上海一级代理商

6ES7 231-7PB22-0XA8

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SIEMENS西门子上海朕锌电气设备有限公司

钟涛（）
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描述：

SFC14 "DPRD_DAT"
使用 SFC 14“DPRD_DAT”(读取 DP 标准从站的*数据)可读出DP标准从站/PROFINET IO 设备的数据。 如果在数据传送过程中没有发生错误，读出的数据就被输入到由RECORD 建立的目标域。目标域必须与在 STEP 7 组态中所选的模块的长度相同。 当调用 SFC14 时，只能在所配的起始地址下访问一个模块/DP标识的数据。

SFC15 "DPWR_DAT"
使用 SFC 15“DPWR_DAT”(将*数据写入 DP 标准从站)可将 RECORD 中的数据*地传送到所寻址的DP标准从站/PROFINET IO 设备中。 源区域必须与在 STEP 7 组态中所选的模块的长度相同。 对于模块化结构的标准DP从站只能访问一个DP从站模块。

PROFIBUS DP用户*性数据区zui大长度和寻址
 

下面的手册中可以找到更多关于PROFIBUS DP用户*性数据区zui大长度和寻址的信息。
 

表 01

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PROFINET IO用户*性数据区zui大长度和寻址
 

下面的手册中可以找到更多关于PROFINET  IO用户*性数据区zui大长度和寻址的信息。
 

表 02

对于通信处理器（CP）子模块的*性数据区域的大小明确如下：

表 03

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注意事项：
PROFIBUS DP 标准定义了*性用户数据传送的数量上限。当前的 DP 标准从站遵守这些上限，但早期的CPU(1999年前)，对*性用户数据的传送，不同的 CPU 有特定的限制。
这些 CPU 对 DP 标准从站*性读写数据的zui大长度在“DP主站 - 每个 DP 从站的用户数据”下的技术数据中给出。根据这些数值，使用该值，新近的CPU可支持超出DP标准从站 所提供或接收的数据长度。

重要事项：
分散读写*性数据(小于 4 字节)，不调用系统函数 SFC14 和 SFC15 时，也是可行的。支持此功能的模块可参考条目号 8751062。

下表给出了超过过程映像之外的*性数据的访问方式。
   

表  04

举例： 
在下面的例子中，一个S7-400 CPU作为DP主站，一个CP342-5作为从站。

DP从站的输入和输出*性数据区域设定如下：

• 对于输出，设定传输50个字节的总长*性数据。这50个字节在S7-400CPU的过程影像分区3中数据是*的，所以可以用 load/transfer 命令进行读操作。
• 对于输入，设定传输20个字节的总长*性数据。这20个数据不存储在过程映像或过程映像区中，只能通过系统功能SFC14/15进行写操作。

图 01

在过程映像的更新过程中，操作系统*性地传送此数据。可使用加载和传送指令访问过程映像中的数据。对于 S7－400 CPU ，还可以使用 SFC 26 "UPDAT_PI" 或 SFC 27 "UPDAT_PO" 在程序中的任意点更新过程映像，但此 TPA 在系统侧可能并未进行更新。如果没有或不能把数据放入过程映像，那么就应该使用 SFC14 和 SFC15 进行数据通信。

1 IEC61850 标准

1.1标准概述
         IEC61850是新一代的变电站自动化系统的标准，它规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言。同传统的IEC60870-5-103标准相比，它不仅仅是一个单纯的通信规约，而是数字化变电站自动化系统的标准，它指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。智能化一次设备和数字式变电站要求变电站自动化采用IEC61850标准。IEC61850是至今为止zui为完善的变电站自动化标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。采用IEC61850标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发验收维护的人力物力，实现*的互操作，如图1所示。
         IEC61850与传统的SCADA协议不同的是，它不仅是一个简单的协议，更涉及到通信网络性能要求、对象建模、系统和项目管理等多方面的规范要求。IEC61850采用面向对象的建模方法和抽象、分层映射的技术，通过规范系统和项目管理以及*性测试等途径来保证其目标的实现，并且IEC61850不仅适用于变电站自动化系统内部网络通信，也适用于配电自动化、电能计量系统、发电厂自动化系统、风力发电以及其它工业领域。

图1：IEC61850与数字化变电站(SAS)之间的相互关系：

1.2 制造报文规范MMS
        制造报文规范(Manufacturing Message Specification,MMS)是网络上实时处理和监控系统信息交换的标准，由标准化组织和电工委员会工业自动化技术委员会TC184工业组负责制定和发展，它适合于在不同的设备、应用、发展商和领域内提供通用信息服务，例如：MMS提供的读(Read)服务允许网络上的设备、应用或计算机从另外一个设备、应用或计算机内读取所需的变量，而不管这个变量是在可编程逻辑控制器、机器人、远方终端设备或智能电子设备内。MMS已经广泛应用在制造、石油化工、电力工业和太空探索等领域。
        MMS由以下各部分组成：

