CN110622469A - 用于访问工业通信网络的方法和访问单元 - Google Patents

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Abstract

提供用于访问工业通信网络的方法和访问单元(30)。所述访问单元(30)具有连接到通信网络的第一端口(58)以及至少一个第二端口(59)。所述访问单元(30)配置成在访问单元(30)的第一操作状态中经过访问单元(30)传递在通信网络的节点(41‑44)之间的数据业务。访问单元(30)配置成在访问单元(30)的第二操作状态中经由至少一个第二端口(59)将数据业务传递给测试节点(34)，和/或允许测试数据经由至少一个第二端口(59)注入到通信网络中。

Description

用于访问工业通信网络的方法和访问单元
技术领域
本发明的实施例涉及用于工业通信网络的节点的测试、调试或维护的方法、访问单元和系统。本发明的实施例涉及用于按照IEC 62439-3或IEC 61850的工业通信网络的节点的测试、调试或维护的方法、访问单元和系统。本发明的示范实施例涉及用于访问变电站自动化(SA)系统的通信网络的方法和访问单元。更特别是，本发明的示范实施例涉及允许变电站测试、调试或维护通过将模拟的数字测试数据注入到通信网络中和/或通过在测试、调试或维护期间监测通信网络中的数据业务来执行的方法和访问单元。
背景技术
广泛使用工业通信网络。这类通信网络可具有按照IEC 62439-3的高可用性无缝冗余(HSR)环的拓扑。
高压和中压功率网络中的变电站是在其中可使用这类通信网络的示范现场。这类变电站包括一般布置在开关场和/或间隔中的诸如电缆、线路、汇流条、开关、功率变压器和仪表变压器之类的一次装置。这些一次装置经由变电站自动化(SA)系统按照自动化方式来操作。SA系统包括负责一次装置的保护、控制和监测的二次装置，所述二次装置可包括智能电子装置(IED)。诸如保护继电器、间隔控制器或收入计量表（revenue meter）之类的保护装置对于二次装置是示范的。
SA系统操作以处理电流、电压和二进制信息，例如电路断路器和隔离开关的位置指示。在常规SA系统中，这个信息经由铜线从一次过程接口提供给控制和保护IED。特别是对于保护IED，可安装测试开关，以中断IED到直接位于一次设备上的仪表变压器的连接，并且允许测试设备被连接以将模拟的电流和电压注入到被测装置。
对于数字变电站，收集电流、电压以及诸如指示电路断路器和隔离开关的状态的二进制信息之类的其它信息的I/O单元位于过程层上，以及相关信息通过通信链路提供给SA系统。通信链路可基于以太网，并且可实现为点对点连接、交换网络或者高可用性无缝冗余(HSR)环。物理层可基于光纤连接或电连接。
WO 2009/053488 A1公开一种操作具有标准化配置描述的SA系统的方法。在一个或若干IED不可操作时的维护、调试和故障状况期间，这些IED将已经产生的数据被置换，以确保变电站的可用性。为此，永久地安装能够起任何IED的作用的专用置换装置。专用置换装置是有源装置。保持为永久安装的有源置换装置的提供可增加测试基础设施的成本。
US 2015/0180760 A1公开一种网络测试系统，该网络测试系统通过使用从每个相关网络到航天器测试接口的端口来改进对航天器的网络系统或子系统的实时操作的可见度。
US 2008/0247416 A1公开一种网络诊断组件以及用于分接网络诊断组件中的线路的相关电路。
图18和图19示意图示测试具有HSR环拓扑的SA系统的现有技术。多个HSR节点41-44连接到HSR过程总线。第一HSR节点41和第四HSR节点44通过连接111来连接，所述连接111可以是光纤连接或者电连接。HSR环是闭环网络。测试节点112必须被插入，以分析网络业务和/或注入模拟的测试数据。按常规，这要求节点41-44中的至少一个上的连接111被去除。图19示意图示当测试节点112已被插入到HSR环中时的SA系统。所述连接111需要从HSR节点41断开，并且必须连接到测试节点112，如通过断箭113示意所图示的。必须插入新连接114。各种缺点与这种过程关联。为了说明，对所安装HSR节点41、44的访问可因安装空间而受到限制，从而使得访问HSR节点41-44具有挑战性。这在节点41-44安装在具有受限访问的区域中（例如在过程层上）的情况下特别适用。测试节点112的插入能够修改SA系统的行为。在测试完成之后，测试节点112再次从SA系统被去除。存在连接111将不会正确重新安装的风险。由于这些过程的复杂度，HSR环对正常操作也可能打开数秒直至数分钟，从而导致更高的故障概率。
发明内容
本发明的目的是要提供用于访问工业通信网络的改进方法、装置和系统。本发明的目的是要提供促进访问具有HSR环拓扑的工业通信网络的改进方法、访问单元和系统。本发明的目的是要提供能够用于变电站自动化(SA)系统的测试、调试或维护的方法、访问单元和系统。目的特别是要提供促进用于测试、调试或维护的测试节点的连接以减轻工业通信网络的无意修改的风险和/或减少其中在测试节点耦合到SA系统时中断通信链路的时间的方法、访问单元和系统。
按照实施例，访问单元安装在工业通信网络中。访问单元具有第一端口，所述第一端口甚至在其中没有测试被执行的正常操作阶段也保持为连接到通信网络。第一端口可在其中没有测试、调试和/或维护被执行的SA系统或其它工业装置的正常进行中的操作期间保持为连接到通信网络。访问单元具有至少一个第二端口。当测试、调试和/或维护被执行时，通信网络的节点之间的数据业务经由至少一个第二节点传递给测试节点。备选地或另外地，测试数据能够经由至少一个第二节点注入到通信网络中。在没有测试被执行时，通信网络的节点之间的数据业务简单地经过访问单元传递。
访问单元可配置成仅使用无源组件经过访问单元在其两个第一端口之间传递数据业务。
访问单元可以是DANH(具有HSR协议的双附连节点)。访问单元可以是按照IEC62439-3的DANH。访问单元可以是按照IEC 62439-3:2016的条款5.2的DANH。
