Вижте какво е "IEC" в други речници. IEC стандарти Проблеми с проверката на данните

).
Членовете на работна група 10 на Техническия комитет 57 „Управление на електроенергийни системи и свързаните с тях технологии за обмен на информация“ на IEC, който разработва стандарта, Алексей Олегович Аношин и Александър Валериевич Головин днес разглеждат основния протокол за обмен на сигнали - GOOSE.

СТАНДАРТ IEC 61850
GOOSE протокол

Протоколът GOOSE, описан в глава IEC 61850-8-1, е един от най-широко известните протоколи, предоставени от стандарта IEC 61850. Съкращението GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - може да се преведе буквално като "общ обектно-ориентиран събитие в подстанция”. На практика обаче не трябва да придавате голямо значение на оригиналното име, тъй като то не дава никаква представа за самия протокол. Много по-удобно е протоколът GOOSE да се разбира като услуга, предназначена за обмен на сигнали между устройствата за релейна защита и автоматизация в цифров вид.

ФОРМИРАНЕ НА GOOSE СЪОБЩЕНИЯ

В предишната публикация разгледахме информационния модел на устройството, организацията на данните и се фокусирахме върху формирането на набори от данни - Dataset. Наборите от данни се използват за групиране на данни, които ще бъдат изпратени чрез механизма за съобщения GOOSE. Впоследствие контролният блок за изпращане на GOOSE съдържа връзка към създадения набор от данни. В този случай устройството знае точно какви данни да изпрати (фиг. 1).

Ориз. 1. Генериране на данни за GOOSE съобщение

Трябва да се отбележи, че в рамките на едно GOOSE съобщение може да бъде изпратена както една стойност (например стартов сигнал за защита от свръхток), така и няколко стойности едновременно (например сигнал за старт и сигнал за защита от свръхток и др.). Приемащото устройство може да извлече от пакета само необходимите му данни.

Изпратеният GOOSE пакет от съобщения съдържа всички текущи стойности на атрибутите на данните, включени в набора от данни. Когато някоя от стойностите на атрибута се промени, устройството незабавно инициира изпращане на ново GOOSE съобщение с актуализирани данни (фиг. 2).

Ориз. 2. Предаване на GOOSE съобщения

Според предназначението си съобщението GOOSE е предназначено да замени предаването на дискретни сигнали по действащата текуща мрежа. Нека да разгледаме какви изисквания се налагат на протокола за пренос на данни.

ЦИФРОВИ КОМУНИКАЦИИ ВМЕСТО АНАЛОГОВИ

За да се разработи алтернатива на веригите за предаване на сигнали между устройствата за релейна защита, бяха анализирани свойствата на информацията, предавана между устройствата за релейна защита и автоматизация чрез дискретни сигнали:

Малко количество информация: стойностите „true“ и „false“ (или логически „нула“ и „едно“) всъщност се предават между терминалите;
- Изисква висока скорост на трансфер на информация. Повечето от дискретните сигнали, предавани между устройствата за релейна защита и автоматизация, пряко или косвено влияят върху скоростта на елиминиране на ненормален режим, така че предаването на сигнала трябва да се извършва с минимално закъснение;
- Необходима е висока вероятност за доставка на съобщение за изпълнение на критични функции, като издаване на команда за изключване на прекъсвач от система за релейна защита, обмен на сигнали между релейна защита и устройства за автоматизация при изпълнение на разпределени функции. Необходимо е да се осигури гарантирана доставка на съобщения както при нормална работа на цифровата мрежа за данни, така и при краткотрайни повреди;
- Възможност за изпращане на съобщения до множество получатели наведнъж. При внедряването на някои функции за разпределена релейна защита е необходимо прехвърляне на данни от едно устройство към няколко наведнъж;
- Необходимо е да се следи целостта на канала за предаване на данни. Наличието на диагностична функция за състоянието на канала за предаване на данни ви позволява да увеличите коефициента на наличност по време на предаване на сигнала, като по този начин повишавате надеждността на функцията, изпълнявана с предаването на определеното съобщение.

Изброените изисквания доведоха до разработването на GOOSE механизъм за съобщения, който отговаря на всички изисквания.

ОСИГУРЯВАНЕ НА СКОРОСТ НА ПРЕДАВАНЕ НА ДАННИ

В схемите за предаване на аналогов сигнал основното забавяне в предаването на сигнала се причинява от времето за реакция на дискретния изход на устройството и времето за филтриране на отскачане на дискретния вход на приемащото устройство. Времето за разпространение на сигнала по протежение на проводника е кратко в сравнение.

По същия начин в цифровите мрежи за данни основното забавяне се дължи не толкова на предаването на сигнала през физическата среда, колкото на неговата обработка вътре в устройството.

В теорията на мрежите за предаване на данни е обичайно да се сегментират услугите за предаване на данни в съответствие с нивата на OSI модела (Таблица 1), като правило, слизайки от „Приложението“, тоест нивото на приложените данни представяне, до „Физическото“, тоест нивото на физическо взаимодействие на устройствата.

Таблица 1. Стандартен седемслоен OSI модел

В своето класическо представяне OSI моделът има само седем слоя: физически, връзка за данни, мрежа, транспорт, сесия, представяне и приложение. Внедрените протоколи обаче може да нямат всички посочени слоеве, т.е. някои слоеве може да бъдат пропуснати.

Механизмът на работа на модела OSI може да бъде ясно илюстриран с примера за прехвърляне на данни при разглеждане на WEB страници в Интернет на персонален компютър.

Съдържанието на страниците се прехвърля към интернет с помощта на HTTP (протокол за прехвърляне на хипертекст), който е протокол на ниво приложение. Прехвърлянето на HTTP данни обикновено се извършва от транспортния протокол TCP (Transmission Control Protocol). Сегментите на TCP протокола са капсулирани в пакети на мрежовия протокол, който в този случай е IP (Интернет протокол). TCP пакетите съдържат рамки на протокола на слоя за връзка на Ethernet, които могат да се предават с помощта на различни физически слоеве в зависимост от мрежовия интерфейс. По този начин данните на страницата, която се разглежда в Интернет, преминават през най-малко четири нива на трансформация при формиране на последователност от битове на физическо ниво и след това през същия брой стъпки на обратна трансформация.

Този брой преобразувания води до забавяне както при формирането на последователност от битове с цел тяхното предаване, така и при обратното преобразуване с цел получаване на предаваните данни. Съответно, за да се намалят времената на забавяне, броят на трансформациите трябва да бъде сведен до минимум. Ето защо данните чрез протокола GOOSE (приложен слой) се присвояват директно на слоя за връзка за данни - Ethernet, заобикаляйки другите слоеве.

Като цяло, главата IEC 61850-8-1 представя два комуникационни профила, които описват всички протоколи за пренос на данни, предвидени от стандарта:

• MMS профил;
• Не-MMS профил (т.е. не-MMS).

Съответно услугите за пренос на данни могат да бъдат реализирани с помощта на един от посочените профили. Протоколът GOOSE (както и протоколът Sampled Values ​​​​) се отнася конкретно за втория профил.

Използването на „съкратен“ стек с минимален брой трансформации е важен, но не единственият начин за ускоряване на трансфера на данни. Също така ускоряването на трансфера на данни чрез протокола GOOSE се улеснява от използването на механизми за приоритизиране на данни. По този начин за протокола GOOSE се използва отделен идентификатор на Ethernet рамка - Ethertype, който очевидно има по-висок приоритет в сравнение с друг трафик, например предаван чрез IP мрежовия слой.

В допълнение към механизмите, обсъдени по-горе, рамката за съобщения на Ethernet GOOSE може също да бъде оборудвана с етикети за приоритет на протокола IEEE 802.1Q и виртуални локални мрежиПротокол ISO/IEC 8802-3. Такива етикети ви позволяват да увеличите приоритета на кадрите, когато ги обработвате от мрежови комутатори. Тези механизми за повишаване на приоритета ще бъдат разгледани по-подробно в следващите публикации.

Използването на всички разгледани методи ни позволява значително да увеличим приоритета на данните, предавани чрез протокола GOOSE, в сравнение с други данни, предавани през същата мрежа, използвайки други протоколи, като по този начин минимизираме забавянията както при обработката на данни вътре в устройствата на източниците на данни и приемниците, така и когато се обработва от мрежови комутатори.

