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OpenPLC61850: An IEC 61850 MMS compatible open source PLC for smart grid research
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一、摘要
IEC 61850协议已经广泛应用于智能电网之中，但是OpenPLC仅支持Modbus和DNP3协议，因此作者对现有的OpenPLC进行了改进，在其中加入了IEC 61850 MMS协议支持。
二、引言
对于智能电网而言，理解PLC和Intelligent Electronic Devices（IED）的运行方式对于提高控制效率、保护系统免受网络攻击是至关重要的。但是，商业化的PLC往往不会提供充足的硬件和固件信息，因此，OpenPLC被提出来了。在OpenPLC之中加入IEC 61850协议支持，作者提出了OpenPLC61850。OpenPLC61850支持IEC 61131-3标准（PLC编程），使用MatIEC编译器，支持Modbus、DNP3和IEC 61850 MMS协议。
三、软件描述
（一）软件架构
OpenPLC61850包含四个组件：
- PLC runtime：运行PLC程序，负责servers和clients之间的协议通信。
- Web server：一个web应用，允许用户通过它控制PLC runtime。
- IEC 61850 server
- IEC 61850 server
IEC 61850 server 和 client 以单独的线程运行，是作者新加的组件。下图描述了OpenPLC61850的软件架构。
（二）软件功能
OpenPLC61850加入了IEC 61850 MMS协议支持，PLC的程序要想能使用IEC 61850，需要将IEC 61850的数据属性映射到PLC内存。映射工具在utils/iec61850_mapper_src下。映射工具分析两种类型的输入，输出IEC 61850数据属性到PLC内存地址的映射：
- ST文件。ST文件是从OpenPLC Editor导出的PLC程序文件。映射工具解析ST文件，输出PLC程序变量到PLC内存地址的映射。
- System configuration language（SCL）文件。SCL文件是xml文件，映射工具使用pugixml解析SCL文件中的Private元素，得到IEC 61850数据属性到PLC程序变量的映射。
分析完ST、SCL文件之后，映射工具根据得到的两个映射关系，输出IEC 61850数据属性到PLC内存地址的映射。
下图描述了OpenPLC和IEC 61850之间的通信架构。
（三）软件子组件
OpenPLC61850包含两个新的子组件，分别是IEC 61850 server和IEC 61850 client。
IEC 61850 server使IEC 61850 client（例如，IEC 61850 SCADA系统）能够连接到OpenPLC61850。server主要完成两件事，一是在主循环中使用update_server()更新server模型中的IEC 61850数据属性；而是接收SCADA系统的控制命令，对特定的数据对象调用事先注册的回调函数controlHandler。
IEC 61850 client使OpenPLC61850可以连接到IED，接收IED的report并更新PLC程序或者向IED发送control命令。
（四）软件局限性
当前版本的OpenPLC61850只支持IEC 61850 MMS协议，不支持其他的IEC 61850协议（如GOOSE、SV），查询是使用RCB周期性完成的。此外，当前的实现使用SCL文件来定义IEC 61850 server/client的数据属性和IEC 61131-3 PLC程序变量之间的映射。
四、示例
这一节，作者描述了使用OpenPLC61850的实例例程。步骤包括：(1)安装；(2)导入SCL文件；(3)处理ST文件；(4)开启OpenPLC61850。
（一）安装
安装过程同OpenPLC，当前版本仅支持Linux。
（二）导入SCL文件
需要两类SCL文件：(1)一个IEC 61850 server的SCL文件；(2)一个或多个IEC 61850 client的SCL文件。SCL文件的关键内容是其中的Private元素。Private元素有一个子元素Property，该元素有属性Name、Value。
（三）处理ST文件
OpenPLC Editor支持的PLC逻辑程序语言符合IEC 61131标准，包括ST和FBD。ST文件通过web接口上传到OpenPLC61850。
（四）启动OpenPLC61850
上传ST文件并且成功编译PLC程序之后，使用web界面的“Start PLC”运行OpenPLC61850。
