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

).
Членовете на работна група 10 на Техническия комитет 57 на IEC „Управление на електроенергийни системи и свързани технологии за обмен на информация“, която 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 главата на IEC 61850-8-1, е един от най-широко известните протоколи, предоставени от стандарта IEC 61850. GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - може да се преведе буквално като "общ обектно-ориентиран събитие на подстанция“. На практика обаче не трябва да се отдава 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 цифрова форма.

ФОРМИРАНЕ НА GOOSE СЪОБЩЕНИЯ

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

Ориз. 1. Формиране на данни за съобщението GOOSE

Трябва да се отбележи, че в рамките на едно GOOSE съобщение, както една стойност (например сигнал за стартиране на свръхток), така и няколко стойности могат да бъдат изпратени едновременно (например сигнал за стартиране и сигнал за прекъсване на свръхток и т.н.). В този случай приемащото устройство може да извлече от пакета само данните, от които се нуждае.

Изпратеният GOOSE пакет от съобщения съдържа всички текущи стойности на атрибутите на данните, въведени 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 управляващата токова 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 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 данни. Повечето от дискретните сигнали, предавани между RPA устройства, пряко или косвено влияят върху скоростта на елиминиране на ненормалния 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 отваряне на прекъсвача от RPA, обмен на сигнали между RPA при изпълнение на разпределени функции. Необходимо е да се осигури гарантирана доставка на съобщения както при нормален режим на работа на мрежата за пренос на цифрови данни, така и при нейни краткотрайни повреди;
- Възможност за изпращане на съобщения до множество получатели наведнъж. При прилагането на някои функции за разпределена релейна защита е необходимо да се прехвърлят данни от едно устройство към няколко наведнъж;
- Необходимо е да се контролира целостта на канала за предаване на данни. Наличието на функцията за диагностициране на състоянието на канала за предаване на данни позволява да се увеличи коефициентът на наличност по време на предаване на сигнала, като по този начин се повишава надеждността на функцията, изпълнявана с предаването на определеното съобщение.

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

ОСИГУРЕТЕ СКОРОСТИ НА ТРАНСФЕР НА ДАННИ

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

По подобен начин в цифровите мрежи за данни основното забавяне се въвежда не толкова от предаването на сигнала през физическата среда, колкото от неговата обработка 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, низходящо от „Приложено“, тоест нивото на представяне на данни на приложението, до „Физически“, тоест до нивото на физическо взаимодействие на устройствата.

Таблица 1. Стандартен седемслоен OSI модел

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 нива, т.е. някои нива може да бъдат пропуснати.

Механизмът на работа на модела OSI може да се визуализира с помощта на примера за пренос на данни при разглеждане на WEB страници в Интернет на персонален компютър.

Прехвърлянето на съдържанието на страницата към Интернет се извършва с помощта на HTTP (Hypertext Transfer Protocol), който е протокол на ниво приложение. Прехвърлянето на данни по HTTP протокол обикновено се извършва от транспортния протокол TCP (Transmission Control Protocol). Сегментите на TCP протокола са капсулирани в пакети на мрежов протокол, който в този случай е IP (Интернет протокол). Пакетите на TCP протокола съставляват рамки на протокола на слоя за свързване на Ethernet, които в зависимост от мрежовия интерфейс могат да се предават с помощта на различен физически слой. По този начин данните на разглежданата страница в Интернет преминават през поне четири нива на трансформация при формиране на последователност от битове на физическо ниво и след това през същия брой стъпки на обратна трансформация.

Такъв брой трансформации води до забавяне както при формирането на последователност от битове за предаването им, така и при обратната трансформация за получаване на предаваните данни. Съответно, за да се намали времето на забавяне, броят на реализациите трябва да бъде сведен до минимум. Ето защо данните от протокола GOOSE (слой на приложението) се присвояват директно на слоя за връзка - Ethernet, заобикаляйки останалите 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 данни могат да бъдат реализирани с помощта на един от тези профили. Протоколът GOOSE (както и протоколът Sampled Values ​​​​) принадлежи към втория профил.

Използването на "съкратен" стек с минимален брой преобразувания е важен, но не единственият начин за ускоряване на трансфера на данни. Също така, използването на механизми за приоритизиране на данни допринася за ускоряване на трансфера на данни чрез протокола GOOSE. Така че за протокола GOOSE се използва отделен идентификатор на Ethernet рамка - Ethertype, който има по-висок приоритет от друг трафик, например, предаван чрез IP мрежовия слой.

В допълнение към горните механизми, рамката на Ethernet GOOSE съобщение може също да бъде предоставена с етикети за приоритет на протокол IEEE 802.1Q и етикети за VLAN протокол ISO/IEC 8802-3. Такива етикети ви позволяват да увеличите приоритета на кадрите, когато се обработват от мрежови комутатори. Тези механизми за приоритетна ескалация ще бъдат обсъдени по-подробно в следващите публикации.

Използването на всички разглеждани методи дава възможност за значително увеличаване на приоритета на данните, предавани чрез протокола GOOSE, в сравнение с останалите данни, предавани през същата мрежа, използвайки други протоколи, като по този начин се минимизират забавянията както при обработката на данни в устройствата, така и на източници на данни и приемници и когато се обработват от мрежови комутатори.