ИЗПРАЩАНЕ НА ИНФОРМАЦИЯ НА МНОГО АДРЕСА

За адресиране на рамки на ниво връзка се използват физическите адреси на мрежовите устройства - MAC адреси. В същото време Ethernet позволява така наречените групови съобщения (Multicast). В този случай адресът за множествено предаване е посочен в полето за MAC адрес на местоназначение. За мултикаст излъчвания, използващи протокола GOOSE, се използва определен диапазон от адреси (фиг. 3).

Ориз. 3. Диапазон от мултикаст адреси за GOOSE съобщения

Съобщенията със стойност "01" в първия октет на адреса се изпращат до всички физически интерфейси в мрежата, така че всъщност мултикастът няма фиксирани дестинации и неговият MAC адрес е по-скоро идентификатор за самото излъчване и не сочат директно към своите получатели.

По този начин MAC адресът на GOOSE съобщение може да се използва, например, когато се организира филтриране на съобщения на мрежови комутатори (MAC филтриране), а посоченият адрес може също да служи като идентификатор, към който могат да се конфигурират приемащи устройства.

Следователно предаването на GOOSE съобщения може да се сравни с радиопредаване: съобщението се излъчва до всички устройства в мрежата, но за да получи и впоследствие да обработи съобщението, приемащото устройство трябва да бъде конфигурирано да получава това съобщение (фиг. 4).

Ориз. 4. Схема за предаване на съобщения GOOSE

ГАРАНТИРАНА ДОСТАВКА НА СЪОБЩЕНИЯТА И КОНТРОЛ НА СЪСТОЯНИЕТО НА КАНАЛА

Предаването на съобщения до няколко получатели в режим Multicast, както и изискванията за високи скорости на трансфер на данни, не позволяват получаването на потвърждения за доставка от получателите при предаване на GOOSE съобщения. Процесът на изпращане на данни, генериране на потвърждение от приемащото устройство, получаването и обработката им от изпращащото устройство и след това повторното им изпращане, ако опитът е неуспешен, ще отнеме твърде много време, което може да доведе до прекомерни забавяния в предаването на критични сигнали.

Вместо това бяха въведени GOOSE съобщения специален механизъм, осигурявайки висока вероятност за доставка на данни.

Първо, при липса на промени в атрибутите на предаваните данни, пакетите с GOOSE съобщения се предават циклично на интервал, зададен от потребителя (фиг. 5а). Цикличното предаване на GOOSE съобщения ви позволява постоянно да диагностицирате информационната мрежа. Устройство, конфигурирано да получава съобщение, чака то да пристигне на определен интервал от време. Ако съобщението не пристигне в рамките на времето за изчакване, приемащото устройство може да генерира сигнал за неизправност в информационната мрежа, като уведомява диспечера за възникналите проблеми.

Второ, когато един от атрибутите на предадения набор от данни се промени, без значение колко време е минало от изпращането на предишното съобщение, се генерира нов пакет, който съдържа актуализираните данни. След което изпращането на този пакет се повтаря няколко пъти с минимално времезакъснение (фиг. 5b), а интервалът между съобщенията (ако няма промени в предаваните данни) отново се увеличава до максимум.

Ориз. 5. Интервал между изпращането на GOOSE съобщения

Трето, пакетът GOOSE съобщение съдържа няколко полета за броячи, които също могат да се използват за наблюдение на целостта на комуникационния канал. Такива броячи например включват брояча на циклични колети (sqNum), чиято стойност варира от 0 до 4 294 967 295 или докато предадените данни се променят. Всеки път, когато данните, предадени в съобщението GOOSE, се променят, броячът sqNum ще се нулира. В същото време друг брояч, stNum, се увеличава с 1, който също се променя циклично в диапазона от 0 до 4 294 967 295. Ако няколко пакета бъдат загубени по време на предаване, тази загуба може да бъде проследена от два посочени брояча.

И накрая, четвърто, важно е да се отбележи, че съобщението GOOSE, в допълнение към стойността на самия дискретен сигнал, може да съдържа знак за неговото качество, който идентифицира специфичен хардуерен срив на устройството източник на информация, независимо дали устройството източник на информация е в режим на тестване и редица други необичайни режими. По този начин приемащото устройство, преди да обработи получените данни съгласно предоставените алгоритми, трябва да провери този атрибут на качеството. Това може да предотврати неправилната работа на устройствата за получаване на информация (например фалшивата им работа).

Трябва да се има предвид, че някои от вградените механизми за осигуряване надеждността на предаването на данни, ако се използват неправилно, могат да доведат до негативен ефект. По този начин, ако максималният интервал между съобщенията е избран твърде кратък, натоварването на мрежата се увеличава, въпреки че от гледна точка на наличността на комуникационния канал ефектът от намаляване на интервала на предаване ще бъде изключително незначителен.

Когато атрибутите на данните се променят, предаването на пакети с минимално забавяне причинява повишено натоварване на мрежата (режим „информационна буря“), което теоретично може да доведе до забавяне на предаването на данни. Този режим е най-сложен и трябва да се вземе като изчислен при проектирането на информационна мрежа. Трябва обаче да се разбере, че пиковото натоварване е много краткотрайно и многократното му намаляване, според експериментите, които проведохме в лабораторията за изследване на функционалната съвместимост на устройства, работещи по условията на стандарта IEC 61850, Отдел за защита и Атомни електроцентрали на Националния изследователски университет Московски енергиен институт, се наблюдава на интервал от 10 ms.

НАСТРОЙКА И ПРОВЕРКА

При изграждане на системи за релейна защита, базирани на протокола GOOSE, се променят процедурите за тяхната настройка и тестване. Сега етапът на настройка се състои в организиране на Ethernet мрежа на енергийно съоръжение с включване на всички устройства за релейна защита и автоматизация, между които е необходим обмен на данни. За да се провери дали системата е конфигурирана и активирана в съответствие с изискванията на проекта, става възможно да се използва персонален компютър със специален предварително инсталиран софтуер(Wireshark, GOOSE Monitor и др.) или специално оборудване за тестване, което поддържа GOOSE протокола (RETOM 61850, Omicron CMC).

Важно е да се отбележи, че всички проверки могат да се извършват без прекъсване на предварително установени връзки между вторично оборудване (устройства за релейна защита, превключватели и др.), тъй като обменът на данни се извършва през Ethernet мрежата. При обмен на дискретни сигнали между устройства за релейна защита по традиционния начин (чрез подаване на напрежение към дискретния вход на приемащото устройство при затваряне на изходния контакт на устройството, предаващо данни), напротив, често е необходимо да се прекъснат връзките между вторично оборудване за включване във веригата на тестови инсталации с цел проверка на изправността на електрическите връзки и предаване на съответните дискретни сигнали.

ИЗВОДИ

Протоколът GOOSE предоставя цял набор от мерки, насочени към осигуряване на необходимите характеристики за скорост и надеждност при предаване на критични сигнали. Използването на този протокол в комбинация с правилното проектиране и параметризиране на информационната мрежа и устройствата за релейна защита позволява в някои случаи да се откаже от използването на вериги с медни проводници за предаване на сигнал, като същевременно се гарантира необходимото ниво на надеждност и производителност.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аношин А.О., Головин А.В. Стандарт IEC 61850. Информационен модел на устройството // Новини на електротехниката. 2012. № 5 (77).
2. Информационни и изчислителни мрежи: урок. Капустин Д.А., Дементиев В.Е. Уляновск: UlSTU, 2011.- 141 с.

През 1881 г. се провежда първият Международен конгрес по електричество, а през 1904 г. правителствените делегации на конгреса решават да създадат специална организация за стандартизация в тази област. Като Международна електротехническа комисия започва да работи през

съветски съюзе член на IEC от 1922 г. Русия става правоприемник на СССР и е представена в IEC от Държавния стандарт на Руската федерация. Руската страна участва в повече от 190 технически комитета и подкомитета. Централата се намира в Женева, работните езици са английски, френски, руски.

Основните обекти на стандартизация са: материали за електротехническата промишленост (течни, твърди, газообразни диелектрици, мед, алуминий, техните сплави, магнитни материали); електрическо оборудване за промишлени цели (заваръчни машини, двигатели, осветителна техника, релета, устройства за ниско напрежение, кабели и др.); електроенергийно оборудване (парни и хидравлични турбини, електропроводи, генератори, трансформатори); продукти на електронната промишленост (интегрални схеми, микропроцесори, печатни платки и др.); електронно оборудванебитови и промишлени цели; електрически инструменти; оборудване за комуникационни сателити; терминология.

