CN102461100B - 用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备 - Google Patents

用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备，数据传输设备经由接口和通信连接与按照IEC？61850标准的上级通信单元交换数据并且经由至少一个另外的接口和站总线与从属过程相连。下述的构成为接口的、用于将所述过程联接到按照IEC？61850标准的至少一个上级通信单元上的功能单元(11、12、13、14)集成在所述数据传输设备中：-至少一个用于联接到上级通信单元的IEC61850服务器(11)，-至少一个用于经由站总线联接从属站级的IEC61850客户端(14)，-至少一个用于联接上级通信单元和/或用于联接智能电子设备的单元(12)，和-至少一个另外的、用于直接过程耦合以便将控制和调节信号连接到IEC61850站总线的单元(13)。

Description

用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1所述的、用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备，所述数据传输设备尤其是设置成用于监视和控制远距离站中的过程。
此外，本发明还涉及一种分布式系统，按照本发明的数据传输设备应用在所述分布式系统中。
背景技术
用于监视和控制本地过程以及从属过程的遥控设备经由通信连接(例如网络)与上级过程控制等级(也称为控制中心)进行通信，并且和与该过程相关的从属系统进行通信。
在用于传输电能的系统中的通信(例如在不同设备(诸如保护设备、开关设备、变压器等)之间的消息传输)根据通信标准IEC61850实施，这例如在EP1976281A1中已经描述。为了在系统内部交换数据需要借助于不同的组件将不是按照IEC61850工作的设备联接到通常实施成为数据总线的网络上。对此所需要的组件，比如网关(例如用于将进入的数据转换成IEC61850兼容的格式)、IED(智能电子设备，IntellegentElectronicDevice)协议转换器、用于联接上级通信单元的设备(比如网络控制中心)、或用于直接的过程耦合的输入/输出设备以及它们的工作方式例如在WO2005/055538A1中已经描述。
尤其是借助于前述的组件将现有的设备联接到根据ICE61850标准工作的通信网络上与不小的硬件和配置开销相关联。
发明内容
本发明所基于的任务因而是，给出一种用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备，该数据传输设备避免了前述缺点，并且尤其是降低了在分布式系统内部的配置和硬件开销。
该任务通过带有在权利要求1中所述特征的、用于远程监视和控制分布式过程系统的数据传输设备得到解决。按照本发明的数据传输设备的有利拓展方案在其它权利要求中给出。
因此利用本发明提出了一种用于远程监视和控制分布式系统内部的过程的数据传输设备，也称为远程终端单元(RTU)或遥控设备，所述数据传输设备尤其是适合于监视和控制远距离站中的过程。
为此，该按照本发明的数据传输设备设置成经由至少一个接口和通信连接(通信连接例如实施成为网络或数据总线)与按照IEC61850标准的上级通信单元交换数据并且经由至少一个另外的接口和站总线与从属过程相连。
下述构成为接口的、用于将过程联接到按照IEC61850标准的上级通信单元的功能单元集成在数据传输设备中：
-至少一个用于联接到上级通信单元的IEC61850服务器，
-至少一个IEC61850客户端，例如用于经由站总线联接分站，其中所述IEC61850客户端借助于基于网络标准的协议(例如基于TCP/IP协议(传输控制协议/因特网协议)经由站总线与从属站级进行通信，
-至少一个用于联接上级通信单元(例如上级过程控制等级、网络控制中心或网关)和用于借助于另外的、例如基于TCP/IP和串行的网络协议联接智能电子设备(IED)(例如保护和控制设备)的单元，也称为协议网关，以及
-至少一个另外的、用于直接过程耦合以便将控制和调节信号联接到IEC61850站总线的单元。
通过如下：在唯一的设备中实现用于将过程联接到按照IEC61850标准的上级通信单元上的功能单元，能够以有利的方式实现从属过程到站控制系统中的低成本集成和联接。尤其是省去了为了经由站总线的直接的过程耦合而在IEC61850客户端、IEC61850服务器、协议网关和另外的单元之间的外部连接，因为现在所有所述功能都集成在唯一的设备中。
出于以下目的，由此在远程终端单元内部实现的混合应用使得所述远程终端单元能够在站控制系统的基于IEC61850标准工作的站总线的范围内应用：
-现有的串行或者非IEC61850兼容的IED、尤其是保护和控制设备到IEC61850站总线上的联接。
-实现在分布式系统中的网络内部的两个IEC61850站总线之间的联接