ИЗПРАЩАНЕ НА ИНФОРМАЦИЯ ДО МНОГО АДРЕСАТОРА

За адресиране на фреймове в слоя за връзка за данни се използват физическите адреси на мрежовите устройства - MAC адреси. В същото време Ethernet позволява така нареченото групово разпространение на съобщения (Multicast). В този случай полето за MAC адрес на местоназначението съдържа адреса за групово предаване. За групови изпращания чрез протокола GOOSE се използва определен диапазон от адреси (фиг. 3).

Ориз. 3. Групов адресен диапазон за GOOSE съобщения

Съобщенията, които имат 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 посочва директно 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 радиоразпръскването: съобщението се излъчва до всички устройства в мрежата, но за да получи и по-нататък да обработи съобщението, приемното устройство трябва да бъде конфигурирано да получава това съобщение (фиг. 4 ).

Ориз. 4. Схема за съобщения GOOSE

ГАРАНТИРАНА ДОСТАВКА НА СЪОБЩЕНИЯТА И КОНТРОЛ НА СЪСТОЯНИЕТО НА ЛИНКИТЕ

Предаването на съобщения до няколко получатели в режим Multicast, както и изискванията за висока скорост на трансфер на данни не позволяват получаването на потвърждения за доставка от получатели при предаване на GOOSE съобщения. Изпращането на данните, генерирането на потвърждение от приемащото устройство, получаването и обработката им от изпращащото устройство и след това повторното им изпращане в случай на неуспешен опит ще отнеме твърде много време, което може да доведе до прекалено големи 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 (фиг. 5а). Цикличното предаване на GOOSE съобщения ви позволява постоянно да диагностицирате информационната мрежа. Устройство, конфигурирано да получава съобщение, чака то да пристигне след определен интервал от време. Ако съобщението не е пристигнало 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, независимо колко време е минало от изпращането на предишното съобщение, се формира нов пакет, който съдържа актуализираните данни. След това изпращането на този пакет се повтаря няколко пъти с минимално забавяне (фиг. 5b), а интервалът между съобщенията (при липса на 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 брояч, които също могат да се използват за контрол на целостта на комуникационния канал. Такива броячи включват например брояча на циклично изпращане (sqNum), чиято стойност се променя от 0 до 4 294 967 295 или докато предадените данни се променят. Всеки път, когато данните, изпратени в съобщението GOOSE, се променят, броячът sqNum ще се нулира. В същото време друг брояч се увеличава с 1 - stNum, който също се движи 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 в допълнение към стойността на дискретния сигнал, GOOSE съобщението може да съдържа знак за неговото качество, което идентифицира определена хардуерна повреда на устройството източник на информация, наличието на източник на информация устройство в режим на тестване и редица други необичайни режими. По този начин приемното 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 приемане на информация (например, тяхната фалшива работа).

Трябва да се има предвид, че някои от присъщите механизми за осигуряване на надеждността на предаването на данни, ако се използват неправилно, могат да доведат до негативен ефект. Така че, 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 води до 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 приема като изчислителен при проектиране на информационна мрежа. Трябва обаче да се разбере, че пиковото натоварване е много краткосрочно и многократното му намаляване, според нашите експерименти в лабораторията за изследване на оперативната съвместимост на устройства, работещи при условията на стандарта IEC 61850, отдел RZiAES NRU MPEI, се наблюдава на интервал от 10 ms.

НАСТРОЙКА И ПРОВЕРКА

При изграждане на системи за релейна защита и автоматизация, 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 с включването в нея на всички устройства за релейна защита и автоматизация, между които е необходимо да се обменят данни. За да проверите дали системата е конфигурирана и включена в съответствие с изискванията на проекта, става възможно да използвате персонален компютър със специален предварително инсталиран софтуер (Wireshark, GOOSE Monitor и др.) или специално тестово оборудване, поддържащо протокола GOOSE (PETOM 61850, Omicron CMC).

Важно е да се отбележи, че всички проверки могат да се извършват без прекъсване на предварително установените връзки между вторичното оборудване (RPA устройства, комутатори и др.), тъй като данните се обменят през Ethernet мрежата. При обмен на дискретни сигнали между RPA устройства по традиционния начин (чрез прилагане на напрежение към дискретния вход на приемното устройство, когато изходният контакт на устройството, предаващо данни, е затворен), напротив, често е необходимо да се прекъснат връзките между вторично оборудване, за да се включат във веригата от тестови съоръжения за проверка на изправността на електрическите връзки и предаване на съответните дискретни сигнали.

ИЗВОДИ

Протоколът GOOSE предвижда 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 RPA позволява в някои случаи да се откаже използването на вериги с медни проводници за предаване на сигнал, като същевременно се гарантира необходимото ниво на надеждност и скорост.

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: учебник. Капустин Д.А., Дементиев В.Е. Уляновск: УлГТУ, 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, тя започва да работи в

Съветският съюз е член на IEC от 1922 г. Русия става наследник 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 е в Женева, работните езици са английски, френски, руски.

Основни 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 индустрия (интегрални схеми, микропроцесори, печатни платки и др.); Електронно оборудване за битови 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, който е подчинен на ръководните комитети и консултативни групи: АКОС - консултативен комитет по електробезопасност на битови уреди, радиоелектронно оборудване, оборудване за високо напрежение и др.; ACET - Консултативният комитет по електроника и комуникации се занимава, подобно на AKOS, с въпроси на електрическата безопасност; KGEMS - Координационна група за електромагнитна съвместимост; CGIT - координационна група по информационни технологии; работна група за координиране на размера.

