用于与监视监测和控制布置相连接的仪器和方法发明背景
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IED
LN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。