访问单元可配置成仅当经过访问单元在其两个第一端口之间传递数据业务时才在物理层上进行操作。访问单元可配置成在OSI层模型的物理层上进行操作，以经过访问单元传递在通信网络的节点之间的数据业务。访问单元可配置成传递在通信网络的节点之间的数据业务，而无需在OSI层模型的数据链路层或更高层上执行数据处理或操纵。访问单元可配置成传递在通信网络的节点之间的数据业务，而无需在应用、呈现、会话、传输、网络和数据链路层中的任一个上执行数据处理或操纵。
访问单元可至少在访问单元处于第一操作状态中时在物理层上提供访问单元的第一端口之间的短路连接。访问单元可选地还可在访问单元处于第二操作状态中同时执行测试、调试和/或维护时在物理层上提供访问单元的第一端口之间的短路连接。
访问单元可实现为Quadbox。
通信网络可以是按照IEC 62439-3或IEC 61850的通信网络。通信网络可以是按照IEC 62439-3:2016的通信网络。通信网络可以是按照IEC 61850-8-1:2011和IEC 61850-9-2:2011的通信网络。
按照实施例，提供一种访问工业通信网络的方法。该方法使用具有第一端口和至少一个第二端口的访问单元，第一端口在其中没有测试被执行的操作阶段期间保持为连接到通信网络。该方法包括在访问单元的第一操作状态中在访问单元的第一端口之间经过访问单元传递在通信网络的节点之间的数据业务。该方法包括在访问单元的第二操作状态中经由访问单元的至少一个第二端口将数据业务传递给测试节点，和/或允许测试数据经由访问单元的至少一个第二端口注入到通信网络中。
访问单元的第一操作状态可以是其中没有执行通信网络的节点的测试、调试和/或维护的状态。仅当执行通信网络的节点的测试、调试和/或维护时才有选择地将访问单元带入到第二操作状态。
访问单元与通信网络的其它节点之间的连接无需被改变以执行测试、调试和/或维护。
在访问单元的第一操作状态中，可以仅使用没有执行数据处理和/或数据操纵的无源组件经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递数据业务。
访问单元可包括具有第一端口的第一组件。访问单元可包括可释放地能连接到第一组件的至少一个另外的组件。
第一组件可以是无源组件，该无源组件在经过访问单元传递数据业务时没有任何功率消耗。在甚至当没有测试、调试和/或维护被执行时第一组件也保持为连接到通信网络的其它节点的意义上，第一组件可永久地安装在通信网络中。在其中工业装置处于正常操作模式中并且没有测试、调试和/或维护被执行的访问单元的第一操作状态中，通信网络的数据业务可以仅使用无源元件经过访问单元被传递。
该方法还可包括将访问单元的至少一个另外的组件连接到第一组件，以便将访问单元设置成第一操作状态或第二操作状态中的一个。至少一个另外的组件可与第一组件机械接合，以便将访问单元带入到第一操作状态或者第二操作状态。
至少一个另外的组件可包括具有至少一个第二端口的第二组件。第二组件在访问单元的至少第二操作状态中可连接到第一组件，以便将数据业务传递给测试节点，和/或允许测试数据经由访问单元的至少一个第二端口注入到通信网络中。
访问单元的第二组件可有选择地与无源第一组件机械接合，以便将访问单元带入到其中可执行测试、调试和/或维护的第二操作状态。第二组件可以是无源第二组件，或者可包括诸如数据集中器之类的有源电路。第二组件在与第一组件接合时可允许测试节点被耦合到通信网络，其中数据业务经过第一组件和第二组件提供给测试节点。备选地或另外地，第二组件在与第一组件接合时可允许测试节点将测试数据注入到通信网络中。
访问单元的第一组件和第二组件可配置用于相互配套接合。第一组件可以是无源插座，而第二组件可以是插头，该插头可有选择地插入到无源插座中以用于测试、调试或维护。当没有测试、调试或维护被执行时，访问单元的第二组件可从第一组件脱离和移开。
备选地或另外地，访问单元可包括第三组件。第三组件在访问单元的第一操作状态中可连接到第一组件，以经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递节点之间的数据业务。
当工业装置处于正常操作模式中并且没有测试、调试或维护被执行时，第三组件可与第一组件机械接合。第三组件可以是没有包括执行数据处理和/或操纵的任何组件的无源第三组件。当没有测试、调试或维护被执行时，第三组件可提供访问单元的第一端口之间的短路连接。
该方法还可包括在至少一个另外的组件连接到第一组件时执行认证过程，以防止对通信网络的未经授权的访问。
按照实施例，用于访问工业通信网络的访问单元具有配置用于连接到通信网络的第一端口以及至少一个第二端口。访问单元配置成在访问单元的第一操作状态中在访问单元的第一端口之间经过访问单元传递在通信网络的节点之间的数据业务。访问单元配置成在访问单元的第二操作状态中经由至少一个第二端口将数据业务传递给测试节点，和/或允许测试数据经由至少一个第二端口注入到通信网络中。
访问单元可配置成仅使用无源组件经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递数据业务。
访问单元可包括第一端口之间的电或光短路连接。电或光短路可以操作以在物理层上经过访问单元传递数据业务。电或光短路可以操作以经过访问单元传递数据业务，而无需在数据链路层上和在更高层上执行数据处理或操纵。
访问单元可配置成仅当经过访问单元传递数据业务时才在物理层上进行操作。
访问单元可包括具有第一端口的第一组件以及至少一个另外的组件，所述至少一个另外的组件可释放地能连接到第一组件，以便将访问单元设置成第一操作状态或第二操作状态中的一个。至少一个另外的组件可以可释放地能与第一组件机械接合。
至少一个另外的组件可包括配置成在访问单元的第二操作状态中连接到第一组件的第二组件，第二组件具有至少一个第二端口，以便将数据业务传递给测试节点，和/或允许测试数据注入到通信网络中。
在其中第二组件与访问单元的第一组件接合的访问单元的第二操作状态中，访问单元可选地可配置成经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递数据业务。为此，第一组件或第二组件可包括分离器以及优选地包括一对分离器。第一组件或第二组件可包括耦合到分离器的光或电短路连接。
备选地或另外地，至少一个另外的组件可包括第三组件，该第三组件配置成在访问单元的第一操作状态中可释放地连接到第一组件，以便使数据业务能够经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递。