Ориз. 1.6. Организационна структура на IEC]

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 (PC) и работни групи (WG).

IEC си сътрудничи с ISO чрез съвместно разработване на ръководства на ISO/IEC и директиви на ISO/IEC по актуални въпроси на стандартизацията, сертифицирането, акредитацията на изпитвателни лаборатории и методологични 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 на ниво законодателство са регламентирани допустимите нива на радиосмущения и методите за тяхното измерване. Следователно всяко оборудване, което може да излъчва радиосмущения, подлежи на задължителни тестове за съответствие с международните стандарти CISPR, преди да бъде пуснато в експлоатация.

Тъй като CISPR е комитет на IEC, в неговата работа 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. Върховният 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 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 приборостроенето. Тези области са извън обхвата ISO.

Повечето страни-членки на IEC са представени в него от техните национални организации по стандартизация (Русия е представена от Държавния стандарт на Руската федерация), в някои страни са създадени специални комитети за участие в IEC, които не са част от структурата на национални 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, които консумират повече от 95% от електроенергията, произведена в света. 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 проблеми в областта на електротехниката и радиотехниката чрез разработване на международни стандарти и други документи.

Националните комитети на всички страни формират 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 упражнява при равно разпределение на гласовете.

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 осигуряват техническа работа, участва в решаването на въпроси на сътрудничество с други организации и изпълнява всички задачи на Съвета.

Консултативните групи работят под ръководството на Комитета за действие, който Комитетът има право да създава, ако има нужда от координация по конкретни проблеми от дейността на ТС. По този начин две консултативни групи са разделили разработването на стандарти за безопасност помежду си: Консултативният комитет по. по електрическа безопасност (АКОС) координира действията на около 20 ТС и РС по електробитови уреди, радиоелектронно оборудване, високоволтово оборудване и др., а Консултативният комитет по електроника и съобщения (АСЕТ) се занимава с други обекти на стандартизация. Освен това Комитетът за действие счете за целесъобразно да организира Координационната група за електромагнитна съвместимост (CGEMS), Координационната група за информационни технологии (CGIT) и Работната група за координиране на измеренията (фиг. 11.2) с цел по-ефективна координация работата по създаването на международни стандарти.

Структурата на техническите органи на IEC, които пряко разработват международни стандарти, е подобна ISO: Това са технически комитети (TCs), подкомитети (SCs) и работни групи (WGs). В работата на всеки ТК участват 15-25 държави. Най-голям брой секретариати на ТК и ПК провеждат Франция, САЩ, Германия, Великобритания, Италия, Холандия. Русия поддържа шест секретариата.

Международните стандарти на IEC могат да бъдат разделени на два типа: общи технически, които са интердисциплинарни по природа, 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 в програмата на IEC се включват повече от 500 нови теми по международна стандартизация.

Основните обекти на стандартизацията на IEC:

Материали за електротехническата промишленост (течни, твърди, газообразни диелектрици , мед , алуминий, тях 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 приел над 2000 международни стандарта. Те се различават по съдържание от ISOпо-конкретно: те определят техническите изисквания към продуктите и техните методи за изпитване, както и изискванията за безопасност, което е от значение не само за обектите на стандартизация на IEC, но и за най-важния аспект на оценката на съответствието - сертифицирането за съответствие със стандартите за безопасност. За да се гарантира, че тази област е от актуално значение в международната търговия, IEC разработва специфични международни стандарти за безопасност на конкретни продукти. С оглед на гореизложеното, както показва практиката, международните стандарти на IEC са по-подходящи за директно прилагане в страните членки, отколкото стандартите ISO.

Отдавайки голямо значение на разработването на международни стандарти за безопасност, ISOсъвместно с IEC прие Насоките ISO/IEC 51 „Общи изисквания за представяне на проблемите на безопасността при подготовката на стандарти“. Той отбелязва, че безопасността е такъв обект на стандартизация, който 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 увреждане и други изисквания, на които продуктът трябва да отговаря. В същото време трябва да се има предвид, че абсолютната безопасност практически не съществува, следователно, дори и на най-високо ниво на безопасност, продуктите могат да бъдат само относително безопасни.

При производството на продукти решенията за безопасност 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 степента на безопасност е свързана с вероятно ниво на риск, а стандартите за безопасност почти винаги се определят на държавно ниво (в ЕС - чрез директиви и технически регламенти; в Руската федерация - досега чрез задължителните изисквания на държавни 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 производствения процес и в не по-малка степен от условията на 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 е изключително свързан с областта на безопасността или съдържа изисквания за безопасност заедно с други технически изисквания. При изготвянето на стандарти за безопасност те идентифицират и двете характеристики на обекта на стандартизация, които могат да имат отрицателно въздействие върху човек, околен святи методи за установяване на безопасността за всяка характеристика на продукта. Но Основната цел на стандартизацията в областта на сигурността е да се търси защита срещу различни видове опасности.Обхватът на IEC включва: опасност от нараняване, опасност от електрически удар, техническа опасност, опасност от пожар, експлозивност, 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, като често той изостава от темповете на иновация на продукта и появата на нови продукти на пазара. За да се намали времето, IEC практикува публикуването на технически ориентировъчен документ (TOD), приет по кратката 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 процедура за ускорено разработване, свързана по-специално със съкращаване на цикъла на гласуване и по-ефективно разширяване на преиздаването на нормативни документи, приети от други международни организации или национални стандарти на страни членки, в международни стандарти на IEC. Техническите средства също допринасят за ускоряване на работата по създаването на стандарт: автоматизирана система за наблюдение на хода на работата, информационната система Телетекст, организирана на базата на Централното бюро. Повече от 10 национални комитета са станали потребители на тази система.

