專利名稱：Scada系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))所述系統(tǒng) 安裝在分散式的能源(DER)中，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組(Windturbineneinheit) 中，和/或在分散式的能源(DER)處，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組處分散地使用， 所述系統(tǒng)包括控制分散式的能源(DER)的控制單元，特別是渦輪控制單元； 存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)和/或操作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及與外部單元通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)交換數(shù) 據(jù)和/或操作命令的網(wǎng)絡(luò)通信接口 。
背景技術(shù)：
所述的SCADA系統(tǒng)通常與不同的分散式的能源(DER) —起使用。使 用這種SCADA系統(tǒng)的DER通常是太陽(yáng)能設(shè)備、生物發(fā)電站或風(fēng)能設(shè)備。
分散式的能源，特別是風(fēng)力渦輪設(shè)備，始終作為能源供應(yīng)系統(tǒng)中較重要 且較經(jīng)濟(jì)的能源。因此，分散式的能源遍布全世界。在DER企業(yè)中， 一般 分為DER用戶與DER的股東(Anteilsinhaber) 。 DER的股東主要是指工程 設(shè)計(jì)事務(wù)所，制造商和維護(hù)公司。
在上述的各方之間需要涉及DER運(yùn)行的技術(shù)數(shù)據(jù)交換通信。所述的控 制和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)能夠滿足此目的。在盎格魯撒克遜語(yǔ)中縮寫語(yǔ)SCADA就 是指監(jiān)觀!j控制與數(shù)據(jù)采集(supervisory control and data aquisition)。上述各 方因利益使然，經(jīng)常需要調(diào)用(abrufen)風(fēng)力渦輪的操作數(shù)據(jù)，并對(duì)這些操 作數(shù)據(jù)以特殊的方式進(jìn)行進(jìn)一步的處理。例如，電力供應(yīng)商調(diào)用風(fēng)能設(shè)備實(shí) 際供應(yīng)的電量進(jìn)行費(fèi)用的結(jié)算。工程設(shè)計(jì)事務(wù)所經(jīng)常需要的則是與設(shè)備維護(hù) 相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如運(yùn)行持續(xù)的時(shí)間、運(yùn)行的過(guò)程，或?qū)崟r(shí)的運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)， 他還期望通過(guò)下達(dá)操作命令，從外部施加影響，來(lái)控制DER。由于上述各方 一般情況下并非居住在分散式的能源地，因此，可能需要遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢或雙 向數(shù)據(jù)交換。為了確保這種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，所述的SCADA系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò) 通信接口。例如，美國(guó)專利文獻(xiàn)US 7，013，202 B2公開了一種與風(fēng)能設(shè)備相關(guān)的 SCADA系統(tǒng)。在該專利說(shuō)明書中，公開了風(fēng)電場(chǎng)(Windpark)中的每個(gè)單 獨(dú)的風(fēng)力渦輪都裝有本地的渦輪控制裝置、數(shù)據(jù)庫(kù)以及渦輪控制與數(shù)據(jù)采集 單元，即所謂的TCS。每個(gè)風(fēng)力渦輪通過(guò)TCS與風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，其中風(fēng)電 場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)使單獨(dú)的風(fēng)力渦輪與所謂的SCADA主系統(tǒng)連接。風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)為本地 網(wǎng)絡(luò)。最終，通過(guò)SCADA主系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。因此， 通過(guò)SCADA主系統(tǒng)最終可實(shí)現(xiàn)基于風(fēng)力渦輪的公知SCADA系統(tǒng)與上述各 方之間的通訊。所以，采用與公知的SCADA系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)通信模塊為主 從結(jié)構(gòu)。該技術(shù)的缺陷在于 一旦SCADA主系統(tǒng)發(fā)生故障，就不能再與所 有的與其連接的從系統(tǒng)，即所有的與其連接的、基于風(fēng)力渦輪的SCADA系 統(tǒng)進(jìn)行連接。其次，SCADA主系統(tǒng)成本昂貴，其占風(fēng)能設(shè)備購(gòu)置成本的大 部分。再者，在多種風(fēng)電場(chǎng)的情況下，當(dāng)不同的風(fēng)力渦輪機(jī)組平行操作時(shí)， 需要更多的、不同的SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)，由操作人員進(jìn)行評(píng)估。因此，難以整 合操作人員的數(shù)據(jù)庫(kù)與維護(hù)公司的數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，在此公開的SCADA系統(tǒng) 的實(shí)施方式中，SCADA供貨商的數(shù)據(jù)庫(kù)涉及風(fēng)能設(shè)備的利益各方。因此， 靈活地適應(yīng)風(fēng)能設(shè)備各方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化幾乎是不可能的。
