摘要：IEC 61850是下一代變電站的無縫通信標準，ACSI是IEC 61850規範的一套抽象通信服務接口，它的映射實現是IEC 61850應用的關鍵所在。針對IEC 61850具體應用中智能電子設備IED開發的目的，通過對ACSI與MMS(製造報文協議)技術特點的分析，構建ACSI映射實現的模型，設計ACSI到MMS映射實現的詳細流程與方法，提出了ACSI實現框架三部分並與ACSI到XML的映射進行了比較。結果表明該研究爲開發符合IEC 61850標準的變電站通信系統提供了技術依據。
關鍵詞：IEC 61850；變電站自動化系統；ACSI MMS；IED；XML
0 引言
IEC 61850是關於變電站自動化系統結構和數據通信的國際標準，目的是使變電站內不同廠家的智能電子設備(IED)之間通過一種標準實現互操作和信息共享，取消多種協議轉換環節和轉換設備，使系統調試更加便捷，實現“一個世界、一種技術、一個標準”。
IEC 61850規約體系完善，相對於基於報文結構的傳統規約，應用面向對象技術的IEC 61850有明顯的特點和優勢。它提出系統的分層結構，採用數據對象統一建模，將映射的方法和具體網絡獨立，提供基於SCL的系統配置管理，使協議擁有足夠的開放性以適應未來的變電站通信發展的要求。IEC 61850定義了抽象通信服務接口ACSI，它的作用在於約束廠家在裝置實現通信中，對IED功能與涉及的數據進行標準化，以達到互操作。因此IEC 61850的應用關鍵就是抽象通信服務接口ACSI映射的實現。
1 ACSI概述
ACSI(Abstract Communication Service Interface)的產生來源於人們對現實設備的實踐經驗抽象，主要定義了各類通信服務與通信對象及參數，它與下層通信系統獨立，與採用的通信協議和具體的實現方法無關。ACSI主要設定了各類服務模型包括連接服務模型、變量訪問服務模型、數據傳輸服務模型、設備控制服務模型、文件傳輸服務模型、時鐘同步服務模型等。這些服務模型定義了通信對象以及如何對這些對象進行訪問，實現客戶應用端和服務器應用端的通信，完成實時數據的訪問和檢索、對設備的控制、時間報告和記錄、設備的自我描述等。
爲了保證ACSI的獨立性以及適合未來的網絡技術通信發展的變化，IEC 61850協議中並沒有具體指定實現ACSI的方法，只提供了特殊通信服務映射(SCSM)來描述映射過程，在IEC 61850-8-1部分定義了ACSI映射到製造報文規範MMS。由於不同類型的SCSM之間無法直接互操作，所以標準目前只規範了到MMS的映射。
2 MMS簡介
MMS(Manufaeturing Message Specification)即ISO／IEC 9506，是ISO TC184提出在異構網絡環境下，智能設備之間實現實時數據交換與監控的一套國際報文規範。MMS所提供的服務有很強的通用性，已經廣泛運用於汽車製造，航空，化工、電力等工業自動化領域。
MMS具有以下三大優勢：實現互操作；實現獨立；實現異構環境下數據訪問。以往通信標準中提供的互操作，或者對網絡連接、設備型號、功能的執行等做了過多限制或者規範的不足，直到MMS標準的產生才改變了這種局面。MMS同時實現了獨立性，使用戶不再受限於選擇固定的設備提供商，只要是符合MMS標準並能實現相同功能的設備就可以進行替換，這種獨立性還體現在網絡連接和功能的實現上。MMS還實現了異構環境下的數據訪問，以往大部分通信機制提供的只是一種簡單的字節隊列信息在網絡中傳輸的機制，缺乏獨立性，而MMS對傳遞的信息提供了更多的限定和結構化抽象，屏蔽了實際設備內部特性，在表示層採用ASN．1的BER編碼。
3 ACSI映射實現模型
實現IEC 61850的關鍵在於實現協議中規範的ACSI到MMS或其他中間件的映射。如圖1所示。
ACSl只提供了類模型與服務，不存在ACSI PDU，ACSI通過各自特定的映射方式SCSM映射到應用層或CORBA中間件技術。以MMS方式爲例，標準規定採用ASN．1的BER編碼方式構造MMS PDU(MMS Protocol Data Units)。對於底層協議棧可以自行設計實現OSI協議棧，也可以直接建立在TCP／IP協議基礎之上。SCSM是具體的ACSI映射的實現，描述了映射實現的過程。
4 ACSI到MMS的映射
4．1 ACSI到MMS映射實現流程
