CN103026664A - 确定过程控制系统的基于交换的通信网络的vlan-id - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有基于作为通信子网络标识符的虚拟局域网标识符VLAN-ID的适当的报文过滤的过程控制（PC）或变电站自动化（SA）系统。确定VLAN-ID以便在接收方IED仅接收计划报文的意义上优化数据流，而同时子网络标识符的数量降低至最大程度。以这样的方式限制实时流量将确保系统的正确操作，以及特别地确保根据IEC61850-9-2使传感器与采样值（SV）协议连接以及使用GOOSE用于互锁的大型SA系统的正确操作。
Description
技术领域
本发明涉及过程控制系统，并且特别地涉及变电站自动化系统，其具有标准化配置表示以及基于以太网交换机的通信网络。
背景技术
过程控制或工业自动化系统广泛地用于保护、控制并且监视例如制造货品、转化物质或发电的工厂中的工业过程以及监视和控制扩展的一次系统，如电力、水或气供应系统或电信系统，其包括它们相应的变电站。工业自动化系统一般具有分布在工厂中或扩展的一次系统上并且经由通信系统而通信地互连的大量过程控制器。
高和中压电力网络中的变电站包括一次装置，例如电缆、线路、母线、开关、电力变压器和仪表变压器，其一般设置在开关站和/或间隔中。这些一次装置经由变电站自动化（SA）系统以自动化的方式操作。该SA系统包括二次装置，所谓的智能电子装置（IED），负责保护、控制和监视一次装置。可对IED分配分级等级，例如站级、间隔级和过程级，其中过程级与间隔级由所谓的过程接口分开。SA系统的站级包括具有人机界面（HMI）的操作者工作站（OWS）和到网络控制中心（NCC）的网关。间隔级（其也可称为间隔单元）上的IED进而经由起到交换命令和状态信息目的的间隔间或站总线而连接到彼此以及连接到站级上的IED。
过程级上的IED可以包括（i）用于电压（VT）、电流（CT）和气体密度测量的电子传感器，（ii）用于感测开关和变压器抽头变换器位置的接触探头，和/或（iii）用于改变变压器抽头位置或用于控制类似断路器或切断器的开关设备的智能致动器（I/O）。例如非常规的电流或电压变压器等示范性过程级IED包括用于模拟信号采样的模数（A/D）转换器。过程级IED经由可视为代替常规硬接线过程接口的过程接口的过程总线连接到间隔单元。常规硬接线过程接口经由专用铜线使开关站中的常规电流或电压变压器连接到间隔级设备，在该情况下仪表变压器的模拟信号由间隔单元采样。
用于变电站的二次装置之间通信的通信标准由国际电工委员会（IEC）引入作为名为“变电站中的通信网络和系统（communication networks and systems in substations）”的标准IEC 61850的一部分。对于非时间苛刻报文，IEC 61850-8-1基于精简的开放式系统互连（OSI）协议栈（分别在传输和网络层中具有传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP）上）以及作为物理介质的以太网规定制造报文规范（MMS，ISO/IEC 9506）。对于时间苛刻的基于事件的报文，IEC 61850-8-1直接在通信栈的以太网链路层上规定面向通用对象变电站事件（GOOSE）。对于在过程级非常快地周期性变化的信号（例如测量的模拟电压或电流）IEC 61850-9-2规定采样值（SV）服务，其与GOOSE类似直接建立在以太网链路层上。因此，该标准限定公布的格式，如在工业以太网上的多播报文、基于事件的报文和来自过程级上的电流或电压传感器的数字化测量数据。SV和GOOSE报文在过程总线上传输，其可（特别在成本有效介质或低压变电站中）延伸到相邻间隔，即传感器所分配到的间隔之外。在后者情况下，除过程数据外，过程总线还传输与另外经由专用站总线交换的命令和/或状态相关报文。在下面，SA系统中的过程与站总线之间的区别可去除。
基于IEC61850的SA系统通过称作变电站配置描述（SCD）的形式系统描述或标准化配置表示来配置和描述。SCD文件包括在报文型或数据集合基础上（即对于每一个报文源）IED之间的逻辑数据流、目的地或接收方IED的列表、从数据集合定义方面的报文大小以及对类似GOOSE、SV和完整性报告的全部周期性流量的报文发送速率。SCD文件同样包括IED之间的关系以及IED代表变电站过程或开关场所执行的功能性。除用于高和中压电力网络中的变电站的SA系统外，用于例如水力发电厂、风力发电系统和分布式能源（DER）的其他过程控制系统可同样由至少部分等同于IEC61850的形式系统描述来描述。