現(xiàn)有技術(shù)中另一種公知的分散式SCADA系統(tǒng)為可編程邏輯控制器 (PLC)形式的存儲(chǔ)器可編程控制器(SPS)。通過(guò)所述PLC，使不同的利 益相關(guān)者的人機(jī)接口與DER，特別是風(fēng)能設(shè)備之間的直接通信成為可能。就 這點(diǎn)而言，如果上述的基于PLC的SCADA系統(tǒng)形成基于主從模塊的架構(gòu)， 則就不存在主系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接了。但是，基于PLC的直接通信的缺陷在于PLC 只有采用廠商定制的協(xié)議，以及適配的、同樣是廠商定制的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。 因此，只有通過(guò)上述SCADA系統(tǒng)的、基于PLC的參數(shù)調(diào)整，才可能形成 DER相關(guān)利益者與SCADA系統(tǒng)之間非常窄的、廠商定制的對(duì)接。由此產(chǎn)生 的問(wèn)題是不可能靈活地適應(yīng)客戶需求和DER利益相關(guān)者的系統(tǒng)變化等。 以這種具有缺陷的方式很難滿足利益相關(guān)者的要求，或需要很長(zhǎng)地時(shí)間才能輛足。
總之，人們己注意到目前對(duì)現(xiàn)在的設(shè)備廠商的DER，特別是在風(fēng)電場(chǎng)領(lǐng) 域的DER不斷增多的多樣性要求。另外，按照每一個(gè)DER的利益相關(guān)者明 顯地區(qū)分自身對(duì)所述的SCADA系統(tǒng)的功能性的要求。利益相關(guān)者在較短的時(shí)間內(nèi)自身商業(yè)模式的改變，要求SCADA系統(tǒng)能夠快速靈活地適應(yīng)這種變 化。同時(shí)，利益相關(guān)者對(duì)于DER數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理的需求也在不 斷增多。此外，將DER數(shù)據(jù)與利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)流程整合在一起需求也在 不斷增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的SCADA系統(tǒng)，它能更好地與利益相 關(guān)者的業(yè)務(wù)流程結(jié)合，能夠靈活地適應(yīng)不同的系統(tǒng)，不斷變化的客戶需求和 硬件。此外，它應(yīng)該減少與所述類型的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的誤差 偏向，并降低DER設(shè)備的投資成本。
根據(jù)本發(fā)明上述SCADA系統(tǒng)的任務(wù)將通過(guò)這樣的方式實(shí)現(xiàn)該SCADA 系統(tǒng)具有控制和/或管理控制單元的SCADA操作系統(tǒng)內(nèi)核(kernel)，數(shù)據(jù) 庫(kù)和通信單元。借此就可以取消設(shè)置單獨(dú)的SCADA主系統(tǒng)的必要性了。這 樣做的優(yōu)點(diǎn)是既不需要SCADA協(xié)議，也不需要SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)。更重要 的是，借助分散地設(shè)置在SCADA單元中的操作系統(tǒng)內(nèi)核，使DER的利益相 關(guān)者與SCADA系統(tǒng)之間的直接通信成為可能。在此，DER的利益相關(guān)者不 受SCADA供貨商的數(shù)據(jù)庫(kù)的制約。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是例如，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化 的數(shù)據(jù)服務(wù)(Dienst)實(shí)現(xiàn)對(duì)利益相關(guān)者的數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行直接支持。在DER 上設(shè)置操作系統(tǒng)內(nèi)核，使SCADA組件靈活地組裝和加殼(verschalen)成為 可能，從而滿足DER的利益相關(guān)者的商業(yè)模式的短期變化。借助本發(fā)明的 SCADA系統(tǒng)，利益相關(guān)者可以通過(guò)DER直接從SCADA系統(tǒng)調(diào)用所需的數(shù) 據(jù)，完成設(shè)計(jì)，完成維護(hù)計(jì)劃，以及其它的事情。本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)適 合與諸如太陽(yáng)能發(fā)電站、生物發(fā)電站或風(fēng)能設(shè)備等這樣的DER相關(guān)聯(lián)。多 個(gè)DER互連形成的所謂的虛擬發(fā)電站也可以作為本發(fā)明的DER。例如，虛 擬發(fā)電站可以是風(fēng)能設(shè)備、太陽(yáng)能設(shè)備以及生物發(fā)電站的虛擬互連。
