JP4813706B2 - 電気開閉器アセンブリ用の制御システムを形成するための方法、及びコンピュータープログラム製品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、システム制御技術の分野に関し、特に、高電圧，中電圧，低電圧開閉器アセンブリ用のシステム制御技術に関する。本発明は、本出願の請求項１及び７の前提部分に記載されるように、電気開閉器アセンブリ用の制御システムの形成用の方法及びコンピュータプログラム製品に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
システム、特に高圧あるいは中圧開閉器アセンブリは、お互いに通信バスを介して接続されたフィールド制御装置を含む、分散システム制御用のシステムによって制御される。工場あるいは変電所の制御システムは、例えば、様々な通信バス及びバスカップラーとともに、フィールド制御装置及びオペレーター局を持つ。フィールド装置は、実際のシステムの目的を遂行するシステム中の主要装置を、制御し、調整し、監視し、保護する。主要装置は、例えば、スイッチ，駆動部，発電機あるいは変圧器であり、バスカップラーが、異なるハードウェア及び/又はプロトコル特性を持つ通信バスを接続することによって、通信バスと一緒に通信ネットワークを形成する。フィールド装置中の個々のソフトウェア機能は、お互いに通信するために、及びオペレーター装置の機能要素あるいはプログラム要素と通信するために通信ネットワークを使用する。フィールド装置のソフトウェア機能、つまりフィールド装置内に格納され、フィールド装置上で実行されうるプログラム要素は、以下の本文で制御システム機能要素、あるいは略して制御システム機能と呼ばれる。これらの制御システム機能の形成、及びこれらの通信手段の形成のための伝統的方法における手順は以下のとおりである。フィールド装置及びそれらの制御システム機能は、それら自身のエンジニアリングツールを用いてそれぞれ形成され、必要な大きさとされる。エンジニアリングツールは、例えばＩＥＣ規格６１８５０に準拠した制御システム機能の規格表示用のモデルを使用する。これらのモデルは特に、フィールド装置モデル，制御機能モデル及び通信モデル、つまりフィールド装置，制御システム等の記述用の規格、を含む。規格化された記述によれば、異なるメーカーによるフィールド装置を混在して形成することが可能となる。
【０００３】
複数の制御システム機能間のインターフェースは、信号リストによって記述される。個々の信号間のリンクを特定するために、統合ツールが用いられる。このためには、個々の制御システム機能の動作の性質及び方法についての知識、及び開閉器アセンブリの構造についての知識が必要である。この仕様は複雑であり、エラーが発生しやすい。
【０００４】
（先行技術文献）
欧州特許出願公開ＥＰ０２２４７１１Ａ１（特開昭６２−１１８７１６号公報）
【０００５】
【発明の説明】
それゆえ本発明の目的は、冒頭で述べたタイプの電気開閉器アセンブリ用の、制御システムの形成用の方法及びコンピュータプログラム製品を提供することである。そして、この方法及びコンピュータプログラム製品は形成プロセスを更に自動化させる。
【０００６】
この目的は、請求項１及び７の特徴を持つ、電気開閉器アセンブリ用制御システム形成のための方法及びコンピュータプログラム製品によって達成される。
【０００７】
電気開閉器アセンブリ用の制御システムの形成のための本発明による方法は、開閉器アセンブリの主要装置モデル及びトポロジーモデルを使用する。第一の制御システム機能を形成するために、この機能が主要装置及びフィールド装置に割り当てられ、その後、自動的に第二の制御システム機能を決定するために、主要装置モデル及びトポロジーモデルが用いられる。ここで、第二の制御システム機能のデータ及び手順は、システムの動作中に第一の制御システム機能によって必要とされる。
【０００８】
本発明の一つの好ましい変形では、第一の制御システム機能及び第二の制御システム機能の間の通信リンクは、通信モデルを基にして自動的に決定される。この場合には、第二の制御システム機能はそれぞれ、既にフィールド装置に割当て済みか、あるいは自動的に割当て可能である。
【０００９】