Организационната структура на IEC е показана на фиг. 1.6. Най-висшият ръководен орган на IEC е Съветът. Основен координиращ орган е Комитетът за действие, на чието подчинение са следните комитети и консултативни групи: АКОС - консултативен комитет по електробезопасност на битови уреди, електронно оборудване, високоволтово оборудване и др.; ASET - консултативният комитет по въпросите на електрониката и комуникациите, подобно на AKOS, се занимава с въпроси на електрическата безопасност; KGEMS – координационна група по електромагнитна съвместимост; КГИТ - координационна група по информационни технологии; работни групи за съгласуване на размера.

Ориз. 1.6. IEC организационна структура]

Групите могат да бъдат постоянни или създадени според нуждите.

Структурата на техническите органи на IEC, които пряко разработват международни стандарти, е подобна на структурата на ISO: това са технически комитети (TC), подкомитети (SC) и работни групи (WG).

IEC си сътрудничи с ISO, като съвместно разработва насоки на ISO/IEC и директиви на ISO/IEC по актуални въпроси на стандартизацията, сертифицирането, акредитацията на изпитвателните лаборатории и методологичните аспекти.

Международният специален комитет по радиосмущения (CISPR) има независим статут в IEC, тъй като е съвместен комитет на заинтересовани международни организации, участващи в него (създаден през 1934 г.).

Стандартизирането на измерването на радиосмущенията, излъчвани от електрическо и електронно оборудване, е от голямо значение поради факта, че в почти всички развити страни допустимите нива на радиосмущения и методите за тяхното измерване са регламентирани на законодателно ниво. Поради това всяко оборудване, което може да излъчва радиосмущения, подлежи на задължително тестване, за да се гарантира съответствие с международните стандарти CISPR, преди да бъде пуснато в експлоатация.

Тъй като CISPR е комитет на IEC, в работата му участват всички национални комитети, както и редица заинтересовани международни организации. Международният консултативен комитет по радиокомуникации и Международната организация за гражданска авиация участват като наблюдатели в работата на CISPR. Най-висшият орган на CISPR е Пленарната асамблея, която заседава на всеки 3 години.

Международната електротехническа комисия е създадена през 1906 г. на международна конференция, на която присъстват 13 страни, които са най-заинтересовани от такава организация. Датата на началото на международното сътрудничество в областта на електротехниката се счита за 1881 г., когато се провежда първият Международен конгрес по електричество. По-късно, през 1904 г., правителствените делегати на Конгреса решават, че е необходима специална организация за стандартизиране на параметрите на електрическите машини и терминологията в тази област.

След Втората световна война, когато е създадена ISO, IEC стана автономна организация в него. Но организационните, финансовите въпроси и обектите на стандартизация бяха ясно разделени. IEC се занимава със стандартизация в областта на електротехниката, електрониката, радиокомуникациите и уредостроенето. Тези площи не са в обхвата на дейността ISO.

Повечето страни-членки на IEC са представени в него от техните национални организации по стандартизация (Русия е представена от Госстандарт на Руската федерация), в някои страни са създадени специални комитети за участие в IEC, които не са част от структурата на националните организации по стандартизация ( Франция , Германия, Италия, Белгия и др.).

Представителството на всяка страна в IEC е под формата на национален комитет. Членове на IEC са повече от 40 национални комитета, представляващи 80% от световното население, което консумира повече от 95% от световната електроенергия. Официалните езици на IEC са английски, френски и руски.

Основната цел на организацията, която е определена от нейния устав- насърчаване на международното сътрудничество по стандартизация и свързани въпроси в областта на електротехниката и радиотехниката чрез разработване на международни стандарти и други документи.

Националните комитети на всички страни образуват Съвета - най-висшият ръководен орган на IEC. Годишните срещи на Съвета, които се провеждат последователно в различни страни-членки на IEC, са посветени на решаването на целия набор от въпроси, свързани с дейността на организацията. Решенията се вземат с обикновено мнозинство от гласовете, като президентът има право на глас, което той упражнява в случай на равно разпределениегласове.

Основният координиращ орган на IEC е Комитетът за действие. В допълнение към основната си задача - координиране на работата на техническите комитети - Комитетът за действие идентифицира необходимостта от нови области на работа, разработва методически документи, които подпомагат техническата работа, участва в решаването на въпроси на сътрудничество с други организации и изпълнява всички задачи на Съвета.

На подчинение на Комитета за действие са консултативни групи, които Комитетът има право да създава при необходимост от координация по конкретни проблеми в дейността на ТС. По този начин две консултативни групи разделиха разработването на стандарти за безопасност помежду си: Консултативният комитет по. Въпросите на електрическата безопасност (AKOS) координира действията на около 20 технически комитета и персонални компютри по електрически домакински уреди, радиоелектронно оборудване, оборудване за високо напрежение и др., а Консултативният комитет по електроника и комуникации (ASET) се занимава с други обекти на стандартизация . Освен това Комитетът за действие счете за подходящо по-ефективно да координира работата по създаването на международни стандарти за организиране на Координационната група по електромагнитна съвместимост (CHEMC), Координационната група по информационни технологии (CGIT) и Работна групапо координация на размера (фиг. 11.2).

Подобна е структурата на техническите органи на IEC, които пряко разработват международни стандарти ISO: Това са технически комитети (TC), подкомитети (SC) и работни групи (WG). В работата на всеки ТК участват 15-25 страни. Най-много са секретариатите на ТК и ПК Франция, САЩ, Германия, Великобритания, Италия, Холандия. Русия поддържа шест секретариата.

Международните IEC стандарти могат да бъдат разделени на два вида: общи технически, междусекторни по характер и стандарти, съдържащи технически изисквания за специфични продукти. Първият тип включва нормативни документи по терминология, стандартни напрежения и честоти, различни видове тестове и др. Вторият тип стандарти обхващат огромен диапазон от битови електрически уреди до комуникационни сателити. Всяка година програмата на IEC включва повече от 500 нови теми по международна стандартизация.

Основни обекти на IEC стандартизация:

Материали за електротехническата промишленост (течни, твърди, газообразни диелектрици , мед , алуминий, техен сплави , магнитни материали);

Електрическо оборудване за промишлени цели (заваръчни машини, двигатели, осветителна техника, релета, устройства за ниско напрежение, кабели т.н.);

Електроенергийно оборудване (парни и хидравлични турбини, електропроводи, генератори, трансформатори);

Продукти на електронната промишленост (интегрални схеми, микропроцесори, печатни платки и др.);

Електронно оборудване за битови и промишлени цели;

Електрически инструменти;

Оборудване за комуникационни спътници;

Терминология.

IEC е приела повече от 2 хиляди международни стандарта. Те се различават по съдържание от стандартите ISOпо-конкретно: те определят технически изисквания за продуктите и техните методи за изпитване, както и изисквания за безопасност, което е от значение не само за обектите на стандартизация на IEC, но и за най-важният аспектпотвърждение за съответствие - удостоверение за съответствие с изискванията на стандартите за безопасност. За да гарантира тази област, която е от актуално значение в международната търговия, IEC разработва специални международни стандарти за безопасност на специфични продукти. С оглед на гореизложеното, както показва практиката, международните IEC стандарти са по-подходящи за директно прилагане в страните членки, отколкото стандартите ISO.

Отдавайки голямо значение на разработването на международни стандарти за безопасност, ISOзаедно с IEC прие Насоките ISO/IEC 51 „Общи изисквания за представяне на проблемите на безопасността при подготовката на стандарти“. Той отбелязва, че безопасността е обект на стандартизация, която се проявява в разработването на стандарти в много различни форми, на различни нива, във всички области на технологията и за огромното мнозинство от продукти. Същността на понятието „сигурност” се тълкува като осигуряване равновесиемежду предотвратяването на риска от физическо нараняване и други изисквания, на които продуктът трябва да отговаря. Трябва да се има предвид, че абсолютната безопасност практически не съществува, следователно, дори при най-високо ниво на безопасност, продуктите могат да бъдат само относително безопасни.

