一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開(kāi)一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其包括FPGA處理器、電源模塊，通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊。FPGA處理器與通信接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊相連接。所述FPGA處理器內(nèi)嵌高性能ARM微處理器、以太網(wǎng)控制器MAC，UART串口通信接口，高級(jí)加密解密AES模塊，時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊及PLL鎖相環(huán)模塊；所述存儲(chǔ)模塊包括ROM、EFLASH及SRAM存儲(chǔ)器。本實(shí)用新型專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)變電站通信采用的IEC103規(guī)約與國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換，為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一提供解決方案，并支持光纖通信，具有加密解密的功能，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎桶踩浴?br />

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電力通信的
，特別涉及一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)智能變電站的全面發(fā)展，電力系統(tǒng)通信規(guī)約統(tǒng)一采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是變電站智能化的重要部分。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為國(guó)際電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域通信唯一的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)變電站設(shè)備通信的一系列規(guī)范化，使其形成一個(gè)規(guī)范的輸出，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的無(wú)縫通信。由于目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的繼電保護(hù)現(xiàn)有設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的信息交換主要還是采用IEC103標(biāo)準(zhǔn)，如何使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中不滿足IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是變電站實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵問(wèn)題。目前IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在安全性方面還沒(méi)有做出相應(yīng)的規(guī)范，如何在實(shí)現(xiàn)變電站統(tǒng)一采用IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)后，保證通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，確保電力系統(tǒng)通信安全性是變電站實(shí)現(xiàn)智能化的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因此針對(duì)上述問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)一款實(shí)現(xiàn)IEC103標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)并具有加密解密功能的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，為變電站自動(dòng)化通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一提供過(guò)渡的解決方案，并保證電力系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器及實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)IEC103標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，并加入了高級(jí)加密解密AES，提高了通信數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。本技術(shù)的第一個(gè)目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器包括FPGA處理器、電源模塊，通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊，其中，所述FPGA處理器分別與所述通信接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊相連接；所述FPGA處理器用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換；所述電源模塊為所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器提供工作電壓；所述通信接口模塊用于實(shí)現(xiàn)所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)規(guī)約轉(zhuǎn)換中數(shù)據(jù)、規(guī)約轉(zhuǎn)換配置文件以及bootloader程序、FPGA控制程序。進(jìn)一步地，所述FPGA處理器包括高性能ARM微處理器，該高性能ARM微處理器為32位ARM926EJ-S高性能處理器，用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換；所述32位ARM926EJ-S高性能處理器在Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)，芯片嵌入U(xiǎn)COS-II實(shí)時(shí)操作程序，通過(guò)指令控制芯片內(nèi)各模塊，實(shí)現(xiàn)規(guī)約數(shù)據(jù)接收、IEC103規(guī)約與IEC61850數(shù)據(jù)規(guī)約間的轉(zhuǎn)化、規(guī)約數(shù)據(jù)發(fā)送、任務(wù)執(zhí)行、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。進(jìn)一步地，所述FPGA處理器包括高級(jí)加密解密AES模塊，該模塊采用128bits的分組長(zhǎng)度和128bits密鑰長(zhǎng)度的AES算法，加密模式采用CBC分組模式，用于實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的加密和解密功能。進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)模塊包括ROM、EFLASH及SRAM存儲(chǔ)器，其中所述ROM存儲(chǔ)器是片內(nèi)集成的16KBROM用于存儲(chǔ)FPGA的控制程序，所述EFLASH存儲(chǔ)器是片內(nèi)集成10MEFLASH用于存儲(chǔ)bootloader程序和規(guī)約轉(zhuǎn)換配置文件，所述SRAM存儲(chǔ)器是片內(nèi)集成16KBSRAM用于規(guī)約轉(zhuǎn)換中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。進(jìn)一步地，所述通信接口模塊包括以太網(wǎng)接口和串口接口，其中，所述以太網(wǎng)接口包括2個(gè)RJ45網(wǎng)口和2個(gè)ST光纖接口及2個(gè)物理接口收發(fā)器PHY，其中該ST光纖接口選用HFBR5803T，該P(yáng)HY芯片選用DP83849IF芯片；所述串口接口包括2個(gè)RS485物理接口和2個(gè)RS232物理接口。進(jìn)一步地，所述電源模塊的電源輸入為5V電壓，采用AMS1117電源穩(wěn)壓芯片提供3.3V穩(wěn)定的直流電壓，為規(guī)約轉(zhuǎn)換器供電。進(jìn)一步地，所述FPGA處理器還包括以太網(wǎng)控制器MAC、UART串口通信接口、時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊及PLL鎖相環(huán)模塊；其中，所述時(shí)鐘模塊包括RTCController實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、watchdog看門狗、Timer計(jì)時(shí)器以及OSC32K晶振，其中RTCController實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器由32KHz晶振驅(qū)動(dòng)，為轉(zhuǎn)換器提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，同步轉(zhuǎn)換器內(nèi)各種時(shí)鐘信號(hào)；watchdog看門狗為轉(zhuǎn)換器運(yùn)行狀態(tài)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止在干擾下出現(xiàn)程序跑飛；Timer定時(shí)器為轉(zhuǎn)換器程序提供計(jì)數(shù)、中斷功能；所述復(fù)位模塊與所述高性能ARM微處理器連接，發(fā)送復(fù)位信號(hào)；與所述watchdog看門狗連接，接收復(fù)位信號(hào)；所述PLL鎖相環(huán)模塊用于對(duì)時(shí)鐘的分頻和倍頻，產(chǎn)生多級(jí)時(shí)鐘，校準(zhǔn)各級(jí)時(shí)鐘幅度與相位。