根據(jù)本發(fā)明，還可對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，使操作系統(tǒng)內(nèi)核 具有可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信接口公開訪問(wèn)的數(shù)據(jù)區(qū)域。該公開訪問(wèn)的數(shù)據(jù)區(qū)域可以 由利益相關(guān)者通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，調(diào)用有關(guān)DER的不同的數(shù)據(jù)。例如，如 果DER為風(fēng)能設(shè)備，則可以調(diào)用某些有關(guān)風(fēng)力渦輪的數(shù)據(jù)。
為了防止本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)中的直接數(shù)據(jù)通信可能導(dǎo)致對(duì)于某些數(shù)據(jù)和/或控制裝置的不適當(dāng)訪問(wèn)，操作系統(tǒng)內(nèi)核具有不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信接口公 開訪問(wèn)的受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)位于受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域中。例如，當(dāng)
DER的操作和控制的參數(shù)設(shè)置在本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中時(shí)，就可以確保阻止通過(guò)外
部網(wǎng)絡(luò)的未授權(quán)訪問(wèn)。
為了確保本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)的自主運(yùn)行，在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)中設(shè) 置用于長(zhǎng)期地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，特別是用于長(zhǎng)期變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)分析處理判讀的數(shù)據(jù) 庫(kù)。與本發(fā)明不同的是在一些公知的SCADA系統(tǒng)中僅設(shè)有適用于少量數(shù) 據(jù)包短期中間存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)。此種數(shù)據(jù)庫(kù)始終是在與附加的外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接 的情況下運(yùn)行，因此，的它是不可能如本發(fā)明一樣自主地運(yùn)行。
本發(fā)明另一改進(jìn)的設(shè)計(jì)是在受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域中設(shè)置本地通信單元，以 在操作系統(tǒng)與DER之間進(jìn)行通信。例如，DER可以有各種不同的測(cè)量變壓 器，所述測(cè)量變壓器給出有關(guān)DER的運(yùn)行情況。只有在受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域 中記錄數(shù)據(jù)，才可能有針對(duì)性地開放數(shù)據(jù)，或者保留個(gè)別的數(shù)據(jù)。同樣，本 地通信單元用于將操作系統(tǒng)內(nèi)核的控制參數(shù)轉(zhuǎn)移到DER相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) (Stellorgan)。在這種條件下的優(yōu)點(diǎn)是具有阻止通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行未授權(quán)訪 問(wèn)的功能。
本發(fā)明的另一改進(jìn)設(shè)計(jì)是設(shè)置公開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域，以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)基 于軟件的服務(wù)。這種方式能夠使本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)具有按照所謂的"面 向服務(wù)的架構(gòu)"運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，其中基于軟件的服務(wù)是來(lái)自外部的使用或調(diào)用。
對(duì)于風(fēng)能設(shè)備的不同利益相關(guān)者特別有用的是基于軟件的服務(wù)包括轉(zhuǎn) 移DER的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。以該方式，本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)直接地實(shí)時(shí) 訪問(wèn)DER的數(shù)據(jù)，無(wú)需與SCADA主系統(tǒng)互連。
本發(fā)明基于軟件的服務(wù)可選擇性地或附加地包括轉(zhuǎn)移與所述分散式能 源(DER)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理判讀，特別是生產(chǎn)數(shù)據(jù)、功效數(shù)據(jù)、時(shí)間序 列以及差錯(cuò)追蹤。
