是否大于报警值

湿度：

判断采集值是否大于报警值

水浸：

采集值如果为1，则报警，为0则正常

壳体变形：

判断采集值是否大于报警值

报警处理：

1.电子围栏：

处理报警：

发生报警时，主机发出报警声，以示警告。

2.消防：

3.处理报警：

发生报警时，主机发出报警声，以示警告。

4.微气象：

无。

4.有害气体：

处理报警：

发生报警时，开启风机。

5.开关柜温湿度：

处理报警：

写入日志。

6.维思：

处理报警：

写入日志。

日志：

1.电子围栏：

报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。

2.消防：

报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。

3.微气象：

执行结果写入日志。

4.有害气体：

报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。

5.开关柜温湿度：

报警信息写入日志，执行结果写入日志。

6.维思：

报警信息写入日志，执行结果写入日志。

配置：

设备配置：

1.电子围栏：

配置波特率、口、数据位、校验位、停止位

配置传感器信息，包括地址，名称等

2.消防：

配置波特率、口、数据位、校验位、停止位

配置传感器信息，包括地址，名称等

3.微气象：

配置波特率、口、数据位、校验位、停止位

配置传感器信息，包括地址，名称等

4.有害气体：

配置波特率、口、数据位、校验位、停止位、报警阈值

配置传感器信息，包括地址，名称等

5.开关柜温湿度：

配置波特率、口、数据位、校验位、停止位、报警阈值

配置传感器信息，包括地址，名称等

6.维思：

配置报警阈值

配置传感器信息，包括地址，名称等

配置基站信息，包括口，地址，名称等

服务器配置：

包括IP地址、端口、名称等

模型配置：

配置IEC-61850标准模型

建模：

1.电子围栏：

根据IEC-61850规范建立数据模型

2.消防：

根据IEC-61850规范建立数据模型

3.微气象：

根据IEC-61850规范建立数据模型

4.有害气体：

根据IEC-61850规范建立数据模型

6.开关柜温湿度：

根据IEC-61850规范建立数据模型

7.维思：

根据IEC-61850规范建立数据模型

命令解析：

1.电子围栏：

无控制，无命令解析

2.消防：

无控制，无命令解析

3.微气象：

无控制，无命令解析

4.有害气体：

接收开关风机命令，转换成设备控制命令

5.开关柜温湿度：

无控制，无命令解析

6.维思：

无控制，无命令解析

数据服务：

根据SDK提供服务转发数据

内存库：

1.电子围栏：

包括的主要数据字段有：

防区、报警状态、设备地址

2.消防：

包括的主要数据字段有：

报警状态、设备地址

3.微气象：

包括的主要数据字段有：

风速、风向、气压、温度、湿度、降水强度、设备地址

4.有害气体：

包括的主要数据字段有：

SF6含量、O2含量、设备地址

5.开关柜温湿度：

包括的主要数据字段有：

温度1、湿度1、温度2、湿度2、温度3、湿度3、平均温度、平均湿度、设备地址

6.维思：

温度包括的主要数据字段有：

温度、电压、设备地址

湿度包括的主要数据字段有：

湿度、电压、设备地址

壳体变形包括的主要数据字段有：

变形值、电压、设备地址

雷击包括的主要数据字段有：

动作次数、泄露电流、设备地址

水浸包括的主要数据字段有：

报警值、电压、设备地址

3.2模块设计

采集：

输入：

串口、网口

输出：

采集数据

时间序列图：

建模：

输入：

配置、采集处理后的数据

输出：

满足IEC61850标准的模型

时间序列图：

模型建立是将接收到实时数据更具设备类型，封装成统一的模型。

命令解析：

输入：

控制命令

输出：

设备可知的控制

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语句，解析后能够被硬件驱动读取后控制设备。

时间序列图：

数据服务：

根据SDK提供服务转发数据

输入：

经过处理采集数据

输出：

各服务接口

时间序列图：

数据服务将采集的数据存储在数据服务变量中，提供各个服务模块的接口，包括内存库、日志服务、同步服务的各个模块。

服务分为同步服务和异步服务，查询分为实时性的服务和非实时性查询。

内存库中也有实时部分和非实时部分。

内存库：

输入：

数据服务输入

输出：

数据服务查询、数据日志

时间序列图：

1.电子围栏：

经过采集、处理后在数据处理模块中以局部变量的形式暂时保存，并送入内存库中。

保存的信息包括电子围栏开关量状态、电子围栏报警状态、防区内是否异常。

2. 消防：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括消防开关量状态、消防报警状态、防区内是否异常。

3. 微气象：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括风向、降雨量、风向、气压量、温度、湿度。

