专利名称：：过程控制系统中的通信配置分析的制作方法
技术领域：
：本发明涉及)il呈控制系统领域、尤其是涉及具有标准化iea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(switchyard)禾H/或间隔(bay)中的一次设备、如电缆、电线、母线、开关、电力舰器和娜互感器。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(正D)，其负责保护、控制和监测一次设备。正D可以被分配至l展次式的层、即站级层、间隔层和过程层，后者M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。间隔层上的正D，也叫做间隔单元，进而被相互连接，并且主要为了交换命令和状^ft息的目的也M间隔间的总线或站级总线而被连接到站级层上的ED。^f呈层上的正D包括用于顿(VT)、电流(CT)和气体密度测量的电子传感器；用于Si折关和顿翻头转换雜置的接触探头；和/鋼于控制开关装置(switchgear)如电路断路器或隔离开关的智能执行机构(I/O)。示例性的斑呈层正D、比如非常规变流器或^舰器包括用于对模拟信号进行采样的模数(AD)转换器。逝呈层正DMM31I呈总线连接到间隔单元，可以认为该鹏总线是取代常规的硬布，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的模拟信号被间隔单，样。国际电工委员会(正C)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"的标准正C61850的一部分。对于非时间关键的报文，正C61850-8-1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/EC9506)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幼议(TCP)和网际协议(IP),并且正C61850-8-1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，正C61850-8-1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、比如所观懂的模拟电压或电流，正C61850-9-2规定了采样值(SV)月艮务，其与GOOSE—样直接基于以太网麟层。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割七测1。SV和GOOSE报JUlii31程总线传输，特另赃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M专用的站级总线被効奂的与命令和/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，M过将多个计嶽几或其它智能设备连接在一起而构建的局域网(LAN)中，被称为"Jt以LAN"(VLAN)的縱j顿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。根据正EE802.1Q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，有属于相同VLAN的接收器终端。因此，VLAN能,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^端口，交换m^、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，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待定的VLAN。则该终端只肖嫩与属于相同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/《錄/7，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0遂艚0(trunkport)的其它端口可以属于若干VLAN。一旦知道访问端口的VLANID，则交换机可以自动确定中继端口必定所属的VLANID。基于正C61850的SA系统Mil标准化配置表示或被称为变电站配置描述(SCD)的形式系统(foraialsystem)描M配置。SCD文件以",文"为基础包括正D之间的逻辑数据流、也就是说针对*报文源包括目标或接收器正D、按照集定义的报文大小以及所有周期1信量(比如GOOSE、SV)的报文发皿率和完整性报告的列表。SCD文件同样规定了组謝艮文到局域网(VLAN)中的分布，其中单个正D可以在SA通信系统的不同VLAN中为了不同的目的而发送不同的实时报文。