為了使外部的利益相關(guān)者能夠找到由操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的基于軟件的 服務(wù)，并能夠管理這些服務(wù)，本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計(jì)是操作系統(tǒng)內(nèi)核具有檢 索基于軟件的服務(wù)的索引和/或機(jī)構(gòu)(服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù))。由此確保操作者也可以 找到這些服務(wù)。在可自動(dòng)注冊(cè)或注銷服務(wù)的、動(dòng)態(tài)的面向服務(wù)的架構(gòu)(dienstorientierteArchitektur)中，此類索引十分有用。本發(fā)明的SCADA系 統(tǒng)另一改進(jìn)是具有人機(jī)接口 (HMI)，特別是可視的人機(jī)接口。例如，可以 現(xiàn)場(chǎng)顯示重要運(yùn)行數(shù)據(jù)，使在風(fēng)力渦輪處的維護(hù)人員可以直接讀取現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn) 行數(shù)據(jù)，而無(wú)需通過(guò)SCAD主系統(tǒng)等進(jìn)行中繼。根據(jù)本發(fā)明，接口還可以設(shè) 置鍵盤等，使得維護(hù)人員可以立即在DER處更改運(yùn)行參數(shù)，或由此調(diào)用應(yīng) 該顯示的特殊數(shù)據(jù)。
為了使SCADA系統(tǒng)能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，本發(fā)明設(shè)計(jì)有專門 的、通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)通信接口 。
本發(fā)明其它有效的特別設(shè)計(jì)是基于軟件的服務(wù)可通過(guò)SOAP通信協(xié)議調(diào) 用。進(jìn)一步設(shè)置SOAP協(xié)議的目的，是確保本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)具有最廣 泛的應(yīng)用性。
同樣，為了使本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)化，本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè) 計(jì)是設(shè)置通過(guò)WSDL、 UDDI、 WSInspection協(xié)議中的至少一個(gè)協(xié)議迸行通 信的索引和/或機(jī)構(gòu)(服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù))。其中，WSDL是指Web服務(wù)描述語(yǔ)言 (Web Service Description Language) ， UDDI是指統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成 (Universal Description, Discovery and Integration) ， WS表示W(wǎng)eb月艮務(wù)檢查 (Webservice Inspection)。
縮寫SOAP是指簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議(Simple Object Access Protocol)。


以下將結(jié)合附圖和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。其中， 一些 改進(jìn)的細(xì)節(jié)在附圖的圖例中沒有示出。
功能相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
附圖詳細(xì)說(shuō)明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)兩種形式的風(fēng)能渦輪為示例的通信架構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的SCADA單元的操作系統(tǒng)內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)從外部調(diào)用基于軟件的服務(wù)的通信過(guò)程流 程圖5為本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)調(diào)用分析數(shù)據(jù)的通信過(guò)程流程圖；圖6為本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)的另一特殊通信結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，劃分與現(xiàn)有技術(shù)的界限，在圖l中首先 示出了以風(fēng)力渦輪為示例的目前現(xiàn)有技術(shù)中兩種常見的通信架構(gòu)。圖l示例 性地給出了三個(gè)僅為示意性的人機(jī)接口 1。另外，在圖1的下部還示意性地
