CONFIGURACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO.

La invención se refiere a sistemas de Control de Proceso y en particular a sistemas de Automatización de Subestaciones, con una representación de configuración normalizada y una red de comunicaciones basada en conmutadores Ethernet. Antecedentes de la invención ES 2 367 887 T3 La subestaciones en las redes eléctricas de alta y media tensión incluyen dispositivos primarios tales como cables eléctricos, líneas, barras de conexión, interruptores, transformadores de potencia y transformadores de instrumentación, que se disponen en general en recintos y/o posiciones de subestación. Estos dispositivos primarios se operan de forma automatizada a través de un sistema de Automatización de Subestaciones (SA, del inglés Substation Automation). El sistema de SA comprende dispositivos secundarios, denominados Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED, del inglés Intelligent Electronic Devices), responsables de la protección, control y supervisión de los dispositivos primarios. Los IED pueden estar asignados a niveles jerárquicos, es decir al nivel de la estación, al nivel de posición y al nivel de proceso, estando este último separado del nivel de posición por una denominada interfaz de proceso. El nivel de estación del sistema de SA incluye una Estación de Trabajo del Operador (OWS, del inglés Operator Work Station) con una Interfaz Hombre Máquina (HMI, del inglés Human- Machine Interface) y una pasarela al Centro de Control de Red (NCC, del inglés Network Control Centre). Los IED en el nivel de posición, también denominados unidades de posición, a su vez se conectan entre sí, así como a los IED en el nivel de estación por medio de un bus entre posiciones o de estación que da servicio principalmente a la finalidad de intercambiar comandos e información de estado. Los IED en el nivel de proceso comprenden sensores electrónicos para la medición de tensión (VT), intensidad (CT) y densidad de gas, sondas de contacto para la detección de las posiciones de los interruptores y del intercambiador de tomas del transformador y/o actuadores inteligentes (I/O) para el control de la subestación como los interruptores o seccionadores. Los IED de ejemplo a nivel de proceso tales como los transformadores de intensidad y tensión no convencionales comprenden un Convertidor Analógico a Digital (AD) para el muestreo de las señales analógicas. Los IED del nivel de proceso se conectan a las unidades de posición por medio de un bus de proceso, que se puede considerar como la interfaz de proceso que sustituye a la interfaz de proceso en el cableado convencional. Esta última conecta los transformadores de intensidad y tensión convencionales en la subestación al equipo en el nivel de posición por medio de cables de Cu dedicados, en cuyo caso las señales analógicas de los transformadores de instrumentación se muestrean por las unidades de posición. Se ha introducido una norma de comunicaciones para la comunicación entre los dispositivos secundarios de una subestación por parte del Comité Electrotécnico Internacional (IEC) como parte de la norma IEC 61850 titulada communication networks and systems in substations. Para mensajes de tiempo no critico, la IEC 61850-8-1 especifica el protocolo de Especificación del Mensaje de Fabricación (MMS, ISO/I EC 9506) basado en una pila de protocolo de Interconexión de Sistemas Abiertos reducido (OSI, del inglés Open Systems Interconnection) con el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de Internet (IP) en las capas de transporte y de red, respectivamente y Ethernet y/o RS-232C como medio físico. Para mensajes basados en eventos, críticos en el tiempo, la IEC 61850-8-1 especifica el Eventos de Subestación Orientada a Objetos Genéricos (GOOSE, del inglés Generic Object Oriented Substation Events) directamente en la capa de enlace Ethernet de la pila de comunicaciones. Para señales que cambian periódicamente muy rápido en el nivel de proceso como las mediciones de tensiones e intensidades analógicas la IEC 61850-9-2 especifica el servicio del Valor de Muestra (SV, del inglés Sampled Value), que, como GOOSE, se construye directamente en la capa de enlace de Ethernet. Por ello, la norma define un formato para publicar, tal como los mensajes de emisión múltiple en una Ethernet industrial, mensajes basados en eventos y datos de medición digitalizados de los sensores de intensidad y tensión en el nivel de proceso. Los mensajes SV y GOOSE se transmiten a través de un bus de proceso, que se puede extender, particularmente en subestaciones de media y baja tensión eficientes