CN105264446A - 用于与监视监测和控制布置相连接的仪器和方法 - Google Patents
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Abstract
接收网络和网络处的至少一个设备的电子表示。接收描述至少一个智能电子装置(IED)的IED信息。至少一个IED具有相关联的多个逻辑IED节点。创建使至少一个设备关联到多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射。创建配置接口并且所述配置接口基于网络的电子表示、IED信息和映射中的至少一个。自动生成IED信息和配置接口。
Description
发明背景
技术领域
本文中公开的主题涉及设备的监视监测和控制。
背景技术
监视控制和数据采集(SCADA)系统是通常监测和控制不同类型的过程的一种工业控制系统(ICS)。SCADA系统常常与可以包括多个现场的大规模过程相关联并且出现在长距离上。可以被监测的一种类型的过程是工业过程，并且另一种类型的过程涉及电力和配电网。过程的其它示例是可能的。
由SCADA系统监测的环境或区域有时被分为子部分并且这些子部分可以被进一步分解成其它部分。例如，配电系统可以包括变电站并且每个变电站可以被分解成电压等级和场(bays)。所述场本身可以包括分开的多件设备，并且分开的多件设备又可以更进一步地包括若干元件。智能电子装置(IEDs)与各种区域或多件设备相关联，并且监测和/或控制所述区域/多件设备。
SCADA系统必须被配置，使得用户可以监测和/或控制各种各样的多件设备。这样的配置需要大量的努力，常常要利用在多个地方并以不同的格式被输入的相同信息。复制的信息难以保持同步并且创建、验证和维护很费钱。提及几个示例，各种信息可以被输入IEDs、变电站SCADA、变电站规划工具以及系统规划工具。电子表格或数据库常常被用来存储点列表并且记录到不同的物理系统的映射。SCADA系统包括SCADA“点”，它们是输入和/或输出类型的值(例如Boolean、整数、字符串或其它值)。来自变电站SCADA系统的示例SCADA点包括电流或电压测量、用于打开或闭合开关的控制点、用于抽头转换位置的控制点、或者计算的值。其它示例是可能的。SCADA工程师需要确定SCADA点与什么物理设备相关。
如可以意识到的，这些先前的方法是费时的并且是易于出错的。更高级别的系统，诸如配电管理、断电管理等等，也需要来自SCADA系统的信息，但是常常不知道哪个SCADA点具有它们需要的信息。由于上述缺点，用户对这些先前的方法的不满已经显现出来。
发明内容
本方法减少了配置SCADA系统(例如与配电系统相关联的SCADA系统)的时间和成本。来自网络规划软件和变电站IEDs的已有信息可以被再使用来减少所需的数据输入量。SCADA工程师可以利用变电站设备的模型而不是点名称的列表进行工作，这简化了SCADA配置。
在这些实施例的许多实施例中，接收网络和所述网络处的至少一个设备的电子表示。接收描述至少一个智能电子装置(IED)的IED信息。所述至少一个IED具有相关联的多个逻辑IED节点。创建使所述至少一个设备关联到所述多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射。创建配置接口并且所述配置接口基于所述网络的电子表示、IED信息和/或所述映射。自动生成所述IED信息和所述配置接口。
在一个方面，所述配置接口是软件程序。在另一个方面，所述配置接口是配置文件(例如计算机文件)。在一个示例中，所述配置文件包括文本信息。
在另一个方面，IED信息包括例如IED能够进行的测量和模型编号的信息。在其它示例中，配置接口被传送到SCADA系统。在还有的其它示例中，SCADA系统根据配置接口自动配置它自己。在又有的其它示例中，根据配置接口手动配置SCADA系统。
在这些实施例的其它实施例中，配置成便于用户与监视控制和数据采集(SCADA)程序之间连接的仪器包括操作接口和处理器。所述操作接口包括输入和输出。所述输入配置成接收网络和所述网络上的至少一个设备的电子表示。所述输入还配置成接收描述一个或多个智能电子装置(IEDs)的IED信息。所述一个或多个IEDs具有与它们相关联的多个逻辑IED节点。