第三组件可包括光或电短路连接，所述光或电短路连接用来在访问单元的第一操作状态中经过访问单元在访问单元的第一端口之间传递数据业务。
第一组件可包括插座，以及至少一个另外的组件包括插头，所述插头与插座配套以用于将至少一个另外的组件与第一组件相连接。
访问单元可包括分离器。访问单元可包括在无源第一组件中或者在第二组件中提供的两个分离器。分离器可以是电或光分离器。
访问单元可包括电或光短路连接，所述电或光短路连接用来在访问单元的第一操作状态中在两个第一端口之间传递数据业务。
访问单元可配置成使得第二组件与第一组件的接合自动使无源第一组件中包括的短路连接被中断。
按照实施例的套件包括本文所公开实施例中的任一个的访问单元以及测试节点。测试节点配置成耦合到访问单元，以分析通信网络的数据业务，和/或生成测试数据以用于注入到通信网络中。
测试节点可配置成模拟连接到通信网络的装置中的一个、多个或全部。测试节点可按照IEC 61850配置成处理和/或生成消息。测试或调试装置可按照IEC 61850-8-1:2011和/或IEC 61850-9-2:2011配置成处理和/或生成消息。
按照实施例的数字变电站包括多个IED、IED所耦合到的通信网络以及本文所公开实施例中的任一个的访问单元。访问单元的第一组件甚至在没有测试、调试和/或维护被执行时也保持为永久耦合到通信网络。
通信网络可具有HSR环拓扑。通信网络可以是按照IEC 62439-3和/或IEC 61850-9-2的通信网络。通信网络可以是按照IEC 62439-3:2016的通信网络。通信网络可以是按照IEC 61850-8-1:2011和/或IEC 61850-9-2:2011的通信网络。
通信网络可基于以太网点对点连接。
按照本文所公开实施例的方法、访问单元、套件和系统提供到过程总线的接入点，并且因此减轻与系统的降低可用性关联的问题。访问单元能够用来将任何维护或测试节点连接到过程总线或其它工业通信网络。至少在第一操作状态中，访问单元操作以通过仅使用无源组件将点对点连接或高可用性无缝冗余(HSR)环保持为闭合。这对基于电或光物理层的网络能够被实现。
访问单元可特别适合供具有点对点通信链路或者具有HSR环拓扑的过程总线使用，而不局限于此。
因此，访问单元可被认为是具有与用于测试非数字变电站的常规测试开关有点类似的目的的数字变电站测试开关。然而，访问单元提供附加功能性，例如经过访问单元传递通信网络中的数据业务的数据分组，由此使通信网络的节点之间的通信链路保持为操作。
方法、访问单元和系统允许测试、调试或维护被执行，而无需通信网络线缆与经由通信网络在通信上连接的节点中的任一个断开和重新连接。由于访问单元的无源第一组件甚至在没有测试、调试和/或维护被执行时也保持为永久集成在通信网络中，所以不要求断开和/或重新连接诸如用于测试、调试或维护的SA系统的其它装置或者智能电子装置(IED)、合并单元之类的节点。减轻无意修改SA系统的风险。为了将测试装置连接到通信网络，仅要求确保访问单元的第二组件例如通过将插头插入到无源插座来连接到第一组件。减少其中对于将测试装置耦合到通信网络而中断通信链路的时间。
方法、装置和系统特别适合供具有HSR环拓扑的SA系统的过程总线使用，而不局限于此。在优选实施例中，访问单元的至少第一组件是无源的，即，它没有要求电源的电子组件，并且它不要求任何电源以经过访问单元传递数据业务。因此，HSR环或其它工业通信网络的可用性和可靠性可增强，同时仍然促进测试节点被连接到通信网络。在一些实施例中，访问单元的第二组件和/或在可用情况下的第三组件也可以是无源的，即，没有要求电源的电子组件，并且不要求任何电源以经过访问单元传递数据业务。
附图说明
将参照附图图示的优选示范实施例更详细地说明本发明主题，其中：
图1是包括按照实施例的访问单元、当访问单元处于用于测试、调试或维护的第二操作状态中时的数字变电站的示意表示。
图2是当访问单元处于其中没有测试、调试或维护被执行的第一操作状态中时的图1的数字变电站的示意表示。
图3是当按照实施例的访问单元处于第一操作状态中时的变电站自动化(SA)系统的示意表示。
图4是当按照实施例的访问单元处于第一操作状态中时的SA系统的示意表示。
图5是当访问单元处于第二操作状态中时的图4的SA系统的示意表示。
图6是当访问单元处于第二操作状态中时的图3的SA系统的示意表示。
图7是当按照实施例的访问单元处于第二操作状态中时的SA系统的示意表示。
图8是当按照实施例的访问单元处于第二操作状态中时的SA系统的示意表示。
图9是当按照实施例的访问单元处于第二操作状态中时的SA系统的示意表示。
图10至图13是按照实施例的访问单元的无源第一组件的示意表示。
图14是按照实施例的访问单元的无源第三组件的示意表示。
图15至图17是按照实施例的访问单元的无源第一组件的示意表示。
图18和图19是常规SA系统的示意表示。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明的示范实施例，在附图中相同或类似参考符号表示相同或类似元件。虽然将在高可用性无缝冗余(HSR)过程总线的上下文中和/或参照诸如合并单元(MU)、智能电子装置(IED)或断路器IED(BIED)之类的特定示范变电站自动化(SA)系统装置来描述一些实施例，但是实施例并不局限于此。本发明的实施例而是可用于按照IEC62439-3的各种各样的工业通信网络，例如包括节点的HSR环。实施例的特征可相互结合，除非另有特定说明。
图1示出当测试、调试和/或维护被执行时的数字变电站10的示意表示。数字变电站可包括汇流条11和12、电路断路器13-16、电流变压器17和/或电压变压器18。数字变电站10具有SA系统20。SA系统20具有通信网络21。在数字变电站的情况下，收集电流、电压和/或二进制信息的I/O单元位于过程层上，并且通过通信链路来提供与其有关的信息。通信链路可基于以太网，并且可能是点对点连接、交换网络或HSR环。物理层可基于光纤或电连接。SA系统20包括BIED 22、MU 23和24以及IED 25和26。例如，通信网络21可包括HSR过程总线27。可使用其他网络拓扑。