-实现用于将控制和调节设备连接到IEC61850站总线上的直接的过程起动(Processanschaltung)。
此外，作为有利的拓展方案而规定：在所述远程终端单元中集成一个另外的单元，所述一个另外的单元的功能为此设置成借助于集成的SPS功能实施控制任务并且例如在所述系统内部执行逻辑的和项目特定的匹配。
该按照本发明的数据传输设备优选设置成用于应用在遥控分站、遥控节点、站控制技术(Stationsleittechnik)和通信网中，它们优选基于IEC60870和/或DNP3标准工作，并且该数据传输设备能够经由Web连接以有利的方式实现从属过程和上级通信单元之间的数据交换。
附图说明
本发明的进一步阐述以及其优点和拓展方案从根据以下附图对实施例的下述说明中得出。
其中：
图1示出了示例性的数据传输设备的一个原理框图，所述数据传输设备连入到能量传输系统的站控制系统中；
图2示出了数据传输设备的一个原理框图，其描述了消息电报在功能单元之间的内部传输；
图3示出了数据传输设备的另一原理框图，其示出了命令电报在功能单元之间的内部传输。
具体实施方式
图1示出了一种数据传输设备RTU，数据传输设备RTU可集成到系统中用于监视和控制远距离站中的过程。对此，在数据传输设备RTU中为了过程以及为了经由网络与至少一个上级通信单元进行按照IEC61850标准的通信而设置有功能单元，也称为接口。
该数据传输设备RTU具有：实施成为IEC61850服务器的第一功能单元11，用于经由通信连接与中央站设备(例如站网关或上级过程控制等级或控制中心)按照IEC61850标准进行通信；和与从属过程进行直接互连的第二功能单元13。在数据传输设备RTU和上级过程控制等级之间的通信借助于网络协议、优选经由TCP/IP协议以有利的方式通过IEC61850服务器11实施。为了直接的过程耦合，该第二功能单元13具有二进制的和/或模拟的输入端和/或输出端，来自该过程的控制和调节信号被输送给所述输入端和/或输出端并且所述输入端和/或输出端被准备用于耦合到基于IEC61850标准工作的站总线。
一个另外的功能单元14经由站总线与分站相连并且经由基于TCP/IP网络标准的ICE61850协议与连接到其上的分站进行通信。
此外，在数据传输设备RTU中设置有实施成为协议网关的、用于借助于基于TCP/IP和/或串行的协议联接上级通信单元(例如过程控制等级、网络控制中心或网关)以及用于借助于另外的基于TCP/IP和串行的协议联接智能电子设备(IED)(例如保护和控制设备)的功能单元12，也称为协议网关。
图2示出了示例性的数据传输设备RTU的原理框图，该原理框图描述了消息电报N1、N2、N3、N4在功能单元11、12、13、14之间的内部传输。对此，在数据传输设备RTU中设置有可配置的过滤功能20，过滤功能20协调功能单元11、12、13、14之间的数据交换。
该过滤功能20为此设置成适宜地过滤(在图2中示例性地示出的)报告的消息电报N1、N2、N3、N4和(在图3中示例性地示出的)控制指令的命令电报K1、K2、K3、K4。对此，过滤规则存储在过滤功能20的配置中，过滤规则确定数据传输设备RTU内部的电报N1、N2、N3、N4、K2、K3、K4的通信信道，也就是相应的电报被传输给哪个功能单元11、12、13、14。
电报N1、N2、N3、N4、K2、K3、K4按照在数据传输设备RTU内部事先配置的过滤规则与其报告方向相应地传输给分别经由过滤规则中确定的、到作为接收器工作的功能单元11、12、13、14的传输信道。如图2示出，例如来自功能单元13的消息电报N1为了直接的过程起动而与过滤功能20中存储的过滤规则相应地不仅转发给IEC61850服务器11，而且也转发给协议网关12。与此相反，来自功能单元13的消息电报N2仅发送给IEC61850服务器11。这些过滤规则类似地也适用于在RTU中的IEC61850客户端14。
图3示出了数据传输设备RTU的另一原理框图，其示出了命令电报K1、K2、K3、K4在功能单元11、12、13、14之间的内部传输。
对于借助于命令电报K1、K2、K3、K4而被传输的指令，相应的接收器功能单元11、12、13、14同样也利用在过滤功能20中事先确定的过滤规则而被确定。例如来自IEC61850服务器11的命令电报K1经由过滤功能(20)和功能单元13输送给直接的过程起动(Prozessanschaltung)。与此相反，命令电报K2经由过滤功能输送给IEC61850客户端14。
所示出的、过滤消息和/或命令电报N1、N2、N3、N4、K1、K2、K3、K4的可能性可通过SPS功能扩大。对此，在数据传输设备RTU中集成有一个另外的、用于借助于集成的SPS功能实施控制任务的单元。
利用按照本发明的数据采集设备RTU，现在不仅网关、到另外的分站的联接(也称为代理解决方案)，而且带有直接过程耦合的经典的遥控交接区应用(Fernwirkkopfanwendung)也在一个设备中实现，借此减少组件数目以及降低分布式系统中用于起动(Anschaltung)过程信号的配置开销。