本発明による方法は、フィールド装置及び制御システム機能のモデルを持つだけでなく、それらと主要装置との関係及び開閉器アセンブリのトポロジーとの関係についてのモデルも持つので、システム機能を制御するための、複数の信号間の複雑な関連付けは不要である。統合ツールによる複数の信号間のリンクの仕様のみならず、制御システム機能及び通信方法についての、これまでばらばらであった工学的手順もが、本発明による方法で一緒に自動化される。
【００１０】
本発明の一つの好ましい変形では、開閉器アセンブリがオフラインのエンジニアリングフェーズにある時に本方法が実行される。本方法は、制御システム機能及び通信ユニットのための形成パラメータを決定するために用いられる。ここで、この制御システム機能のための形成パラメータは、対応する制御システム機能内にロードされうるし、通信ユニットのための形成パラメータは対応する装置内にロードされうる。
【００１１】
本発明の別の好ましい変形では、開閉器アセンブリがオンライン形成フェーズにあるときに、本方法が実行される。この方法は、制御システム機能及び通信ユニットのための形成パラメータを決定するために用いられる。ここで、この形成パラメータは、対応する制御システム機能あるいは装置内にそれぞれロードされうる。
【００１２】
更に別の好ましい実施例は従属請求項に記載される。
【００１３】
【発明の実施化へのアプローチ】
図１は、良く知られたＵＭＬ（統一モデル言語）表記法に基づいて本発明によって用いられるモデルの記述を示す。この場合には、接続ラインは構成要素間の関係あるいは関連付けを示す。接続ラインの端部の平行四辺形は、“コンテント”関係を示し、一方、矢印は“クラス−サブクラス”関係を示す。「関係」の端部の数字は、「関係」にどれだけの数の構成要素が含まれているかを示す。ここで星印（＊）は１より大きい数を示す。
【００１４】
このモデル記述は、フィールド装置モデル，通信モデル，制御機能モデル，主要装置モデル及びトポロジーモデル間の関係を定義する。これらのモデルは、それ自身で説明的であり、対応する開閉器アセンブリのシステム及び構成要素を意味する。
【００１５】
従って、例えば以下の文章で“フィールド装置”なる言葉が出てきた場合には、
１． 実際のフィールド装置
２． データ処理システム中の、あるいは機械読み取り可能な記憶メディア上の、実際のフィールド装置を表すフィールド装置モデル
３． フィールド装置モデルのコンテンツ及び構造を定義するためのモデル記述
のいずれの意味かを区別する必要がある。
【００１６】
文面から明らかで無い場合には、その区別は、適切な接頭辞あるいは接尾辞によって示される。上記区別に従って、異なった参照符号もまた用いられる。例えば、モデル記述の要素としてのスイッチを示す図１の“ＣＢＲ”及び、実際のシステムでの個々のスイッチとしての図２の“ＱＡ１”はそれぞれ、フィールド装置モデルでのそれぞれの意味を示すために用いられる。同様の状況が、通信手段，制御機能，主要装置及びトポロジーユニットにおいて当てはまる。
【００１７】
フィールド装置モデルは個々のフィールド装置を記述し、フィールド装置モデルはフィールド装置モデル記述によって記述される。フィールド装置の例としては、自分自身のデータ処理ユニット，メモリー手段，そして、もしかすると、付随するセンサーを伴った、フィールド制御装置あるいは装置キャビネットのサブユニットを含む。フィールドモデル記述１によると、フィールド装置はＩＥＤ（“知的電子装置”）によって表される。知的電子装置ＩＥＤは、よく知られたクライアント／サーバーモデルに従って、他の装置あるいは制御システム機能へデータあるいは機能を提供する、少なくとも一つのサーバーＳＲＶを含む。サーバーは少なくとも一つの論理装置ＬＤＥＶを含む。
【００１８】
通信モデルは、開閉器アセンブリのために、通信システム内の通信ユニットあるいは通信手段を記述する。そして通信モデルそれ自身は、通信モデル記述２によって記述される。通信ユニットはネットワークノードＡＰ及び通信バスＢＵＳである。図１のモデルからわかるように、知的電子装置ＩＥＤは、少なくとも一つのネットワークノードＡＰを持つ。一つあるいはそれ以上のネットワークノードＡＰが通信バスＢＵＳと関連付けられる。
