[发明专利]工业控制系统中的区域间通信

说明书

本发明涉及采用包括经由连接或边界一次装置或元件所连接的若干相邻区域的过程或一次结构的用于工业过程的工业自动化和控制系统(IACS)。IACS包括多个通信上互连的智能电子装置(IED)，其中低级或过程级IED与工业过程的一次装置进行交互并且被指配给工业过程的一次装置，并且若干高级或系统级IED代表若干区域来实现和运行高级功能。IACS包括两个高级IED之间的逻辑通信链路，以用于在通信不可用或者后者的完全故障的情况下绕过连接IED。通信链路实现在高级IED之间传送或交换概括或者预处理过程信息，其包括从区域的第一区域的一个或多个低级IED始发并且对代表另外一些区域的高级功能是相关的数据和信号。这降低在高级功能上和通信网络中的通信负荷，同时保持与完全中央解决方案相当的可用性等级。

技术领域

本发明涉及用于控制大规模工业过程的过程控制系统的领域，以及具体来说涉及用于操作高压和中压电力网中的变电站的变电站自动化系统。更具体来说，本发明涉及取决于来自过程控制或变电站自动化系统的区域连接智能电子装置的信息的高级功能。

背景技术

过程控制或者工业自动化系统广泛地用来保护、控制和监测用于例如制造商品、变换物质或者生成电力的工业工厂中的工业过程，以及监测和控制分布式一次系统、例如电力、水或气供应系统或者电信系统(包括其相应变电站)。工业自动化系统一般具有分布在工业工厂中或者遍布于分布式一次系统并且经由通信系统在通信上互连的大量过程控制器或智能电子装置。

高压和中压电力网中的变电站包括一次装置，例如电缆、线路、母线联络（bustie）、开关、电力变压器和仪表变压器，其一般设置在开关场和/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，即，所谓的智能电子装置(IED)。IED可以以分级方式指配给站、间隔或过程级中的一个。SA系统的站级包括具有人机界面(HMI)的操作员工作站(OWS)以及到网络控制中心(NCC)的网关。间隔级上的IED也称作间隔单元，它们又相互连接以及经由间隔间或站总线连接到站级上的IED，主要用于交换命令和状态信息。过程级上的IED包括用于电压(VT)、电流(CT)和气体密度测量的电子传感器、用于感测开关和变压器抽头变换器位置的接触探针和/或用于控制例如电路断路器或隔离开关等开关设备的智能致动器(I/O)。示范过程级IED、例如非常规电流和电压变压器包括用于模拟信号的取样的模数(AD)转换器。过程级IED经由过程总线(其能够被认为是替代常规硬连线点对点连接的过程接口)连接到间隔单元。

由国际电工委员会(IEC)作为标准IEC 61850的一部分(标题为“电力公司中的通信网络和系统”)引入了变电站的二次装置之间的通信的通信标准。该标准定义作为工业以太网上的多播消息来发布作为通用面向对象的变电站事件(GOOSE)的基于时间关键事件的消息以及作为取样值(SV)的来自过程级上的电流或电压传感器的数字化测量数据的格式。GOOSE和SV消息一般通过过程总线(其可延伸到对其指配传感器或源IED的间隔之外的相邻间隔)来传送。

在分布式过程控制系统中，在高级控制器上实现的高级功能依靠提供所需输入数据并且用作对过程的致动器的低级过程控制器。高级功能性可按照区域或段来结构化，其中区域定义工业过程的区域或扇区，即，一组相互关联或者互连的一次装置或元件。高级功能实例按照协调方式(包括按照相同方式)与特定区域中的同一种类或类型的一次装置(例如全部传感器、阀、驱动器或制动器)进行交互。高级功能可经由连接或共享低级过程控制器(其与指配给彼此相邻区域的两个或更多高级控制器进行交互)来链接或互联。

专利申请EP1819022公开一种分布式开关场区域管理，其使负责计算、指配和存储与包括通过线路所互连的开关场元件的高压或中压开关场的开关场区域有关的信息的单个中央智能电子装置(IED)的故障所引起的潜在损坏为最小，并且其中开关场通过包括多个智能电子装置的变电站自动化系统来操作。