访问单元30具有第一组件31，所述第一组件31保持为永久地插入到通信网络20的通信链路中的一个中。第一组件31甚至在没有测试、调试或维护被执行时的正常操作中也保持为安装在SA系统20中。
访问单元30可具有第二组件32。当测试、调试或维护被执行时，第二组件32可连接到第一组件31。其中第二组件32与第一组件相接合的访问单元30的状态在本文中又称作访问单元30的第二操作状态。在访问单元30的第二操作状态中，第二组件32可机械安装到第一组件31并且与其电或光耦合。在一些实现中，第一组件31可配置为插座，而第二组件32可配置为插头，该插头在测试、调试或维护将要执行时被插入到插座中。第二组件32与第一组件31的接合允许连接到访问单元30的测试节点34监测通信网络20中的数据业务。备选地或另外地，测试节点34可经由访问单元30将测试数据注入到通信网络20中。
第一组件31可以是具有零功率消耗的无源组件。第一组件31可能不能够修改或者以其它方式处理通信网络中传送的数据分组。第一组件31可以仅在OSI层模型的物理层上进行操作。第一组件31可能不能够在OSI层模型的数据链路层上和/或甚至更高层上处理和修改经过第一组件31传递的数据分组。
第二组件32可以是具有零功率消耗的无源组件。第二组件32可能不能够修改或者以其它方式处理通信网络中传送的数据分组。第二组件32可以仅在OSI层模型的物理层上进行操作。在其它实施例中，第二组件32可包括至少一个有源电路，例如用于数据对齐的数据集中器或者防止访问单元30的欺诈使用的认证电路。
例如，图1所描绘的第二操作状态中的访问单元30可以操作以便将HSR过程总线27中传送的数据分组传递给测试节点34以用于分析。备选地或另外地，图1所描绘的第二操作状态中的访问单元30可以操作以经过访问单元30将由测试节点34所生成的测试数据传递给HSR过程总线27以用于测试数据的注入。
在SA系统的正常操作期间，即，当没有测试、调试或维护被执行时，第二组件32可选地可从访问单元的第一组件31断开和移开。对于插头-插座类型连接，由第二组件32所形成的插头可从由第一组件31所形成的插座拔出。第一组件31甚至在没有测试、调试或维护被执行时也保持为安装在SA系统31中。这在图2中被图示，图2示出当没有测试被执行时的正常操作中的数字变电站10。
在SA系统31的正常操作期间，访问单元30处于第一操作状态中，并且可以是具有零功率消耗的完全无源装置。访问单元30可以操作以经过访问单元30传递HSR总线27中传送的数据分组，而无需能够修改或者以其它方式处理数据分组。访问单元30可以仅使用无源组件在物理层上经过访问单元30传递数据分组。为此，访问单元30可包括连接到HSR总线27的访问单元30的两个第一端口之间的内部短路连接。
可选地，访问单元30可包括第三组件33，所述第三组件33有选择地与第一组件31接合，以便将访问单元30带入到其第一操作状态。第三组件33可以是具有零功率消耗的无源组件。第三组件33可配置用于与无源第一组件31的机械接合。对于插头-插座类型连接，由第三组件33所形成的插头可插入到由第一组件31所形成的插座中，以便使访问单元30进入其第一操作状态。第三组件33可配置成闭合连接到HSR总线27的访问单元30的第一端口之间的短路连接，使得在没有测试、调试和/或维护被执行时经过访问单元30传递数据分组。
下面将更详细描述按照示范实施例的访问单元。通常，访问单元30可具有多组件配置，其包括甚至当没有测试、调试和/或维护被执行时也保持为连接到SA系统的其它装置或者IED的第一组件以及能够当测试将要执行时例如通过将至少一个另外的组件与第一组件机械接合来连接到无源第一组件的至少一个另外的组件。
按照各个实施例的访问单元可以是DANH(具有HSR协议的双附连节点)。访问单元可以是按照IEC 62439-3的DANH。访问单元可以是按照IEC 62439-3:2016的条款5.2的DANH。
图3是SA系统20的示意图。通信网络示范地图示为具有HSR环拓扑。多个HSR节点41-44连接到HSR过程总线。HSR节点41-44可包括SA系统的IED、MU或其它I/O单元。HSR节点41-44可按照IEC 61850、特别是按照IEC 61850-8-1:2011和IEC 61850-9:2011来配置。HSR节点41-44可按照IEC 62439-3:2016配置成进行通信。
访问单元30被插入到HSR环的环拓扑中。访问单元30可插入在HSR装置41-44的两个之间。访问单元30具有可如上所述的那样配置的第一组件51。第一组件51可以是插座。当没有测试、调试或维护被执行时，访问单元30处于如图3所图示的第一操作状态中。在其第一操作状态中，访问单元30可以操作以经过访问单元30传递通信网络的数据业务，例如在HSR环中的SA系统的两个IED、MU或其它I/O装置之间传送的数据分组。
第三组件33可连接到第一组件51，以提供无源第一组件51的第一端口58之间的电或光短路连接。在使用中，第一端口58连接到通信网络。第一组件31和/或第三组件33可至少在访问单元30处于第一操作状态中时提供第一端口58之间的短路连接。
当第三组件33与第一组件31接合时，访问单元30通过经过访问单元30传递数据分组来闭合装置44与装置41之间的链路。
访问单元30可充当数字变电站测试开关。访问单元30提供用于测试和维护工具的接入点。IEC 61850提供用来允许过程总线系统被测试的若干特征。为了说明，IED可在测试模式中被设置，或者除了实际数据之外，测试数据也可注入到过程总线中。测试数据可包括由测试节点所生成的模拟数据。为了将测试节点连接到通信网络，例如通过将第三组件33从第一组件31拔出，第三组件33可与第一组件31断开。第二组件可连接到第一组件31以用于测试、调试或维护，如将参照图5至图9更详细描述。
访问单元30不需要包括第三组件33。为了说明，第一组件31可以单独地或者与第二组件相组合地操作以经过访问单元30在访问单元的第一端口58之间传递通信网络的数据业务，而无需第三组件33，如将参照图4更详细说明。