Когато се произвеждат продукти, решенията, свързани с безопасността, обикновено се основават на изчисления на риска и оценки на безопасността. Оценката на риска (или установяването на вероятността от увреждане) се основава на натрупани емпирични данни и научни изследвания. Оценката на безопасността включва вероятно ниво на риск и стандартите за безопасност почти винаги се определят на национално ниво (в ЕС чрез директиви и технически регламенти; в Руската федерация - все още задължителни изисквания на държавните стандарти). Обикновено самите стандарти за безопасност се влияят от нивото на социално-икономическо развитие и образование на обществото. Рисковете зависят от качеството на проекта и производствен процес, както и не по-малко от условията за употреба (консумация) на продукта.

Въз основа на тази концепция за сигурност, ISOи IEC вярват, че безопасността ще бъде улеснена от прилагането на международни стандарти, които установяват изисквания за безопасност. Това може да е стандарт, който се отнася единствено до безопасността или може да съдържа изисквания за безопасност заедно с други технически изисквания. При изготвянето на стандарти за безопасност те идентифицират характеристиките на обекта на стандартизация, които могат да имат отрицателно въздействие върху хората, заобикаляща средаи методи за установяване на безопасността за всяка характеристика на продукта. Но Основната цел на стандартизацията в областта на безопасността е да се намери защита срещу различни видове опасности.Обхватът на дейностите на IEC включва: опасност от нараняване, опасност от електрически ток, техническа опасност, опасност от пожар, опасност от експлозия, химическа опасност, биологична опасност, опасност от излъчване на оборудването (звук, инфрачервено, радиочестота, ултравиолетово, йонизиращо, радиация и др.).

Процедурата за разработване на IEC стандарт е подобна на тази, използвана в ISO. Средно работят по стандарт 3-4 години и често той изостава от темповете на обновяване на продукта и появата на нови продукти на пазара. За да се намалят сроковете, IEC практикува публикуването на документ за техническо ръководство (TOD), приет по кратка процедура, съдържащ само идеята за бъдещ стандарт. Той е валиден за не повече от три години и се отменя след публикуването на създадения въз основа на него стандарт.

Прилага се и ускорена процедура за разработване, по-специално по отношение на намаляването на цикъла на гласуване и, по-ефективно, разширяването на пререгистрацията в международните IEC стандарти нормативни документиприети от други международни организации или национални стандарти на страни членки. Техническите средства също помагат за ускоряване на работата по създаването на стандарт: автоматизирана системанаблюдение на хода на работата, Информационна система"Телетекст", организиран на базата на Централното бюро. Повече от 10 национални комитета са станали потребители на тази система.

В рамките на IEC Международният специален комитет по радиосмущения (CISPR) има донякъде специален статут, който стандартизира методите за измерване на радиосмущенията, излъчвани от електронни и електрически устройства. Допустимите нива на такива смущения са предмет на пряко техническо законодателство в почти всички развити страни. Сертифицирането на такива устройства се извършва за съответствие със стандартите CISPR.

CISPR включва не само национални комитети, но и международни организации: Европейски съюз за радио и телевизия, Международна организация за радио и телевизия, Международен съюз на производителите и разпределителите на електроенергия, Международна конференция за големи електрически системи, Международен съюз железници, Международен съюз обществен транспорт, Международен съюз по електротермия. Международният комитет по радиокомуникации и Международната организация за гражданска авиация участват като наблюдатели в работата на комитета. CISPR разработва както регулаторни, така и информационни международни документи:

международни стандарти за технически изисквания,които регламентират методи за измерване на радиосмущения и съдържат препоръки за използване на измервателна апаратура;

доклади,в който са представени резултатите научно изследванепо въпроси на CISPR.

Най-голямо практическо приложение имат международните стандарти, които установяват технически изисквания и максимални нива на радиосмущения за различни източници: моторни превозни средства, развлекателни кораби, двигатели с вътрешно горене, луминесцентни лампи, телевизори и др.

Протокол на събитието - по ваши думи

Ако вземем предвид алегорията на класната стая, която работи добре, цикличните протоколи като Modbus, Profibus, Fieldbus са като анкетиране на всеки от учениците последователно. Дори и да няма интерес към устройството (ученик). Протоколите за събития работят по различен начин. Отправя се заявка не към всяко мрежово устройство (ученик) последователно, а към класа като цяло, след което се събира информация от устройството с променено състояние (ученик, който вдигна ръка). По този начин има значително спестяване на мрежов трафик. Мрежовите устройства не натрупват грешки, когато връзката е лоша. Като се има предвид, че доставката на събитие се извършва с времеви печат, дори ако има известно забавяне, главният автобус получава информация за събития, които са настъпили на отдалечени обекти.

Събитийните протоколи се използват предимно в електроенергийни съоръжения, както и системи дистанционноразлични системи от шлюзове и водосбори. Използват се навсякъде, където е необходимо дистанционно управление и управление на много отдалечени един от друг обекти.

История на разработването и внедряването на протоколи за събития в автоматизацията на енергийните съоръжения

Пример за един от първите успешни опити за стандартизиране на обмена на информация за индустриални контролери е протоколът ModBus, разработен от Modicon през 1979 г. В момента протоколът съществува в три версии: ModBus ASCII, ModBus RTU и ModBus TCP; го развива организация с идеална цел ModBus-IDA. Въпреки факта, че ModBus принадлежи към протоколите на приложния слой на мрежовия модел OSI и регулира функциите за четене и запис на регистри, съответствието на регистрите с типовете измервания и каналите за измерване не е регулирано. На практика това води до несъвместимост на протоколите за устройства от различен тип, дори от един и същи производител, и необходимост от поддръжка голямо количествопротоколи и техните модификации чрез вграден USPD софтуер (с двустепенен модел на анкетиране - софтуер за сървър за събиране) с ограничена възможност повторно използванепрограмен код. Като се има предвид селективното спазване на стандартите от производителите (използване на нерегламентирани алгоритми за изчисляване на контролната сума, промяна на реда на байтовете и т.н.), ситуацията се влошава още повече. Днес е очевиден фактът, че ModBus не е в състояние да реши проблема с разделянето на протоколите на оборудването за измерване и управление на енергийните системи. Спецификацията DLMS/COSEM (Device Language Message Specification), разработена от Асоциацията на потребителите на DLMS и разработена във фамилията стандарти IEC 62056, е предназначена да осигури, както е посочено на официалния уебсайт на асоциацията, „оперативно съвместима среда за структурно моделиране и данни обмен с контрольора.” . Спецификацията разделя логическия модел и физическото представяне на специализираното оборудване, а също така дефинира най-важните понятия (регистър, профил, график и др.) и операциите върху тях. Основният стандарт е IEC 62056-21, който замени второто издание на IEC 61107.
Въпреки по-подробното проучване на модела за представяне на устройството и неговата работа в сравнение с ModBus, проблемът с пълнотата и "чистотата" на внедряването на стандарта, за съжаление, остава.На практика, проучване на устройство с декларирана поддръжка за DLMS от един производител с програма за анкетиране от друг производител е или ограничено до основните параметри, или просто невъзможно. Трябва да се отбележи, че спецификацията DLMS, за разлика от протокола ModBus, се оказа изключително непопулярна сред местните производители на измервателни устройства, главно поради по-голяма сложност на протокола, както и допълнителни режийни разходи за установяване на връзка и получаване на конфигурацията на устройството.
Пълната поддръжка на съществуващите стандарти от производителите на измервателно и контролно оборудване не е достатъчна за преодоляване на вътрешносистемната информационна разпокъсаност. Поддръжката на определен стандартизиран протокол, деклариран от производителя, като правило не означава пълната му поддръжка и липсата на въведени промени. Пример за набор от чуждестранни стандарти е семейството стандарти IEC 60870-5, създадени от Международната електротехническа комисия.
Различни реализации на IEC 60870-5-102 - общ стандарт за пренос на интегрални параметри в енергийни системи - са представени в устройства от редица чуждестранни производители: Iskraemeco d.d. (Словения), Landis&Gyr AG (Швейцария), Circutor SA (Испания), EDMI Ltd (Сингапур) и др., но в повечето случаи - само като допълнителни. Собствени протоколи или варианти на DLMS се използват като основни протоколи за пренос на данни. Струва си да се отбележи, че IEC 870-5-102 не се използва широко по друга причина: някои производители на измервателни устройства, включително домашни, са внедрили модифицирани телемеханични протоколи в своите устройства (IEC 60870-5-101, IEC 60870-5 - 104), пренебрегвайки този стандарт.