示出了兩個(gè)控制-數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(即SCADA系統(tǒng))2。兩個(gè)SCADA系統(tǒng)2 始終設(shè)置在風(fēng)力渦輪系統(tǒng)本地。這在示意性視圖中沒有給出。在附圖的左下 側(cè)示出的SCADA系統(tǒng)2為SCADA從系統(tǒng)形式的風(fēng)力渦輪控制單元3。 SCADA系統(tǒng)2的從系統(tǒng)形式的風(fēng)力渦輪控制單元3通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)5與上一 級(jí)的SCADA主站6連接。SCADA主站6設(shè)置在風(fēng)力渦輪單元外部，特別 是設(shè)置在SCADA系統(tǒng)2的外部。人機(jī)接口 1通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)7，例如通過(guò)互 聯(lián)網(wǎng)，與SCADA主站6連接。圖1左側(cè)通信支路所示的這種架構(gòu)，與美國(guó) 專利文獻(xiàn)7,013,203 B2的工作原理一致。在人機(jī)接口 1與SCADA系統(tǒng)2中 的風(fēng)力渦輪控制單元3之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接通信，而是始終需要借助人機(jī)接口 1與SCADA主站6之間的通信。如果SCADA主站6發(fā)生故障，就無(wú)法實(shí) 現(xiàn)人機(jī)接口 1與SCADA系統(tǒng)2中的風(fēng)力渦輪控制單元3之間的通信。
圖1右下方示出的SCADA系統(tǒng)2設(shè)有存儲(chǔ)器可編程控制單元4。存儲(chǔ) 器可編程控制單元4通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)5與SCADA主站6連接。在該通道中一 方面如上述通過(guò)SCADA主站6的中繼實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口 1與SCADA系統(tǒng)2中 的存儲(chǔ)器可編程控制單元4之間的通信。但是，在SCADA系統(tǒng)2具有存儲(chǔ) 器可編程控制單元4的情況下，可附加地通過(guò)數(shù)據(jù)連線8實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口 1與 SCADA系統(tǒng)2之間的直接通信。通過(guò)數(shù)據(jù)連線8的直接通信的缺陷在于， 僅能通過(guò)特殊的、與存儲(chǔ)器可編程控制單元4匹配的協(xié)議和設(shè)備實(shí)現(xiàn)。此外， 特殊的設(shè)備必須與人機(jī)接口 1相關(guān)地設(shè)置，所述人機(jī)接口 1與SCADA系統(tǒng) 2中的存儲(chǔ)器可編程控制單元4通信。因此幾乎不可能實(shí)現(xiàn)通信的靈活性和 適應(yīng)性。
圖2示意性地給出了與之相反的、外部設(shè)備與本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2 之間的通信的架構(gòu)，并舉例性地用風(fēng)能設(shè)備中的通信進(jìn)行說(shuō)明。但是，根據(jù) 本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)可以同樣在分散式的能源(如太陽(yáng)能發(fā)電站或生物發(fā)電站或各種其他的DER)中使用。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，基于風(fēng)力渦輪的
SCADA系統(tǒng)2具有設(shè)置在渦輪內(nèi)部的、作為中心功能單元的分散式內(nèi)核9 (以下稱為渦輪內(nèi)核)。數(shù)據(jù)庫(kù)IO、渦輪控制單元ll以及內(nèi)部人機(jī)接口 12 與本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2的內(nèi)部渦輪內(nèi)核9連接。內(nèi)部人機(jī)接口 12可以為 具有鍵盤和顯示屏的電腦終端等。渦輪內(nèi)核9可以本地組合至風(fēng)力渦輪機(jī)組 中或者設(shè)置在微處理器上。渦輪內(nèi)核9還可以選擇為軟件，部分或全部地嵌 入在渦輪控制單元11中。
如圖2所示，在SCADA系統(tǒng)2上連接著網(wǎng)絡(luò)接口 13。網(wǎng)絡(luò)接口 13通 過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)7使本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2中的、組合在風(fēng)力渦輪機(jī)組中的渦 輪內(nèi)核9與外部設(shè)備連接。外部網(wǎng)絡(luò)7同樣可以為互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)(WAN) 或LAN (局域網(wǎng))。作為優(yōu)選實(shí)施例，遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)設(shè)備14以及警報(bào)服務(wù) (Alarmmeldedienst) 15通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)7與渦輪內(nèi)核9連接。