因此，访问端口的上面的m^不育滩被应用；但是，边錄凝^]麟(即在物理网状网络中的RSTP循环避免(bopavoidance)算法中不需要考虑的端口)仍然有效(在这种标记法中，连接到端节点的边缘端口或者被分配给单个VLAN的正D对应于访问端口)。这使得在^}奂|0±对VLAN的配置复杂化。大型过程控制系统由于穿过整个系统的组播通信而具有增加的实时关键的通信需求，对于这些系统而言，通信网络负得关键。对于根据正C61850的组播GOOSE和SV报文尤其是这种情况，并且舰整个通信系统以及单个报文接收器都具有影响。另外，尤其是在具有多达500个相互通信的正D的鹏控制系统中，,流定义的一致性、完整性和/或正确性不容易被验证或甚SW视化。在这方面，下面发明的原理和方法绝不限于用在变电站自动化中，而是同样适用于其它具有标准化配置描述的过程控制系统。特别地，应当注意正C61850也是水电站、风电系统和分布式肖旨源(DER)所釆用的标准。
发明内容因此，本发明的目的是阻止具有多个智能电子设备(正Ds)的过程控制(PC)系统^电站自动化(SA)系统的通信网络中的通信中断。此目的3I31分别根据权利要求1和7所述的一种用于分析通信配置的方法和一种工程工具来实现。根据从属权利要求要求，其它的优选实旨^得显而易见。根据本发明，通过以特定的方式评估每个网謝艮文和/或各自的报文源来分析PC或SA系统中的通信，其中所述网謝艮文和/或各自的报文源被配置为用于在上述系统的通信网络上的传输。从逻辑数据流描述中检索(retrieve)或者确定接收器正D，其中该逻辑i^流描述是PC或SA系统的标准化配置表示的一部分，并且以控制块的形式包括每个报文的形式信息。例如，鉴于后面的网络负载分析、虚拟局域网分配，据流的图形显示，对于每个所检索的接收器正D，i刊古或处理去往或指向该特定接收器正D的所有网纟射艮文的总数。示例性的感兴趣的网謝艮文包括循环点对点报告、以及按照正C61850包括周期性的驢复的实时组播报文(采样值SV)和基于事件的组播报文(面向通用对象的变电站事件GOOSE)。在本发明的一个,变型方案中，关于单个报文的形式信息、比如大小，m率从标准化配置表示中被检索，按照每接收器正D被合并或分组，并且被评估以确定在接收器正D处的网络负载情况。对于基于事件的报告，所检索的形式信息，地包括总体数据变化率，其指示正常状态数据流，例如针对被测报文源的1报力秒射艮告一个间隔中基于事件的观懂变化;以及突缝(burstsize),其指示最大或最坏情况峰值负载，例如对于上述被测报文源在200ms内5斜艮文，加上齡具有开关錢变化、保护跳闸鹏督警报的事件源5斜艮文。由此，对于每个接收器正D,基于在对在不同情况下接收到的报文的预测，并且在隐含假定接收器正D所连接到的边缘端口处的适当的交换机端口输出过滤器(filter)实际上阻止将组播报文转发到所考虑的接收器正D情况下，正常的和异常的网络负载肯^被预先计算出。在另一优选的变型方案中,所检索的形式信息包括去往接收器正D的报文的戯以局域网标识符(VLANID)。ilil知道接收器正D处的相关VLANID，能够在该正D直接连接到的交换机处滤除所有不需要的组播报文，并且给接收器正D解除接收这些未经请求的组播报文。在上下文中，并且如前面所述，不同的网纟射艮文，即使起源于相同的发送器正D，仍然可能指向不同的接收器正D,这排除了为了确定在^f虫的接收器正D处的状况而^顿常规VLAN齢。在本发明另一雌的实式中,M31同时最大化任意两个正D転之间的距离和最小化任意两个通信的ED表示之间的距离，产生正D之间的数据流的三维GD)表示。这提供了在给定体积内的正D表示的均衡分布。结合对生成的隨的适当旋转和/漱见察者位置的变化，这种标使得本领域駄人员育嫩十^I且容易地发现在数据流配置中的樹可不一致性、不正确性和/或不完整性。tt，舰分别给任意两个正D禾口任意两预信的正D棘它们的、E3i接分配排斥力和吸引力来优化正D间的距离。在3D表示中，可以ffiM色、线条粗细等来对恰当的形式信息、比如报文类型和大小进《彌码。本发明还涉及一种计算lfHi^产品，其包括计^t;ii呈^^码，用于控制:m/分析工具的一个或多个处理器或者适用于连接到sa或pc系统的通信网络并被配置为存储sa或pc系统的标准化配置表示的其它设备的一个或多个，器，特别地，本发明涉及一种包括里面含有所述计算lfif呈序代码的计^m可读介质的计^trLI旨产品。参考在附图中表示的优选的示例性的实施例，将在下面的篇幅中更详细地i兑明本发明的主题，附图图i为多个正D之间逻辑数据流的功能图，图2为具有正d的格式配置描述的scl文件的摘录，以及图3为逻辑数据流的3d表示。具体实施例方式通常，通信系统的性肯&i十算利用一些对性能场景和通信电报的协议结构的假设而人工完成。只要^il信量主要是以星形的形式去往几个站级层设备，并且来自间隔层设备的负于每个间隔;相同并且因此恰好可以被相乘则这就是可行的。