Устройство коммуникационное для кластерной цифровой подстанции

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Рассматриваемая полезная модель относится к модульным системам промышленной автоматизации (выполняемым на базе модульных шасси с устанавливаемыми в них базовыми вычислительными (процессорными) модулями, и, возможно, модулями других типов, например, коммуникационными модулями (обеспечивающими интеграцию модульной системы промышленной автоматизации во внешние цифровые коммуникационные сети), модулями ввода-вывода (аналогового, дискретного) и др.), в частности к устройству кластерной цифровой подстанции (ЦПС) в соответствии с [1], выполняемому на базе модульного шасси с устанавливаемыми внутрь него модулями cIED ("compact Intellectual Electronics Device") устройств (базовыми вычислительными модулями), где вышеуказанное модульное шасси обеспечивает коммуникационную связь всех установленных в состав указанного шасси аппаратных модулей (включая cIED устройства) между собой (за счет наличия внутренней коммуникационной шины).
При этом полезная модель относится, в частности, к коммуникационным модулям в составе модульных систем промышленной автоматизации (в частности, в составе устройства кластерной ЦПС в соответствии с [1]), обеспечивающим интеграцию модульной системы промышленной автоматизации во внешние цифровые коммуникационные сети, выполняемые на базе физической сети Ethernet (в соотв. с IEEE 802.3) (включая, в том числе, возможность интеграции в коммуникационную сеть Ethernet «цифровой подстанции» (ЦПС)), в том числе, с обеспечением возможности резервированного подключения (посредством нескольких дублирующих друг друга каналов) к внешней коммуникационной сети Ethernet (включая возможность резервированного подключения к внешней коммуникационной сети по протоколам IEC 62439 коммуникационного резервирования, включая бесшовное резервирование по протоколу PRP ("Parallel Redundancy Protocol") (IEC 62439-3)).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен коммуникационный модуль (субмодуль) CS513 [2, 3], предназначенный для использования в составе контроллера автоматизации Advant Controller 450 (AC 450), обеспечивающий интеграцию контроллера АС 450 в коммуникационную сеть MasterBus 300(E), выполненную на базе физической сети Ethernet (IEEE 802.3). В составе указанного модуля (субмодуля) имеется только один внешний коммуникационный порт IEEE 802.3, обеспечивающий подключение контроллера АС 450 к внешней коммуникационной сети в соответствии с IEEE 802.3, соответственно, в указанном модуле (субмодуле) отсутствует поддержка коммуникационного резервирования по протоколам в соответствии со стандартом IEC 62439, в том числе, по протоколу PRP (IEC 62439-3).
При этом допускается использование вышеуказанного субмодуля CS513 в составе контроллера АС 450 [2, 3] в паре с другим аналогичным субмодулем CS513, где оба указанных субмодуля устанавливаются в несущий модуль SC520 в составе контроллера автоматизации АС 450; при этом модуль SC520 содержит в себе встроенный процессор и обеспечивает обработку данных, принимаемых от обоих субмодулей CS513, установленных в его состав, соответственно, из двух внешних сетей (напр., MasterBus 300(E), каждая из которых выполнена на базе физической сети IEEE 802.3), и, соответственно, передачу данных в каждую из двух вышеуказанных внешних коммуникационных сетей от контроллера АС 450 (через соответствующий субмодуль CS513). При этом несущий модуль SC520, совместно с установленными в его состав двумя субмодулями CS513, реализуют в составе контроллера автоматизации АС 450 резервированное подключение к внешней коммуникационной сети MasterBus 300(E) на базе физической сети IEEE 802.3, посредством, соответственно, двух коммуникационных каналов, один из которых функционирует в рабочем режиме, а другой - в режиме «горячего» ("stand-by") резерва. При этом в случае сбоя (отказа) основного коммуникационного канала (подключения к физической сети IEEE 802.3) переключение на резервный коммуникационный канал (подключения к физической сети IEEE 802.3) не обеспечивается «бесшовно» (т.к. требует времени на выполнение указанного переключения, соответственно, возможны потери данных в течение указанного времени переключения).
Известен коммуникационный модуль CP 443-1 Advanced для использования в составе контроллера автоматизации Siemens SIMATIC S7-400 [4]. В составе указанного модуля присутствуют пять внешних коммуникационных портов Ethernet, четыре из которых выполнены унифицированными по имеющимся у них характеристикам интерфейса (для подключения к сети PROFINET (на базе сетей TCP/IP/Ethernet), порт RJ45 10/100 Мбит/с). При этом для вышеуказанных четырех, унифицированных по характеристикам, портов Ethernet в составе модуля CP 443-1 Advanced выполнен внутренний 4-портовый коммутатор ("switch"). При этом указанный способ подключения, обеспечиваемый модулем, к внешним сетям Ethernet, не обеспечивает подключение к сети с «бесшовным» резервированием (в частности, с «бесшовным» резервированием по протоколу PRP (IEC 62439-3)).
Известен, выбранный в качестве прототипа, коммуникационный модуль CP 443-1 RNA для использования в составе контроллера автоматизации Siemens SIMATIC S7-400 [4]. В составе указанного модуля присутствуют три внешних коммуникационных порта Ethernet, два из которых составляют пару портов (А и В), обеспечивающих подключение коммуникационного модуля к внешней коммуникационной сети Ethernet с резервированием по протоколу PRP (IEC 62439-3). Указанный модуль обеспечивает возможность включения (интеграции) контроллера автоматизации во внешнюю коммуникационную сеть Ethernet «цифровой подстанции» с применением протокола «бесшовного» коммуникационного резервирования PRP (IEC 62439-3), однако при этом отсутствует возможность раздельного подключения (через раздельные физические интерфейсы Ethernet) контроллера автоматизации к сегментам станционной и технологической шин ("station bus" и "process bus" соответственно) «цифровой подстанции» (в частности, для исключения влияния коммуникационного трафика технологической шины ЦПС на передачу трафика станционной шины ЦПС).
