ANÁLISIS DE CONFIGURACIÓN DE COMUNICACIÓN EN UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS.

Análisis de configuración de comunicación en un sistema de control de procesos Campo de la invención La invención se refiere al campo de los sistemas de control de procesos, y en particular a sistemas de automatización de subestaciones, con una representación de configuración estandarizada. Antecedentes de la invención Las subestaciones en redes de energía de alta y media tensión incluyen dispositivos primarios tales como cables eléctricos, líneas, barras de bus, conmutadores, transformadores de potencia y transformadores de medida, que están generalmente dispuestos en los patios y/o bahías de conmutación. Estos dispositivos primarios son operados de forma automatizada a través de un sistema de automatización de subestaciones (SA). El sistema de SA comprende dispositivos secundarios, llamados dispositivos electrónicos inteligentes (IED), responsables de la protección, el control y la monitorización de los dispositivos primarios. Los IEDs pueden ser asignados a niveles jerárquicos, es decir, el nivel de la estación, el nivel de la bahía, y el nivel de proceso, estando este último separado del nivel de bahía por una llamada interfaz de proceso. El nivel de la estación del sistema de SA incluye una estación de trabajo del operador (OWS), con una interfaz hombre-máquina (HMI) y una puerta de entrada a un Centro de Control de Red (NCC). Los IEDs en el nivel de la bahía, llamado también unidades de la bahía, a su vez están conectados entre sí, así como a los IEDs en el nivel de la estación a través de una inter-bahía o bus de estación, que sirve sobre todo para el propósito de intercambiar información de estado y comandos. Los IEDs en el nivel de proceso incluyen sensores electrónicos para las mediciones de tensión (VT), corriente (CT) y densidad del gas, sondas de contacto para la detección de las posiciones del cambiador de tomas del conmutador y el transformador, y/o actuadores inteligentes (I/O) para el control conmutadores tales como conmutadores o seccionadores. IEDs de ejemplo de nivel de procesos como transformadores de corriente o de tensión no convencionales comprenden una de convertidor analógico a digital (AD) para el muestreo de señales analógicas. Los IEDs de nivel de procesos están conectados a las unidades de bahía a través de un bus de proceso, que puede considerarse como la interfaz de proceso que reemplaza la interfaz de proceso cableada convencional. Esta última se conecta a un transformador de corriente o de tensión convencional en el conmutador al equipo de nivel de bahía a través de cables de cobre dedicados, en cuyo caso las señales analógicas de los transformadores del instrumento se muestrean mediante las unidades de bahía. Un estándar de comunicación para la comunicación entre los dispositivos secundarios de una subestación se ha introducido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) como parte de la norma IEC 61850 titulada "redes de comunicación y sistemas en subestaciones". Para los mensajes críticos que no son de tiempo, IEC 61850-8-1 especifica el protocolo de especificación de mensajes de fabricación (MMS, ISO/IEC 9506) basado en una pila de protocolo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) reducida con el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de Internet (IP) en la capa de transporte y de red, respectivamente, y Ethernet y/o RS-232C como medio físico. Para eventos basados en mensajes críticos en el tiempo, IEC 61850-8-1 especifica los eventos de subestaciones orientados a objetos genéricos (GOOSE) directamente en la capa de enlace Ethernet de la pila de comunicación. Para señales que cambian periódicamente muy rápido a nivel de proceso, tales como voltajes y corrientes analógicas medidas, IEC 61850-9-2 especifica el servicio del valor de la muestra (SV), que al igual que GOOSE se basa directamente en la capa de enlace Ethernet. Por lo tanto, la norma define un formato para publicar, como mensajes de multidifusión en una red Ethernet industrial, mensajes basados en eventos y datos digitalizados de medición de los sensores de corriente o tensión en el nivel de proceso. Los mensajes SV y GOOSE son transmitidos a través de un bus de proceso, lo que puede, particularmente en subestaciones rentables de media o de baja tensión, extenderse a las bahías vecinas, es decir, más allá de la bahía a la que se le asigna el sensor. En este último caso, el bus de proceso transmite, además de los datos de proceso, mensajes intercambiados de otra manera relacionados de comando y/o relacionados con el estado a través de una estación dedicada. A continuación, la distinción entre el proceso y el bus de estación en los sistemas de SA se elimina. En