Pogledajte šta je "IEC" u drugim rječnicima. IEC standardi Pitanja verifikacije podataka

).
Članovi Radne grupe 10 Tehničkog komiteta 57 “Upravljanje elektroenergetskim sistemima i srodnim tehnologijama razmene informacija” IEC-a, koja razvija standard, Aleksej Olegovič Anošin i Aleksandar Valerijevič Golovin danas razmatraju glavni protokol za razmenu signala - GOOSE.

STANDARD IEC 61850
GOOSE protokol

Protokol GOOSE, opisan u poglavlju IEC 61850-8-1, jedan je od najpoznatijih protokola standarda IEC 61850. Skraćenica GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - može se doslovno prevesti kao „opći objektno orijentirani događaj. događaj u trafostanici”. Međutim, u praksi ne biste trebali pridavati veliku važnost originalnom nazivu, jer ono ne daje nikakvu predstavu o samom protokolu. Mnogo je praktičnije shvatiti GOOSE protokol kao uslugu dizajniranu za razmjenu signala između uređaja relejne zaštite i automatizacije u digitalnom obliku.

FORMIRANJE GUSKIH PORUKA

U prethodnoj publikaciji pogledali smo informacioni model uređaja, organizaciju podataka i fokusirali se na formiranje skupova podataka – Dataset. Skupovi podataka se koriste za grupisanje podataka koji će biti poslani pomoću mehanizma GOOSE poruka. Nakon toga, kontrolni blok za slanje GOOSE sadrži vezu do kreiranog skupa podataka. U ovom slučaju, uređaj tačno zna koje podatke treba poslati (slika 1).

Rice. 1. Generiranje podataka za GOOSE poruku

Treba napomenuti da se unutar jedne GOOSE poruke može poslati ili jedna vrijednost (na primjer, signal za pokretanje zaštite od prekomjerne struje), ili nekoliko vrijednosti istovremeno (na primjer, signal za pokretanje i signal zaštite od prekomjerne struje, itd.). Prijemni uređaj može izdvojiti iz paketa samo podatke koji su mu potrebni.

Preneseni GOOSE paket poruke sadrži sve trenutne vrijednosti atributa podataka uključenih u skup podataka. Kada se bilo koja od vrijednosti atributa promijeni, uređaj odmah započinje slanje nove GOOSE poruke sa ažuriranim podacima (slika 2).

Rice. 2. Prijenos GOOSE poruka

Prema svojoj namjeni, GOOSE poruka je namijenjena da zamijeni prijenos diskretnih signala preko operativne trenutne mreže. Razmotrimo koji su zahtjevi nametnuti protokolu prijenosa podataka.

DIGITALNE KOMUNIKACIJE UMJESTO ANALOGNIH

Da bi se razvila alternativa krugovima za prijenos signala između uređaja za relejnu zaštitu, analizirana su svojstva informacija koje se prenose između uređaja za relejnu zaštitu i uređaja za automatizaciju putem diskretnih signala:

Mala količina informacija: vrijednosti "true" i "false" (ili logička "nula" i "jedan") se zapravo prenose između terminala;
- Zahtijeva veliku brzinu prijenosa informacija. Većina diskretnih signala koji se prenose između relejne zaštite i uređaja za automatizaciju direktno ili indirektno utiču na brzinu otklanjanja nenormalnog režima, stoga se prenos signala mora izvršiti sa minimalnim kašnjenjem;
- Za implementaciju kritičnih funkcija potrebna je velika vjerovatnoća isporuke poruke, kao što je izdavanje naredbe za isključivanje prekidača iz sistema relejne zaštite, razmjena signala između uređaja relejne zaštite i automatizacije prilikom obavljanja distribuiranih funkcija. Potrebno je osigurati zagarantovanu isporuku poruka kako u normalnom radu mreže digitalnih podataka tako iu slučaju kratkotrajnih kvarova;
- Mogućnost slanja poruka većem broju primalaca odjednom. Prilikom implementacije nekih funkcija distribuirane relejne zaštite potreban je prijenos podataka s jednog uređaja na više odjednom;
- Potrebno je pratiti integritet kanala za prenos podataka. Prisutnost dijagnostičke funkcije za stanje kanala za prijenos podataka omogućava vam da povećate faktor dostupnosti tokom prijenosa signala, čime se povećava pouzdanost funkcije koja se obavlja prijenosom navedene poruke.

Navedeni zahtjevi doveli su do razvoja GOOSE mehanizma poruka koji ispunjava sve zahtjeve.