在一般的通信系统技术中，在通过将多个计算机或其他智能装置连接在一起而构造的局域网（LAN）内，称作“虚拟LAN”（VLAN）的概念采用用于任意以及逻辑分组的终端或节点（其连接到网络的交换机）的功能性。根据IEEE 802.1Q的以太网VLAN允许限制对连接到VLAN内的以太网网络的终端的访问以及限制到以太网网络的的预定部分（其中连接的接收方终端属于相同的VLAN）的多播以太网报文的数据流。
在当前技术水平的如用于办公和商业应用的基于以太网交换机的网络中，VLAN定义在以太网交换机内处理，因此后者必须配置成或用别的方式知晓相关的VLAN。具体地，对于交换机的每个端口，该交换机必须知道特定的入局VLAN（多播）报文是否应该转发到该端口，即是否该端口还作为输出端口属于入局报文的VLAN。此外，在当前技术水平的基于以太网交换机的网络中，假设任何单连接终端或端节点仅属于一个特定VLAN。该终端然后可仅与属于相同VLAN的其他终端交谈。当配置交换机时，到这些通信终端的端口因此称作访问端口，并且这些访问端口仅被允许属于一个VLAN，而通信系统内部的其他端口（主干端口）必须属于几个VLAN。最终，还假设所有IFD自发地在它们的VLAN内发送数据。
与此相反，在过程控制实时应用中，IED典型地在不同的VLAN内发送不同的实时报文用于不同目的。因此，这里无法应用通常的访问端口概念；然而，边缘端口的概念（即在物理网状网络中不必被RSTP环路避免算法所考虑的端口），对于IED（在该注释中，连接到分配给一个单VLAN的IED的边缘端口对应于访问端口）仍有效。这使交换机上的VLAN配置复杂化。此外，VLAN的报文的接收方不在相同的VLAN内发送它们接收的报文（即，它们不发送任何VLAN报文，或在另一个VLAN内发送），这阻止了由交换机的自动VLAN检测。
限制多播报文在交换的以太网网络内流动的另一个机制对不同的报文源采用不同的多播地址，并且基于多播地址依靠以太网交换机支持报文过滤。这里存在管理协议，如果接收方在它们与交换机网络的连接或边缘端口处向需要的多播地址预订，则该管理协议允许交换机以优化方式自动管理任何多播数据流。该方法不需要交换机的手动配置；然而，它限制报文流的有效性取决于在GOOSE和SV报文的情况下在工程化/配置期间手动进行的到报文源的多播地址分配。
对于具有提高的实时关键通信需求的大型过程控制系统，由于多播通信穿过整个系统并且包括到站级的垂直通信，通信网络负荷在控制系统内以及接收应用IED处变得关键。这例如对于根据IEC 61850的GOOSE和SV报文（其基于以太网多播报文）和站级IED（例如操作者工作站和网关，其一般不适于每秒处理超出200至1000个报文）是这样的。
在该背景下，在仅需要的报文被路由到接收方的意义上获得最佳数据流的直接方法是对每个报文源分配其自身的（多播或VLAN或两者）标识。然而，对于具有大约300个IED（每个具有至少两个不同的GOOSE报文源）的过程控制系统，这共计至少600个不同的报文源和标识，而对GOOSE多播地址推荐的标识范围仅允许512个不同的标识。另外，交换机必须考虑的用于过滤的地址越多，它们需要的存储器和CPU越多，并且配置它们并使它们保持一致所需要的工作越多。
专利申请EP 2157732公开了在过程控制（PC）或变电站自动化（SA）系统的通信网络中自动生成交换机的VLAN配置数据的方法。对于每个发送方IED或对配置成由所述发送方IED传输的每个报文，从系统的标准化配置表示中检索报文所去往的接收方IED以及虚拟局域网标识符VLAN ID。对于每个接收方IED，去往该接收方IED的所有报文的VLAN ID然后分配给该接收方IED所连接的交换机的边缘端口。
发明内容
因此本发明的目的是在过程控制（PC）或变电站自动化（SA）系统的交换通信网络中最小化由虚拟局域网标识符（VLAN ID）所表示的数据流网络的数量以选择性地由交换通信网络的交换机转发网络报文。该目的由根据独立权利要求的确定PC系统的基于以太网交换机的通信网络中的VLAN-ID的方法、PC系统的基于以太网交换机的通信网络以及用于配置PC系统的基于以太网交换机的通信网络的配置工具实现。另外的优选实施例从从属专利权利要求中显而易见。
根据本发明，确定PC系统、特别是SA系统（其包括连接到基于以太网交换机的通信网络的交换机并且定期或持续发送多播报文（其进而由交换机选择性地转发）的多个智能电子装置（IED））的基于以太网交换机的通信网络中的VLAN-ID的方法包括以下步骤：
－从包括逻辑数据流定义的PC系统的形式系统描述或标准化配置表示中检索对于多个IED中的每个发送方IED以及对于配置成由所述发送方IED传输的每个报文的该报文所去往的接收方或目的地IED，
－识别作为多个IED的子集合的第一报文的接收方IED的第一完备集合（即，从第一发送方IED接收第一报文的所有IED）和全部都接收来自第二发送方IED的第二报文的接收方IED的第二完备集合，