Като част от 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.

В CISPR участват не само национални комитети, но и международни организации: Европейският съюз за радио и телевизия, Международната организация за радио и телевизия, Международният съюз на производителите и разпределителите на електрическа енергия, Международната конференция за големи електрически системи, Международният съюз на железниците, Международния съюз за обществен транспорт, Международния 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 методите за измерване на радиосмущения и съдържат препоръки за използване на средства за измерване;

доклади,в който са представени резултатите от научни изследвания по проблемите на CISPR.

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

Протокол на събитието - по ваши думи

Ако разгледаме алегорията на класната стая, която пасва добре, цикличните протоколи като Modbus, Profibus, Fieldbus са като питане на всеки ученик последователно. Дори и да няма интерес към устройството (ученик). Протоколите за събития работят по различен начин. Има заявка не към всяко мрежово устройство (ученик) последователно, а към класа като цяло, след което се събира информация от устройството с променено състояние (ученикът, който вдигна ръка). По този начин има големи икономии на мрежов трафик. Мрежовите устройства не натрупват грешки, когато връзката е лоша. Като се има предвид, че доставката на събитие се извършва с времева щампа, дори и да 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 за дистанционно управление на различни шлюзове и вододелни системи. 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; той се разработва от организацията с нестопанска 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 протоколи за устройства от различен тип, дори от един и същ производител, и необходимостта от поддръжка на голям брой протоколи и техните модификации от вградения софтуер на USPD (с двустепенно анкетиране модел - софтуер на сървъра за събиране) с ограничено повторно използване на програмния 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. DLMS / COSEM (Device Language Message Specification), разработена от DLMS User Association и развита във фамилията стандарти IEC 62056, е предназначена да осигури, както е посочено на официалния уебсайт на асоциацията, „оперативно съвместима среда за структурно моделиране и обмен на данни с администратора“. 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-детайлното разработване на модела за представяне на устройството и неговото функциониране в сравнение с ModBus, проблемът с пълнотата и "чистотата" на внедряването на стандарта, за съжаление, остава.На практика анкетирането на устройство с декларирана поддръжка на DLMS от един производител от анкетна програма от друг производител е или ограничен. 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-голямата сложност на протокола, както и допълнителни режийни разходи за установяване на връзка и получаване на конфигурация на устройството.
Пълнотата на поддръжката на съществуващите стандарти от производителите на измервателна и контролна техника не е достатъчна за преодоляване на вътрешната информационна разпокъсаност. Поддръжката, декларирана от производителя за един или друг стандартизиран протокол, като правило не означава пълната му поддръжка и липсата на въведени промени. Пример за набор от чуждестранни стандарти е фамилията стандарти IEC 60870-5, създадена от Международната електротехническа комисия.
Различни реализации на IEC 60870-5-102 - обобщаващ стандарт за предаване 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 все още не е широко разпространен поради факта, че 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 RPA: при наличието на текущия стандарт IEC 60870-5-103 често се прилага протокол, подобен на ModBus. Предпоставката за това очевидно е липсата на поддръжка на тези протоколи от повечето системи от най-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 те са намерили широко приложение в диспечерските системи.

Технически спецификации за протоколи 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 изпълнителни механизми (IM), комуникации на долните и горните нива на автоматизирани системи за управление на процеси.

Протоколите са разработени, като се вземат предвид особеностите на технологичния процес, осигуряващи надеждна връзка и висока точност на пренос на данни между различни устройства. Наред с надеждността на работа в тежки условия, функционалните възможности, гъвкавостта на конструкцията, лекотата на интегриране и поддръжка и съответствието с индустриалните стандарти стават все по-важни изисквания в APCS системите. Разгледайте техническите характеристики на някои от горните протоколи.

Протокол IEC 60870-5-104

Стандартът IEC 60870-5-104 формализира капсулирането на IEC 60870-5-101 ASDU в стандартни TCP/IP мрежи. Както Ethernet, така и модемните връзки се поддържат чрез PPP протокола. Сигурността на криптографските данни е формализирана в стандарта IEC 62351. Стандартен TCP порт 2404.
Този стандарт дефинира 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. Маршрутизатори, включително рутери за WAN (широкообхватна мрежа) от различни типове (напр. X.25, релейна рамка, ISDN и т.н.), могат да бъдат свързани чрез общ TCP/IP-LAN интерфейс.

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

Интерфейсът на транспортния слой (интерфейс между потребител и TCP) е интерфейс, ориентиран към потока, който не дефинира никакви механизми за стартиране и спиране за ASDU (IEC 60870-5-101). За да дефинирате началото и края на ASDU, всяко APCI заглавие включва следните токени: начален знак, индикация за дължината на ASDU, заедно с контролно поле. Може да се предава или пълният APDU, или (за целите на управлението) само APCI полетата.