Подобна ситуация се наблюдава сред производителите на релейна защита и автоматизация: при наличието на текущия стандарт IEC 60870-5-103 често се прилага протокол, подобен на ModBus. Предпоставката за това, очевидно, беше липсата на поддръжка за тези протоколи от повечето системи от по-високо ниво. Могат да се използват телемеханични протоколи, описани в стандартите IEC 60870-5-101 и IEC 60870-5-104, ако е необходимо да се интегрират телемеханика и системи за измерване на електроенергия. В тази връзка установиха широко приложениев диспечерските системи.

Технически спецификации на протокола за автоматизация

В съвременните системи за автоматизация, в резултат на постоянната модернизация на производството, все по-често се срещат задачите за изграждане на разпределени индустриални мрежи, използващи протоколи за пренос на данни, базирани на събития. За организиране на индустриални мрежи на енергийни съоръжения се използват много интерфейси и протоколи за пренос на данни, например IEC 60870-5-104, IEC 61850 (MMS, GOOSE, SV) и др. Те са необходими за пренос на данни между сензори, контролери и задвижки (AM), връзка между долните и горни нива APCS.

Протоколите са разработени, като се вземат предвид спецификите на технологичния процес, осигуряващи надеждна връзка и висока точност на пренос на данни между различни устройства. Наред с надеждната работа в тежки условия, функционалността, гъвкавостта на дизайна, лекотата на интегриране и поддръжка и съответствието с индустриалните стандарти стават все по-важни изисквания в автоматизираните системи за управление на процеси. Нека да разгледаме техническите характеристики на някои от горните протоколи.

IEC 60870-5-104 протокол

IEC 60870-5-104 формализира капсулирането на ASDU от IEC 60870-5-101 в стандартни TCP/IP мрежи. Поддържат се както Ethernet, така и модемни връзки, използващи PPP протокола. Сигурността на криптографските данни е формализирана в стандарта IEC 62351. Стандартният порт е TCP 2404.
Този стандарт определя използването на отворен TCP/IP интерфейс за мрежа, съдържаща, например, LAN (локална мрежа) за устройство за дистанционно управление, което предава ASDU в съответствие с IEC 60870-5-101. Рутери, включително рутери за WAN (широкообхватна мрежа) от различни типове (например X.25, Frame Relay, ISDN и т.н.), могат да бъдат свързани чрез общ TCP/IP-LAN интерфейс.

Пример за обща архитектура на приложение на IEC 60870-5-104

Интерфейсът на транспортния слой (интерфейсът между потребителя и TCP) е интерфейс, ориентиран към потока, който не дефинира никакви механизми за стартиране и спиране за ASDU (IEC 60870-5-101). За да се определи началото и края на ASDU, всеки APCI хедър включва следните маркировки: начален знак, индикация за дължината на ASDU, заедно с контролно поле. Могат да се предават или пълният APDU, или (за контролни цели) само APCI полетата.

IEC 60870-5-104 структура на пакета данни на протокола

при което:

APCI - Информация за контрол на нивото на приложението;
- ASDU - единица данни. Поддържа се от приложния слой (блок данни на приложния слой);
- APDU - модул за данни на протокола на приложния слой.
- START 68 N определя началната точка в рамките на потока от данни.
Дължината на APDU определя дължината на тялото на APDU, което се състои от четирите байта на контролното поле на APCI плюс ASDU. Първият преброен байт е първият байт на контролното поле, а последният преброен байт е последният байт на ASDU. Максималната дължина на ASDU е ограничена до 249 байта, защото Максималната дължина на полето APDU е 253 байта (APDUmax=255 минус 1 начален байт и 1 байт дължина), а дължината на контролното поле е 4 байта.
Този протокол за пренос на данни в момента е де факто стандартният протокол за изпращане за предприятия в електроенергийния сектор. Моделът на данните в този стандарт е по-развит, но не предоставя унифицирано описание на енергийното съоръжение.

DNP-3 протокол

DNP3 (Distributed Network Protocol) е протокол за пренос на данни, използван за комуникация между ICS компоненти. Проектиран за лесно взаимодействие между различни видовеустройства и системи за управление. Може да се използва на различни нива на автоматизирани системи за управление на процеси. Има разширение Secure Authentication за DNP3 за сигурно удостоверяване.
В Русия този стандарт е слабо разпространен, но някои устройства за автоматизация все още го поддържат. За дълго времеПротоколът не е стандартизиран, но вече е одобрен като стандарт IEEE-1815. DNP3 поддържа както RS-232/485 серийни комуникации, така и TCP/IP мрежи. Протоколът описва три слоя на OSI модела: приложение, връзка за данни и физически. Неговата отличителна чертае способността за прехвърляне на данни както от главното устройство към подчиненото устройство, така и между подчинените устройства. DNP3 също поддържа спорадичен трансфер на данни от подчинени устройства. Предаването на данни се основава, както в случая с IEC-101/104, на принципа на предаване на таблица със стойности. В този случай, за да се оптимизира използването на комуникационните ресурси, не се изпраща цялата база данни, а само нейната променлива част.
Важна разлика между протокола DNP3 и тези, обсъдени по-рано, е опитът да се опише обективно моделът на данните и независимостта на обектите с данни от предаваните съобщения. За описание на структурата на данните в DNP3 се използва XML описание на информационния модел. DNP3 се основава на три слоя на мрежовия модел OSI: приложение (работи с обекти от основни типове данни), канал (осигурява няколко начина за извличане на данни) и физически (в повечето случаи се използват интерфейси RS-232 и RS-485) . Всяко устройство има свой собствен уникален адрес за дадена мрежа, представен като цяло число от 1 до 65520. Основни термини:
- Outslation - подчинено устройство.
- Master - главно устройство.
- Рамка (frame) - пакети, предавани и получавани на слоя за връзка за данни. Максималният размер на пакета е 292 байта.
- Статични данни - данни, свързани с някаква реална стойност (например дискретен или аналогов сигнал)
- Данни за събития - данни, свързани с всякакви значимо събитие(например състоянието се променя. Стойността достига праг). Има опция за прикачване на времеви печат.
- Вариация (вариация) - определя как се интерпретира стойността, характеризираща се с цяло число.
- Група (група) - определя вида на стойността, характеризираща се с цяло число (например постоянна аналогова стойност принадлежи към група 30, а аналогова стойност за събитие към група 32). За всяка група се задава набор от вариации, с помощта на които се интерпретират значенията на тази група.
- Обект - рамкови данни, свързани с конкретна стойност. Форматът на обекта зависи от групата и вариацията.
По-долу е даден списък с вариации.

Варианти за постоянни данни:

Варианти за данни за събития:

Флаговете предполагат наличието на специален байт със следните информационни битове: източникът на данни е онлайн, източникът на данни е рестартиран, връзката с източника е изгубена, стойността е принудена да бъде записана, стойността е извън допустимото граници.

Заглавка на рамката:

Синхронизация - 2 байта синхронизация, позволяващи на получателя да идентифицира началото на рамката. Дължина - броят на байтовете в остатъка от пакета, с изключение на CRC октетите. Контрол на връзката - байт за координиране на приемането на предаване на рамка. Адрес на местоназначение - адресът на устройството, към което е назначен трансферът. Адрес на източника - адресът на устройството, извършващо предаването. CRC - контролна сума за заглавния байт. Разделът с данни на рамката DNP3 съдържа (в допълнение към самите данни) 2 байта CRC за всеки 16 байта предадена информация. Максималният брой байтове данни (без CRC) за един кадър е 250.

IEC 61850 MMS протокол

MMS (Manufacturing Message Specification) е протокол за пренос на данни, използващ технология клиент-сървър. Стандартът IEC 61350 не описва MMS протокола. Глава IEC 61850-8-1 описва само как да присвоите услуги за данни, описани от стандарта IEC 61850, към MMS протокола, описан от стандарта ISO/IEC 9506. За да разберете по-добре какво означава това, е необходимо да разгледате по-отблизо как стандартът IEC 61850 описва абстрактните комуникационни услуги и какво правят те.
Една от основните идеи, заложени в стандарта IEC 61850, е, че той не се променя с времето. За да се гарантира това, главите на стандарта последователно описват първо концептуалните въпроси на преноса на данни в и между енергийните съоръжения, след това се описва така нареченият „абстрактен комуникационен интерфейс“ и едва на последния етап целта на абстрактните модели за протоколи за пренос на данни е описано.