图4是SA系统20的示意图。访问单元30包括第一组件52。第一组件52可包括集成到第一组件52的壳体中的电或光短路连接53。第一组件52可包括在物理层上实现的经过第一组件52在第一端口58之间传递数据分组的电或光短路连接53，而无需在OSI层模型的第二和/或更高层上执行数据处理和/或数据操纵。
第二组件与第一组件52的接合可自动使第一端口58之间的短路连接被中断。第二组件从第一组件52的脱离可自动使第一端口58之间的短路连接被重新建立。
第一组件52可以操作以经过无源第一组件52传递例如在节点41、44之间的数据分组，而无需将无源第三组件33与其接合。访问单元30提供用于测试和维护工具的接入点，如图5所图示的。
图5是当访问单元30的第二组件61与访问单元30的第一组件52相接合时、即当访问单元30处于其第二操作状态中时的图4的SA系统20的示意图。在第二操作状态中，访问单元30可将数据分组从通信网络传递给可在测试节点34上执行的测试、调试或维护工具。将第二组件61与第一组件52相接合可自动中断第一组件52中的短路连接53。第二组件61可以是具有零功率消耗的无源组件。第二组件61可在物理层上传递数据分组，而无需在OSI层模型的数据链路层和/或更高层上执行数据处理和/或数据操纵。
第二组件61可具有第二端口59，所述第二端口59允许测试节点34经由访问单元30连接到通信网络。
测试节点34可模拟SA系统20的节点41-44的一个或若干。测试节点34可按照IEC61850:2016配置成处理和/或生成消息。测试节点34可按照IEC 61850-8-1:2011或IEC61850-9-2:2011配置成处理和/或生成消息。测试节点34可生成可以是模拟数据的测试数据，以用于注入到通信网络中。
经由访问单元30插入到HSR环中的测试节点34甚至在测试期间也使HSR环保持为闭合。测试节点34可包括或者可模拟使HSR环保持为闭合的HSR节点。
图6示出当访问单元30的第二组件61与访问单元30的第一组件51相接合时的图3的SA系统20。访问单元30具有经由通信网络链路连接到节点41、44的第一端口58。访问单元30具有第二端口59，所述第二端口59允许测试节点34经由访问单元30连接到通信网络。
第二组件61可机械插入到第一组件51中。第二组件61可以是具有零功率消耗的无源组件。具有第一组件51和与所述第一组件51接合的第二组件61的访问单元30可以操作以将支持HSR的测试节点34连接到HSR环。测试节点34中的HSR节点闭合节点41与节点44之间的链路。测试节点34能够分析在两个方向上（即在HSR环的顺时针方向上以及在逆时针方向上）的业务。备选地或另外地，测试节点34能够注入诸如模拟的测试数据之类的测试数据以用于测试。可经由访问单元30的第二组件61和无源第一组件51注入测试数据。根据需要，在HSR环的顺时针方向上以及在逆时针方向上注入测试数据。
在图5和图6的SA系统中，测试节点34中的HSR节点使HSR环保持为闭合。访问单元30没有闭合HSR链路，而是提供允许测试节点34使HSR环保持为闭合的接入节点。访问单元30还可按照这样的方式来配置，使得在访问单元30的第二操作状态中，HSR环由访问单元30保持为闭合，如将参照图7至图9更详细说明。
图7是包括访问单元30的SA系统的示意图。访问单元30图示为处于其第二操作状态中。第一组件51可以是插座。第二组件62可与无源第一组件51接合。第二组件62可以是配置成插入到第一组件51中的插头。访问单元30的第二组件62具有第二端口59，所述第二端口59允许测试节点35经由访问单元30连接到通信网络。测试节点35可以操作以分析数据业务，和/或生成测试数据，以用于注入到通信网络中。备选地或另外地，测试节点35可以操作以执行用于调试节点41-44的一个或若干和/或用于执行维护工作的工具。
例如，包括第一组件51和与所述第一组件51接合的第二组件62的访问单元30允许测试节点35被连接到HSR环。测试节点35可以但无需支持HSR。第二组件62闭合节点44与节点41之间的链路。
访问单元30包括两个分离器63。两个分离器63可具有相同配置。两个分离器63可具有耦合到电或光短路连接64的输出。两个分离器63可分别配置成按照这样的方式来分离经过第一组件51传递的光或电信号，使得光或电信号的强度的第一分数经由电或光短路连接64立即返回到无源第一组件51，而光或电信号的强度的第二分数被输出到测试节点35。第一分数可相应地大于第二分数。为了说明，分离器63可相应地将多于强度的50%(例如90%)引导到短路连接64中，而将少于强度的50%(例如10%)输出到测试节点35。
因此，访问单元30可提供第一端口58之间的短路连接。第一端口58之间的短路连接可在物理层上实现，并且可以操作以经过访问单元30在第一端口58之间传递信号强度的至少50%，而无需在数据链路层上和/或甚至更高层上处理和/或修改数据业务。
测试节点35可充当监听器，该监听器配置成经由访问单元30接收并且可选地处理通信网络的数据业务。测试节点35不需要支持HSR，因为访问单元30的第二组件62使节点41、44之间的链路保持为闭合。
访问单元的第二组件可以但无需是无源的。第二组件可包括例如通过集中数据来操纵数据或者提供针对访问单元30的未经授权使用的安全性的至少一个电路。甚至当访问单元的第二组件包括有源处理和/或操纵数据的电路时，访问单元30不将具有非零功率消耗的任何有源组件用于在访问单元30的第一端口58之间传递数据分组也是优选的。
图8示出包括访问单元30的SA系统20的示意表示。访问单元30包括第一组件51。第一组件可以是无源插座。访问单元30包括配置成与无源第一组件51相接合的第二组件65。第二组件65包括在操作中具有非零功率消耗的有源电路。第二组件65可包括作为有源电路的数据集中器66。用于有源部件的操作的功率可由测试节点35例如经由通用串行总线(USB)或以太网供电(PoE)连接来供应。
测试节点35可充当监听器，该监听器配置成经由访问单元30接收并且可选地处理通信网络的数据业务。测试节点35不需要支持HSR，因为访问单元30的第二组件65使装置41、44之间的链路保持为闭合。测试节点35可配置成分析一个物理连接上在两个方向上的业务。访问单元的第二组件65的数据集中器66配置用于对于将访问单元30连接到测试节点35的一个物理连接的数据对齐。只有访问单元30的无源组件被用于经过访问单元30在第一端口58之间传递通信网络的数据业务，以使装置41、44之间的链路保持为闭合。