－如果接收方IED的第一和第二集合至多有两个发送方IED不同，则将相同的VLAN-ID分配给第一和第二报文两者，或分配给相应的报文源控制框－也就是说，如果除两个源IED自身外所有目的地IED相同（即，作为相互目的地的源从比较中排除）则赋予相同的VLAN-ID，同时将不同的VLAN-ID分配给所有的第三报文，对于这些第三报文，接收方IED的集合与接收方IED的第一和第二集合不匹配，以及
－写入并且存储分配的VLAN-ID作为形式系统描述的一部分用于后续的自动配置任务。
确定的VLAN ID可以用于标准VLAN配置以及作为多播地址的一部分用于交换以太网网络中的多播地址过滤，并且对于该目的，被配置到并且存储在相应的多播报文的报文源控制框中。根据配置的报文源控制框发送的每个报文实例插入特定报文的VLAN-ID和/或多播地址，其由交换机估计以用于选择性转发。在标准VLAN配置中，确定的VLAN-ID在工程化期间分配给通信网络的交换机，并且在调试期间装载到交换机内，并且从而配置交换机和它们与IED的边缘端口，如例如在EP 2157732中详述的。在多播地址过滤器配置中，通过在GOOSE和SV报文的标准化IEC 61850多播地址前缀末端添加计算的VLAN-ID而将它们用于具体的多播地址标识符。
如果通信网络的交换机能够同时处理标准VLAN配置和多播过滤两者，前面提到的两个机制甚至可同时使用。特别地，可基于超出本公开范围的考虑而手动定义标准VLAN，并且可基于根据本发明确定的标识符在这样的VLAN内进行多播过滤。从而，即使VLAN静态地用于确保网络访问，自动计算的多播标识符可以经由动态建立或静态配置的多播地址过滤而开发以优化接收IED上的负荷。
在优选实施例中，对例如变电站自动化中的互锁、反向阻断或断路器故障保护等特定分布式过程控制应用识别通信或数据流集群。对于多个IED中的每个发送方IED以及对于配置成由所述发送方IED传输的每个报文，报文源控制框配置并且生成报文。如果由报文源控制框配置并且属于特定应用的报文未被寻址到非集群成员并且被专门发送到其他集群成员中的一些或全部，则报文源控制框有资格作为集群成员。对有资格的集群成员和/或局限在集群内的相应报文分配相同的VLAN-ID。
在另外优选的实施例中，在报文源控制框与接收方IED之间，经由对于特定分布式应用所识别的集群连接而定义通信集群。如果根据相应的第一报文源控制框而发送发送方IED的第一报文到第二或接收方IED并且另外到至少一个第三IED（进而第二IED也发送关于特定分布式应用的报文到该至少一个第三IED），第一报文源控制框与第二IED之间的连接视为集群连接。仅具有集群连接并且另外包括相应的目的地IED之间的其他报文的发送方IED的两个报文源控制框被分配给相同的通信集群。也就是说，通信集群识别为由集群连接而互相互连的IED上的一定数量的报文源控制框，其中到接收方IED的报文也由第三IED接收，其中第三IED同样接收来自接收方IED的另一个报文。最后，对集群成员和/或局限在集群内的相应报文分配相同的集群VLAN-ID。另一方面，对具有至少一个非集群连接的报文源控制框分配与集群VLAN-ID不同的VLAN-ID，其中这样的“弱”或“非集群”报文源可进一步经历如上文描述的VLAN-ID确定算法。
概括起来，根据本发明，在具有基于VLAN-ID（作为建立的通信子网络标识符）的适合的报文过滤的PC或SA系统中，在接收方IED仅接收计划的报文的意义上优化数据流，而子网络标识符的数量降低至最大程度。以这样的方式限制实时流量将确保系统的正确操作，以及特别地确保根据IEC 61850-9-2采用采样值（SV）协议使传感器连接以及使用GOOSE用于互锁的大型SA系统的正确操作。同时，具有上文描述的功能性的配置工具将允许也为不知晓交换机的人设置该类系统、进一步降低更复杂系统的工程化时间并且降低工程化错误。后者进而将使调查由临时通信系统过载产生的问题的需要减小。本发明还涉及计算机程序产品，其包括用于控制配置工具的一个或多个处理器的计算机程序代码。
附图说明
本发明的主旨将在下列正文中参照在附图中图示的优选示范性实施例更加详细地说明，其中：
图1是具有两个GOOSE控制框的IED的SCD描述片段，
图2描绘具有两个电压水平的变电站以及相应变电站自动化系统的IED，以及
图3图示与图2的变电站的间隔控制器之间的站互锁应用有关的数据流。
具体实施方式
作为示范性形式系统描述，在该说明书中称为变电站自动化系统的IEC61850符合性描述，包括通信段，其具有识别VLAN相关报文的所有发送方的实时相关控制框（GOOSE和SAV）。SCD文件另外描述逻辑数据流，从而在位于SCD描述的IED段内的报文控制框处定义计划的目的地IED。