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

при което:

APCI - Информация за управление на слоя на приложението;
- ASDU - Блок данни. Обслужва се от приложния слой (блок от приложни данни);
- APDU - модул за данни на протокола на приложението.
- START 68 H определя началната точка в рамките на потока от данни.
Дължината на APDU определя дължината на тялото на APDU, което се състои от четири байта от контролното поле на APCI плюс ASDU. Първият байт за броене е първият байт от контролното поле, а последният байт за броене е последният байт на ASDU. Максималната дължина на ASDU е ограничена до 249 байта. стойността на 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 де факто е стандартният диспечерски протокол за предприятията в електроенергийния сектор. Моделът на данните в този стандарт е разработен по-сериозно, но не дава унифицирано описание на енергийното съоръжение.

DNP-3 протокол

DNP3 (Distributed Network Protocol) е протокол за пренос на данни, използван за комуникация между ICS компоненти. Той е проектиран за лесно взаимодействие между различни видове устройства 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 не е широко разпространен, но някои устройства за автоматизация все още го поддържат. Дълго време протоколът не беше стандартизиран, но сега е одобрен като стандарт IEEE-1815. DNP3 поддържа както RS-232/485 серийни връзки, така и TCP/IP мрежи. Протоколът описва три слоя на OSI модела: приложение, връзка за данни и физически. Неговата отличителна черта е възможността за прехвърляне на данни както от master към slave, така и между slaves. DNP3 също поддържа спорадичен трансфер на данни от подчинени устройства. Предаването на данни се основава, както в случая на IEC-101/104, на принципа на предаване на таблица със стойности. В същото време, 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, разгледани по-рано, е опитът да се опише моделът на данните на обекта и независимостта на обектите с данни от предадените съобщения. За описание на структурата на данните в DNP3 се използва XML описание на информационния модел. DNP3 се основава на три нива на мрежовия модел OSI: приложение (работи с обекти от основни типове данни), канал (осигурява няколко начина за извличане на данни) и физическо (в повечето случаи се използват интерфейси RS-232 и RS-485) . Всяко устройство има свой собствен уникален адрес за тази 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 (постоянни данни) - данни, свързани с някаква реална стойност (например дискретен или аналогов сигнал)
- Данни за събитие (данни за събитие) - данни, свързани с всяко значимо събитие (например промени в състоянието, достигане на прагова стойност). Възможно е да прикачите клеймо за време.
- 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 стойностите на тази група.
- Обект (обект) - рамкови данни, свързани с някаква конкретна стойност. Форматът на обекта зависи от групата и вариацията.
Списъкът с вариации е по-долу.

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 презареден, връзката с източника е загубена, стойността е била принудена да се запише, стойността е извън диапазона .

Заглавие на рамката:

Синхронизация - 2 байта синхронизация, позволяващи на приемника да идентифицира началото на рамката. Дължина - броят на байтовете в останалата част 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 предавателното устройство. CRC - контролна сума за заглавен байт. Разделът с данни на DNP3 рамка съдържа (в допълнение към самите данни) 2 CRC байта за всеки 16 байта предадена информация. Максималният брой байтове данни (без CRC) за един кадър е 250.

Протокол IEC 61850 MMS

MMS (Manufacturing Message Specification) е протокол за пренос на данни, използващ технология клиент-сървър. Стандартът IEC 61350 не описва MMS протокола. Главата IEC 61850-8-1 описва само как да присвоите услугите за данни, описани в IEC 61850, към MMS протокола, описан в ISO/IEC 9506. За да разберете по-добре какво означава това, е необходимо да разгледате по-отблизо как стандартът IEC 61850 описва абстрактни комуникационни услуги и за какво служат.
Една от основните идеи зад стандарта IEC 61850 е неговата устойчивост във времето. За да се гарантира това, главите на стандарта последователно описват първо концептуалните въпроси на предаването на данни в рамките на и между енергийните съоръжения, след това се описва т. нар. „абстрактен комуникационен интерфейс“ и едва на последния етап се задават абстрактни модели към протоколите за предаване на данни е описано.

По този начин концептуалните въпроси и абстрактните модели се оказват независими от използваните технологии за предаване на данни (жични, оптични или радиоканали), следователно няма да изискват преразглеждане, причинено от напредъка в областта на технологиите за предаване на данни.
Абстрактният 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 описанието на услугите за 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 по технологията "клиент-сървър".

Например, в този случай устройство за релейна защита може да действа като сървър, а SCADA система може да действа като клиент. Услугите за четене на информационен модел позволяват на клиента да прочете пълния информационен модел от устройството, тоест да пресъздаде дърво от логически устройства, логически възли, елементи от данни и атрибути. В този случай клиентът ще получи пълно семантично описание на данните и тяхната структура. Услугите за четене на променливи стойности ви позволяват да четете действителните стойности на атрибутите на данните, например, като използвате метода на периодично анкетиране. Услугата за докладване ви позволява да конфигурирате изпращането на определени данни, когато са изпълнени определени условия. Един вариант на такова условие 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 пренос на данни, стандартът IEC 61850 описва присвояването на абстрактни модели към конкретен протокол. За разглежданите услуги такъв 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 сървъра за операции по управление;
- набор от правила за кодиране на тези съобщения (т.е. как стойностите и параметрите се присвояват на битове и байтове при препращане);
- набор от протоколи (правила за обмен на съобщения между устройства). По този начин 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 определена мрежа . MMS използва TCP/IP стека като комуникационен протокол.