虽然以上描述了具有插入到HSR环的访问单元30的SA系统，但是访问单元30可用于具有其它拓扑的通信网络中。为了说明，包括用来使IED之间的通信链路保持为闭合的第二组件62、65的访问单元30可用于具有点对点通信链路的SA系统。
图9示出包括经由点对点通信链路耦合的IED、MU或其它I/O节点45和46的SA系统20的示意表示。包括第一组件51以及第二组件62和65的访问单元30在测试、调试和/或维护被执行时闭合点对点链路。当没有测试、调试和/或维护被执行时，第二组件62、65可选地可从第一组件51断开。参照图3所述的第三组件63可连接到无源第一组件，使得节点45、46之间的点对点通信链路经由第三组件63来保持为闭合。备选地，第二组件62、65还在SA系统的正常操作期间使装置45、46之间的点对点通信链路保持为闭合。
访问单元的第一组件、第二组件以及在存在的情况下的第三组件可具有各种配置。将参照图10至图17来描述示范配置。
图10至图13是访问单元30的第一组件51-54的示意图。第一组件51-54甚至在没有测试、调试或维护被执行时也保持为安装在SA系统的通信网络中。第一组件51-54可分别具有壳体70。壳体70可限定凹部或者多个凹部(未示出)，从而使第一组件51-54具有插座类型配置。壳体70可配置用于安装到诸如DIN轨道之类的标准化轨道71。
指示器机构72可以操作以指示第二组件或第三组件是否从第一组件51-54脱离和/或第二组件是否被正确安装以用于测试。这个指示可用来向SA系统或者向另一个工业装置指示维护或测试活动被执行。例如，指示器机构72可包括机械接触部。指示器机构72可电耦合到SA系统或者另一个工业装置。
访问单元30的第一端口58可具有各种配置，如下面将更详细说明。类似地，当访问单元30具有多组件配置时，第一组件31可具有配置成连接到访问单元30的第二或第三组件32、33的两个第四端口的两个第三端口。
图10是包括用于与通信网络的线缆85、86上的配套连接器耦合的诸如公或母连接器之类的端口81、84的访问单元30的第一组件54的示意图。线缆85、86可使用物理层上的电连接或光纤。访问单元30的无源第一组件54可包括第一端口，所述第一端口具有用于将无源第一组件54电或光连接到与无源第一组件54相接合的第二组件以用于测试、调试或维护或者在没有测试、调试或维护被执行时的正常操作期间电或光连接到与无源第一组件54相接合的第三组件的端口82、83。
图11是访问单元30的第一组件55的示意图。线缆86可从无源第一组件55延伸，以用于将访问单元30连接到SA系统的IED、MU或另一个I/O单元。线缆86可端接在端口83处，以用于将无源第一组件55电或光连接到与无源第一组件55相接合的第二组件以用于测试、调试或维护或者在其中没有测试、调试或维护被执行的正常操作期间可选地电或光连接到与无源第一组件55相接合的第三组件。
图12是访问单元30的第一组件56的示意图。例如，线缆85、86可从无源第一组件56延伸，以用于将访问单元30与SA系统的IED、MU或其它I/O单元相连接。线缆85、86可端接在端口82、83中，以用于将无源第一组件56电或光连接到与第一组件56相接合的第二组件以用于测试、调试或维护或者在其中没有测试、调试或维护被执行的正常操作期间可选地电或光连接到与无源第一组件56相接合的第三组件。
无源第一组件54-56可相应地修改成包括内部短路连接87，以用于经过无源第一组件54-56来闭合SA系统的通信链路。图13图示通常与图12中所图示的无源第一组件54类似但是还包括内部短路连接87的第一组件57。中断机构73可通过第二组件与访问单元的无源第一组件57的接合来触发，从而使短路连接87被中断。例如，内部短路连接87和中断机构73可类似地在图10至图12的无源第一组件中的任一个上提供。
图14是访问单元30的第三组件33的示意图。当没有测试、调试或维护将要执行时，第三组件33在访问单元30的第一操作状态中可与访问单元30的无源第一组件相接合。第三组件33通常操作以闭合SA系统的通信网络的通信链路。为此，第三组件33可包括连接到第三组件33的第四端口102、103的电或光连接104。第四端口102、103可包括配置用于连接到访问单元的第一组件的公或母连接器。第三组件33可支持从由10BaseTx、100BaseTx、1000BaseTx、100BaseFx和1000BaseFx所组成的组中选取的以太网标准。连接104因此可基于电连接或光纤，这取决于所支持的标准。第三组件33包括壳体90。壳体90可具有用于接合访问单元30的无源第一组件的对应母接合特征以实现插头-插座类型连接的诸如突出部之类的公接合特征。
图15是访问单元30的第二组件62的示意图。当测试、调试或维护将要执行时，第二组件62在访问单元30的第二操作状态中可连接到访问单元30的第一组件。第二组件62可具有用于插入到第一组件的插座中的插头配置。第二组件62可以是具有零功率消耗的无源组件。第二组件62可包括两个分离器63。两个分离器63之间的短路连接105可在测试、调试或维护被执行的同时使通信网络的通信链路保持为闭合，从而在访问单元50的第一端口58之间传递数据分组。
两个分离器63可分别配置成按照这样方式来分离光或电信号，使得光或电信号的强度的第一分数经由电或光短路连接105、另一分离器63和端口102、103中的一个直接返回到访问单元的第一组件，而光或电信号的强度的第二分数经由线缆106、107输出到测试节点。第一分数可相应地大于第二分数。为了说明，分离器63可分别将多于强度的50%(例如90%)引导到电或光短路连接105中，而经由线缆106、107将少于强度的50%(例如10%)输出到测试节点35。例如，第二组件62可用来将无需支持HSR的测试节点35连接到HSR环，因为HSR环能够经由电或光短路连接105保持为闭合。第二组件62还可在访问单元的第一操作状态中用来使SA系统的装置之间的通信链路保持为闭合。例如，第二组件62可支持从由100BaseFx和1000BaseFx所组成的组中选取的以太网标准。