圖3示出了渦輪內(nèi)核9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，所述渦輪內(nèi)核9設(shè)置 在組合于SCADA系統(tǒng)2中的風(fēng)力渦輪機(jī)組中。盡管是基于風(fēng)能設(shè)備對(duì)優(yōu)選 實(shí)施例進(jìn)行了描述，并由此涉及到渦輪內(nèi)核，但本發(fā)明同時(shí)還可在太陽(yáng)能發(fā) 電站、生物發(fā)電站和其它分散式能源中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)。在此，本發(fā)明的 內(nèi)核與待控制的DER無(wú)關(guān)。如圖3示意性示出的，在渦輪內(nèi)核9中設(shè)置公 開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域16、受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域17以及服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)(Service repository) 18。在公開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域16中使用不同的基于軟件的服務(wù)19、 20，也就是說(shuō)基于軟件的數(shù)據(jù)分析服務(wù)19以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移服務(wù)20。根據(jù) 該具體實(shí)施例，數(shù)據(jù)分析服務(wù)必須包括用于轉(zhuǎn)移生產(chǎn)數(shù)據(jù)、功效曲線、時(shí)間 序列以及后期差錯(cuò)追蹤(Fehlernachverfolgungen)的服務(wù)。
在受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域17中設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)10。此外，受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域17 內(nèi)設(shè)有本地通信單元21，所述本地通信單元用于渦輪內(nèi)核9與風(fēng)力渦輪設(shè)備 之間的通信。在圖3中分別由箭頭示意性地示出通向外部人機(jī)接口 1、數(shù)據(jù) 終端設(shè)備14和/或警報(bào)服務(wù)15的通信連接。
圖4以流程圖的形式示出了通信連接結(jié)構(gòu)的構(gòu)架，其用于調(diào)用在內(nèi)核9 中公開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域16內(nèi)部使用的數(shù)據(jù)服務(wù)19、 20。如圖4所示，在DER 的利益相關(guān)者的第一步驟21中，在開放的連接服務(wù)21之后形成與內(nèi)核9的 會(huì)話(Sitzung) 22。在形成會(huì)話22之后，通過(guò)內(nèi)核9進(jìn)行通道判斷服務(wù)(Zugangsberechtigungsdienst) 23，從而校驗(yàn)利益相關(guān)者的通道判斷。只要 服務(wù)23的通道判斷在進(jìn)行，在DER的利益相關(guān)者與組合至DER中本地的 SCADA系統(tǒng)2之間借助內(nèi)核9形成直接的數(shù)據(jù)連接。隨后，在內(nèi)核9中起 動(dòng)通信循環(huán)24。在通信循環(huán)24中操作者可以使用DER的控制服務(wù)25以及 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移服務(wù)20。此外，在于本地內(nèi)核9中進(jìn)行的通信循環(huán)24中操作 者使用用戶注銷服務(wù)26，從而結(jié)束通信循環(huán)24。在圖4示出的運(yùn)行模型中， 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移服務(wù)20的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)路徑位于本地的內(nèi)核9中。
在執(zhí)行用戶注銷服務(wù)26之后，本地內(nèi)核9使用者的數(shù)據(jù)停止活動(dòng)并且 使注銷步驟27中的用戶會(huì)話自動(dòng)結(jié)束。所述通信通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián) 網(wǎng))與在DER內(nèi)根據(jù)本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2通過(guò)本地內(nèi)核9的中繼直接實(shí) 現(xiàn)。特別地，并非如現(xiàn)有技術(shù)的情況通過(guò)SCADA系統(tǒng)上級(jí)的SCADA主站 進(jìn)行通信。
圖5示出了 DER的外部用戶(如風(fēng)能裝置的使用者)與本發(fā)明的SCADA 系統(tǒng)2之間的數(shù)據(jù)通信過(guò)程的另一示例。外部用戶與SCADA系統(tǒng)2之間連 接的建立，是借助本地內(nèi)核9，按照?qǐng)D4描述的類似程序，通過(guò)開放的連接 服務(wù)21進(jìn)行，所述連接服務(wù)21開啟會(huì)話22，隨后通道判斷服務(wù)23驗(yàn)證通 向本地內(nèi)核9的通道判斷。
與圖4描述的程序不同的是，在圖5中在形成通信循環(huán)24之后起動(dòng)在 分散的內(nèi)核9的公開訪問(wèn)的數(shù)據(jù)區(qū)域16中設(shè)置的數(shù)據(jù)分析服務(wù)19 。與圖4 描述的情況相似，要進(jìn)行注銷過(guò)程，但在圖5中不再贅述。
最后，圖6示出了本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2的另一優(yōu)選應(yīng)用的可能性。 如圖所示，外部人機(jī)接口 1通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)7與本發(fā)明的SCADA系統(tǒng)2直接連 接，并且以另一以上詳細(xì)描述的方式進(jìn)行DER的數(shù)據(jù)分析服務(wù)19、實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)移服務(wù)20、通道判斷服務(wù)23和/或控制服務(wù)25。另外，如圖所示，警報(bào) 服務(wù)15同樣通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)7與在分散的內(nèi)核9內(nèi)設(shè)置的所述服務(wù)19、 20、 23、 25通信。警報(bào)服務(wù)15通過(guò)警報(bào)分布網(wǎng)絡(luò)28與人機(jī)接口 1并且與使用者的數(shù) 據(jù)庫(kù)29通信。