所述处理器耦合至所述操作接口并且配置成创建使所述至少一个设备关联到所述多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射。所述处理器进一步配置成创建配置接口。所述配置接口基于所述网络和所述网络上的所述设备的所述电子表示以及所述IED信息当中的至少一个。所述配置接口被自动生成并且在所述输出处被呈现。
附图说明
为了更完整地理解本公开，应当参照下面详细的描述和附图，其中：
图1包括根据本发明的各种实施例的用于建立由SCADA系统使用的配置文件的系统的框图；
图2包括根据本发明的各种实施例的用于为SCADA系统建立配置文件的系统的一部分的框图；
图3包括根据本发明的各种实施例的用于为SCADA系统建立配置文件的方法的流程图；以及
图4包括根据本发明的各种实施例的用于为SCADA系统建立配置文件的仪器。
技术人员将会意识到，为了简单和清楚起见，说明了图中的元件。将会进一步意识到，某些动作和/或步骤可以按特定的发生顺序来描述或描绘，尽管本领域技术人员将会理解，关于顺序的这种特性实际上不是必需的。还将会理解，本文中所使用的术语和表述具有这样的术语和表述相对于它们的各自相应的调查和研究领域所被赋予的通常含义，除非本文中已经以其它方式阐明了特定含义。
具体实施方式
本文中描述的方法将配置接口(例如软件程序、配置文件)提供给SCADA系统(例如SCADA程序)并且由SCADA系统使用。SCADA系统可以自动使用配置接口来配置它自己。备选地，用户可以手动使用信息来配置SCADA系统。如本文中所使用的，SCADA系统(或程序)包括用户接口(例如带有图形、控制图标和/或被测得的值的图形用户界面(GUI))。SCADA系统允许用户监测或控制网络或区域中的各种设备。SCADA系统可以实现为硬件、软件、或硬件和软件的组合。
如本文中描述的，特定设备被映射到IED逻辑节点的实例。逻辑节点是关于一件设备的组织良好且被命名的信息的列表。每个逻辑节点通常按照诸如国际电工委员会(IEC)61850的规范由所需要的和可选的部件来定义。当定义IED时，基于这些定义的逻辑节点的实例被指定用来为实际的一件设备存储实际设备值。例如，针对与断路器相关联的编号为101的特定IED的IED逻辑节点的实例可以包括XCBR(断路器)逻辑节点并且包括与断路器相关联的信息或字段(例如断路器“位置”)。在本文中描述的方法中，这个实例被映射到在电网模型中被表示的特定物理断路器。
在某些方面，在配置接口被配置之后，对象生成器会走过(walk)电网模型以便完成各种任务。例如，对象生成器基于物理设备创建SCADA点和对象(如果被SCADA系统支持的话)并且自动填充点地址信息。上面已经描述过SCADA“点”。SCADA对象是SCADA点的逻辑分组，以便于在配置SCADA屏幕、日志、报警等等中再使用和组织。就“点地址信息”来说，它是指IED中点的地址/位置。对象生成器还可以配置SCADA系统来与IEDs通信。这通过利用IED信息和点地址信息(例如，提及两个例子，IP地址、点地址)配置SCADA中的通信系统来实现。此外，对象生成器可以在SCADA中创建单线图。就“单线”图来说，它是指给定系统/变电站的电力潮流和部件的简化的图形表示。单线图可以被用来通过SCADA点查看和改变物理设备的当前状态(测量、开关状态)。
对象生成器还可以提供单线图与其它SCADA屏幕之间的配置导航。对象生成器可以根据关于设备模型中的属性的极限信息另外配置SCADA警报。例如，一个警报可以与设备模型中设定的输出线路(例如邻域的馈线)的最小线电压有关，会被配置为SCADA点上SCADA中的与装置测得的所述线电压相对应的最小值警报。在另一个示例中，警报可以与最大变压器温度有关。可以将这些警报呈现给用户。
相关SCADA点返回到网络模型的通信被配置，使得更高级别的系统可以访问物理设备点而无需知道配置细节。例如，配电管理系统(DMS)可能需要知道特定的断路器是否打开或闭合。在这个步骤完成之后，DMS可以在电网模型中查询所述断路器的状态值，而不用知道SCADA点名称或IED通信细节。给出了一个示例，输出馈线上的断路器1(CBR1)由村庄变电站中的IEDA控制。当前的开关状态作为CBR1.XCBR.State存储在IED中。变电站SCADA周期性地从IED读取这个值并且将其存储在VillageSubstation.Bay1.CBR1.Pos中。DMS系统可以从电网模型读取SCADA连接信息和点地址(带有如本文中描述的映射信息)。