图1是采用变电站配置语言SCL的形式变电站配置描述SCD的片段，其针对具有向总共四个接收方IED发送的两个GOOSE控制框的IED“P2KA1”。图1a）是通信段的片段，其中IED“P2KA1”的访问点“S1”列出，接着其IP地址有识别为“interlock”和“ProtTrip”的两个GOOSE控制框（CB）。由于下文详述的程序，已经对这两个CB分配截然不同的VLAN（VLAN-ID-101，102）并且同时分配截然不同的多播地址（01-0C-CD-01-01，01-0C-CD-01-01-02）。在该情况下，以太网交换机可依靠VLAN定义或多播过滤，或两者。关于GOOSE报文和计划的接收方（P2KA2或P2KA5）的细节在IED段的报文控制框中指定，并且部分在图1b）中示出。
通过考虑以下一些规则或指导原则，从逻辑数据流（包括例如在SCD文件中描述的VLAN相关报文的发送方和计划的目的地IED）最小化报文源的优化（在排除不需要报文的IED接收报文的意义上）VLAN-ID数量：
规则1：对报文的所有接收方IED分配相同的VLAN-ID。
规则2：对发送到完全相同的接收方IED集合的所有报文（不管或排除报文的相应发送方IED）分配相同的VLAN-ID。如果两个报文的接收方IED集合在相应发送方方面不同，这些报文应该具有不同的VLAN ID。
图3图示与如在图2中描绘的具有两个电压水平（E1，K1）的变电站的间隔控制器之间的站互锁应用有关的数据流。每个电压水平包括四个母线（W1-W4），并且这些电压水平经由四个变压器（TR1-TR4）连接。示范性间隔控制器（AA1K1Q2KA1，AA1K1Q4KA1，AA1E1Q2KA1）负责一次设备件，如由虚线指示的。在图3中，每个线路代表由如在图1中示出的控制框定义的具体报文。在该特定情况下，一个电压水平的所有控制器发送它们的开关状态信息到相同电压水平的所有其他控制器，同时仅对于连接电压水平的四个变压器，将互锁相关信息从处于一个电压水平的变压器间隔控制器（AA1K1Q2KA1）发送到处于另一个电压水平的对应变压器间隔控制器（AA1E1Q2KA1）。
图3清楚地展现出两个电压水平中的每个上的数据流或通信集群，因此两个电压水平中的每个的截然不同的VLAN-ID可足以分开这些集群。此外，可以对电压水平之间的连接分配相同的VLAN-ID，从而导致一个电压水平的所有控制器接收与在另一个电压水平的变压器互锁有关的所有报文，或可以对它们每个分配专有VLAN。在后者情况下，假设接收方上的最小负荷是以作为在六个非变压器间隔控制器中的每个上的输入需要五个VLAN-ID（即，四个来自四个变压器间隔控制器以及用于该电压水平的公共VALN-ID）为代价。如果变压器间隔信息将被发送两次－在公共VLAN内一次、在特别变压器相关VLAN内一次，该数量可以降低至每个控制器一个接收的VLAN。然而，相同的信息发送两次对公共通信设施增添一些额外的负荷。
由于反复发送相同的信息，接收方IED处的最小化VLAN-ID数量与最小负荷之间的整体选择由项目工程师通过在工程化数据流时对适当的控制框提供适当的接收方定义而采取。随后，并且不管工程师将什么手动指定为单独逻辑数据流和/或报文接收方，根据本发明的方法提供具有最小VLAN-ID数量的更新的VLAN指派。
在几个IED发送到彼此而不是所有其他IED的情况下，识别（如在图3中的相关电压水平）数据流集群以及集群间连接或从集群到一些单接收方的连接的方法在下面提出。
为了使集群的识别自动化，在应用级上进行“集群连接”与“弱连接”的区分。也就是说，并且为了节省处理时间，在下面单独探讨基本分布式应用互锁、反向阻断和断路器故障。通过在控制框处具有相同的AppID值或对所有的报文具有相同的数据集合名称，其他或进一步完善的公共应用可以在形式上在例如根据IEC 61850的标准化配置表示中定义。
在下面，理解，连接的意思是源报文从第一或发送方IED到第二接收方或目的地IED（如由相应的报文控制框定义的）的单向数据流配置。如果源报文也发送到第三IED，并且如果属于相同应用的另一个报文配置成从第二IED发送到第三IED，这样的到第二IED的连接视为集群连接。另一方面，如果不存在这样的第三IED，发送方与接收方IED之间的连接视为弱连接（例如，图3中的四个电压水平间连接）。具有至少一个弱连接的任何报文控制框有资格作为集群成员并且被隔离，如下文详述的。
无论如何，在确认集群连接的情况下，从第一IED到第三IED的连接同样有资格作为集群连接、单独步骤中必须被确定并且依靠由第三IED发送的报文的目的地IED。必须对在第二IED发起的任何连接进行相同的调查。最后，如果第一IED的报文控制框和第二或接收方IED的报文控制框专门具有到它们相应目的地IED的集群连接，并且如果另外第二IED的报文控制框的目的地IED包括第一IED，对两个报文控制框分配相同的VLAN-ID。也就是说，如果第一与第二IED之间的数据流是两个方向上的集群连接，牵涉的两个报文控制框变成相同通信集群的集群成员。