以此方式本發(fā)明提供一種上述類型的本地控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(SCADA 系統(tǒng))，所述系統(tǒng)安裝在分散式的能源(DER)中，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組中， 和/或在分散式的能源(DER)處，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組處分散地應(yīng)用，所述系統(tǒng)具有控制分散式能源(DER)，特別是渦輪控制單元的控制單元，存儲(chǔ) 操作數(shù)據(jù)和/或操作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及與外部單元通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)和
/或控制命令的網(wǎng)絡(luò)通信接口，基于本地內(nèi)核9的中繼實(shí)現(xiàn)了與所述系統(tǒng)的直 接數(shù)據(jù)通信，而用于這種通信的SCADA系統(tǒng)無(wú)需前置中心的SCADA主系 統(tǒng)。因此， 一方面節(jié)約SCADA主系統(tǒng)的購(gòu)買和運(yùn)行成本，另一方面通過(guò)標(biāo) 準(zhǔn)化的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化的通信硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)靈活的適應(yīng)性。附圖標(biāo)記列表
1外部人機(jī)接口
2組合至風(fēng)力渦輪組件中的SCADA系統(tǒng)
3風(fēng)力渦輪控制裝置(SCADA從系統(tǒng))
4存儲(chǔ)器可編程控制單元
5本地網(wǎng)絡(luò)
6 SCADA主站
7互聯(lián)網(wǎng)
8直接數(shù)據(jù)連接
9本地內(nèi)核
10數(shù)據(jù)庫(kù)
11渦輪控制單元
12內(nèi)部人機(jī)接口
13網(wǎng)絡(luò)接口
14數(shù)據(jù)設(shè)備
16公開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域 17受保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)域 18服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù) 19數(shù)據(jù)分析服務(wù) 20實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移服務(wù) 21開放的連接服務(wù) 22會(huì)話
23通道判斷服務(wù)
24通信循環(huán)
25渦輪控制服務(wù)
26用戶注銷服務(wù)
27注銷步驟
28警報(bào)分布網(wǎng)絡(luò)
29數(shù)據(jù)庫(kù)(使用者方面)
權(quán)利要求
1.一種分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))(2)，所述系統(tǒng)安裝在分散式的能源(DER)中，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組中，和/或在分散式的能源(DER)處，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組處分散地使用，所述系統(tǒng)具有控制所述分散式的能源(DER)，特別是渦輪控制單元(11)的控制單元；存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)和/或操作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及與外部單元(1，14，15，29)通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)(7)交換數(shù)據(jù)和/或操作命令的網(wǎng)絡(luò)通信接口(13)，其特征在于，所述系統(tǒng)具有控制和/或管理所述控制單元(11)、數(shù)據(jù)庫(kù)(10)和通信單元(13)的SCADA操作系統(tǒng)內(nèi)核(9)。
