[发明专利]过程控制系统中的通信配置分析

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制系统领域、尤其是涉及具有标准化配置表示的变电站自动化系统。 

背景技术

高压和中压电力网络中的变电站包括通常布置在开关场(switch yard)和/或间隔(bay)中的一次设备、如电缆、电线、母线、开关、电力变压器和仪用互感器。这些一次设备通过变电站自动化(SA)系统以自动化方式运作。SA系统包括二次设备、即所谓的智能电子设备(IED)，其负责保护、控制和监测一次设备。IED可以被分配到层次式的层、即站级层、间隔层和过程层，后者通过所谓过程接口与间隔层分隔开。SA系统的站级层包括具有人机界面(HMI)的操作员工作站(OWS)和到网络控制中心(NCC)的网关。间隔层上的IED，也叫做间隔单元，进而被相互连接，并且主更为了交换命令和状态信息的目的也通过间隔间的总线或站级总线而被连接到站级层上的IED。 

过程层上的IED包括：用于电压(VT)、电流(CT)和气体密度测量的电子传感器；用于感测开关和变压器抽头转换器位置的接触探头；和/或用于控制开关装置(switchgear)如电路断路器或隔离开关的智能执行机构(I/O)。示例性的过程层IED、比如非常规变流器或变压器包括用于对模拟信号进行采样的模数(AD)转换器。过程层IED通过过程总线连接到间隔单元，可以认为该过程总线是取代常规的硬布线过程接口的过程接口。常规的硬布线过程接口通过专用的Cu线将开关场中的常规变流器或变压器连接到间隔层设备，在这种情况下仪用互感器的模拟信号被间隔单元采样。 

 国际电工委员会(IEC)已经提出了一种用于在变电站的二次设备之间通信的通信标准作为名为“变电站中的通信网络和系统”的标准IEC 61850的一部分。对于非时间关键的报文，IEC 61850-8-1规定了基于精简的开放式系统互连(OSI)协议栈的制造报文规范(MMS，ISO/IEC 9506)协议，其中该OSI协议栈具有分别处于传输层和网络层中的传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)，并且IEC 61850-8-1规定以太网和/或RS-232C作为物理介质。对时间关键的基于事件的报文，IEC 61850-8-1规定了直接处于通信栈的以太网链路层上的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)。对于在过程层非常快速地周期性变化的信号、比如所测量的模拟电压或电流，IEC 61850-9-2规定了采样值(SV)服务，其与GOOSE一样直接基于以太网链路层。因此，该标准定义了一种发布的格式、比如工业以太网上的组播报文、过程层上的基于事件的报文和来自电流和电压传感器的数字化测量数据。SV和GOOSE报文通过过程总线传输，特别在成本效益高的介质或低压变电站中，该过程总线可延伸至相邻间隔、即超出传感器被分配给的间隔。在后一种情况下，除了过程数据，该过程总线还传输以其它方式通过专用的站级总线被交换的与命令和/或状态有关的报文。在下文中，消除了SA系统中的过程总线和站级总线的区别。 

在一般的通信系统技术中，在通过将多个计算机或其它智能设备连接在一起而构建的局域网(LAN)中，被称为“虚拟LAN”(VLAN)的概念使用任意地和逻辑地对连接到网络交换机的终端或节点进行分组这一功能。根据IEEE802.1Q的以太网VLAN允许限制对VLAN内的连接到以太网网络的终端的访问，以及限制流向以太网网络的预定义部分的组播以太网报文数据流，其中在所述预定义部分中连接有属于相同VLAN的接收器终端。因此，VLAN能够减少不必要的网络通信量并确保安全。 

在现有技术的基于以太网交换机的网络的情况下，在以太网交换机的范围内来处理VLAN定义，因此，必须将以太网交换机配置为或以其它方式使其知道相关的VLAN。具体而言，对于交换机的每个端口，交换机必须知道特定的输入VLAN(组播)的报文是否将要被转发到该端口，也就是说，该端口是否作为输出端口也属于该输入报文的VLAN。 

在现有技术的基于交换机的以太网网络的情况下，假定任意单个连接的终端都属于一个特定的VLAN。则该终端只能够与属于相同VLAN的其它终端进行对话。在配置所述交换机时，通向这些通信终端的端口因此被称为访问端口，并且只允许这些访问端口属于一个VLAN，而通信系统内部的被称为中继端口(trunkport)的其它端口可以属于若干VLAN。一旦知道访问端口的VLAN ID，则交换机可以自动确定中继端口必定所属的VLAN ID。