规则3：对由单个通信集群的成员发送的特定应用的所有报文分配相同的“集群”VLAN-ID，而对具有至少一个弱连接（即，目的地IED中的一个与报文的源控制框未“聚集”）的任何报文分配专有的“弱”VLAN-ID。
“弱”VLAN-ID是每报文源唯一的，除非上文的规则2适用（几个弱连接指向相同的接收方集合，例如对于反向阻断保护功能是这样的情况）。与规则2相反，规则3允许由集群中的非计划目的地IED接收一些报文。另一方面，规则3比单独的规则2具有明显更少的处理开销，其可以由项目工程师由于适当的应用定义而进一步降低。
如果多播报文具有到一些IED的弱连接同时它具有到一些其他IED的集群连接，由于一个报文可以具有仅一个VALN-ID这一事实，弱连接的规则适用。因此“弱”源控制框不属于包括相同应用的其他报文源控制框的集群，这暗指需要该报文的那些集群IED必须接收或预订两个VLAN-ID，即对在集群内发送的其他报文预订集群VLAN-ID，以及对所述多播报文预订专有“弱”VLAN-ID。
这些定义和运算方法降低了需要接收方所属的VLAN的数量，并且确保接收方仅得到它真正需要的报文－只要在集群内每一个发送方实际上发送到每个其他集群成员（这可能并不总是这样）。然而，当决定哪些报文属于应用时，提出的方法的结果还可以受项目工程师影响。例如，工程师可引入截然不同的互锁应用InterlockHV和InterlockMV来代替一个单互锁应用，然后可对其分配截然不同的VLAN-ID。在任何情况下，类似互锁、反向阻断、断路器故障保护的典型分布式应用全部通过对多播报文源应用上文的VLAN识别生成和指派的规则得到优化VLAN指派。
在具有基于GOOSE互锁功能（其产生如在图3中示出的逻辑数据流）的系统的下列示例中，说明指派VLAN的该算法的效应。下文的表列出如果未配置VLAN（即，使用默认VLAN 000）使得多播报文去往全部的IED，则在接收方IED上所得的正常和突发负荷。
通过使用上文描述的算法，对一个集群分配VLAN-ID 10，对另一个集群分配VLAN-ID 20，并且对处于适当电压水平的四个变压器间隔中的每个分配VLAN 11、12、13、14（相应地21、22、23、24）中的一个。下文的表列出如用上文的算法指派给不同的报文源的VLAN和在正常和突发情形下每接收方IED的所得接收负荷。由于在该示例中每个电压水平具有相同数量的间隔这一事实，可以看到通过保持该电压水平内的特定电压水平负荷的预期的降低，从而导致大致一半负荷。由于来自其他电压水平的对应变压器间隔的适当的报文，还可以看到确实八个变压器间隔控制器具有略微高些的负荷（在正常状态下，每秒+1）。从每VLAN平均负荷方面来说，VLAN 10、20每个具有六个报文源（六个非变压器间隔控制器），而所有其他VLAN仅具有一个报文源。
可以进一步看到，每个IED需要配置成属于五个VLAN、其自身的集群以及跨变压器的四个弱连接。与对20个源中的每个具有唯一的标识的简单方法相比，这降低至至少1/2，从而导致分别将9或10个VLAN指派给每个接收IED，并且VLAN标识的总数量需要降低至10而不是20。仅利用2个变压器（其需要仅4个弱连接而不是8个），VLAN的数量将进一步降低至6而不是10。
Claims (6)
1. 一种在包括多个智能电子装置IED的过程控制PC系统、特别是变电站自动化SA系统的基于以太网交换机的通信网络中确定虚拟局域网标识符VLAN-ID的方法，所述多个智能电子装置IED连接到所述基于以太网交换机的通信网络的交换机，其中IED配置成定期发送多播报文，并且其中所述交换机适应于基于报文特定的VLAN-ID选择性地转发多播报文，所述方法包括：
－从包括逻辑数据流定义的所述PC系统的形式系统描述中对所述多个IED中的每个发送方IED以及对配置成由所述发送方IED传输的每个报文检索所述报文去往的接收方IED，
－识别第一报文的接收方IED的第一完备集合和第二报文的接收方IED的第二完备集合，
－如果接收方IED的所述第一和第二集合在至多发送方IED方面不同，则对所述第一和第二报文两者分配相同的VLAN-ID，以及
－将分配的VLAN-ID存储在所述PC系统的形式系统描述中。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
－在所述第一和第二报文的接收方IED所连接的所述通信网络的交换机的连接或端口处采用分配的VLAN-ID用于多播地址过滤。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