Общата структура за използване на MMS протокола за прилагане на услуги за данни в съответствие с IEC 61850 е представена по-долу.


Диаграма на предаване на данни чрез MMS протокол

Такава доста сложна, на пръв поглед, система в крайна сметка позволява, от една страна, да се гарантира неизменността на абстрактните модели (и следователно неизменността на стандарта и неговите изисквания), от друга страна, да се използват съвременни комуникационни технологии на базата на IP протокола. Все пак трябва да се отбележи, че поради големия брой присвоявания, MMS протоколът е относително бавен (напр. в сравнение с GOOSE), така че не е практичен за приложения в реално време. Основната цел на протокола MMS е изпълнението на функциите на APCS, тоест събирането на телесигнални и телеметрични данни и предаването на команди за дистанционно управление.
За целите на събиране на информация MMS протоколът предоставя две основни функции:
- събиране на данни чрез периодично запитване на сървъра(ите) от клиента;
- предаване на данни към клиента от сървъра под формата на отчети (спорадично).
И двата метода са търсени по време на настройката и работата на автоматизираната 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 на неговия IP адрес.

Механизъм за пренос на данни "клиент-сървър"

В следващата стъпка клиентът изисква определени данни от сървъра и получава отговор от сървъра с исканите данни. Например, след установяване на връзка, клиентът може да направи заявка към сървъра за своя информационен модел, като използва услугите GetServerDirectory, GetLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDiretory. В този случай заявките ще се изпълняват последователно:
- след заявка GetServerDirectory, сървърът ще върне списък с наличните логически устройства.
- след отделна заявка към GelLogicalDeviceDirectory за всяко логическо устройство, сървърът ще върне списък с логически възли във всяко от логическите устройства.
- заявка GetLogicalNodeDirectory за всеки отделен логически възел връща неговите обекти и атрибути на данни.
В резултат на това клиентът разглежда 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 достатъчно големи количества информация с голям брой заявки и отговори, в зависимост от броя на логическите единици на логическите възли и броя на обектите с данни, реализирани от сървъра. Това също води до доста високо натоварване на хардуера на устройството. Тези етапи могат да бъдат извършени на етапа на настройка на SCADA система, 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. Както и че е нецелесъобразно постоянно да се четат стойностите на атрибутите чрез метод на редовно запитване. Вместо това може да се използва услугата 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, в който сървърът е готов да издаде отчета, няма връзка между него и клиента (например съответният комуникационен канал е повреден). Цялата генерирана информация се съхранява 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 периода от време, когато не е имало връзка, са настъпили много 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 нова генерираните отчети ще „изтласкат“ предварително генерирани 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 данните могат да бъдат загубени. Ако има връзка между клиента и сървъра - както при използване на буфериран отчет, така и при използване на небуфериран отчет - прехвърлянето на данни към адреса на клиента може да бъде незабавно при настъпване на определени събития в системата (при условие, че интервалът от време за кои събития се записват, е равно на нула). Що се отнася до отчетите, това не предполага контрол върху 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 прехвърля целия контролиран набор от данни, но и да прехвърля само тези обекти/атрибути на данни, с които се случват събития от определен вид 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 възникване трябва да се контролира и при което само тези обекти на данни / атрибутите, засегнати от тези събития, ще бъдат включени в отчета. Има следните категории събития:
- промяна на данните (dchg). Когато тази опция е зададена, само тези атрибути на данни, чиито стойности са се променили, или само онези обекти с данни, чиито стойности на атрибути са се променили, ще бъдат включени в отчета.
- промяна на атрибута на качеството (qchg). Когато тази опция е зададена, само онези атрибути на качеството, чиито стойности са се променили, или само онези обекти с данни, чиито атрибути на качество са променени, ще бъдат включени в отчета.
- актуализиране на данни (dupd). Когато тази опция е зададена, само тези атрибути на данни, чиито стойности са били актуализирани, или само онези обекти с данни, чиито стойности на атрибути са били актуализирани, ще бъдат включени в отчета. Актуализация означава, например, периодично изчисляване на един или друг хармоничен компонент и записване на новата му стойност в съответния атрибут на данните. Въпреки това, дори ако изчислената стойност не се е променила през новия период, обектът на данни или съответният атрибут на данни 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 (условието за цялост), или по инициатива на клиента (общо запитване). Ако е въведено генериране на данни чрез условието за цялост, тогава потребителят трябва също да посочи периода на генериране на данни от сървъра. Ако е въведено генериране на данни чрез условието за общо запитване. сървърът ще генерира отчет с всички елементи от набора от данни при получаване на съответната команда от клиента.
Механизмът за докладване 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, бързото изпращане 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 правилно конфигурирани, което от своя страна изисква достатъчно висока квалификация и богат опит от персонала, който извършва настройката на оборудването.
В допълнение към описаните услуги, протоколът MMS поддържа и модели за управление на оборудването - генериране 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 в 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. Главата IEC 61850-8-1 се използва за присвояване на модели и услуги към MMS протокола. 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 задачата, която трябва да се реши, трябва да се избере правилният механизъм за предаване на данни и да се извърши съответното му конфигуриране, което ще позволи ефективното прилагане на целия набор от комуникационни протоколи на стандарта IEC 61850 в енергийния обект.