【００１９】
制御機能モデルは、略して制御システム機能と呼ばれる制御システム機能要素を記述する。そして、制御機能モデル自身は、制御機能モデル記述３によって記述される。この記述はＩＥＣ規格６１８５０に基づいているのが好ましい。この規格は、相互エイリアス，局制御技術のための制御システム機能，及び対応するデータタイプ及び通信リンクを定義する。制御システム機能のうち最も小さいユニットはまた、ＩＥＣ規格６１８５０で論理的ノードあるいは論理ノードＬＮと呼ばれる。このような制御システム機能には、例えば、スイッチやディスコネクタを作動させるため、過電流保護のため、距離保護のため、あるいは再接続機能のためのプログラム要素を含む。一つあるいはそれ以上の論理ノードＬＮが、論理装置ＬＤＥＶという省略形でフィールド装置モデル中に記述される。ある機能は、機能装置あるいはプログラム装置として、つまりフィールド装置上で記憶され実行されうる、コンピュータプログラムコードとして実現される。論理ノードＬＮはデータオブジェクトＤＯを含む。データオブジェクトＤＯは、一つあるいはそれ以上の測定信号値あるいは計算信号値あるいは状態属性を表す。
【００２０】
主要装置モデルは主要装置を記述し、それ自身が主要装置モデル記述４によって記述される。主要装置には、例えば、スイッチＣＢＲ，ディスコネクタＤＩＳあるいは変圧器ＰＴＲを含む。主要装置ＰＲＩＭＤＥＶはスイッチフィールドＢＡＹと関連付けられる。そして、このスイッチフィールドＢＡＹは副局ＳＵＢＳＴと関連付けられる。
【００２１】
トポロジーモデルはトポロジーユニットを記述し、トポロジーモデル自体はトポロジーモデル記述５によって記述される。トポロジーユニット群及びそれらの間の関係は、開閉器アセンブリの高圧部あるいは中圧部の、及び副局群間のリンクのトポロジーを記述する。トポロジーユニットには、例えば、フィールドノード，母線あるいは電力線への出線を含む。“トポロジーノード”ＴＮモデルクラスは、これらのユニットの記述を結合する。
【００２２】
本発明によれば、種々のモデルがお互いに結合される。最初に、主要装置ＰＲＩＭＤＥＶ及びトポロジーノードＴＮがお互いに結合され、これによって、実際の主要装置間の相互接続が、実際のトポロジーユニットを介して表現される。これらのノード、例えば、その間にスイッチが配置される二つの母線は、スイッチのような実際の主要装置に割当てられる。一つあるいはそれ以上のトポロジーノードＴＮが、その主要装置ＰＲＩＭＤＥＶの性質に応じて、その主要装置に割当てられる。二番目に、論理ノードＬＮ及び主要装置ＰＲＩＭＤＥＶはお互いに関連付けられ、これにより、主要装置及び制御システム機能がお互いに関連付けられるという状態を記述することが可能となる。
【００２３】
本発明による方法は、図２を参照して二つの例によって説明される。図２は開閉器アセンブリ及びそれに関連付けられた制御システムの概略図である。
【００２４】
この図は、開閉器アセンブリのＥ１Ｑ１，Ｅ１Ｑ２，Ｅ１Ｑ３の３つのフィールド、及び、ユーザーによる操作用の通常の入出力手段を持つデータ処理装置ＫＡ０を伴ったオペレーター局ＡＡ１を示す。個々のフィールドＥ１Ｑ１，Ｅ１Ｑ２，Ｅ１Ｑ３のそれぞれはフィールド装置を持ち、そのフィールド装置は制御器ＫＡ１，保護装置ＦＡ１あるいは入出力装置ＫＢ１である。
【００２５】
本発明における方法との関連は必須では無いが、ここで用いられ、以下の文章でも用いられる、ＡＡ１，ＫＡ１，等の用語は、ＩＥＣ規格６１３４２のそれと一致している。ＫＡ１，ＦＡ１，ＫＢ１，ＹＷ１，等の用語は、システムにおける実際の装置及び制御システム機能、及びデータ処理システムでのそれらの表現を表わす。特定の装置を一意的に特定するために、その前にまずフィールドを特定されなければならない。例えば、Ｅ１Ｑ１ＱＡ１はフィールドＥ１Ｑ１のスイッチＱＡ１を表示する。
【００２６】
主要装置の制御及び監視用の制御システム機能は、フィールド装置上にインストールされる。フィールド装置は通信ユニットにより、つまり、より高位レベルのバスＹＷ１及びプロセスバスＹＷ２によって、お互いにリンクされる。スイッチＱＡ１，ディスコネクターＱＢ１，ＱＢ２及び電圧センサーあるいは測定装置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、のような主要装置は、制御システム機能に割り当てられる。主要装置はトポロジーユニットにより、つまり母線，フィールドノード及び線路によってお互いに結合される。