en coste, a las posiciones vecinas, es decir más allá de la posición a la que se asigna el sensor. En este último caso el bus de proceso transmite, además de los datos de proceso, mensajes relacionados con comandos y/o estado intercambiados en otros casos a través de un bus de estación dedicado. En lo que sigue, se suprime la distinción entre bus de proceso y de estación en los sistemas de SA. En la tecnología general de sistemas de comunicación, dentro de las redes de área local (LAN) construidas mediante la conexión de una pluralidad de ordenadores u otros dispositivos inteligentes en conjunto, un concepto denominado LAN virtual (VLAN) emplea la funcionalidad para la agrupación arbitraria y lógica de terminales o nodos que se conectan a conmutadores de la red. Las VLAN Ethernet de acuerdo con IEEE 802.1Q permiten la limitación de acceso a los terminales conectados a una red Ethernet dentro de una VLAN así como la limitación del flujo de datos de mensajes de Ethernet de emisión múltiple a partes redefinidas de la red Ethernet en las que se conectan los terminales del receptor que pertenecen a la misma VLAN. De aquí que la VLAN sea capaz de reducir el 2 tráfico de red no necesario y garantizar la seguridad. En el estado de la técnica de las redes basadas en conmutadores Ethernet, las definiciones VLAN se gestionan dentro de los conmutadores Ethernet, por lo tanto estos últimos se han de configurar para, o puestas en su conocimiento de otra forma, las VLAN relevantes. Específicamente, para cada puerto de un conmutador, el conmutador ha de saber si un mensaje (de emisión múltiple) VLAN entrante particular se debe dirigir 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 de las redes basadas en conmutadores Ethernet se asume que cualquier terminal único conectado pertenece a una VLAN específica. Este terminal puede hablar solamente entonces a otros terminales que pertenezcan a la misma VLAN. Cuando se configuran los conmutadores, los puertos hacia estos terminales de comunicación se denominan por lo tanto puertos de acceso y sólo se permite que estos puertos de acceso pertenezcan a una VLAN, mientras que los otros puertos internos del sistema de comunicaciones, denominados puertos troncales, pueden pertenecer a varias VLAN. En cuanto son conocidos los ID de VLAN de los puertos de acceso, los conmutadores pueden determinar automáticamente las ID de VLAN a las que los puertos troncales deben pertenecer. Una VLAN se puede configurar o bien manualmente dentro de los computadores, o bien configurar automáticamente por medio de una tabla central que relaciona, para cada terminal, las direcciones MAC de los terminales con un ID de VLAN. Sin embargo, este último mecanismo no es ventajoso porque la tabla central se ha de modificar cuando se sustituye un terminal defectuoso por uno nuevo con una dirección MAC diferente o debido al fallo del servidor de direcciones que contenga esta relación. Por lo tanto, y especialmente dentro de los sistemas de control de proceso, la configuración de la VLAN se configura típicamente manualmente. Los sistemas de SA basados en la IEC 61850 se configuran por medio de una representación de configuración o descripción del sistema formal normalizada denominada Descripción de Configuración de Subestación (SCD, del inglés Substation Configuration Description). Un archivo SCD contiene el flujo de datos lógicos entre las IED en un modo por mensaje, es decir para cada origen del mensaje, una lista de IED de destino o receptoras, el tamaño del mensaje en términos de definiciones de conjuntos de datos así como la tasa de envío de mensajes para todo el tráfico periódico como GOOSE, SV e informes de Integridad. De modo similar, el archivo SCD específica la distribución de mensajes de emisión múltiple en redes de área local virtual (VLAN) en las que un único IED puede enviar diferentes mensajes en tiempo real para diferentes finalidades dentro de diferentes VLAN del sistema de comunicaciones de SA. De ahí que el concepto anterior de puertos de acceso no se pueda aplicar; sin embargo el concepto de puertos de borde, es decir puertos que no han de ser considerados en el algoritmo para evitar el bucle RSTP en redes... [Seguir leyendo]