图16是访问单元30的第二组件61的示意图。当测试、调试或维护将要执行时，第二组件61在访问单元30的第二操作状态中可连接到访问单元30的第一组件。第二组件61可具有用于插入到第一组件的插座中的插头配置。第二组件61可以是具有零功率消耗的无源组件。第二组件61可经由连接到端口102、103的线缆106、107将数据业务传递给测试节点35。第二组件61可配置成将实现HSR节点的测试节点35连接到HSR环，因为测试节点35中的HSR环能够使HSR环保持为闭合。第二组件61可支持从由10BaseTx、100BaseTx、1000BaseTx、100BaseFx和1000BaseFx所组成的组中选取的以太网标准。
图17是访问单元30的第二组件65的示意图。第二组件65具有通常与参照图15所述的第二组件62类似的配置。但是，第二组件65可包括有源电路。有源电路可以是数据集中器66。访问单元的第二组件65的数据集中器66可配置用于对于到测试节点35的一个物理连接108的数据对齐。只有第二组件65的无源组件被用于经过访问单元30在第一端口58之间传递通信网络的数据业务。第二组件65可基于可由调试工具所确定的电连接来实现。为了说明，物理连接108可以是为第二组件65的有源部件提供功率的USB连接或PoE连接。第二组件65还可将光连接例如用于短路连接105，其中分离器63为光分离器。第二组件62可支持从由10BaseTx、100BaseTx、1000BaseTx、100BaseFx和1000BaseFx所组成的组中选取的以太网标准。第二组件62可用于调试，其中测试节点35仅监听数据业务，或者第二组件62可用于其中测试节点35可断开的正常操作。
虽然参照附图描述了本发明的实施例，但是在其它实施例中可实现修改。为了说明，虽然描述了包括配套插头-插座类型组件的多组件访问单元，但是可使用其它配套组件。为了进一步说明，虽然访问单元可包括允许测试节点在测试、调试或维护期间被耦合到SA系统的通信网络的第二组件，但是第二组件在正常操作期间无需从无源第一组件脱离，而是还可以操作以便仅使用无源元件传递在SA系统的IED之间的数据业务。
按照实施例的访问单元通常满足某个目的，所述目的与非数字SA系统的测试开关的目的类似的，但是适应包括按照62439-3或IEC 61850-8-1和IEC 61850-9-2的通信网络的数字变电站或另一个工业装置的需求和要求。
访问单元可以操作以至少在正常操作期间以及可选地还在测试、调试和维护活动期间经过访问单元传递在IED之间的以太网数据业务。访问单元为SA系统提供以太网测试插头，所述以太网测试插头允许测试节点或其它工具被耦合到通信网络以用于测试、调试和/或维护活动，同时减轻与按照常规方式将测试节点直接插入到通信网络关联的问题。
本文所公开的任何实施例的访问单元可包括安全机构，所述安全机构用来防止通信网络的未经授权洪泛。安全机构可包括仅允许特定经授权第二组件与无源第一组件相接合的机械机构，其与钥匙-锁机构相似。备选地或另外地，安全机构可包括电子认证机构，所述电子认证机构可在访问单元中提供，以防止SA系统中的数据业务的欺诈操纵。
虽然在SA系统的上下文中描述了实施例，但是访问单元也可用于其它工业通信网络。
按照实施例中的任一个的访问单元可以是DANH(具有HSR协议的双附连节点)，而并不局限于此。
本文所公开的任何实施例的访问单元可特别适合供包括HSR环或点对点通信链路或者其它非交换通信网络的SA系统使用，而并不局限于此。本文所公开的任何实施例的访问单元允许测试、调试或维护活动被执行，而无需IED、MU或其它I/O单元的物理数据连接被改变以执行测试、调试或维护活动。
虽然在附图和以上描述中详细描述了本发明，但是这种描述要被认为是说明性或示范性而不是限制性的。根据研究附图、本公开和所附权利要求，对所公开的实施例的变更能够由本领域熟练的并且实践所要求保护的发明的技术人员来理解和实施。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，以及不定冠词“一个（a或an）”并不排除多个。在不同权利要求中叙述某些元件或步骤的纯粹事实不是指示这些元件或步骤的组合不能有利地使用，特别地，除了实际权利要求相关性以外，任何另外的有意义权利要求组合也将被认为被公开。
参考符号列表
10 数字变电站
11、12 汇流条
13-16 电路断路器
17 电流变压器
18 电压变压器
20 SA系统
21 通信网络
22 断路器IED(BIED)
23、24 合并单元(MU)
25、26 智能电子装置(IED)
30 访问单元
31 第一组件
33 第二组件
34 测试装置
41-44 HSR节点
51 第一组件
52 第一组件
53 短路连接
54-57 第一组件
58 第一端口
59 第二端口
61 第二组件
62 第二组件
63 分离器
64 短路连接
65 第二组件
66 数据集中器
70 壳体
71 DIN轨道
72 机械指示器
73 中断机构
81-84 端口
85、86 线缆
87 短路连接
90 壳体
102、103 端口
105 短路连接
106-108 线缆
111 连接
112 测试节点
113 重新连接
114 插入的附加连接。

Claims (13)

1.一种使用具有第一端口(58)和至少一个第二端口(59)的访问单元(30)来访问工业通信网络(21)的方法，所述第一端口(58)在其中没有测试被执行的操作阶段期间保持为连接到所述通信网络(21)，其中所述访问单元(30)包括具有第一端口(58)的第一组件(31)以及可释放地能连接到所述第一组件(31)的至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)，所述方法包括：
在所述访问单元(30)的第一操作状态中，在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间经过所述访问单元(30)传递在所述通信网络(21)的节点(41-44)之间的数据业务；以及
在所述访问单元(30)的第二操作状态中，经由所述访问单元(30)的所述至少一个第二端口(59)将所述数据业务传递给测试节点(34；35)，和/或允许测试数据经由所述访问单元(30)的所述至少一个第二端口(59)注入到所述通信网络(21)中；