【００２７】
同期チェック機能の形成が最初の例として説明される。この制御システム機能は、開放スイッチの両端に存在する電圧の同期をチェックする。この電圧値の間に予め定められた合致が無い限り、このスイッチを閉じることは許されない。予め定められた制御システム機能のために同期チェック機能（この機能はスイッチＱＡ１のためのスイッチ制御機能であり、フィールドＥ１Ｑ１において装置ＫＡ１上で実行される）を形成するために、本発明の方法は以下のように実行される。
【００２８】
ａ）ユーザー入力あるいはより高位レベルの形成システムが、新たにインストールされる同期チェック機能がフィールドＥ１Ｑ１のスイッチＱＡ１と関連付けられることを決定する。
【００２９】
ｂ）同様に、同期チェック機能が、その上で制御システム機能がインストールされ実行されることが予定されているフィールド装置と関連付けられる。
【００３０】
ｃ）同期チェック機能が関連付けられるソフトウェアユニットあるいはソフトウェアエージェントが、（制御システム機能が必要とする）情報を表示し、あるいはこの情報を決定する方法を実行する。この状態で、ソフトウェアエージェントは、そのタスクを遂行するために、更に引き続く制御システム機能のうちのいずれと同期チェック機能が通信すべきかを決定する。同期チェック機能は、スイッチの両端の電圧を検出する電圧センサーからの測定値を必要とする。ソフトウェアエージェントが、スイッチの一端に電圧センサーＸ１があることを決定するために、トポロジーモデルを使用する。スイッチの他端のフィールドＥ１Ｑ１には電圧センサーが存在しない。ソフトウェアエージェントは、スイッチから出発して、トポロジーモデルを通して組織的にサーチするので、ディスコネクターＱＢ１あるいはＱＢ２が閉じているかどうかに従って、求める電圧が電圧センサーＸ２あるいはＸ３のうちの一つに現れていることを決定する。その結果、第一に物理的電圧センサーが識別され、そして、第二に、ディスコネクターＱＢ１とＱＢ２の状態に従って、システムの動作中にいずれの電圧センサーが考慮に入れられなければならないかがわかる。システムモデルから知ることのできる、主要装置と制御システム機能間の関連付けを基にして、いずれの制御システム機能が、動作中のディスコネクターＱＢ１及びＱＢ２の状態、及び電圧センサーＸ２及びＸ３の電圧を提供するかが知られる。ソフトウェアエージェントはこのように、電圧センサーからの測定電圧の検知及び前処理を実行する制御システム機能を決定する。この場合、フィールドＥ１Ｑ２の装置ＫＡ１で実行される測定機能が存在する。これらの各測定機能に対する通信アドレスもまた、このようにして知られる。ＩＥＣ規格６１８５０で定義されるように、機能の記述に際しては標準意味論が用いられるので、制御システム機能とソフトウェアエージェントは各々独立に開発できる。
【００３１】
ｄ）もし、本発明による方法がエンジニアリングツールを用いてオフラインで実行されるなら、同期チェック機能と測定機能間の通信リンクを形成するために、例えば信号テーブルの記載によって、これらの通信アドレスが用いられる。開閉器アセンブリがその後使用されるなら、そのような形成データが、対応する制御システム機能あるいは制御器及び通信ユニットにロードされうる。もし、開閉器アセンブリがオンライン形成フェーズでこの方法が実行されるなら、通信アドレスが、それぞれ関連する制御システム機能及び通信ユニット内に入力され、あるいはロードされる。例えば、測定機能への入力がなされると、測定機能はその測定データを同期チェック機能用の特定のアドレスに伝送せねばならない。逆に、同期チェック機能用の入力がなされると、必要なアドレスは、測定機能に対応する送信アドレスから得られる。
【００３２】
ｅ）類似したやり方で、通信リンクもまた、対応する主要装置用の同期チェック機能とスイッチ制御機能の間にセットアップされる。そして、この通信リンクを介して、対応するスイッチＱＡ１を閉じるための使用許可信号が、スイッチ制御機能へ伝送される。
【００３３】
