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：

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。
实时性要求：火灾报警信号必须毫秒级上报，确保快速响应。
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。
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

复制代码

[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IP192.168.1.199同网段。

四、VFBOX Studio详细配置流程

1. 工程创建与Modbus采集配置

新建工程 ：打开VFBOX Studio，设备类型选择VB301-1200。
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）。

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

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

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）。
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。
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。
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

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）。
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。
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：

清空逻辑设备名称：在61850配置中，将"逻辑设备名称"留空。
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：
复制代码
```
DEV1_GGIO1_Ind1
```
- DEV1：逻辑设备名称
- GGIO1：逻辑节点名称
- Ind1：数据点名称
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

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。
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。
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

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。
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。
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。
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。
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

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。