1) 服务规范(Service Specification)
2) 协议规范(Protocol Specification)
3) 机器人伴同标准(Robot Companion Standard)
4) 数字控制器伴同标准(Numberical Controller Companion Standard)
5) 可编程逻辑控制器伴同标准(Programmable Logical Controller Companion Standard)
6) 过程控制系统伴同标准(Process Control System Companion Standard)

        上列各部分中，*部分服务规范和第二部分协议规范是其核心，服务规范包含的定义
有：①虚拟制造设备(Virtual Manufacturing Device,VMD)；②网络上节点间的信息交换；③与VMD有关的属性和参数。协议规范定义的是通信规则，包括：①信息格式；②通过网络的信息顺序；③MMS层与ISO/OSI开放模型的其他层的交互，而3)-6)则是针对不同的应用领域的伴同标准。
         MMS提供了丰富的针对对等式实时通信网络的一系列任务，已经成为许多工业领域的控制设备的通信协议，例如CNC、可编程逻辑控制器、机器人、电力领域中的远方终端设备(RTU)、能源管理系统(EMS)、重合器、开关等IED设备。许多流行的计算机平台都支持基于MMS的互联，在软件支持上，更多的API、图形界面、网关、字处理、电子表格、关系型数据库都支持MMS，从通信连接上看，MMS在以太网、令牌总线、串行接口RS-232C、OSI、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易实现，如图2所示：

图2：MMS在IEC61850报文结构中的位置

1.3 IEC61850标准的体系结构
        变电站自动化系统由各种IED 组成，主要完成变电站内设备的控制、监视和保护功能，并实现系统配置、通信管理和软件管理等系统维护功能。IEC 61850 标准将变电站自动化系统在逻辑上划分为3 层(即变电站层、间隔层和过程层)，并将具体应用功能分解为许多常驻在不同IED 内、彼此间相互通信的单元，称为逻辑节点(logical node，LN)，然后以LN 为对象建立变电站内IED 的统一的数据和服务模型，旨在解决不同厂商提供的IED间的数据交换、信息共享等问题。
        遵循IEC 61850 标准的变电站自动化系统主要包括：①主站自动化系统软件(人机界面、数据库及系统管理等)；②间隔层装置(保护、测控单元等)；③过程层设备，包括电子式电流/电压互感器(electronic current/potential transducer，ECT/EPT)、智能断路器/隔离开关、合并单元等；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定义的的通信模型，并满足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(*性测试)的规范要求，如图3所示：

图3：IEC61850与数字化变电站接口与体系结构

1.4数据模型
        在了解数据模型之前，首先需要了解一些关于IEC61850 的重要概念
智能电子设备(IED)：实际的物理设备，如开关、断路器，综保等。
功能：变电站自动化系统执行的任务，如：母线保护、联锁、报警管理等。
逻辑设备(LD)：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据，物理设备可以包含一个或多个LD。
逻辑节点(LN)：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到
IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。
在IEC61850 中，一个IED 设备的外部性能通过Server 服务器类来表征，Server 服务器可以包含一个或多个逻辑设备，一个逻辑设备可以包含多个逻辑节点，在IEC61850 中一些逻辑节点是电力系统实设备的映射。一个IED 设备要实现特定功能必然需要这些逻辑节点来zui终实现操作、控制的功能。可以简单理解逻辑设备是IED 设备实现具体一个功能的抽象容器，在这个容器中包含了实现功能所需的相应的逻辑节点。
        下图4描述了从一个实际的项目中如何对实际的物理设备建模的完整过程：

图4:设备建模的完整过程

        就针对一个具体的IED设备模型而言，下图5描述了该物理设备中所包含的内容及其交互关系：

图5：数据模型所包含的内容及交互关系

        下图6为一个实际的IED物理设备所包含的相关内容，该图描述了该LED设备中其中一个逻辑设备”Tampa_Control”的逻辑节点”Q0XCBR1”断路器的”位置Pos”数据的相关状态 “stVal和ctlVal”。

图6：一个实际的IED设备所包含的内容

2 “IEC61850 Server Library”软件包概述

2.1 “IEC61850 Server Library”通信概述
        “IEC61850 Server Library”软件包是西门子推出的基于S7-300/400作为服务器端的IEC61850规约的通信解决方案，通过该软件包，可以将S7-300/400 “虚拟”为一个IEC61850服务器端设备，之后S7-300/400 可以支持在IEC61850总线上的过程变量导出，下图7为“IEC61850 Server Library”软件包通信总览：