ディスコネクター用のインターロック機能の形成が、第二の例として説明される。ディスコネクターは、開放するリンクに電流が流れていない時だけ開放することができる。このことは、もしスイッチ及びディスコネクタの現在の位置が特定の条件を満足するならば保証される。ＥＰ−Ａ−０ ２２４ ７１１ は、システムのトポロジーモデルを基にして、どのようにしてこれらの条件が自動的に決定されるかを記述する。システムの動作中にこれらの条件をチェックするためには、前述したようなスイッチとディスコネクタの現在の位置をインターロック機能が知る必要がある。本発明における方法によれば、
ａ）第一の例のように、主要装置（この場合にはＱＢ１のようなディスコネクター）及びフィールド装置に割り当てられる全てのもののうち、最初に割り当てられるものは、形成されるべきインターロック機能となる。
【００３４】
ｂ）引用された特許ＥＰ−Ａ−０ ２２４ ７１１では、その位置情報が必要とされるそれらのスイッチ及び/又はディスコネクターを決定するために、トポロジーモデルが用いられ、それらの位置情報の論理的リンクのための条件が決定される。
【００３５】
ｃ）主要装置と制御システム機能の間のモデル化された関連付けが、対応するスイッチとディスコネクター（これらは上記の必要な位置情報を持つ）の制御機能を決定するために用いられる。
【００３６】
ｄ）最初の例で説明されたように通信機能は、スイッチ及び/又はディスコネクターの制御機能とインターロック機能の間でそれぞれ形成され、あるいはセットアップされる。
【００３７】
本発明による方法の一つの好ましい変形では、主要装置モデル及び／又はトポロジーモデルからのデータが、制御システム機能のための形成パラメーターを決定するために用いられる。例えば、測定値についての監視限度値は、主要装置モデルに含まれる変圧器の定格データに基づいて、制御システムの監視機能で自動的に設定される。このような測定値は例えば、変圧器に加えられた電圧や、変圧器を通して伝送される電圧―電流レベルである。本発明による方法のこの変形に対する更なる例としては、以下が挙げられる。
・例えば、測定装置からのデータを基にして１６ビット整数型で検知された測定値をＳＩ単位に変換するような、スケーリングパラメーターの自動計算
・その遅延時間の監視のためのタイムリミットを自動的に設定するために、スイッチの遅延時間が用いられる。
・ケーブル保護機能のための保護パラメータは、ケーブルの定格データから決定される。
本発明によるコンピュータプログラム製品は、電気開閉器アセンブリの動作中に、電気開閉器アセンブリのための制御システムの形成用に記述された方法を、データ処理ユニット上、あるいは一つあるいはそれ以上のコンピュータ上で実行する、格納されたプログラムコードを持つ。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
本発明の主題は、「発明の実施化への取り組み」で、添付された図面により図解される、好ましい実施例を参照してより詳細に説明される。ここでその図面として、
【図１】は、ＵＭＬ（統一モデル言語）に基づいた、本発明に従って使用されるモデルの記述を示し、
【図２】は、開閉器アセンブリ及びそれに関連付けられた制御システムの概略図を示す。
図面に用いられる参照符号及びそれらの意味は、「符号の説明」欄に示されている。原則的に、同一の部品には図面中で同一の参照番号が付される。
【符号の説明】
１ フィールド装置モデル記述
２ 通信モデル記述
３ 制御機能モデル記述
４ 主要装置モデル記述
５ トポロジーモデル記述
ＡＰ ネットワークノード
ＢＡＹ スイッチフィールド
ＢＵＳ 通信バス
ＣＢＲ スイッチ
ＤＩＳ ディスコネクター
ＤＯ データオブジェクト
ＩＥＤ 知的電子装置
ＬＤＥＶ 論理装置
ＬＮ 論理ノード
ＰＲＩＭＤＥＶ 主要装置
ＰＴＲ 変圧器
ＱＡ１ スイッチ
ＱＢ１ ディスコネクター
ＳＲＶ サーバー
ＳＵＢＳＴ 副局
ＴＮ トポロジーモデル内の構成要素である、トポロジーノード
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ 電圧センサー
ＹＷ１ より高位のバス
ＹＷ２ プロセスバス
ＫＡ１ 制御器
ＦＡ１ 保護装置