－识别包括一定数量的报文源的通信集群，每个所述报文源的报文源控制框配置待由所述集群的发送方IED传输的报文，其中由所述集群的发送方IED发送并且与所述PC或SA系统的特定应用有关的所有报文被专门发送到所述集群的其他发送方IED中的一些或全部，以及
－对所述通信集群的所有报文源分配相同的VLAN-ID。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
－识别包括一定数量的报文源的通信集群，每个所述报文源的报文源控制框配置待由所述集群的发送方IED传输的报文，其中所述集群的每个报文源经由集群连接而连接到所述集群的所有发送方IED，其中如果配置成从报文源传输到接收方IED的第一报文也去往第三IED并且如果涉及与所述第一报文相同应用的第二报文配置成从所述接收方IED传输到所述第三IED，则从该报文源到该接收方IED的连接是集群连接，以及
－对所述通信集群的所有报文源分配相同的VLAN-ID。
5. 一种包括多个智能电子装置IED的过程控制PC系统、特别是变电站自动化SA系统的基于以太网交换机的通信网络，所述多个智能电子装置IED连接到所述基于以太网交换机的通信网络的交换机，其中IED配置成定期发送多播报文，并且其中所述交换机适应于基于根据如权利要求1-4中的任一项所述方法确定的报文特定的虚拟局域网标识符VLAN-ID选择性地转发多播报文。
6. 一种用于配置包括多个智能电子装置IED的过程控制PC系统、特别是变电站自动化SA系统的基于以太网交换机的通信网络的配置工具，所述多个智能电子装置IED连接到所述基于以太网交换机的通信网络的交换机，其中IED配置成定期发送多播报文，并且其中所述交换机适应于基于根据如权利要求1-4中任一项所述方法确定的报文特定的虚拟局域网标识符VLAN-ID选择性地转发多播报文，所述配置工具包括：
－用于检索的部件，用于从所述PC系统的形式系统描述中对所述多个IED中的每个发送方IED以及对配置成由所述发送方IED传输的每个报文检索所述报文去往的接收方IED，以及分配的VLAN-ID，以及
－用于分配的部件，用于对于每个接收方IED将去往该接收方IED的所有报文的VLAN-ID分配给该接收方IED所连接的所述通信网络的交换机的边缘端口。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103716239A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-09 | 南京磐能电力科技股份有限公司 | 一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103516541B (zh) * | 2012-06-29 | 2017-08-08 | 北京东土科技股份有限公司 | 基于智能化变电站的配置信息自动管理方法 |
| US9083550B2 (en) * | 2012-10-29 | 2015-07-14 | Oracle International Corporation | Network virtualization over infiniband |
| CN103326920B (zh) * | 2013-07-12 | 2016-02-10 | 国家电网公司 | 基于虚拟局域网技术的智能变电站过程层网络配置方法 |
| EP2916491A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-09 | ABB Technology AG | Tunnelling time-critical messages between substations over WAN |
| EP2933985B1 (de) * | 2014-04-17 | 2018-05-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verwendung von Multicast DNS |
| CN110249593B (zh) * | 2016-11-29 | 2021-01-01 | 仁能研究中心国家电网股份公司 | 根据变电站拓扑规范配置ied过程总线网络交换机的系统和方法 |
| US10397141B2 (en) * | 2017-10-01 | 2019-08-27 | Cisco Technology, Inc. | Access port for one or more VLANs |
| CN109884422B (zh) * | 2019-01-22 | 2020-12-11 | 许昌许继软件技术有限公司 | 一种就地化保护装置带负荷测试方法和装置 |