Протокол IEC 61850 GOOSE

Протоколът GOOSE, описан в главата на IEC 61850-8-1, е един от най-широко известните протоколи, предоставени от стандарта IEC 61850. GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - може да се преведе буквално като "общ обектно-ориентиран събитие на подстанция“. На практика обаче не трябва да се придава 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 RPA устройства в цифрова форма.

Генериране на GOOSE съобщения

Моделът на данните на стандарта IEC 61850 показва, че данните трябва да бъдат формирани в набори - Dataset. Наборите от данни се използват за групиране на данни, които ще бъдат изпратени от устройството чрез механизма за съобщения GOOSE. В бъдеще в контролния блок за изпращане на GOOSE се посочва връзка към създадения набор от данни, в който случай устройството знае кои данни да изпрати. Трябва да се отбележи, че в рамките на едно GOOSE съобщение, както една стойност (например сигнал за стартиране на свръхток), така и няколко стойности могат да бъдат изпратени едновременно (например сигнал за стартиране и сигнал за прекъсване на свръхток и т.н.). Получаващото устройство в този случай може да извлече от пакета само данните, които са му необходими. Изпратеният GOOSE пакет от съобщения съдържа всички текущи стойности на атрибутите на данните, въведени в набора от данни. Когато някоя от стойностите на атрибута се промени, устройството незабавно инициира изпращането на ново GOOSE съобщение с актуализирани данни.

GOOSE предаванесъобщения

Според предназначението си съобщението GOOSE е предназначено да замени предаването на дискретни сигнали по управляващата токова мрежа. Помислете 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);
- необходима е висока скорост на предаване на данни - повечето от дискретните сигнали, предавани между RPA устройствата, пряко или косвено влияят върху скоростта на елиминиране на ненормалния режим, така че предаването на сигнала трябва да се извършва с минимално закъснение;
- необходима е висока вероятност за доставка на съобщение - за изпълнението на критични функции, като подаване на команда за отваряне на прекъсвача от RPA, обмен на сигнали между RPA при изпълнение на разпределени функции, е необходимо да се осигури гарантирано съобщение доставка както при нормален режим на работа на цифровата мрежа за пренос на данни, така и при нейни краткотрайни повреди;
- възможност за изпращане на съобщения до няколко получатели наведнъж - при прилагане на някои функции за разпределена релейна защита е необходимо да се прехвърлят данни от едно устройство към няколко наведнъж;
- необходимо е да се контролира 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.

Тези изисквания доведоха до разработването на механизъм за съобщения GOOSE, който отговаря на всички изисквания. В схемите за предаване на аналогов сигнал основното закъснение в предаването на сигнала се въвежда от времето за реакция на дискретния изход на устройството и времето за филтриране на отскок на дискретния вход на приемащото устройство. Времето на разпространение на сигнала по протежение на проводника е кратко в сравнение.
По подобен начин в цифровите мрежи за данни основното забавяне се въвежда не толкова от предаването на сигнала през физическата среда, колкото от неговата обработка в устройството. В теорията на мрежите за данни е обичайно да се сегментират услугите за данни в съответствие с нивата на OSI модела, като правило, спускайки се от „Приложено“, тоест нивото на представяне на данни на приложението, до „Физическо“ , тоест нивото на физическо взаимодействие на устройствата. В класическия изглед OSI моделът има само седем слоя: физически, връзка за данни, мрежови, транспортни, сесийни, презентационни и приложни слоеве. Внедрените протоколи обаче може да нямат всички посочени нива, т.е. някои нива може да бъдат пропуснати.
Механизмът на работа на модела OSI може да се визуализира с помощта на примера за пренос на данни при разглеждане на WEB страници в Интернет на персонален компютър. Прехвърлянето на съдържанието на страницата към Интернет се извършва с помощта на HTTP (Hypertext Transfer Protocol), който е протокол на ниво приложение. Прехвърлянето на данни по HTTP протокол 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). Пакетите на TCP протокола съставляват рамки на протокола на слоя за свързване на Ethernet, които в зависимост от мрежовия интерфейс могат да се предават с помощта на различен физически слой. По този начин данните на разглежданата страница в Интернет преминават през най-малко четири нива на трансформация при формиране на последователност от битове на физическо ниво, а след това през същия брой стъпки на обратна трансформация. Такъв брой трансформации води до забавяне както при формирането на последователност от битове за предаването им, така и при обратната трансформация за получаване на предаваните данни. Съответно, за да се намали времето на забавяне, броят на реализациите трябва да бъде сведен до минимум. Ето защо данните от протокола GOOSE (слой на приложението) се присвояват директно на слоя за връзка - Ethernet, заобикаляйки останалите слоеве.
Като цяло, главата на IEC 61850-8-1 предоставя два комуникационни профила, които описват всички протоколи за пренос на данни, предвидени от стандарта:
- Профил "MMS";
- "Non-MMS" профил (т.е. не-MMS).
Съответно услугите за данни могат да бъдат реализирани с помощта на един от тези профили. Протоколът GOOSE (както и протоколът Sampled Values ​​​​) принадлежи към втория профил. Използването на "съкратен" стек с минимален брой преобразувания е важен, но не единствен начин за ускоряване на трансфера на данни. Също така, използването на механизми за приоритизиране на данни допринася за ускоряване на трансфера на данни чрез протокола GOOSE. Така че за протокола GOOSE се използва отделен идентификатор на Ethernet рамка - Ethertype, който има очевидно по-висок приоритет от другия трафик, например, предаван чрез IP мрежовия слой. В допълнение към дискутираните механизми, рамката на Ethernet GOOSE съобщение може също да бъде снабдена с етикети за приоритет на протокола IEEE 802.1Q. както и ISO/IEC 8802-3 VLAN етикети. Такива етикети ви позволяват да увеличите приоритета на кадрите, когато се обработват от мрежови комутатори. Тези механизми за приоритетна ескалация ще бъдат обсъдени по-подробно в следващите публикации.