general, la tecnología de los sistemas de comunicación, dentro de las Redes de Área Local (LAN) construidas mediante la conexión de una pluralidad de ordenadores u otros dispositivos inteligentes juntos, un concepto llamado "LAN virtual" (VLAN) utiliza la funcionalidad de agrupar de forma arbitraria y lógica terminales o nodos que están conectados a conmutadores de la red. Ethernet VLANs según IEEE 802.1Q permiten restringir el acceso a los terminales conectados a una red Ethernet dentro de una VLAN, así como la restricción del flujo de datos de mensajes de multidifusión Ethernet a partes predefinidas de la red Ethernet, donde se conectan los terminales receptores que pertenecen a la misma VLAN. Por lo tanto, una VLAN es capaz de reducir el tráfico innecesario en la red y garantizar la seguridad. En el estado de la técnica, las definiciones de redes VLAN basadas en conmutadores Ethernet se manejan dentro de conmutadores Ethernet, por lo tanto, este último tiene que ser configurado o ser conscientes de otra manera de la VLAN relevante. Específicamente, para cada puerto de un conmutador, el conmutador tiene que saber si un mensaje 2   determinado de entrada VLAN (multidifusión) se enviará a este puerto o no, es decir, si este puerto también pertenece como puerto de salida a la VLAN del mensaje entrante. En el estado de la técnica, redes basadas en conmutación Ethernet se supone que cualquier terminal conectado pertenece a una VLAN específica. Este terminal sólo puede hablar entonces con otros terminales que pertenecen a la misma VLAN. Al configurar los conmutadores, los puertos de estos terminales de comunicación son llamados puertos de acceso, y estos puertos de acceso sólo se les permite pertenecer a una VLAN, mientras que los otros puertos internos en el sistema de comunicación, llamados puertos troncales, puede pertenecer a varias VLAN. Tan pronto como son conocidos los IDs de la VLAN de los puertos de acceso, los conmutadores pueden determinar automáticamente los IDs de la VLAN a la que los puertos troncales deben pertenecer. Los sistemas de SA basados en IEC61850 se configuran por medio de una representación de la configuración estandarizada o la descripción del sistema formal llamado descripción de configuración de subestaciones (SCD). Un archivo SCD comprende el flujo lógico de datos entre los IEDs en una base "por mensaje", es decir, para cada fuente del mensaje, una lista de destino o IEDs receptores, el tamaño de los mensajes en términos de las definiciones de conjuntos de datos, así como las velocidades de envío de mensajes para todo el tráfico periódico como informes GOOSE, SV y de integridad. El archivo SCD también especifica la distribución de mensajes de multidifusión en redes virtuales de área local (VLAN) en donde un solo IED puede enviar diferentes mensajes en tiempo real para diferentes propósitos en diferentes VLANs del sistema de comunicación de SA. Por lo tanto, el concepto anterior de puertos de acceso no se puede aplicar; sin embargo el concepto de puertos de borde, es decir, puertos que no tienen que ser considerados en el algoritmo para evitar el bucle RSTP en las redes de malla física, sigue siendo válido (en esta notación, un puerto de borde conectado a un nodo de extremo o IED que se asigna a una sola VLAN corresponde a un puerto de acceso). Esto complica la configuración de VLANs en los conmutadores. Para grandes sistemas de control de procesos con mayores necesidades de comunicación crítica en tiempo real debido a la comunicación de multidifusión que atraviesa todo el sistema, la carga de la red de comunicación se vuelve crítica. Esto es especialmente cierto para los mensajes de multidifusión GOOSE y SV de acuerdo con IEC 61850, y tiene un impacto en todo el sistema de comunicación, así como en receptores de mensajes individuales. Además, la consistencia, la integridad y/o la corrección de las definiciones de flujo de datos, particularmente en los sistemas de control de proceso de hasta 500 IEDs que se comunican entre sí, no son fáciles de verificar, o incluso visualizar. En este contexto, los principios y procedimientos de la siguiente invención no se limitan a... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de análisis una configuración de comunicación de un sistema de control de proceso PC, y en particular de un sistema de automatización de subestaciones SA, con una pluralidad de dispositivos electrónicos inteligentes IEDs conectados a una red de comunicación basada en conmutadores Ethernet, y con un IED emisor que envía mensajes diferentes que incluyen mensajes de multidifusión periódicos a diferentes IEDs receptores predeterminados y con mensajes de multidifusión periódicos que se envían mediante un conmutador de la red de comunicaciones, que comprende - recuperar, para cada IED emisor de la pluralidad de IEDs y para cada mensaje configurado para ser transmitido mediante dicho IED emisor, a partir de una representación de la configuración del sistema de PC que comprende definiciones de flujos de datos lógicos, los IEDs receptores a los que se destina el mensaje; y - evaluar, para cada IED receptor de la pluralidad de IEDs, todos los mensajes destinados para este IED receptor. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende - recuperar, para cada IED emisor y para cada mensaje transmitido mediante dicho IED emisor, a partir de la representación de la configuración del sistema PC, información indicativa del tamaño del mensaje o de la velocidad de envío, en el que la etapa de evaluación comprende: - consolidar, para cada IED receptor, la información recuperada de todos los mensajes destinados para este IED receptor, - determinar, para cada IED receptor, una carga de comunicación basada en la información consolidada. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende - recuperar, por informes basados en eventos, una velocidad de cambio de datos generales y un tamaño de ráfaga. 4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende - recuperar, para cada IED emisor y para cada mensaje transmitido por dicho IED emisor, a partir de la representación de la configuración del sistema PC, un identificador de red de área local virtual VLAN ID, en el que la etapa de evaluación comprende: - consolidar, para cada IED receptor, los IDs de VLAN de todos los mensajes destinados para este IED receptor, y - asignar los IDs de VLAN consolidado a un puerto de borde de un conmutador de la red de comunicaciones al que este IED receptor está conectado. 5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de evaluación comprende - generar una representación 3D en tres dimensiones de la pluralidad de IEDs, con una distancia máxima entre cualesquiera dos IEDs y una distancia mínima entre cualesquiera dos mensajes de intercambio, y - mostrar esta representación en 3D para inspección óptica de un usuario. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende - maximizar la distancia entre cualesquiera dos IEDs mediante la definición de una fuerza repulsiva, y la minimizar la distancia mediante la definición de una fuerza de atracción entre las representaciones de los IEDs, y - recuperar, a partir de la representación de configuración, información indicativa del tipo de mensaje o tamaño y codificar este último en la representación en 3D. 7. Herramienta de ingeniería para sistemas de control de procesos PC, y en particular para sistemas de automatización de subestaciones SA, con una pluralidad de dispositivos electrónicos inteligentes IEDs conectados a una red de comunicación basada en conmutadores de Ethernet, y con un IED emisor que envía diferentes mensajes, incluyendo mensajes de multidifusión periódicos a diferentes IEDs receptores predeterminados y con mensajes de multidifusión periódicos enviados mediante un conmutador de la red de comunicación, y con mensajes de multidifusión periódicos enviados mediante un conmutador de la red de comunicación, adaptada a - recuperar, para cada IED emisor de la pluralidad de IEDs y para cada mensaje configurado para ser transmitido mediante dicho IED emisor, a partir de una representación de la configuración del sistema de PC que comprende definiciones de flujo de datos lógicos, los IEDs receptores a los que se destina el mensaje, y 7   - evaluar, para cada IED receptor de la pluralidad de IEDs, todos los mensajes destinados para este IED receptor. 8. Herramienta según la reivindicación 7, caracterizado porque está adaptado para - recuperar y consolidar, para cada IED receptor, información indicativa del tamaño del mensaje y la velocidad envío de todos los mensajes destinados para este IED receptor, y - determinar, para cada IED receptor, una carga de comunicación basada en la información recuperada y consolidada. 9. Herramienta según la reivindicación 7, caracterizado porque está adaptada para - recuperar y consolidar, para cada IED receptor, identificadores de red de área local virtual VLAN IDs de todos los mensajes destinados a este IED receptor, y - asignar los IDs de VLAN consolidados a un puerto de borde de un conmutador de la red de comunicaciones al que está conectado el IED receptor. 10. Herramienta según la reivindicación 7, caracterizado porque está adaptada a - generar una representación 3D en tres dimensiones de la pluralidad de IEDs, con una distancia máxima entre cualesquiera dos IEDs y una distancia mínima entre cualesquiera dos IEDs que intercambian mensajes, y porque comprende - medios para la visualización de esta representación en 3D para inspección óptica de un usuario. 8   9