| CN111800313B (zh) * | 2020-07-03 | 2021-11-09 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | 一种数字式继电保护测试仪报文输出性能测试方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101379778A (zh) * | 2005-12-20 | 2009-03-04 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于在通信系统中进行业务过滤的装置和方法 |
| EP2157731A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-24 | ABB Technology AG | Analysing communication configuration in a process control system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE514256T1 (de) * | 2008-08-18 | 2011-07-15 | Abb Technology Ag | Konfiguration eines prozesssteuersystems |
| US8086713B2 (en) * | 2009-01-28 | 2011-12-27 | Juniper Networks, Inc. | Determining a subscriber device has failed gracelessly without issuing a DHCP release message and automatically releasing resources reserved for the subscriber device within a broadband network upon determining that another subscriber device requesting the reservation of a network address has the same context information as the failed subscriber device |
-
2010
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-
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-
2012
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101379778A (zh) * | 2005-12-20 | 2009-03-04 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于在通信系统中进行业务过滤的装置和方法 |
| EP2157731A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-24 | ABB Technology AG | Analysing communication configuration in a process control system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ERIC A UDREN EN: "IEEE(ANSI)Device Number 16-Ethernet Switches and Routers", 《PROTECTIVE RELAY ENGINEERS》, 1 April 2008 (2008-04-01) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103716239A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-09 | 南京磐能电力科技股份有限公司 | 一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法 |
| CN103716239B (zh) * | 2013-12-24 | 2017-01-04 | 南京磐能电力科技股份有限公司 | 一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法 |
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