实现消防主机Modbus转IEC 61850接入智能消防监控平台项目案例

## **一、项目背景**

某智慧城市消防物联网建设项目需要对全市重点单位的**火灾自动报警系统（FAS）主机**进行统一远程监控。各建筑内安装的不同品牌消防主机均支持**Modbus RTU/TCP协议**输出火灾报警信号、故障状态、设备地址、联动状态、系统参数等信息。市级消防物联网平台采用电力行业广泛应用的**IEC 61850标准协议**作为统一的数据模型和通信规范。

**项目挑战：**

1. **协议转换需求**：需将消防主机的Modbus私有协议转换为标准IEC 61850协议。

2. **实时性要求**：火灾报警信号必须毫秒级上报，确保快速响应。

3. **模型标准化**：不同品牌消防主机数据需统一映射为61850逻辑节点模型。

4. **平台对接**：需生成标准ICD文件，便于平台系统快速导入和集成。

## **二、解决方案**

采用**VFBOX协议转换网关**（推荐型号：**VB301-1200**，1网口+2串口）作为协议转换核心设备，实现：

- 通过RS485或以太网采集消防主机Modbus数据。

- 将消防报警信息、设备状态映射为标准IEC 61850逻辑节点和数据对象。

- 通过以太网上传至市级消防物联网61850主站平台。

- 导出标准ICD配置文件，供平台侧快速建模。

**系统架构优势：**

- **标准化输出**：完全符合61850 Ed 1.0/Ed 2.0标准，兼容南瑞、南自等主流系统。

- **快速部署**：图形化配置界面，无需编程，现场调试时间短。

- **高可靠性**：工业级设计，支持7×24小时连续运行。

- **扩展灵活**：支持多逻辑设备与逻辑节点，适应大规模消防设备接入。

## **三、系统架构与部署**

### **1. 网络拓扑**

```

[消防主机] --- (Modbus RTU) --- RS485 --- [VFBOX网关 COM1]

                                                            |

                                                            |--- (IEC 61850 MMS over TCP/IP) --- [市级消防监控平台]

[网络型消防主机] --- (Modbus TCP) --- 以太网 --- [VFBOX网关 Eth1]

```

### **2. 现场部署**

- **网关安装**：部署于消防控制室标准35mm导轨上。

- **电源接入**：接入消防控制柜提供的DC 24V备用电源，确保不间断运行。

- **通信连接**：

  - **串口连接**：消防主机RS485端口(A/B)连接至网关COM1。

  - **网络连接**：网关Eth1接入建筑局域网，与平台网络可达。

- **配置准备**：电脑IP设置为`192.168.1.198`，与网关默认IP`192.168.1.199`同网段。

## **四、VFBOX Studio详细配置流程**

### **1. 工程创建与Modbus采集配置**

1. **新建工程**：打开VFBOX Studio，设备类型选择`VB301-1200`。

2. **添加消防主机设备**：

   - 点击"新建设备"，选择`Modbus RTU`驱动。

   - **设备名称**：**必须**按61850规范设置为`GGIO1`、`GGIO2`等（数字递增）。

   - 配置通信参数：波特率（如9600）、数据位（8）、停止位（1）、校验位（无）。

   - 设置Modbus从站地址（消防主机站号）。

3. **添加消防数据标签（严格按照61850命名规范）**：

   - **遥信（DI）**：火灾报警、故障、手自动状态等布尔量，标签名必须为`Ind1`、`Ind2`、`Ind3`...

   - **遥测（AI）**：回路电压、电池电压、环境温度等模拟量，标签名必须为`AnIn1`、`AnIn2`、`AnIn3`...

   - **遥控（DO）**：远程复位、消音等控制点，标签名必须为`SPCSO1`、`SPCSO2`、`SPCSO3`...