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание коммуникационного устройства (модуля) для кластерной цифровой подстанции (ЦПС) в соответствии с [1], обеспечивающего интеграцию устройства кластерной ЦПС (в соответствии с [1]) во внешнюю коммуникационную сеть Ethernet «цифровой подстанции» с бесшовным коммуникационным резервированием в соотв. с IEC 62439-3, в частности, с резервированием по протоколу PRP ("Parallel Redundancy Protocol"), с сохранением при этом возможности раздельного подключения (через раздельные физические интерфейсы Ethernet) устройства кластерной ЦПС к сегментам станционной и технологической шин ("station bus" и "process bus" соответственно) «цифровой подстанции».
Техническим результатом применения полезной модели является обеспечение возможности подключения устройства кластерной ЦПС (в соответствии с [1]) к независимым друг от друга сегментам станционной и технологической шин ЦПС, в каждом из которых дополнительно обеспечивается коммуникационное резервирование с применением протоколов «бесшовного» резервирования в соответствии с IEC 62432-3, в частности резервирования по протоколу PRP ("Parallel Redundancy Protocol").
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном коммуникационном устройстве, содержащем, в частности, четыре внешних интерфейса для подключения к внешней коммуникационной сети Ethernet ЦПС и процессор, дополнительно имеются два коммуникационных шлюза, где процессор подключен к двум вышеуказанным коммуникационным шлюзам, и к каждому из двух коммуникационных шлюзов подключены два соответствующих интерфейса подключения к внешней коммуникационной сети Ethernet ЦПС. При этом первый коммуникационный шлюз осуществляет функции коммуникационного сопряжения (для устройства кластерной ЦПС, в состав которого установлено данное коммуникационное устройство) с резервированным по протоколу PRP (IEC 62432-3) сегментом станционной шины коммуникационной сети Ethernet ЦПС, а второй коммуникационный шлюз - соответственно, функции коммуникационного сопряжения (для вышеуказанного устройства кластерной ЦПС) с резервированным по протоколу PRP (IEC 62432-3) сегментом технологической шины коммуникационной сети Ethernet ЦПС.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства коммуникационного для кластерной ЦПС.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Предлагаемое устройство коммуникационное (1) (см. фиг. 1) может быть выполнено следующим образом. Устройство (1) включает в себя четыре внешних интерфейса (2-5) подключения к внешней коммуникационной сети Ethernet (IEEE 802.3) ЦПС, выполненной резервированной по протоколу PRP (IEC 62439-3), содержащей при этом основной (6) и резервный (7) сегменты коммуникационной сети, где каждый из указанных сегментов содержит подсегмент станционной шины ЦПС (6.1 и 6.2) и подсегмент технологической шины ЦПС (7.1 и 7.2). При этом устройство (1) содержит также процессор (8); коммутатор (9), связанный с процессором (8); первый и второй коммуникационные шлюзы (10 и 11 соответственно). При этом коммутатор (9) обеспечивает связь (через соответствующий выделенный коммуникационный порт (12)) с каждым из cIED устройств (13) в составе устройства кластерной ЦПС (14), выполненного на базе модульного шасси (15), в состав которого установлено как данное устройство коммуникационное (1), так и cIED устройства (13) в составе устройства кластерной ЦПС. При этом первый коммуникационный шлюз (10) обеспечивает коммуникационное сопряжение с резервированным по протоколу PRP (IEC 62439-3) сегментом внешней станционной шины (6.1, 7.1) коммуникационной сети ЦПС, соответственно, обеспечивая двустороннюю передачу данных в прямом и обратном направлении между резервированным сегментом станционной шины (6.1, 7.1) и процессором (8) с соответствующей промежуточной обработкой данных в коммуникационном шлюзе (10). Второй коммуникационный шлюз (11) при этом обеспечивает коммуникационное сопряжение с резервированным по протоколу PRP (IEC 62439-3) сегментом внешней технологической шины (6.2, 7.2) коммуникационной сети ЦПС, соответственно, обеспечивая двустороннюю передачу данных в прямом и обратном направлении между резервированным сегментом технологической шины (6.2, 7.2) и процессором (8) с соответствующей промежуточной обработкой данных в коммуникационном шлюзе (11).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
[1] Интернет-сайт https://digitalsubstation.com/wp-content/uploads/2018/04/16.-Kontinuum.pdf.
[2] "Advant OCS with Master software. Advant Controller 450 User's Guide" ("ABB Industrial Products AB 2001"; 3BSE 002 415R701 Rev B, March, 2001).
[3] "Advant OCS with Master software. MasterNet User's Guide" ("ABB Industrial Products AB 2001"; 3BSE 003 839R301, March, 2001).
[4] Каталог "SIMATIC - Products for Totally Integrated Automation" ("ST 70"; E86060-K4670-A151-A7-7600 (Article No.), Siemens AG 2014) (источник информации - Интернет-сайт https://www.eselo.lv/upload/catalog/instalacijas_materiali/siemens_simatic_st70n_catalogue_2014-eng.pdf).