然而，在新的通信工具、比如在正c61850中定义的面向通用对象的变电站事件(goose)和采样值(sv)被使用在任意正d之间的情况下，尤其是如果组播报文不受虚拟局域网(vlan)配置的约束并且在并不真正需要组,息的正D处产生未经请求的负载，贝ij情^^就改变了。图1是一个功能亂其示出了示例性的变电站自动化(sa)系统的智能电子设备(正d)之间的所配置的通信，辑流。这类表示对于具有多达500个通信正d的系统不是很实用。根据正c61850的变电站配置描述(scd)描述包括通信部分，该通信部分除了具有用于基于事件进行报告的控制块之外，还具有用于在逻辑子网络(即其中#正d都可以与任意其它所连接的正d在没有插入其间的路由器的情况下取得联系的物理以太网段)内的待发送的基于实时的报文(goose和sv)的控制块。goose和sv控制块识别所有的与vlan有关的报文的縱器。如果它们还未包括给vlan的分配，贝赃需要时并且基于用户定义的报文类，可8以将唯一的无歧义的VLAN标识符分配给控制块。与组播GOOSE和SV不同，所报告的事件总是仅仅指向一个专用的接收器正D。图2包含一个SCL文件的摘录，该SCL文件尤其是与在图1中介绍的SA通信系统的正DP2KA4有关。图2中重现的SCL文件的部分将m^集"positions(位置)"、来自特定正D的数据流定义为未缓冲的报告(例如，至,关P2Y1和OPC服务器AA1KA1的"position")和GOOSE报文(例如，到正DP2KA3，P2KA1，P2KA2的"interlock(互锁)")的源，以及将VLAN标识符("VLAN-PRIORITY"4)和发送频率(MinTime，MaxTime)定义为GOOSE互锁报文的示例性形式信息。更一般地，SCD描述为齡控制块、即为齡报文鄉或对应的报文漱服务类规定了接收器或预期的目标正D，由此定义了逻辑数据流。根据该信息，M将发送器的VLANID传输给所有的接收器，所有接收器的VLANID的总数也被定义。另外，控制她括关于发魏率(SV采样速率、GOOSE最大时间&最小时间、报告的完整性时期)的形式信息和数据集的参考，其中对所述形式信息和数据集的参考的分析产生所发送的数据值的数目和报文的大小。;使用所有这，息并且为基于事件的报告增加正常状态改变率(例如每秒每个控制±央一个改变值，意—个1000比特的报文)和突发改变量(例如旨事件相关的控制块5斜艮文)，可以为每个接收器正D计算平均正常负载以及负载峰值。计算出的负载考虑由于在连接交换机网络中对VLAN的正确应用所导致的路由限制，也就是说，对于具有恰当配置的VLAN的通信系统，该结果是有效的。与适当的正D处理速率相比，这指示了正常情况下接收器是否过载，以及需要多长时间来处理突发。下面的表格示出对图1中所介绍的正D和/或SA通信系统的性^i十算结果。该表格列出了每个正D的正常状态下的接收负载(平均比特率，第2歹lJ;报文速率，第3列)、以及在事件情况下的基于GOOSE重复的突发报文的縫(第4列)以及VLAN标识符(第5列)。名为P2FA1的正D只发送报文，因此在该表中不考虑。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图3是自动生成的对数据流的三维(3D)表示，其中所:述数据流由于其在下面将进一步详述的建立算法因而以对称的方式来描述对称的流。利用一些解释图示结构的经验，可以发现甚至是大型的通信系统的数据流中的不规则性，并且识别它们的起源(是有意的还是工程故障、比如丢失的，连接？)。3D表示的产生如下所述1、正D被随机放置到立方体或其他任意形状的体积中。BED相互之间具有排斥力，这导致正D分散在该立方体或術只的表面处。2、^M送器正D去往接收正D的数据流由连线或箭头^^并M:在两个正D之间添加吸弓l力而被建模。3、吸引力和排斥力的使用产生在该立方体内对该系统和正D之间的数据流的3D标。该3D表示被鄉到将被呈现據幕上的2D平面，并且可以(人工或者自动地)在2D平面中被旋转以研究其皿和'(M。特别的，3D表示示出了紧密连接的正D群(cluster)并且从而有助于根据关于报文吞吐量以及可用性的功能性需求来设计物理结构。另外，3D标會&^通过以下方式被增强对数据流连接的较高的报文负载使用较大的吸引力，并且根据所使用的服务和产生的负载j柳不同的线条颜色^ffi细；以及在知道接收器正D的M能力或物理极限的情况下，高亮过载正D或描述相应的负载。最后，如果要研究某种数据流类型或者某个应用，可以使用不同的过滤标准、如VLANID、集名称、应用ED和子网络5j61滤用于3D表示的流。通过包括在线数据，可以将被配置为执行前述分析的工fW分析工具扩展为10测敏监督工具。将3D表示与在运行中确定的正D纖状态和/或与(非)接收到的报文相结合并且例如以红M示这些故障(正发生故障的正D或中断的数据流连接)，使得本领域技术人员育嫩容易理解或预期该通信系统的结果。