ACSI到MMS映射的實現是IEC 61850的核心所在。如圖2所示，ACSI的設計主要分爲三部分：第一部分是最上層應用層的ACSI的各個類的設計，先採用面嚮對象語言設計出ACSI服務與86個邏輯節點和公共數據類(見圖3)，應用層數據的導入(可能來源於數據庫、XML配置文件)，各個邏輯服務相映射，包括IEC 61850中報告機制、數據集、日誌機制、GOOSE報文、定值更新、帶選擇控制等。第二部分是將應用層的服務語義與應用層的數據在表示層實現ASN．1的BER編碼化，是一個編解碼的部分，這一部分設計是關鍵所在，因爲它涉及到實現設備的互操作，需要進行報文的一致性測試。第三部分是比特流報文在網絡中的傳輸形式，分爲TCP方式的面向關聯與GOOSE報文與採樣報文的UDP無連接方式。
4．2 ACSI到MMS映射實現方法
MMS標準作爲MAP(Manufacturing Automation Standard)應用層中最主要的部分，通過引入VMD(Virtual Manufacturing Device)概念，隱藏了具體的設備內部特性，設定一系列類型的數據代表實際設備的功能，同時定義了一系列MMS服務來操作這些數據，通過對VMD模型的訪問達到操縱實際設備工作，MMS的VMD概念首次把面向對象設計的思想引入了過程控制系統。
MMS對其規定的各類服務沒有進行具體實現方法的規定，保證實現的開放性。如圖4所示，將IEC 61850數據對象模型映射到MMS的VMD，IED(智能電子設備)的邏輯節點MMXU，PBPR分別可以映射成VMD中的域，邏輯節點Volts被映射成命名變量，可以通過訪問變量MXU$Volts$rang就獲得訪問MMXU邏輯節點中電壓的範圍這個屬性值。
MMS中採用ASN．1的基本編碼規則(Basic Encoding Rules，BER)。ASN．1中定義了4種TAG類型，即UNlVERSAL，APPLICATION，CONTEXT-SPECIFIC，PRIVATE。在傳輸編碼時，採用TLV(TAG Length Value)方式，即同時傳遞TAG、值的長度以及值。雙方在接收與解析時就可以根據TLV方式進行編解碼，編碼和解碼是一個相反的過程。採用ASN．1編碼使得在異構的環境中設備雙方可以理解ASN．1編碼代表的含義與代表的MMS服務，而雙方無需考慮雙方ASN．1編碼是如何實現與傳輸的。
面向關聯的MMS通信服務的具體實現如圖5所示。這是一個接收信息的過程。首先偵聽函數在接到通信數據流時通過管道命令通知主函數，主函數調用MMS的管理ACSE函數確認連接的合法性，確認獲得授權後，調用讀函數讀入比特數據流，再經過MMSASN．1函數進行比特流的解碼，同時處理連接，管理MMS的VMD域、變量、類型。在解碼後根據特定應用層的應用對數據進行相應的處理。
IEC 61850中ACSI的採用有利於用戶通過直接查看配置文件或者得到其中的邏輯節點與數據瞭解裝置的各個模塊功能。因此，各廠家的抽象建模可能有所不同，同時現行的IEC 61850標準在制定方面因爲缺乏中國的參與，在很多數據與邏輯節點的定義中尚需要根據我國保護自身情況進行擴展。在擴展中應該儘量做到不擴展邏輯節點，擴展數據的時候擴展名加Ex長度限制在7位。
4．3 ACSI映射到MMS與映射到XML的比較
IEC 61850標準中暫時只規定了映射到MMS，但同時指出了映射到其他可能性，比如XML。XML作爲一種異構的處理技術，它可以與HTTP的服務相結合。如圖6所示。
從圖6可以看出，ACSI一小部分服務也可以映射到HTTP／HTML／XML。由圖中可知，採用ACSI映射到MMS比結合HTTP協議映射到XML能實現更多的服務，如InfoRepor，Journal，而HTTP中只有最基本的GET與POST可以實現Read與Write服務。兩者最大的區別在於映射到MMS是傳遞ASN．1的BER編碼，而映射到XML或HTML是傳遞文本格式文件。因此，根據具體應用場合，在只需要比較基本的服務、功能不復雜並且實時性要求不高的場合，可以採用ACSI映射到XML的方式。
5 結論
本文針對IEC 61850具體應用中設備開發的目的，對ACSI的映射實現進行了研究，得到如下結論：
(1)通過對ACSI技術特點的分析，構建了ACSI映射實現的模型，爲ACSI的映射實現奠定基礎；
(2)IEC 61850規定了ACSI到MMS的映射，研究設計了ACSI到MMS映射實現的詳細流程，提出了ACSI實現的三個部分，爲ACSI映射實現提供了框架依據；
(3)設計了ACSI到MMS映射的具體方法，包括邏輯節點映射、數據模型映射以及MMS通信服務器主函數的設計，爲開發符合IEC 61850的IED提供了技術方案；
(4)對ACSI到MMS與到XML的映射進行了比較，在實時性不高功能不復雜的場合可以採用ACSI映射到XML的方式。