Използването на всички разглеждани методи позволява значително да се увеличи приоритетът на данните, предавани чрез протокола GOOSE, в сравнение с останалите данни, предавани през същата мрежа, използвайки други протоколи, като по този начин се минимизират забавянията както при обработката на данни в устройствата за данни, източници и приемници, както и при обработката им от мрежови комутатори.

Изпращане на информация до множество получатели

За адресиране на фреймовете на слоя за връзка се използват физическите адреси на мрежовите устройства - MAC адреси. В същото време Ethernet позволява така нареченото групово разпространение на съобщения (Multicast). В този случай полето за MAC адрес на местоназначението съдържа адреса за групово предаване. GOOSE мултикастовете използват специфичен диапазон от адреси.

Групов адресен диапазон за GOOSE съобщения

Съобщенията, които имат 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 посочва директно 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 бъдат конфигурирани получаващите устройства.
По този начин предаването на GOOSE съобщения може да се сравни с радиоразпръскване: съобщението се излъчва до всички устройства в мрежата, но за да получи и допълнително обработи съобщението, приемащото устройство трябва да бъде конфигурирано да получава това съобщение.


Схема за съобщения GOOSE

Предаването на съобщения до няколко получатели в режим Multicast, както и изискванията за висока скорост на трансфер на данни не позволяват получаването на потвърждения за доставка от получатели 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 в случай на неуспешен опит ще отнеме твърде много време, което може да доведе до прекалено големи закъснения в предаването на критични сигнали. Вместо това е внедрен специален механизъм за GOOSE съобщения, който осигурява 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, определен от потребителя. 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 е пристигнало 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, независимо колко време е минало от изпращането на предишното съобщение, се формира нов пакет, който съдържа актуализираните данни. След това изпращането на този пакет се повтаря няколко пъти с минимално забавяне, след което интервалът между съобщенията (при липса на промени в предадените данни) отново се увеличава до максимум.


Интервал между изпращането на GOOSE съобщения

Трето, пакетът GOOSE съобщение съдържа няколко полета за брояч, които също могат да се използват за контрол на целостта на комуникационния канал. Такива броячи, например, включват цикличния брояч на колети (sqNum), чиято стойност варира от 0 до 4 294 967 295 или докато предадените данни се променят. При всяка промяна в данните, предадени в съобщението GOOSE, броячът sqNum ще се нулира, като също се увеличава с 1 друг брояч - stNum, също циклично променящ 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 от двата посочени брояча.

И накрая, четвърто, също така е важно да се отбележи, че в допълнение към стойността на дискретния сигнал, GOOSE съобщението може също да съдържа знак за неговото качество, което идентифицира определена хардуерна повреда на устройството източник на информация, фактът, че информацията изходното устройство е в режим на тестване и редица други необичайни режими. По този начин приемното устройство, преди да обработи получените данни съгласно предоставените алгоритми, може да провери този атрибут на качеството. Това може да предотврати неправилната работа на устройствата за приемане на информация (например, тяхната фалшива работа).
Трябва да се има предвид, че някои от присъщите механизми за осигуряване на надеждността на предаването на данни, ако се използват неправилно, могат да доведат до негативен ефект. Така че, 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 води до 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 приема като изчислителен при проектиране на информационна мрежа. Трябва обаче да се разбере, че пиковото натоварване е много краткосрочно и многократното му намаляване, според нашите експерименти в лабораторията за изследване на оперативната съвместимост на устройства, работещи при условията на стандарта IEC 61850, се наблюдава на интервал от 10 ms.

При изграждане на системи за релейна защита и автоматизация, базирани на протокола GOOSE, се променят процедурите за тяхната настройка и тестване. Сега предстои настройка на организирането на Ethernet мрежата на енергийния обект. която ще включва всички RPA устройства. между които трябва да се обменят 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 тестово оборудване, поддържащо протокола GOOSE ( PETOM 61850. Omicron CMC). Важно е да се отбележи, че всички проверки могат да се извършват без прекъсване на предварително установените връзки между вторичното оборудване (устройства за релейна защита, ключове и др.), тъй като данните се обменят през Ethernet мрежата. При обмен на дискретни сигнали между RPA устройства по традиционния начин (чрез прилагане на напрежение към дискретния вход на приемното устройство, когато изходният контакт на устройството, предаващо данни, е затворен), напротив, често е необходимо да се прекъснат връзките между вторично оборудване, за да се включат във веригата от тестови съоръжения за 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 RPA 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 скорост.

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