4. 有害气体：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括有害气体超标开关量、气体成分情况。

5. 开关柜温湿度：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括开关柜温湿度情况。

6. 工器具柜：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括工器具柜中各种工具的在柜情况开关量。

7. 维思：

存储流程同上，内存库中保存的信息包括温度、温湿度、避雷器的电压电流值。

3.3整体数据流向

3.4IEC-61850规约转换器软件功能架构图（UC-7112）

3.5IEC61850服务端软件实现框图

说明：

1设备建模

按照IEC61850智能设备模型，以SCL语言描述电力设备，来对设备进行建模。

包括建立逻辑设备，逻辑节点，遥测数据，遥信数据，遥控数据等。

2实时IEC61850数据模型库

采用基于IEC61850的面向对象的实时IEC61850数据模型库。

系统启动时，从SCL文件中读入，生成实时IEC61850数据模型库。

3内存访问接口

提供完善的内存访问API接口，通过这些API接口，访问IEC61850规格的遥测遥信电度遥控等数据。

4通信模块

提供了系统运行所需的通信环境，包括串口通信、TCP/UDP及相关环境初始化等。

5IEC61850标准服务模块

给外部智能电子设备提供IEC61850数据服务。

IEC61850服务报文采用MMS协议。

将IEC61850以MMS协议报文格式发送，同时对接收MMS协议报文解析为IEC61850服务数据。

6内存数据监视

服务端无界面，无法实时监测采集数据

服务端规约转换功能：

1采集侧规约模型访问接口

对于设备规约模型，使用设备提供的API接口访问并获得设备规约数据；通过设备数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则和内存访问接口，将设备数据提供给IEC61850服务程序。

2采集侧和IEC61850侧数据模型映射规则

利用建立的IEC61850设备模型，通过数据映射模块，可以确定设备规约数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则。

3交换数据服务

这是双向的数据服务，一是将设备的规约数据转换为IEC61850服务数据提供给客户端；二是接收客户端的数据和控制指令，将其转换为设备的规约数据，并提供给设备。

4采集侧数据与IEC61850侧数据同步服务

提供相应的API接口，同步设备数据与IEC61850服务端数据。

服务端服务管理功能：

1进程守护与开机自启动

整个的IEC61850服务程序以守护进程的形式存在于系统中；系统开机后，IEC61850服务程序的各个模块都依次启动运行。

2系统日志

各个模块有各自的日志类型。

通过系统日志，可在发生异常是确定发生异常的通道，路径和设备。

3日志查看

可实时查看进程产生的日志信息，一般用于程序调试和查找设备故障。

4消息查看

如果有界面，则可实时查看通信系统路径报文信息，同时可将报文信息保存到指定的日志文件中。

通过查看报文信息，可诊断通信异常状况，数据通信状况。

可惜没有

3.6IEC61850客户端软件实现框图

客户端标准服务模块：

1接收IEC61850服务报告，日志，控制，定值信息

客户端向设备请求IEC61850服务，接收IEC61850服务报告，日志，控制，定值，定值信息。

2IEC61850模型解析模块

本模块的功能是根据服务端或智能设备IEC61850的服务报文，解析出智能设备的逻辑设备模型，各个逻辑接口模型，所有的遥测遥控遥信电度等数据模型。

3客户端实时内存库数据管理模块

对客户端从设备获取的数据，在内存中实时缓冲保存。

提供相应的内存访问API,供第三方通过API获取。

4客户端展示界面

客户端从设备获取的数据和报文，在界面进行展示。

客户端管理功能：

1进程守护与自启动

IEC61850客户端程序以守护进程的形式存在于系统中；系统开机后，IEC61850客户端程序的各个模块都依次启动运行。

2IEC61850客户端日志

客户端记录与IEC61850服务端通信日志。

3日志查看

实时查看客户端记录的日志。

3.7配置流程

●IEC61850配置流程

通过IEC61850服务，可以获得很丰富的配置信息。

例如：

通过获得服务器路径的服务，可以知道当前服务器下分别有哪些逻辑设备；然后分别对每个逻辑设备使用获得逻辑设备路径的服务，就可以知道每个逻辑设备下分别有哪些逻辑节点；分别对每个逻辑节点使用获得逻辑节点路径的服务，就可以知道每个逻辑节点下分别有哪些数据；最后，分别对每个数据使用获得数据路径的服务，就可以知道每个数据的属性。

这样，通信一方就可以获得另一方的模型信息。

●传控设备配置流程

传控设备配置是基于设备表的，通过对设备进行分类处理，将设备信息归纳到设备表中。

方便对所有设备进行统一的管理，并将设备表作为综合接入网关的接入标准，以备后续标准的扩充。

●综合配置

综合配置主要完成软件的基本配置项。

3.8存储架构

MySql数据库中主要保存如下内容：

1.设备信息：

主要包括设备的地址信息、命令码，以及设备的类型。

串口的端口号、波特率等相关信息。

2.IEC61850服务端信息：

服务器的IP地址，端口号等信息，以及接收发送的时间间隔。

3.IEC61850客户端信息：

设置发送接收的时间，以及其他的一些综合配置，如用户信息。

4.对设备的阈值进行存储

5.IEC61850系统和外部有交互，所以人为的将设备的状态进行定义并存储到MySql数据库，当收到某一指令时，根据数据库存储的信息进行对比，转换成设备规约，从而实现设备控制的功能。