По този начин концептуалните въпроси и абстрактните модели са независими от използваните технологии за предаване на данни (кабелни, оптични или радио канали) и следователно няма да изискват преразглеждане, причинено от напредъка в областта на технологиите за предаване на данни.
Абстрактен комуникационен интерфейс, описан от IEC 61850-7-2. включва както описание на модели устройства (т.е. стандартизира понятията „логическо устройство“, „логически възел“, „контролен блок“ и т.н.). и описание на услугите за пренос на данни. Една такава услуга е SendGOOSEMessage. В допълнение към посочената услуга са описани повече от 60 услуги, които стандартизират процедурата за установяване на комуникация между клиента и сървъра (Associate, Abort, Release), четене на информационния модел (GetServerDirectory, GelLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDirectory), четене на променливи стойности ​(GetAllDataValues, GetDataValues ​​и др.), прехвърляне на променливи стойности под формата на отчети (Report) и други. Преносът на данни в изброените услуги се осъществява чрез технология клиент-сървър.

Например в този случай сървърът може да бъде устройство за релейна защита, а клиентът може да бъде SCADA система. Услугите за четене на информационния модел позволяват на клиента да прочете пълния информационен модел от устройството, тоест да пресъздаде дърво от логически устройства, логически възли, елементи и атрибути на данни. В този случай клиентът ще получи пълно семантично описание на данните и тяхната структура. Услугите за четене на стойности на променливи ви позволяват да четете действителните стойности на атрибути на данни, например чрез периодично анкетиране. Услугата за докладване ви позволява да конфигурирате изпращането на определени данни, когато са изпълнени определени условия. Един вариант на такова състояние може да бъде промяна от един или друг вид, свързана с един или повече елементи от набора от данни. За прилагане на описаните абстрактни модели за предаване на данни, стандартът IEC 61850 описва присвояването на абстрактни модели към конкретен протокол. За разглежданите услуги този протокол е MMS, описан от стандарта ISO/IEC 9506.

MMS дефинира:
- набор от стандартни обекти, върху които се извършват операции, които трябва да съществуват в устройството (например: четене и запис на променливи, сигнализиране на събития и др.),
- набор от стандартни съобщения. които се обменят между клиента и севера за извършване на операции по управление;
- набор от правила за кодиране на тези съобщения (т.е. как стойностите и параметрите се присвояват на битове и байтове по време на предаване);
- набор от протоколи (правила за обмен на съобщения между устройства). Така MMS не дефинира приложни услуги, които, както вече видяхме, са дефинирани от стандарта IEC 61850. Освен това самият MMS протокол не е комуникационен протокол, той само дефинира съобщения, които трябва да бъдат предадени през конкретна мрежа. MMS използва TCP/IP стека като комуникационен протокол.

По-долу е представена общата структура на използването на MMS протокола за осъществяване на услуги за пренос на данни в съответствие с IEC 61850.


Диаграма на предаване на данни чрез MMS протокол

Такава доста сложна, на пръв поглед, система в крайна сметка прави възможно, от една страна, да се гарантира неизменността на абстрактните модели (и следователно неизменността на стандарта и неговите изисквания), от друга страна, да се използват модерни комуникационни технологии, базирани на IP протокола. Все пак трябва да се отбележи, че поради големия брой назначения, MMS протоколът е относително бавен (например в сравнение с GOOSE), така че използването му за приложения в реално време е непрактично. Основната цел на протокола MMS е да реализира функциите на автоматизирана система за управление на процесите, тоест събиране на данни за телесигнализация и телеметрия и предаване на команди за дистанционно управление.
За целите на събиране на информация MMS протоколът предоставя две основни възможности:
- събиране на данни чрез периодично запитване на сървъра(ите) от клиента;
- прехвърляне на данни към клиента от сървъра под формата на отчети (спорадични).
И двата метода са търсени при инсталиране и експлоатация на автоматизирана система за управление на процесите; за да определим областите на тяхното приложение, ще разгледаме по-подробно механизмите на работа на всеки от тях.
На първия етап се установява връзка между клиентските и сървърните устройства (услугата „Асоциация“). Връзката се инициира от клиента чрез свързване със сървъра чрез неговия IP адрес.

Механизъм за пренос на данни клиент-сървър

Следващата стъпка е клиентът да поиска определени данни от сървъра и да получи отговор от сървъра с исканите данни. Например, след установяване на връзка, клиентът може да поиска от сървъра своя информационен модел, като използва услугите GetServerDirectory, GetLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDiretory. Заявките ще бъдат направени последователно:
- след заявка GetServerDirectory, сървърът ще върне списък с наличните логически устройства.
- след отделна заявка GelLogicalDeviceDirectory за всяко логическо устройство, сървърът ще върне списък с логически възли във всяко от логическите устройства.
- Заявката GetLogicalNodeDirectory за всеки отделен логически възел връща неговите обекти и атрибути на данни.
В резултат на това клиентът изчислява и пресъздава пълния информационен модел на сървърното устройство. В този случай действителните стойности на атрибутите все още няма да бъдат прочетени, тоест прочетеното „дърво“ ще съдържа само имената на логически устройства, логически възли, обекти с данни и атрибути, но без техните стойности. Третата стъпка може да бъде да прочетете действителните стойности на всички атрибути на данните. В този случай или всички атрибути могат да бъдат прочетени с помощта на услугата GetAllDataValues ​​​​или само отделни атрибути с помощта на услугата GetDataValues. След завършване на третия етап клиентът ще пресъздаде напълно информационния модел на сървъра с всички стойности на атрибутите на данните. Трябва да се отбележи, че тази процедура включва обмен на доста големи обеми информация с голям брой заявки и отговори, в зависимост от броя на логическите устройства на логическите възли и броя на обектите с данни, реализирани от сървъра. Това също води до доста голямо натоварване на хардуера на устройството. Тези стъпки могат да бъдат извършени на етапа на настройка на SCADA системата, така че клиентът, след като прочете информационния модел, да има достъп до данните на сървъра. Въпреки това, по време на по-нататъшната работа на системата не е необходимо редовно четене на информационния модел. Също така е неуместно постоянно да се четат стойности на атрибути с помощта на редовно анкетиране. Вместо това може да се използва услугата за докладване - Report. IEC 61850 дефинира два типа отчети - буферирани и небуферирани. Основната разлика между буфериран отчет и небуфериран е, че когато се използва първият, генерираната информация ще бъде доставена на клиента, дори ако в момента, когато сървърът е готов да издаде отчета, няма връзка между него и клиент (например съответният комуникационен канал е повреден). Цялата генерирана информация се натрупва в паметта на устройството и ще бъде прехвърлена веднага след възстановяване на връзката между двете устройства. Единственото ограничение е количеството сървърна памет, разпределена за съхраняване на отчети. Ако през този период от време, когато не е имало връзка, са се случили доста събития, които са причинили генерирането на голям брой отчети, чийто общ обем надвишава допустимото количество памет на сървъра, тогава част от информацията все още може да бъде загубена и новите генерирани отчети ще „изместят“ предварително генерираните данни от буфера, но в този случай сървърът чрез специален атрибут на контролния блок ще сигнализира на клиента, че е настъпило препълване на буфера и е възможна загуба на данни. Ако има връзка между клиента и сървъра - както при използване на буфериран, така и при използване на небуфериран отчет - прехвърлянето на данни към клиента може да бъде незабавно при настъпване на определени събития в системата (при условие, че времето интервалът, за който се записват събитията, е равен на нула). Когато става въпрос за отчети, нямаме предвид наблюдението на всички обекти и атрибути на данни от информационния модел на сървъра, а само тези, които ни интересуват, комбинирани в така наречените „набори от данни“. С помощта на буфериран/небуфериран отчет можете да конфигурирате сървъра не само да предава целия наблюдаван набор от данни, но и да предава само тези обекти/атрибути на данни, с които се случват определени типове събития в рамките на дефиниран от потребителя интервал от време.
За да направите това, в структурата на контролния блок за предаване на буферирани и небуферирани отчети е възможно да се уточнят категории събития, чието настъпване трябва да се следи и при които само тези обекти на данни /атрибутите, засегнати от тези събития, ще бъдат включени в отчета. Разграничават се следните категории събития:
- промяна на данните (dchg). Когато зададете тази опция, отчетът ще включва само тези атрибути на данни, чиито стойности са се променили, или само тези обекти с данни, чиито стойности на атрибути са се променили.
- промяна на атрибута на качеството (qchg). Като зададете тази опция, отчетът ще включва само онези атрибути на качеството, чиито стойности са се променили, или само онези обекти с данни, чиито атрибути на качество са променени.
- актуализиране на данни (dupd). Когато зададете този параметър, отчетът ще включва само онези атрибути на данни, чиито стойности са били актуализирани, или само онези обекти с данни, чиито стойности на атрибути са били актуализирани. Под актуализиране имаме предвид например периодичното изчисляване на един или друг хармоничен компонент и записването на новата му стойност в съответния атрибут на данните. Въпреки това, дори ако стойността, базирана на резултатите от изчислението за новия период, не се е променила, обектът на данни или съответният атрибут на данните се включва в отчета.
Можете също така да конфигурирате отчета да докладва целия наблюдаван набор от данни. Такова прехвърляне може да се извърши или по инициатива на сървъра (условие за цялост), или по инициатива на клиента (общо запитване). Ако генерирането на данни е въведено според условието за цялост, тогава потребителят трябва да посочи и периода за генериране на данни от сървъра. Ако генерирането на данни е въведено според общото условие за запитване. сървърът ще генерира отчет с всички елементи от набора от данни при получаване на съответната команда от клиента.
Механизмът за предаване на отчети има важни предимства пред метода на периодично анкетиране: натоварването на информационната мрежа е значително намалено, натоварването на процесора на сървърното устройство и клиентското устройство е намалено и бързата доставка на съобщения за събития, настъпващи в системата, е осигурено. Важно е обаче да се отбележи, че всички предимства на използването на буферирани и небуферирани отчети могат да бъдат постигнати само ако са конфигурирани правилно, което от своя страна изисква достатъчно висока квалификация и богат опит от персонала, който извършва настройката на оборудването.
В допълнение към описаните услуги, MMS протоколът поддържа и модели за управление на оборудването - формиране и предаване на регистрационни файлове за събития, както и прехвърляне на файлове, което ви позволява да прехвърляте например файлове с аварийни осцилограми. Тези услуги изискват отделно разглеждане. Протоколът MMS е един от протоколите, към които могат да бъдат присвоени абстрактните услуги, описани от стандарта IEC 61850-7-2. В същото време появата на нови протоколи няма да повлияе на моделите, описани от стандарта, като по този начин се гарантира, че стандартът остава непроменен във времето. За да присвоите модели и услуги към MMS протокола, се използва глава IEC 61850-8-1. Протоколът MMS предоставя различни механизми за четене на данни от устройства, включително четене на данни при поискване и предаване на данни под формата на отчети от сървъра към клиента. В зависимост от решаваната задача трябва да се избере правилният механизъм за предаване на данни и да се извършат съответните му настройки, което да позволи ефективното използване на целия набор от комуникационни протоколи на стандарта IEC 61850 в енергийния обект.