在初始变电站配置完成后，本文中描述的方法可以被重新执行，以确保SCADA配置总是匹配系统规划工具中的电网模型。
本文中描述的方法利用基于寄存器的协议和基于模型的协议进行工作。因为映射步骤被大大简化并且可以在设备级别而不是点级别完成，所以本文中描述的方法也被优化以便利用基于模型的协议。
分布式网络协议(DNP)是基于寄存器的协议的例子并且每个寄存器需要被映射到设备特性。国际电工委员会(IEC)61850协议是基于模型的协议的例子并且设备可以被直接映射到作为属性的集合的逻辑节点。例如，电网模型中的断路器或自动开关会被映射到例如按照IEC61850兼容的IED中的XCBR逻辑节点。
在本方法的其它优势中以及在具有多个变电站的系统中(例如每个变电站带有断路器、开关和其它电气设备)，在一个变电站被配置之后，整个配置可以被复制为其它类似的变电站的起点。本方法简化了到IEDs和其它系统的映射以及SCADA点列表的设立与维护。本方法使下列项的多个部分自动化：变电站SCADA配置、点、对象、通信装置、报警、屏幕和导航。
现在参考图1，描述了用于建立由SCADA系统104使用的配置文件的系统100的一个示例。将会意识到，图1的系统包括各种模块并且这些模块可以被实现为硬件或软件的各种组合，例如实现为在诸如微处理器的通用处理装置上执行的计算机指令。
系统100包括确定配置模块102，其建立可以由SCADA系统104使用的配置接口118。用户106使用SCADA系统104来确定信息、控制或监测网络110上的设备108。确定配置模块102接收电子传输与分配(ETD)模型信息112、IED信息114以及人工交互116，以便映射并产生配置接口118。配置接口118可以被手动用来配置SCADA系统104。备选地，对象生成器120可以自动配置SCADA系统。对象生成器120可以被实现为硬件和软件的组合，以便实现本文中描述的对象生成器功能。
ETD模型信息112指定网络中的设备和连接。例如，电线可以在点A与B之间被连接并且这可以被连接到变压器。在一个示例中，ETD模型信息112可以按照任何适当的数据结构来实现。
IED信息114包括关于特定IEDs的信息，诸如IED的标识符、IED模型编号、IED的功能性、IED与其它元件的电气连接或者其它属性。在一个示例中，IED信息114可以按照任何适当的数据结构来实现。
在某些方面，对象生成器120走过电网模型以便完成各种任务。例如，对象生成器120基于物理设备创建SCADA点和对象(如果被SCADA系统104支持的话)并且填充点地址信息。对象生成器120还可以配置SCADA系统104以与IEDs通信。此外，对象生成器120可以在SCADA系统中创建单线图。
对象生成器120可以另外提供单线图与其它SCADA屏幕之间的配置导航。对象生成器120还可以根据关于设备模型中的属性的极限信息来配置SCADA警报。SCADA警报的功能是将SCADA数据或过程中异常的或标记的状态通知用户。
在图1的系统的操作的另一个示例中，接收ETD模型信息112。接收描述一个或多个智能电子装置(IEDs)的IED信息114。IEDs具有相关联的多个逻辑IED节点。由确定配置模块102创建使所述至少一个设备关联到多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射。创建配置接口118并且配置接口118基于网络上的设备和网络的电子表示中的至少一个。IED信息114和配置接口118被自动生成并且可以被发送到SCADA系统104。
现在参见图2，描述了用于创建配置接口的系统200的一个示例。例如，这可以是图1的确定配置模块102。将会意识到，图2的系统包括各种模块并且这些模块可以被实现为硬件或软件的各种组合，例如实现为在诸如微处理器的通用处理装置上执行的计算机指令。此外，图2的示例包括各种数据库并且这些数据库可以被实现为单个或多个类型的数据存储位置(例如，提及两个例子，计算机存储器、磁盘驱动器)。
系统200包括电子传输与分配(ETD)数据库202。ETD数据库202存储关于网络和所述网络中使用的设备以及连接的信息。例如，电线从点A去到点B并且被连接到变压器。ETD数据库202可以从外部源输入信息或者具有由用户直接输入的信息。