图7：“IEC61850 Server Library“软件包通信总览

“IEC61850 Server Library “软件包具有如下特征：
1) 功能*的功能块库，支持德语及英语的在线帮助。
2) 每个IEC61850 客户端设备将通过一个ISO-On-TCP连接服务器。
3) zui多可以支持100 Data-Attribute及10 DataSet(每个DataSet包含100个Data-Attributes)：
4) Data-Attribute支持如下数据类型，如图8所示：

图8：”IEC61850 Server Library”所支持的数据类型

5) 支持如下MMS服务类型，如下图9所示：

图9：”IEC61850 Server Library”所支持的MMS服务类型

6) 提供基于XML语言描述的SCL和.icd文件，供客户端访问
7) 通过标准PCS7或Step7工具进行编程
8) 支持S7-300/S7-400/S7 mec
9) 冗余设计(用于S7-400H)
10) 带通信诊断功能
11) 软件包仅支持通过CP343/443-1建立通信连接，不支持CPU的集成PN口创建连接

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

图10：“IEC61850 Server Library”软件包的工作原理

        从图10可以看出，软件包中主要的核心为数据模型.ICD文件及Table DB数据块，两者之间必须*，这个将包含在软件包中，其中.ICD文件提供给IEC61850客户端用于IEC61850通信的连接、变量的导出及读写等，Table DB数据块用于下载到S7-300/400中用于创建S7-300/400作为IEC61850服务器的数据模型，之后将其匹配到主功能块“SVR_IEC61850”中。
        在软件包的实际应用中还需要注意以下几点：

1) 允许多个IEC61850客户端访问同一个S7-300/400 IEC61850服务器，但是每个客户端需要创建多个ISO-on-TCP连接并多次调用之后将其匹配到功能块“SVR_IEC61850”,此时将功能块“SVR_IEC61850”均连接到同一个Table DB，这样能够保证客户端访问服务器的数据*性。
2) 通过DataSet(数据集)可以批量读写Data-Attribute，软件包只支持静态DataSet功能，不支持动态的 DataSet创建，因此只允许IEC61850客户端的静态DataSet访问请求。
3) 所有的Data-Attribute及DataSet均可以在 Table DB中更改，这可以通过软件包 的SCL源文件编辑，当更改Table DB时，.ICD文件(软件包中的server_x_y.icd文件)也必须调整以保证更改后的Table DB与.ICD文件保持*

2.3 “IEC61850 Server Library“软件包软硬件需求及限制
       “IEC61850 Server Library”软件包的软硬件需求及限制如下图11所示：

图11：“IEC61850 Server Library”软件包软硬件需求及使用限制

2.4 “IEC61850 Server Library“软件包订货号
        “IEC61850 Server Library”软件包的订货号如下图12所示：

图12：“IEC61850 Server Library”软件包订货号

2.5 “IEC61850 Server Library“软件包包含内容
        购买“IEC61850 Server Library“软件包后将会得到一张光盘，光盘中包含如下文件内容，如下图13所示：

图13：“IEC61850 Server Library“软件包所包含的内容

3 通过“IEC61850 Server Library“软件包配置S7-300作为服务器进行IEC61850 规约通信
        下面以S7-300及TMW 61850 Test Harness软件为例，详细介绍如何通过“IEC61850 Server Library“软件包将S7-300通过配置为服务器，TMW 61850 Test Harness配置为客户端进行IEC61850 通信。
注：TMW 61850 Test Harness软件可以从网上免费下载得到，为:
http://www.trianglemicroworks。。ｃｏｍ/

下载的为试用版本，试用版本有一定的功能限制，只有20天的试用期，试用期结束后失去所有功能，需要购买使用*

3.1例子中使用的硬件设备及软件
        本例中所用的硬件设备如下表1所示。

表1：硬件清单

所用到软件如下表2所示：

表2：软件清单

3.2 硬件及网络组态
        打开Step7软件，新建一个工程项目文件，命名为“IEC61850_server_update”, 在项目下插入一个S7-300站，如下图14所示。

图14：新建S7-300 Station

        双击插入的SIMATIC 300 Station的“Hardware”，打开硬件组态，在硬件组态界面下分别插入机架，电源PS307、CPU317-2PN/DP、CP343-1,本例中将CP的IP地址设为192.168.0.11，如下图15所示。

图15：硬件组态并设置CP343-1的IP地址

        打开Netpro网络组态,选中CPU317-2PN/DP,插入一个新连接，连接伙伴为Unspecified，连接类型为ISO-on-TCP Connection，如下图16所示：