Claims (18)

1.用于在站控制系统中集成和联接从属过程的遥控设备，其中所述遥控设备与至少一个上级通信单元交换数据并且与所述从属过程联接，其特征在于，所述站控制系统基于IEC61850标准工作以及下列功能单元(11、12、13、14)集成在所述遥控设备中并且配置为用于将所述从属过程联接到按照IEC61850标准的至少一个上级通信单元的接口：
-至少一个用于联接到所述至少一个上级通信单元的IEC61850服务器(11)，
-至少一个用于经由IEC61850站总线联接从属站级的IEC61850客户端(14)，
-至少一个用于联接所述至少一个上级通信单元和/或用于借助另外的网络协议联接智能电子设备的功能单元(12)，所述功能单元(12)实现为协议网关，和
-至少一个另外的、用于直接过程耦合以便将控制和调节信号连接到所述IEC61850站总线的单元(13)，所述至少一个另外的单元具有二进制和/或模拟输入和/或输出。
2.根据权利要求1所述的遥控设备，其特征在于，一个另外的、用于借助于集成的可编程逻辑控制器PLC功能实施控制任务的单元集成在所述遥控设备中。
3.根据前述权利要求之一项所述的遥控设备，其特征在于，实现为协议网关的所述功能单元(12)基于串行协议和/或TCP/IP协议工作。
4.根据权利要求1或2所述的遥控设备，其特征在于，非IEC61850兼容的电子设备可经由所述遥控设备和实现为协议网关的所述功能单元(12)连接到IEC61850站总线上。
5.根据权利要求1或2所述的遥控设备，其特征在于，网络的两个IEC61850站总线经由所述遥控设备和所述至少一个IEC61850服务器，所述至少一个IEC61850客户端、至少一个实现为协议网关的功能单元(11、12、14)进行相互通信。
6.根据权利要求1或2所述的遥控设备，其特征在于，控制和调节设备可经由所述遥控设备直接连接到所述IEC61850站总线上。
7.根据权利要求1或2所述的遥控设备，其特征在于，在所述遥控设备中设置有可配置的过滤功能(20)，所述过滤功能(20)协调所述至少一个IEC61850服务器，所述至少一个IEC61850客户端、所述至少一个另外的用于直接过程耦合以便将控制和调节信号连接到所述IEC61850站总线的单元以及至少一个实现为协议网关的功能单元(11、12、13、14)之间的数据交换。
8.根据权利要求7所述的遥控设备，其特征在于，确定所述至少一个IEC61850服务器，所述至少一个IEC61850客户端、所述至少一个另外的用于直接过程耦合以便将控制和调节信号连接到所述IEC61850站总线的单元以及至少一个实现为协议网关的功能单元(11、12、13、14)之间的通信信道的过滤规则存储在所述遥控设备中的所述过滤功能(20)的配置中。
9.根据权利要求1或2所述的遥控设备，其特征在于，所述遥控设备经由Web连接实现与所述上级通信单元的数据交换。
10.根据权利要求4所述的遥控设备，其特征在于，所述非IEC61850兼容的电子设备是保护和控制设备。
11.根据权利要求9所述的遥控设备，其特征在于，所述遥控设备借助于TCP/IP协议实现与所述上级通信单元的数据交换。
12.根据权利要求1或2所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
13.根据权利要求3所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
14.根据权利要求4或10所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
15.根据权利要求5所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
16.根据权利要求6所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
17.根据权利要求7、8或11所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
18.根据权利要求9所述的遥控设备在遥控分站中、在站控制技术中、在遥控节点中和通信网中的应用，它们基于IEC60870标准工作。
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