1. Un método de configuración del sistema de Control de Procesos PC y en particular un sistema de Automatización de Subestaciones SA, con una pluralidad de Dispositivos Electrónicos Inteligentes IED conectados a conmutadores de una red de comunicaciones basada en conmutadores Ethernet y con un IED remitente que envía diferentes mensajes que incluyen mensajes de emisión múltiple periódicos a diferentes receptores IED predeterminados siendo enviados los mensajes de emisión múltiple periódicos por un conmutador de la red de comunicaciones, que comprende - la recuperación, para cada IED remitente de la pluralidad de IED y para cada mensaje configurado para ser transmitido por dicho IED remitente, desde una representación de la configuración del sistema de PC que comprende las definiciones de flujos de datos lógicos, de los IED receptores a los que se destina el mensaje, así como un identificador ID de la Red de Área Local Virtual VLAN, y - la asignación, para cada IED receptor, de las ID de VLAN de todos los mensajes destinados a este IED receptor a un puerto de borde de un conmutador de la red de comunicaciones a la que se conecta este IED receptor. 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende - la asignación, en base a la información sobre una estructura física de la red de comunicación obtenida preferiblemente desde la representación de la configuración del sistema de PC, de las ID de VLAN para un puerto troncal de un conmutador de la red de comunicaciones a las que se conecta otro conmutador. 3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende - la deducción, mediante un conmutador de la red de comunicación y en base a mensajes recibidos durante el funcionamiento del sistema de PC, de un ID de VLAN de un puerto troncal del conmutador al que se conecta otro conmutador. 4. El método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que comprende - la evaluación de una carga de la red en un conmutador de la red de comunicación, en base a los ID de VLAN asignados o deducidos y en base al tamaño de mensajes o tasa de envío de información en los mensajes transmitidos por el conmutador. 5. El método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que comprende - la evaluación de una carga de la red en un cable conectado a un puerto de un conmutador de la red de comunicación, en base a un ID de VLAN del puerto y en base a un tamaño de mensaje o tasa de envío de información sobre los mensajes transmitidos por el cable. 6. El método de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por que comprende - la recuperación, desde la representación de configuración del sistema de PC, de la información formal acerca de los mensajes transmitidos, que comprende una tasa de cambio de datos general y un tamaño de ráfaga para informes basados en eventos. 7. Una herramienta de configuración para sistemas de Control de Procesos PC y en particular sistemas de Automatización de Subestaciones SA, con una pluralidad de Dispositivos Electrónicos Inteligentes IED conectados a conmutadores de una red de comunicaciones basada en conmutadores Ethernet y con un IED remitente que envía diferentes mensajes que incluyen mensajes de emisión múltiple periódicos a diferentes receptores IED predeterminados, siendo enviados los mensajes de emisión múltiple periódicos por un conmutador de la red de comunicaciones, adaptado para - la recuperación, para cada IED remitente de la pluralidad de IED y para cada mensaje configurado para ser transmitido por dicho IED remitente, desde una representación de la configuración del sistema de PC que comprende las definiciones de flujos de datos lógicos, los IED remitentes a los que se destina el mensaje, así como un identificador ID de la Red de Área Local Virtual VLAN, y para - la asignación, para cada IED receptor, de las ID de VLAN de todos los mensajes destinados a este IED receptor a un puerto de borde de un conmutador de la red de comunicaciones a la que se conecta este IED receptor. 8. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que se adapta para - la asignación, en base a la información sobre una estructura física de la red de comunicación obtenida preferiblemente desde la representación de la configuración del sistema de PC, de las ID de VLAN para un 7 ES 2 367 887 T3 puerto troncal de un conmutador de la red de comunicaciones a las que se conecta otro conmutador. 9. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que se adapta para - la evaluación de una carga de red en un conmutador de la red de comunicación, en base a los ID de VLAN asignados y en base al tamaño de mensajes o tasa de envío de información sobre los mensajes transmitidos por el conmutador. 10. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que se adapta para - la evaluación de una carga de red en un cable conectado a un puerto de un conmutador de la red de comunicación, en base a un ID de VLAN del puerto y en base a un tamaño de mensaje o tasa de envío de información sobre los mensajes transmitidos por el cable. 8 ES 2 367 887 T3 9 ES 2 367 887 T3