   **消防数据点映射表示例（单台主机）**：

   | 消防参数 | Modbus地址 | 数据类型 | VFBOX标签名 | 61850映射类型 |

  |:---|:---|:---|:---|:---|

   | 火警信号1 | 00001 (线圈) | Boolean | `Ind1` | SPS单点状态 |

   | 火警信号2 | 00002 | Boolean | `Ind2` | SPS单点状态 |

   | 故障信号 | 00003 | Boolean | `Ind3` | SPS单点状态 |

   | 手自动状态 | 00004 | Boolean | `Ind4` | SPS单点状态 |

   | 主电故障 | 00005 | Boolean | `Ind5` | SPS单点状态 |

   | 备电故障 | 00006 | Boolean | `Ind6` | SPS单点状态 |

   | 回路电压 | 40001 (保持寄存器) | Float | `AnIn1` | MV测量 |

   | 电池电压 | 40003 | Float | `AnIn2` | MV测量 |

   | 机内温度 | 40005 | Float | `AnIn3` | MV测量 |

   | 远程复位 | 控制点 | Boolean | `SPCSO1` | SPC可控单点 |

   | 远程消音 | 控制点 | Boolean | `SPCSO2` | SPC可控单点 |

4. **下载并验证采集**：点击"下载"将工程下发至网关，点击"查看数据"确认消防主机数据采集正常。

### **2. IEC 61850服务配置**

1. **启用61850服务**：

   - 进入"服务" -> "IEC61850"。

   - `启用`：`Yes`

   - `端口`：`102`（默认）

   - `启用上报`：`Yes`，支持定时上报和变化上报。

   - `上报触发GI`：`Yes`，数据变化立即上报（关键实现实时报警）。

   - `上报周期间隔`：`5000`（毫秒，5秒心跳包）。

   - `控制模式`：`Direct`（直控模式，平台可直接下发控制命令）。

2. **关键参数设置**：

   - `IED名称`：设为平台分配的唯一标识，如`FIRE_GD_BLDG01`。

   - `逻辑设备名称`：填写`GGIO1`（与设备名称一致）。

   - `数据集内容`：根据平台要求选择`DA`或`DO`。

   - `SPS附加属性`/`MV附加属性`：按平台要求设置，通常为`Yes`。

3. **数据对象映射**：

   - 点击"添加"，将采集的标签映射到对应的61850数据对象：

    - `SPS单点状态`：选择`Ind1`、`Ind2`...等遥信点。

    - `MV测量`：选择`AnIn1`、`AnIn2`...等遥测点。

    - `SPC可控单点`：选择`SPCSO1`、`SPCSO2`等遥控点。

4. **下载配置**：完成设置后，点击"下载"使61850服务生效。

### **3. 导出标准ICD配置文件**

1. **安装IEDScout工具**：在电脑上以管理员权限安装IEDScout软件（注意卸载冲突的Npcap/WinPcap驱动）。

2. **发现网关IED**：

   - 打开IEDScout，选择对应网卡。

   - 手动设置IED名称（与网关配置一致）。

   - 点击"Discover IED"，输入网关IP地址`192.168.1.199`，发现网关设备。

3. **导出ICD文件**：

   - 点击菜单"Save SCL"。

   - 选择"Edition 1 (Schema V1.4)"（兼容国内主流平台）。

   - 保存为`.icd`文件，提供给消防物联网平台。

### **4. 多逻辑设备配置（大型系统适用）**

当单台网关接入多个消防主机或数据点超过200个时，采用多逻辑设备方案：

1. **清空逻辑设备名称**：在61850配置中，将"逻辑设备名称"留空。

2. **使用复合标签名**：在Modbus采集标签的"标签名称"中按以下格式设置：

  ```

  DEV1_GGIO1_Ind1

  ```

   - `DEV1`：逻辑设备名称

   - `GGIO1`：逻辑节点名称

   - `Ind1`：数据点名称

3. 在61850服务中添加数据时，系统会自动按此格式解析并创建多级模型。

## **五、市级消防物联网平台对接**

1. **平台侧建模**：

   - 将导出的ICD文件导入消防物联网平台。

   - 平台自动解析IED、逻辑设备、逻辑节点和数据对象结构。

   - 核对数据点描述、类型、单位等信息，补充中文注释和报警阈值。

2. **通信建立**：

   - 平台作为61850客户端，连接网关IP地址`192.168.1.199:102`。

   - 建立关联（Associate）后，网关主动上报总召（GI）数据。

   - 平台订阅相关数据集（DataSet），接收实时数据。

3. **系统联调测试**：

   - **数据采集验证**：在消防主机上模拟触发火警，观察平台是否在1秒内收到`Ind1`变位信息。

   - **控制功能测试**：从平台下发"远程复位"命令，验证消防主机是否正确执行。

   - **完整性测试**：对比平台数据与消防主机本地显示的一致性。

   - **稳定性测试**：持续运行72小时，检查通信中断、数据丢失情况。

## **六、项目成效与价值**

- **标准化接入**：将各品牌消防主机的私有协议统一为标准61850，实现互联互通。

- **实时报警**：利用61850的"报告控制块（RCB）"和"立即上报（GI）"机制，实现火警秒级上传。

- **模型化管理**：标准化的逻辑节点模型（GGIO、MMXU等）便于平台统一展示和分析。

- **快速部署**：ICD文件即插即用，平台侧导入即可完成数据建模，缩短集成周期。

- **维护简便**：网关支持远程配置升级，出现故障时可快速替换。

## **七、注意事项**

1. **标签命名规范**：必须严格按照`Ind*`、`AnIn*`、`SPCSO*`等约定命名，否则平台无法识别。

2. **地址规划**：多台网关部署时，需统一规划IED名称和IP地址，避免冲突。

3. **网络安全**：在网关与平台之间建议部署防火墙，仅开放102端口，保障通信安全。

4. **时钟同步**：配置网关NTP客户端，与平台时间服务器同步，确保事件时标（Timestamp）准确。

5. **ICD版本**：确认平台支持的SCL Schema版本（V1.4或V1.6），导出对应版本ICD文件。

## **八、技术支持**

- 详细配置请参考：《采集modbus设备数据转61850使用说明2.3》

- VFBOX网关通用手册：《VFBOX网关采集和转发数据使用说明》

- IEC 61850标准学习：参考IEC 61850-7-2、61850-7-3、61850-7-4等相关标准

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**通过本项目实施，成功构建了基于国际标准协议的智慧消防远程监控系统，实现了火灾报警的实时感知、快速传递和智能处置，显著提升了城市消防安全管理水平和应急响应能力。**

审核编辑 黄宇