ＫＢ１ 入出力装置

Claims (8)

1. 電気開閉器アセンブリ用の制御システムの形成方法であって、
   フィールド装置の表示用にフィールド装置モデルを使用し、当該開閉器アセンブリの制御システム機能の表示用に制御機能モデルを使用する、当該電気開閉器アセンブリ用の制御システムの形成方法において、
   当該開閉器アセンブリ内の主要装置の表示用に主要装置モデルを使用し、当該開閉器アセンブリのトポロジーモデルを使用し、
   ａ）当該主要装置モデルによって第一の制御システム機能と主要装置を関連付けるステップ
   ｂ）当該フィールド装置モデルによって当該第一の制御システム機能とフィールド装置を関連付けるステップ
   ｃ）当該トポロジーモデルを基にして、当該アセンブリの動作中に当該第一の制御システム機能が要求する第二の制御システム機能を自動決定するステップ
   を含むことを特徴とする電気開閉器アセンブリ用の制御システムの形成方法。
2. 当該方法が通信手段を表すために通信モデルを使用する当該方法であり、
   ｄ）当該通信モデルに基づいて、当該第一の制御システム機能と当該第二の制御システム機能との間の通信リンクを自動決定するステップ
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 制御システム機能が、当該制御システム機能が要求する情報の表示を決定し、当該第二の制御システム機能の自動決定を実行する、上記制御システム機能が、当該制御システム機能を形成するためのソフトウェアエージェントに割当てられることを特徴とする請求項１に記載された方法。
4. 当該開閉器アセンブリがオフライン・エンジニアリング・フェーズにあるときに当該方法が実行され、そして、当該方法が実行されるときに、制御システム機能及び通信ユニットのために形成パラメーターが決定され、それぞれ、対応する制御システム機能又は通信ユニットにロードされうることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
5. 当該開閉器アセンブリがオンライン形成フェーズにあるときに当該方法が実行され、そして、当該方法が実行されるときに、制御システム機能及び通信ユニットの形成パラメーターが決定され、それぞれ、対応する制御システム機能又は通信ユニットにロードされることを特徴とする請求項１に記載された方法。
6. 主要装置モデルからの、及びトポロジーモデルからのデータに基づいて、制御システム機能のための形成パラメーターが決定されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
7. プログラムコードが格納されたコンピュータープログラム製品であって、当該プログラムコードがデータ処理ユニット上で動作中に、電気開閉器アセンブリのために制御システムを形成するための方法を実行し、当該方法がフィールド装置の表示用にフィールド装置モデルを使用し、当該開閉器アセンブリの制御システム機能の表示用に制御機能モデルを使用する、プログラムコードが格納された当該コンピュータープログラム製品であって、
   開閉器アセンブリの主要装置の表示用に主要装置モデルを使用し、開閉器アセンブリのトポロジーモデルを使用し、
   ａ）当該主要装置モデルによって、第一の制御システム機能と主要装置とを関連付けるステップ
   ｂ）当該フィールド装置モデルによって、当該第一の制御システム機能とフィールド装置とを関連付けるステップ
   ｃ）当該トポロジーモデルに基づいて、当該アセンブリの動作中に、当該第一の制御システム機能が要求する第二の制御システム機能を、自動決定するステップを含むことを特徴とする、当該プログラムコードが格納されたコンピュータープログラム製品。
8. 通信手段を表示するために、実行される当該方法が通信モデルを使用し、
   ｄ）当該通信モデルに基づいて、当該第一の制御システム機能と当該第二の制御システム機能との間の通信リンクを自動決定するステップを更に含むことを特徴とする、請求項７に記載されたプログラムコードが格納されたコンピュータープログラム製品。

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