如果前述分析根据正C61850(代,理正D)在功能层执行、即指向逻辑^S或甚至逻辑节点，f辦实现将功能最佳地聚集到物理正D上。，i汰说，iA3I信负载的角Jt^看，控制和互锁功能可以有利地被结合到单个专用的正D上，而保护功能可以位于多个不同的正D上或由多个不同的正D提供服务(host)。权利要求1、一种用于分析过程控制PC系统、尤其是变电站自动化SA系统的通信配置的方法，所述分析过程控制PC系统具有多个智能电子设备IED，其连接到基于以太网交换机的通信网络；发送器IED，其将不同的报文发送给不同的预先确定的接收器IED；以及周期组播报文，其由该通信网络的交换机与接收器IED无关地而被转发，该方法包括针对所述多个IED中的每个发送器IED并且针对被配置为由所述发送器IED发送的每个报文，从包括逻辑数据流定义的PC系统的标准化配置表示中检索所述报文去往的接收器IED，以及针对所述多个IED中的每个接收器IED，评估去往该接收器IED的所有报文。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括针对旨发送器正D并且针对由所述发送器正D发送的每个报文，从PC系统的标准化配置表示中检索形式信息，针对每个接收器正D，合并去往该接收器正D的所有报文的形式信息，针对^接收器正D，基于被合并的形式信息确定通信负载。3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括针对基于事件的报告，检索总体，变化率和突发量。4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括针对^发送器正D并且针对由所述发送器正D发送的每个报文，从PC系统的标准化配置表示中，检索^J以局域网标识符VLANID，针对齡接收器正D,合并去往该接收器正D的所有报文的VLANID，以及将被合并的VLANED分配给该接收器正D戶;f^接到的通信网络的，机的纖端口。5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括生^^f述多个正D的三维3D表示，其中在任意两个正D之间具有最対巨离并且在任意两个正在交换报文的正D之间具有最小距离，并且将该3D表示显琉合{顿者以用于视觉检查。6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于包括M:定义排斥力来最大化任意两个正D之间的距离，并且M51定义吸引力来最小化正D表示之间的距离，并且从标准化配置表示中，检索形式信息并且在3D表示中对形式信肩进行编码。7、一种用于过程控制PC系统、尤其是用于变电站自动化SA系统的工程工具，"脱MI呈控制PC系统具有多个智能电子设备正D,其连接到基于以太网交换机的通信网络；发送器正D，其将不同的报文发送给不同的^^确定的接收器正D;以及周期组播报文，其由该通信网络的交换机独立于接收器正D地被转发，所述工程工具适于-针对所述多个正D中的每个发送器正D并且针对被配置为由所述发送器正D发送的每个报文，从包,辑数据流定义的PC系统的标准化配置表示中，检索所述报文去往的接收器IED，以及针对所述多个正D中的每个接收器正D，评估去往该接收器正D的所有报文。8、根据权利要求7所述的工具，其特征在于适用于针对^接收器正D，检索以及合并去往该接收器正D的所有报文的形式信息，以及针对旨接收器正D，基于被合并的形式信息确定通信负载。9、根据权利要求7所述的工具，其特征在于适用于针对旨接收器正D，检索以及合并去往该接收器正D的所有报文的虚拟局域网标识符VLANID，以及将被合并的VLANID分配给该接收器正D所连接到的通信网络的交换机的纖端口。10、根据权利要求7所述的工具，其特征在于适用于:生^^f述多个正D的三维3D标，其中在任意两个正D之间具有最対巨离并且在任意两个正在交對艮文的正D之间具有最小距离，并且辦征在于包括用于将该3D表示显g使用者以用于视觉检查的装置。全文摘要本发明涉及过程控制系统中的通信配置分析。涉及通过如下方式对过程控制(PC)系统或变电站自动化(SA)系统中的通信配置的分析以一种特定的方式评估配置为用于在该系统的通信网络上的传输的每个网络报文和/或各自的报文源。从逻辑数据流描述中检索或者确定接收器IED，其中该逻辑数据流描述是PC或SA系统的标准化配置表示的一部分，并且以控制块形式包括每个报文的形式信息。例如鉴于后面的网络负载分析、虚拟局域网分配、或数据流的图形显示，针对每个所检索的接收器IED，评估或处理去往或指向该特定的接收器IED的所有网络报文的总数。示例性感兴趣的网络报文包括循环点对点报告及实时组播报文和基于事件的组播报文。文档编号H02J13/00GK101674246SQ20091020578公开日2010年3月17日申请日期2009年8月18日优先权日2008年8月18日发明者W·温默申请人:Abb技术有限公司