6.存储用户信息。

实时数据库保存的数据信息以及作用：

IEC61850服务端和IEC61850客户端有各自的实时数据库，实时库主要对实时的数据进行临时存储，以及方便系统本身对数据的调用。

3.9具体功能

客户端具体功能（只能按模块，不能具体完善，待定）

功能

描述

是否基本功能

客户端（C）/服务端（S）

用户认证

是

参数配置

内存库设置，连接参数相关设置，发送接收时间周期，遥控遥调相关设置等等

是

报文查看

数据报文查看

否

报告集

定义，查看，获取，删除，设置

是

连接服务器

是

对时

启动，停止

是

日志

日志查看

是

内存实时库

实时库的创建，修改，删除，导入，导出等等

是

对外接口

服务端（只能按模块，不能具体完善，待定）

用户认证

是

服务器启动配置

内存库，服务端口号，超时，接收，模型，数据集等等配置

是

模型装载

是

启动/停止服务

61850服务端服务启/停

是

各功能服务控制

如MMS服务启/停,传输层、会话层相关服务启/停

是

连接客户端相关

查看连接的客户端等

是

日志

日志维护

是

对外接口

3.10功能模块

设备驱动：

输入：

硬接口

输出：

软接口

功能：

综合接入网关的设备层端口接入采用了串口（232,、485）或网口RJ-45，作为主流的设备接入方式，能够很好的将所有设备兼容到。

由于采用了Linux系统，所以软件兼容性上会产生问题，推荐采用提供设备接入驱动的设备厂商。

串口作为物联网神经网络的重要接口，能传递的数据量相对网口要小，网口作为大量数据的接入方式，通常是接收实时数据设备的接口，此驱动一般出厂商提供。

数据采集：

输入：

串口、网口

输出：

采集数据

功能：

数据采集直接面对的是设备驱动，不同的驱动或者设备，数据的方式不同。

数据采集会根据这些不同设备，分别去读取设备驱动解析后的数据，方式可能是被动的接收或主动的读取。

简单数据处理：

输入：

采集数据

输出：

处理后的采集数据

功能：

主要报警判断及有用数据的整理。

本文中数据处理主要是根据处理设备的结构方式来区分。

报警服务：

输入：

采集数据，阈值

输出：

报警数据

功能：

报警服务是将简单处理过后有意义的数据进行阈值判断，越界后需要对该设备传递的数据进行告警标签或者模型的建立。

为上层提供报警信息的初判断。

同步服务：

输入：

时间戳

输出：

时间戳

功能：

同步服务，并不要求各系统中的时钟完全与统一标准时钟对齐。

要求本地的数据都具有时间标签，而系统标准时钟在比对时刻的钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即可，勿须拨钟。

数据服务：

输入：

经过处理采集数据

输出：

各服务接口

功能：

数据服务主要为服务层的各个模块提供数据接口，数据服务为各层业务需求提供了一个可持续的基础。

横向数据服务：

输入：

功能需求

输出：

对外接口

功能：

综合接入网关提供IED设备的接入和输出，并且网关满足IEC-61850的标准，在一体化变电站或数字化变电站中能够快速的部署并提供一、二次设备的数据服务。

文件系统：

输入：

日志、配置信息、阈值、模型信息、设备信息

输出：

日志文件、配置文件等

功能：

文件系统由三部分组成：

与文件管理有关软件模块、被管理文件以及实施文件管理所需数据结构。

具体地说，它负责为网关建立文件，系统存入、读出、修改、转储文件，用户控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件。

IEC61850建模：

输入：

处理后的采集数据

输出：

标准IEC61850模型

功能：

主要以服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型建立了装置和变电站的数据模型。

IEC61850定义了统一的XML配置语言用于描述这些数据模型。

命令解析：

输入：

控制命令

输出：

设备可知的控制

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语句，解析后能够被硬件驱动读取后控制设备。

配置服务：

输入：

界面输入

输出：

配置文件

功能：

配置模块的主要是为了方便配置管理而建立的。

主要包括服务器的配置信息（IP，端口等）、前端接入设备的相关信息（设备地址，类型等）、阈值信息主要是各类数据的报警值、及内存库的配置（内存库的创建、修改、删除等）。

日志服务：

输入：

程序执行结果

输出：

日志文件

功能：

日志服务模块是为了方便程序调试、错误判断及执行结果查询而建立的。

主要记录了过往操作、实时数据、反向控制，执行结果等。

存储服务：

输入：

解析的数据

输出：

实时内存库

功能：

存储服务模块式为了将解析的实时数据缓存到实时内存库中，以方便实时查看与调用。

对外接口：

输入：

功能需求

输出：

功能封装API

功能：

对外接口主要是方便符合61850规范的外部系统对网关数据的接入及控制。

模型解析：

输入：

服务端转发的模型数据

输出：

设备数据

功能：

模型解析模块是将接收到的61850模型的数据实时设备数据。

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