系统200还包括设备用户接口204。设备用户接口204处理关于设备的用户请求。例如，可以查看网络中的设备的属性并且可以改变它的特性。
系统200另外包括概念映射用户接口206。概念映射用户接口206将IEDs连接到网络中的概念位置。例如，特定的IED属于系统的映射上的某个地方(即概念位置，而非物理位置)。例如，IED可以在概念上位于特定的一件设备处、特定的设备场(其包括多件设备)处或特定的变电站(其包括多个场)处。
系统200还包括概念映射数据库208，IED映射用户接口210和IED数据库212。概念映射数据库208存储IEDs到概念位置的映射。IED映射用户接口210允许用户查看系统中的IEDs并且允许用户修改IED信息，如果所述信息不准确的话。用户还可能需要手动添加新的IEDs。IED数据库212是存储IED信息的地方。还可以输入IED网络信息(例如IP地址、数据集或报告)。
所述系统包括IED逻辑节点(LN)用户接口230和IEDLN映射数据库232。IEDLN用户接口230允许用户查看自动确定的映射(由自动映射程序214生成)并且验证这些映射。还可以输入IED逻辑节点到设备的手动映射。手动映射可以基于设备类型和位置以及IED概念位置和IED逻辑节点类型(例如XCBR到自动开关)而示出可用IEDs的经过过滤的视图。IEDLN映射数据库232存储设备到IEDLN映射和实例。
系统200进一步包括创建IED逻辑节点与设备之间的映射的自动映射程序214。逻辑节点涉及与设备的类型有关的特定类型的信息。逻辑节点的实例将这个信息存储在例如预定的数据结构中。例如，针对编号为10145689的特定IED的IED逻辑节点的实例是XCBR(断路器)逻辑节点，其包括/存储与断路器有关的某些类型的信息。这个IED实例被映射(自动或手动)到在ETD模型中被表示的特定物理断路器。
在这个方面，自动映射程序214可以自动创建IED逻辑节点到设备映射。例如，它可以查看ETD模型中的设备的通用名称、IED逻辑节点或IEDs的名称，或者查看网络中的设备的概念位置以看看是否可以潜在地进行从IED逻辑节点的实例到一件设备的自动映射。备选地，用户可以使用IED逻辑节点映射接口216来手动进行映射。一旦确定所述映射，自动映射程序数据库就会存储所述映射。
配置发生器220生成配置接口222。配置接口222在SCADA系统中被使用以便或者自动(使用对象生成器)或者手动配置SCADA系统。配置发生器220接收IED逻辑节点映射(从IEDLN映射数据库232)、IED信息(从IED数据库212)、ETD信息(从ETD数据库202)以及IED概念位置信息(从概念映射数据库208)，并且创建配置接口222。在这个方面，配置发生器220可以被编程以接收这个信息、识别某些类型的信息并且以与SCADA系统兼容的格式来格式化经过处理的信息。
配置接口222的一个示例是配置文件。在这种情况下，所述文件可以包括文本信息。例如并且对于与变电站有关的配置接口222而言，所述文本信息可以包括所述变电站的描述、所述变电站所在的地方、变电站中的多件设备、与所述设备有关的电压等级、变电站中的场(和所述场中的设备)、变电站处的IEDs以及与IEDs有关的信息。备选地，配置接口222还可以被实现为SCADA系统可利用的软件程序。
现在参见图3，描述了用于产生特定类型的配置接口的方法的一个示例。在步骤302，用户将IEDs映射到变电站区域。例如，用户使用特定的图形用户接口(GUI)来指示特定IED在逻辑上与特定的一件设备、场或变电站相关联。
在步骤304，用户继续映射IEDs直到不再有未被映射的IEDs为止。在步骤306，自动映射程序(例如图2的自动映射程序214)智能地将设备映射到IED逻辑节点。
在步骤308，用户使用例如GUI(例如图2的概念映射用户接口206)来验证自动映射是正确的，并且如果需要的话，再次使用适当的GUI来输入手动映射。在步骤310，用户继续验证自动映射并且输入手动映射直到感到满意为止。
在步骤312，生成配置接口。如所提到的，提及两个例子，所述配置接口可以是可执行的计算机指令集或者配置文件(例如包含文本信息的计算机文件)。现在可以利用所述配置接口来配置SCADA系统。就“配置”SCADA系统来说，它是指建立表示过程或变电站中的实际状态的SCADA屏幕以及趋势、数据的存储、警报的配置等等。