IEC 61850 GOOSE протокол

Протоколът GOOSE, описан в глава IEC 61850-8-1, е един от най-широко известните протоколи, предоставени от стандарта IEC 61850. Съкращението GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - може да се преведе буквално като "общ обектно-ориентиран събитие в подстанция”. На практика обаче не трябва да придавате голямо значение на оригиналното име, тъй като то не дава никаква представа за самия протокол. Много по-удобно е протоколът GOOSE да се разбира като услуга, предназначена за обмен на сигнали между устройства за релейна защита в цифров вид.

Генериране на GOOSE съобщения

Моделът на данните на стандарта IEC 61850 уточнява, че данните трябва да бъдат формирани в набори - Dataset. Наборите от данни се използват за групиране на данни, които ще бъдат изпратени от устройство чрез механизма за съобщения GOOSE. Впоследствие контролният блок за изпращане на GOOSE определя връзка към създадения набор от данни, в който случай устройството знае какви данни да изпрати. Трябва да се отбележи, че в рамките на едно GOOSE съобщение може да бъде изпратена както една стойност (например стартов сигнал за защита от свръхток), така и няколко стойности едновременно (например сигнал за старт и сигнал за защита от свръхток и др.). Приемащото устройство в същото време може да извлече от пакета само данните, които са му необходими. Изпратеният GOOSE пакет от съобщения съдържа всички текущи стойности на атрибутите на данните, включени в набора от данни. Когато някоя от стойностите на атрибута се промени, устройството незабавно инициира изпращане на ново GOOSE съобщение с актуализирани данни.

GOOSE предаванесъобщения

Според предназначението си съобщението GOOSE е предназначено да замени предаването на дискретни сигнали по действащата текуща мрежа. Нека да разгледаме какви изисквания се налагат на протокола за пренос на данни. За да се разработи алтернатива на веригите за предаване на сигнали между устройствата за релейна защита, бяха анализирани свойствата на информацията, предавана между устройствата за релейна защита чрез дискретни сигнали:
- малко количество информация - стойностите „true“ и „false“ (или логически „нула“ и „едно“) всъщност се предават между терминалите;
- изисква се висока скорост на трансфер на информация - повечето отдискретните сигнали, предавани между устройствата за релейна защита, пряко или косвено влияят върху скоростта на елиминиране на ненормален режим, поради което предаването на сигнала трябва да се извършва с минимално закъснение;
- изисква се висока вероятност за доставка на съобщение - за изпълнение на критични функции, като издаване на команда за изключване на прекъсвач от система за релейна защита и автоматизация, обмен на сигнали между релейна защита и оборудване за автоматизация при изпълнение на разпределени функции, е необходимо осигуряване на гарантирана доставка на съобщение както при нормален режим на работа на мрежата за пренос на цифрови данни, така и при краткотрайни сривове в нея;
- възможност за предаване на съобщения до няколко получатели наведнъж - при прилагане на някои разпределени функции на релейна защита и автоматизация е необходимо прехвърляне на данни от едно устройство към няколко наведнъж;
- необходимо е да се следи целостта на канала за предаване на данни - наличието на диагностична функция за състоянието на канала за предаване на данни ви позволява да увеличите коефициента на наличност по време на предаване на сигнала, като по този начин повишавате надеждността на функцията, изпълнявана с предаването на посоченото съобщение.

Представените изисквания доведоха до разработването на механизъм за съобщения GOOSE, който отговаря на всички изисквания. В схемите за предаване на аналогов сигнал основното забавяне в предаването на сигнала се причинява от времето за реакция на дискретния изход на устройството и времето за филтриране на отскачане на дискретния вход на приемащото устройство. Времето за разпространение на сигнала по протежение на проводника е кратко в сравнение.
По същия начин в цифровите мрежи за данни основното забавяне се дължи не толкова на предаването на сигнала през физическата среда, колкото на неговата обработка вътре в устройството. В теорията на мрежите за предаване на данни е обичайно да се сегментират услугите за предаване на данни в съответствие с нивата на OSI модела, като правило, слизайки от „Приложението“, тоест нивото на представяне на приложените данни, до „Физически“, тоест нивото на физическо взаимодействие на устройствата. В класическия изглед OSI моделът има само седем слоя: физически, връзка за данни, мрежа, транспорт, сесия, презентация и приложение. Внедрените протоколи обаче може да нямат всички посочени слоеве, т.е. някои слоеве може да бъдат пропуснати.
Механизмът на работа на модела OSI може да бъде ясно илюстриран с примера за прехвърляне на данни при разглеждане на WEB страници в Интернет на персонален компютър. Съдържанието на страниците се прехвърля към интернет с помощта на HTTP (протокол за прехвърляне на хипертекст), който е протокол на ниво приложение. Прехвърлянето на HTTP данни обикновено се извършва от транспортния протокол TCP (Transmission Control Protocol). Сегментите на TCP протокола са капсулирани в пакети на мрежовия протокол, който в този случай е IP (Интернет протокол). TCP пакетите съдържат рамки на протокола на слоя за връзка на Ethernet, които могат да се предават с помощта на различни физически слоеве в зависимост от мрежовия интерфейс. По този начин данните на страницата, която се разглежда в Интернет, преминават през най-малко четири нива на трансформация при формиране на последователност от битове на физическо ниво и след това през същия брой стъпки на обратна трансформация. Този брой преобразувания води до забавяне както при формирането на последователност от битове с цел тяхното предаване, така и при обратното преобразуване с цел получаване на предаваните данни. Съответно, за да се намалят времената на забавяне, броят на трансформациите трябва да бъде сведен до минимум. Ето защо данните чрез протокола GOOSE (приложен слой) се присвояват директно на слоя за връзка за данни - Ethernet, заобикаляйки другите слоеве.
Като цяло, глава IEC 61850-8-1 предоставя два комуникационни профила, които описват всички протоколи за пренос на данни, предвидени от стандарта:
- “MMS” профил;
- Профил “Не-MMS” (т.е. не-MMS).
Съответно услугите за пренос на данни могат да бъдат реализирани с помощта на един от посочените профили. Протоколът GOOSE (както и протоколът Sampled Values ​​​​) се отнася конкретно за втория профил. Използването на „съкратен“ стек с минимален брой трансформации е важен, но не единствен начин за ускоряване на трансфера на данни. Използването на механизми за приоритизиране на данни също помага за ускоряване на трансфера на данни чрез протокола GOOSE. По този начин за протокола GOOSE се използва отделен идентификатор на Ethernet рамка - Ethertype, който очевидно има по-висок приоритет в сравнение с друг трафик, например предаван чрез IP мрежовия слой. В допълнение към механизмите, обсъдени по-горе, рамката на съобщението Ethernet GOOSE може също да бъде снабдена с етикети за приоритет IEEE 802.1Q. както и етикети за виртуална локална мрежа на протокола ISO/IEC 8802-3. Такива етикети ви позволяват да увеличите приоритета на кадрите, когато ги обработвате от мрежови комутатори. Тези механизми за повишаване на приоритета ще бъдат разгледани по-подробно в следващите публикации.