2. 如權(quán)利要求1所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述操作系 統(tǒng)內(nèi)核(9)設(shè)有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信接口 (13)公開訪問(wèn)的數(shù)據(jù)區(qū)域(16)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述操 作系統(tǒng)內(nèi)核(9)設(shè)有不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信接口 (13)公開訪問(wèn)的受保護(hù)的數(shù) 據(jù)區(qū)域(17)。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)庫(kù)(10)設(shè)置在所述受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域(17)中。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA單元(2)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)庫(kù)(10)用于長(zhǎng)期地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，特別是用于長(zhǎng)期變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)的分 析處理判讀。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 在所述受保護(hù)的數(shù)據(jù)區(qū)域(17)中設(shè)置本地通信單元(21)，以在所述操作 系統(tǒng)(9)與所述分散式的能源(DER)之間進(jìn)行通信。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2),其特征在于， 所述公開訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)域(16)用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)基于軟件的服務(wù)(19， 20， 23， 25)。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述基于軟件的服務(wù)(20)包括轉(zhuǎn)移所述分散式的能源(DER)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2),其特征在于， 所述基于軟件的服務(wù)(19)包括轉(zhuǎn)移與所述分散式的能源(DER)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，特別是生產(chǎn)數(shù)據(jù)、功效數(shù)據(jù)、時(shí)間序列以及差錯(cuò)追蹤。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述操作系統(tǒng)內(nèi)核(9)具有檢索基于軟件服務(wù)(19， 20， 23， 25)的索引 和/或機(jī)構(gòu)(服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù))(18)。
11. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 該系統(tǒng)具有人機(jī)接口 (HMI)，特別是可視的人機(jī)接口。
12. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述網(wǎng)絡(luò)通信接口 (13)通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議與所述外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
13. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述的基于軟件的服務(wù)(19， 20， 23， 25)通過(guò)SOAP通信協(xié)議調(diào)用。
14. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SCADA系統(tǒng)(2)，其特征在于， 所述的索引和/或機(jī)構(gòu)(服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù))C18)通過(guò)WSDL、 UDDI、 WSInspection 協(xié)議中的至少一個(gè)協(xié)議進(jìn)行通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(2)(SCADA系統(tǒng))，所述系統(tǒng)安裝在分散式的能源(DER)中，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組中，和/或在分散式的能源(DER)處，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)組處分散地使用，所述系統(tǒng)包括控制所述分散式的能源(DER)，特別是控制渦輪單元(11)的控制單元；存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)和/或操作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)以及與外部單元(1，14，15，29)通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)(7)交換數(shù)據(jù)和/或操作命令的網(wǎng)絡(luò)通信接口(13)，為了使該系統(tǒng)能更好地與使用者的業(yè)務(wù)流程結(jié)合，并且能夠靈活地適應(yīng)不同的系統(tǒng)，不斷變化的客戶需求和硬件，本發(fā)明提供了更好的控制和/或管理控制渦輪單元的控制單元，數(shù)據(jù)庫(kù)和通訊單元的SCADA操作系統(tǒng)內(nèi)核。
文檔編號(hào)F03D7/04GK101611359SQ200780049285
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者弗蘭克·塞姆克斯 申請(qǐng)人:德風(fēng)公司