现在参见图4，描述了用于创建配置接口的仪器400的一个示例。仪器400包括操作接口402和处理器404。操作接口402包括输入406和输出408。输入406配置为接收网络410的电子表示(例如本文中其它地方描述的ETD模型信息)和描述至少一个智能电子装置(IED)的IED信息412。所述至少一个IED具有相关联的多个逻辑IED节点。
处理器404耦合至操作接口402并且配置成创建映射414，所述映射414使所述至少一个设备关联到所述多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例。这个映射过程将是自动寻找电气模型设备名称和数据属性与IED数据库中的属性和逻辑节点之间关联的组合。处理器404配置成创建配置接口416。配置接口416基于网络410的电子表示和IED信息412中的至少一个。自动生成配置接口416并且在输出408处呈现配置接口416。
本领域技术人员将会意识到，可以在各个方面进行对上述实施例的修改。其它变化显然也会是行得通的并且是在本发明的范围和精神内的。在所附的权利要求中详细地阐明了本发明。认为这就像是对本领域普通技术人员来说是显然的并且熟悉本申请的教导，发明的精神和范围包含对本文中的实施例的这样的修改和改变。
Claims (14)
1.一种便于用户与监视控制和数据采集(SCADA)系统之间接口的方法，所述方法包括：
接收网络和所述网络处的至少一个设备的电子表示；
接收描述至少一个智能电子装置(IED)的IED信息，所述至少一个IED具有相关联的多个逻辑IED节点；
创建使所述至少一个设备关联到所述多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射；
创建配置接口，所述配置接口基于所述网络的所述电子表示、所述IED信息和所述映射中的至少一个，所述配置接口被自动生成。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述配置接口是软件程序。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述配置接口是配置文件。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述配置文件包括文本信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述IED信息包括从由下列项组成的组中选择的信息：所述至少一个IED能够进行的测量和模型编号。
6.如权利要求1所述的方法，还包括将所述配置接口传送到SCADA系统。
7.如权利要求6所述的方法，还包括所述SCADA系统按照所述配置接口自动配置它自己。
8.如权利要求7所述的方法，还包括按照所述配置接口手动配置SCADA系统。
9.一种配置成便于用户与监视控制和数据采集(SCADA)系统之间连接的仪器，所述仪器包括：
带有输入和输出的操作接口，所述输入配置成接收网络和所述网络处的至少一个设备的电子表示并且接收描述至少一个智能电子装置(IED)的IED信息，所述至少一个IED具有相关联的多个逻辑IED节点；以及
耦合至所述操作接口的处理器，所述处理器配置成创建使所述至少一个设备关联到所述多个逻辑IED节点中选定的一个节点的实例的映射，所述处理器配置成创建配置接口，所述配置接口基于所述网络的所述电子表示、所述IED信息和所述映射中的至少一个，所述配置接口被自动生成并且在所述输出处被呈现。
10.如权利要求9所述的仪器，其中所述配置接口是软件程序。
11.如权利要求9所述的仪器，其中所述配置接口是配置文件。
12.如权利要求11所述的仪器，其中所述配置文件包括文本信息。
13.如权利要求9所述的仪器，其中所述IED信息包括从由下列项组成的组中选择的信息：所述至少一个IED能够进行的测量和模型编号。
14.如权利要求9所述的仪器，其中所述处理器还配置成将所述配置接口传送到所述输出处的SCADA系统。
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