其中所述访问单元(30)的所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)连接到所述第一组件(31)，以便将所述访问单元(30)设置成所述第一操作状态或所述第二操作状态中的一个。
2.如权利要求1所述的方法，
其中在所述访问单元(30)的所述第一操作状态中，仅使用无源组件经过所述访问单元(30)在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间传递所述数据业务。
3.如权利要求1或2所述的方法，
其中所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)包括具有所述至少一个第二端口(59)的第二组件(32；61；62；65)，所述第二组件(32；61；62；65)在所述访问单元(30)的至少所述第二操作状态中连接到所述第一组件(31)，以便将所述数据业务传递给所述测试节点(34；35)，和/或允许所述测试数据经由所述访问单元(30)的所述至少一个第二端口(59)注入到所述通信网络(21)中。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中所述访问单元(30)包括第三组件(33)，所述第三组件(33)在所述访问单元(30)的所述第一操作状态中连接到所述第一组件(31)，以经过所述访问单元(30)在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间传递所述节点(41-44)之间的所述数据业务。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
当所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)连接到所述第一组件(31；51；52；54-57)时执行认证过程，以防止对所述通信网络(21)的未经授权的访问。
6.一种用于访问工业通信网络(21)的访问单元(30)，所述访问单元(30)具有：
第一端口(58)，所述第一端口(58)配置用于连接到所述通信网络(21)，所述访问单元(30)配置成在所述访问单元(30)的第一操作状态中在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间经过所述访问单元(30)传递在所述通信网络(21)的节点(41-44)之间的数据业务；以及
至少一个第二端口(59)，所述访问单元(30)配置成在所述访问单元(30)的第二操作状态中经由所述至少一个第二端口(59)将数据业务传递给测试节点(34；35)，和/或允许测试数据经由所述至少一个第二端口(59)注入到所述通信网络(21)中，
其中所述访问单元(30)包括具有所述第一端口(58)的第一组件(31；51；52；54-57)以及至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)，所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)可释放地能连接到所述第一组件(31；51；52；54-57)，以便将所述访问单元(30)设置成所述第一操作状态或所述第二操作状态中的一个。
7.如权利要求6所述的访问单元(30)，
其中所述访问单元(30)配置成仅使用无源组件经过所述访问单元(30)在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间传递所述数据业务。
8.如权利要求6或7所述的访问单元(30)，
其中所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)包括配置成在所述访问单元(30)的所述第二操作状态中连接到所述第一组件(31；51；52；54-57)的第二组件(32；61；62；65)，所述第二组件(32；61；62；65)具有所述至少一个第二端口(59)，以便将所述数据业务传递给所述测试节点(34；35)，和/或允许所述测试数据注入到所述通信网络(21)中。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的访问单元(30)，
其中所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)包括第三组件(33)，所述第三组件(33)配置成在所述访问单元(30)的所述第一操作状态中可释放地连接到所述第一组件(31；51；52；54-57)，以便使所述数据业务能够经过所述访问单元(30)在所述访问单元(30)的所述第一端口(58)之间传递。
10.如权利要求6至9中的任一项所述的访问单元(30)，
其中所述第一组件(31；51；52；54-57)包括插座，以及所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)包括插头，所述插头与所述插座配套以用于将所述至少一个另外的组件(32，33；61；62；65)与所述第一组件(31；51；52；54-57)相连接。
11.如权利要求6至10中的任一项所述的访问单元(30)，
其中所述访问单元(30)包括分离器(63)。
12.一种用于访问工业通信网络(21)的套件，所述套件包括：
如权利要求6至11中的任一项所述的访问单元(30)；以及
测试节点(34；35)，所述测试节点(34；35)配置成连接到所述访问单元(30)，以分析所述通信网络(21)的所述节点(41-44)之间的所述数据业务，和/或生成所述测试数据以用于注入到所述通信网络(21)中。
13.一种数字变电站，包括
多个智能电子装置IED(41-44)；
通信网络(21)，所述IED(41-44)耦合到所述通信网络（21）；以及
如权利要求6至11中的任一项所述的访问单元(30)，所述访问单元(30)耦合到所述通信网络(21)，其中所述访问单元(30)的所述第一端口(58)保持为永久地连接到所述通信网络(21)。
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