Използването на всички разгледани методи ни позволява значително да увеличим приоритета на данните, предавани чрез протокола GOOSE, в сравнение с други данни, предавани през същата мрежа, използвайки други протоколи, като по този начин минимизираме закъсненията както при обработката на данни вътре в устройствата на източниците на данни и приемниците, така и както и когато се обработват от мрежови комутатори.

Изпращане на информация до множество получатели

За адресиране на рамки на ниво връзка се използват физическите адреси на мрежовите устройства - MAC адреси. В същото време Ethernet позволява така наречените групови съобщения (Multicast). В този случай адресът за мултикаст е посочен в полето за MAC адрес на получателя. За мултикаст излъчвания, използващи протокола GOOSE, се използва определен диапазон от адреси.

Диапазон от мултикаст адреси за GOOSE съобщения

Съобщенията със стойност „01“ в първия октет на адреса се изпращат до всички физически интерфейси в мрежата, така че всъщност мултикастът няма фиксирани получатели и неговият MAC адрес е по-скоро идентификатор на самото излъчване и не сочат директно към своите получатели.

По този начин MAC адресът на GOOSE съобщение може да се използва, например, когато се организира филтриране на съобщения на мрежов комутатор (MAC филтриране), а посоченият адрес може също да служи като идентификатор, към който могат да се конфигурират приемащи устройства.
По този начин предаването на GOOSE съобщения може да се сравни с радиопредаване: съобщението се излъчва до всички устройства в мрежата, но за да получи и впоследствие да обработи съобщението, приемащото устройство трябва да бъде конфигурирано да получава това съобщение.


Схема за предаване на съобщения GOOSE

Предаването на съобщения до няколко получатели в режим Multicast, както и изискванията за високи скорости на трансфер на данни, не позволяват получаването на потвърждения за доставка от получателите при предаване на GOOSE съобщения. Процедурата за изпращане на данни, генериране на потвърждение от приемащото устройство, получаването и обработката им от изпращащото устройство и след това повторното им изпращане, ако опитът е неуспешен, ще отнеме твърде много време, което може да доведе до прекомерни забавяния в предаването на критични сигнали. Вместо това беше внедрен специален механизъм за GOOSE съобщения, за да се гарантира висока вероятност за доставка на данни.

Първо, при липса на промени в атрибутите на предаваните данни, пакетите с GOOSE съобщения се предават циклично на определен от потребителя интервал. Цикличното предаване на GOOSE съобщения ви позволява постоянно да диагностицирате информационната мрежа. Устройство, конфигурирано да получава съобщение, чака то да пристигне на определени интервали. Ако съобщението не пристигне в рамките на времето за изчакване, приемащото устройство може да генерира сигнал за неизправност в информационната мрежа, като по този начин уведомява диспечера за възникналите проблеми.
Второ, когато един от атрибутите на предадения набор от данни се промени, без значение колко време е минало от изпращането на предишното съобщение, се генерира нов пакет, който съдържа актуализираните данни. След което изпращането на този пакет се повтаря няколко пъти с минимално забавяне, след което интервалът между съобщенията (ако няма промени в предаваните данни) отново се увеличава до максимум.


Интервал между изпращането на GOOSE съобщения

Трето, пакетът GOOSE съобщение съдържа няколко полета за броячи, които също могат да се използват за наблюдение на целостта на комуникационния канал. Такива броячи например включват брояча на циклично изпращане (sqNum), чиято стойност варира от 0 до 4 294 967 295 или докато предадените данни се променят. С всяка промяна в данните, предадени в съобщението GOOSE, броячът sqNum ще бъде нулиран и друг брояч, stNum, също ще бъде увеличен с 1, също циклично променяйки се в диапазона от 0 до 4 294 967 295. Така, ако няколко пакета бъдат загубени по време на предаване, тази загуба може да бъде проследена с помощта на два посочени брояча.

И накрая, четвърто, също така е важно да се отбележи, че съобщението GOOSE, в допълнение към стойността на самия дискретен сигнал, може също да съдържа знак за неговото качество, който идентифицира специфичен хардуерен срив на устройството източник на информация, независимо дали информацията изходното устройство е в режим на тестване и редица други необичайни условия. По този начин приемащото устройство, преди да обработи получените данни съгласно предоставените алгоритми, може да провери този атрибут на качеството. Горното може да предотврати неправилната работа на устройствата за приемане на информация (например фалшивата им работа).
Трябва да се има предвид, че някои от вградените механизми за осигуряване надеждността на предаването на данни, ако се използват неправилно, могат да доведат до негативен ефект. По този начин, ако максималният интервал между съобщенията е избран твърде кратък, натоварването на мрежата се увеличава, въпреки че от гледна точка на наличността на комуникационния канал ефектът от намаляване на интервала на предаване ще бъде изключително незначителен.
Когато атрибутите на данните се променят, предаването на пакети с минимално забавяне причинява повишено натоварване на мрежата (режим „информационна буря“), което теоретично може да доведе до забавяне на предаването на данни. Този режим е най-сложен и трябва да се вземе като изчислен при проектирането на информационна мрежа. Трябва обаче да се разбере, че пиковото натоварване е много краткотрайно и многократното му намаляване, според нашите експерименти в лабораторията за изследване на функционалната съвместимост на устройства, работещи съгласно условията на стандарта IEC 61850, се наблюдава на интервал от 10 ms.

При изграждане на системи за релейна защита, базирани на протокола GOOSE, се променят процедурите за тяхната настройка и тестване. Сега етапът на настройка се състои в организиране на Ethernet мрежата на енергийния обект. която ще включва всички устройства за релейна защита. между които се изисква обмен на данни. За да се провери дали системата е конфигурирана и активирана в съответствие с изискванията на проекта, става възможно да се използва персонален компютър със специален предварително инсталиран софтуер (Wireshak, GOOSE Monitor и др.) или специално оборудване за тестване, което поддържа GOOSE протокола (PETOM 61850. Omicron CMC). Важно е да се отбележи, че всички проверки могат да се извършват без прекъсване на предварително установени връзки между вторично оборудване (устройства за релейна защита, превключватели и др.), тъй като обменът на данни се извършва през Ethernet мрежата. При обмен на дискретни сигнали между устройства за релейна защита по традиционния начин (чрез подаване на напрежение към дискретния вход на приемащото устройство при затваряне на изходния контакт на устройството, предаващо данни), напротив, често е необходимо да се прекъснат връзките между вторично оборудване за включване във веригата на тестови инсталации с цел проверка на изправността на електрическите връзки и предаване на съответните дискретни сигнали. По този начин протоколът GOOSE осигурява цял набор от мерки, насочени към осигуряване на необходимите характеристики за скорост и надеждност при предаване на критични сигнали. Използването на този протокол в комбинация с правилното проектиране и параметризиране на информационната мрежа и устройствата за релейна защита позволява в някои случаи да се откаже от използването на медни вериги за предаване на сигнал, като същевременно се гарантира необходимото ниво на надеждност и производителност.

#MMS, #GOOSE, #SV, #870-104, #събитие, #протокол, #обмен