本技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：1)本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電力通信規(guī)約IEC103標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，為變電站自動(dòng)化通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一提供過(guò)渡的解決方案。2)本技術(shù)采用了高級(jí)加密解密AES模塊，提高了變電站通信數(shù)據(jù)的安全性。3)本技術(shù)具有光纖接口，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃浴８綀D說(shuō)明圖1是本技術(shù)具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是FPGA處理器芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。具體實(shí)施方式為使本技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本技術(shù)，并不用于限定本技術(shù)。實(shí)施例一本實(shí)施例提出一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，是一種基于FGGA的盒裝模塊，外接于電力系統(tǒng)設(shè)備，轉(zhuǎn)換通信規(guī)約，規(guī)約轉(zhuǎn)換器作為外接模塊應(yīng)用于現(xiàn)有的電力系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括FPGA處理器、電源模塊，通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊。FPGA處理器與通信接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊相連接。所述FPGA處理器內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)嵌高性能ARM微處理器、以太網(wǎng)控制器MAC，UART串口通信接口，高級(jí)加密解密AES模塊，時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊及PLL鎖相環(huán)模塊；所述通信接口模塊包括以太網(wǎng)接口和串口接口，以太網(wǎng)接口包括RJ45網(wǎng)口、ST光纖接口及物理接口收發(fā)器PHY，串口接口包括RS485物理接口和RS232物理接口；所述電源模塊采用AMS1117電源穩(wěn)壓芯片為轉(zhuǎn)換器供電；所述存儲(chǔ)模塊包括ROM、EFLASH及SRAM存儲(chǔ)器。所述FPGA處理器內(nèi)嵌的高性能ARM微處理器為ARM公司的32位ARM926EJ-S高性能處理器，用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換。所述32位ARM926EJ-S高性能處理器在Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)，芯片嵌入U(xiǎn)COS-II實(shí)時(shí)操作程序，通過(guò)指令控制芯片內(nèi)各模塊，實(shí)現(xiàn)規(guī)約數(shù)據(jù)接收，IEC103規(guī)約與IEC61850數(shù)據(jù)規(guī)約間的轉(zhuǎn)化，規(guī)約數(shù)據(jù)發(fā)送，任務(wù)執(zhí)行，工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。所述電源模塊電源輸入為5V電壓，采用AMS1117電源穩(wěn)壓芯片提供3.3V穩(wěn)定的直流電壓，為規(guī)約轉(zhuǎn)換器供電。所述FPGA處理器內(nèi)嵌高級(jí)加密解密AES模塊，AES算法采用128bits的分組長(zhǎng)度和128bits密鑰長(zhǎng)度，加密模式采用CBC分組模式，用于實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的加密和解密功能。所述存儲(chǔ)模塊包括：ROM、EFLASH及SRAM存儲(chǔ)器，其中片內(nèi)集成的16KBROM用于存儲(chǔ)FPGA的控制程序，片內(nèi)集成10MEFLASH用于存儲(chǔ)bootloader程序和規(guī)約轉(zhuǎn)換配置文件，片內(nèi)集成16KB本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器包括FPGA處理器、電源模塊，通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊，其中，所述FPGA處理器分別與所述通信接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊相連接；所述FPGA處理器用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換；所述電源模塊為所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器提供工作電壓；所述通信接口模塊用于實(shí)現(xiàn)所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)規(guī)約轉(zhuǎn)換中數(shù)據(jù)、規(guī)約轉(zhuǎn)換配置文件以及boot?loader程序、FPGA控制程序。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器包括FPGA處理器、電源模塊，通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊，其中，所述FPGA處理器分別與所述通信接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊相連接；所述FPGA處理器用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換；所述電源模塊為所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器提供工作電壓；所述通信接口模塊用于實(shí)現(xiàn)所述規(guī)約轉(zhuǎn)換器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)規(guī)約轉(zhuǎn)換中數(shù)據(jù)、規(guī)約轉(zhuǎn)換配置文件以及bootloader程序、FPGA控制程序。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述FPGA處理器包括高性能ARM微處理器，該高性能ARM微處理器為32位ARM926EJ-S高性能處理器，用于實(shí)現(xiàn)IEC103規(guī)約與IEC61850規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換；所述32位ARM926EJ-S高性能處理器在Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)，芯片嵌入U(xiǎn)COS-II實(shí)時(shí)操作程序，通過(guò)指令控制芯片內(nèi)各模塊，實(shí)現(xiàn)規(guī)約數(shù)據(jù)接收、IEC103規(guī)約與IEC61850數(shù)據(jù)規(guī)約間的轉(zhuǎn)化、規(guī)約數(shù)據(jù)發(fā)送、任務(wù)執(zhí)行、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述FPGA處理器包括高級(jí)加密解密AES模塊，該模塊采用128bits的分組長(zhǎng)度和128bits密鑰長(zhǎng)度的AES算法，加密模式采用CBC分組模式，用于實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的加密和解密功能。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有加密解密功能的IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述存儲(chǔ)模塊包括ROM、EFLASH及SRAM存儲(chǔ)器，其中所述ROM存儲(chǔ)器是片內(nèi)集成的16KBROM用于存儲(chǔ)FPGA的控制程序，所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳青華，王穎凱，謝昭群，夏候凱順，李夢(mèng)詩(shī)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：新型
國(guó)別省市：廣東;44