OSIGURANJE BRZINE PRENOSA PODATAKA

U krugovima za prijenos analognog signala, glavno kašnjenje u prijenosu signala uzrokovano je vremenom odziva diskretnog izlaza uređaja i vremenom filtriranja odbijanja na diskretnom ulazu prijemnog uređaja. Vrijeme širenja signala duž provodnika je kratko u poređenju.

Slično, u digitalnim podatkovnim mrežama, glavno kašnjenje nije uzrokovano toliko prijenosom signala preko fizičkog medija, već njegovom obradom unutar uređaja.

U teoriji mreža za prenos podataka uobičajeno je segmentirati usluge prenosa podataka u skladu sa nivoima OSI modela (tabela 1), po pravilu, spuštajući se od „aplikacije“, odnosno nivoa primenjenih podataka. prezentacije, do “fizičkog”, odnosno nivoa fizičke interakcije uređaja.

Tabela 1. Standardni sedmoslojni OSI model

U svojoj klasičnoj prezentaciji, OSI model ima samo sedam slojeva: fizički, podatkovni link, mreža, transport, sesija, prezentacija i aplikacija. Međutim, implementirani protokoli možda nemaju sve navedene slojeve, odnosno neki slojevi mogu biti preskočeni.

Mehanizam rada OSI modela može se jasno ilustrirati na primjeru prijenosa podataka pri pregledavanju WEB stranica na Internetu na osobnom računalu.

Sadržaj stranica se prenosi na Internet koristeći HTTP (Hypertext Transfer Protocol), koji je protokol na nivou aplikacije. HTTP prijenos podataka obično se obavlja transportnim protokolom TCP (Transmission Control Protocol). Segmenti TCP protokola su inkapsulirani u pakete mrežnog protokola, što je u ovom slučaju IP (Internet Protocol). TCP paketi se sastoje od okvira protokola sloja Ethernet veze, koji se, ovisno o mrežnom sučelju, mogu prenositi korištenjem različitih fizičkih slojeva. Dakle, podaci stranice koja se gleda na Internetu prolaze kroz najmanje četiri nivoa transformacije prilikom formiranja niza bitova na fizičkom nivou, a zatim isti broj koraka obrnute transformacije.

Ovaj broj konverzija dovodi do kašnjenja kako tokom formiranja niza bitova u svrhu njihovog prenosa, tako i tokom reverzne konverzije u cilju dobijanja prenetih podataka. Shodno tome, da bi se smanjila vremena kašnjenja, broj transformacija treba svesti na minimum. Zbog toga se podaci preko GOOSE protokola (aplikacioni sloj) dodeljuju direktno sloju veze podataka - Ethernet, zaobilazeći druge slojeve.

Općenito, poglavlje IEC 61850-8-1 predstavlja dva komunikacijska profila koji opisuju sve protokole za prijenos podataka predviđene standardom:

• MMS profil;
• Ne-MMS profil (tj. ne-MMS).

U skladu s tim, usluge prijenosa podataka mogu se implementirati korištenjem jednog od navedenih profila. Protokol GOOSE (kao i protokol uzorkovanih vrijednosti) se posebno odnosi na drugi profil.

Korišćenje „skraćenog“ steka sa minimalnim brojem transformacija je važan, ali ne i jedini način da se ubrza prenos podataka. Također, ubrzanje prijenosa podataka putem GOOSE protokola je olakšano upotrebom mehanizama za određivanje prioriteta podataka. Dakle, za GOOSE protokol se koristi poseban identifikator Ethernet okvira - Ethertype, koji očito ima veći prioritet u odnosu na drugi promet, na primjer, koji se prenosi preko IP mrežnog sloja.

Uz mehanizme o kojima smo gore govorili, Ethernet GOOSE okvir poruke također može biti opremljen oznakama prioriteta IEEE 802.1Q protokola i virtualnim lokalne mreže ISO/IEC 8802-3 protokol. Takve oznake vam omogućavaju da povećate prioritet okvira kada ih obrađujete mrežnim prekidačima. Ovi mehanizmi za povećanje prioriteta biće detaljnije razmotreni u narednim publikacijama.

Korištenje svih razmatranih metoda omogućava nam da značajno povećamo prioritet podataka koji se prenose putem GOOSE protokola u odnosu na druge podatke koji se prenose preko iste mreže koristeći druge protokole, čime se minimiziraju kašnjenja kako pri obradi podataka unutar uređaja izvora podataka i prijemnika, tako i kada se obrađuju mrežnim prekidačima.

SLANJE INFORMACIJA NA VIŠE ADRESA

Za adresiranje okvira na nivou veze koriste se fizičke adrese mrežnih uređaja - MAC adrese. Istovremeno, Ethernet omogućava takozvano grupno slanje poruka (Multicast). U ovom slučaju, multicast adresa je naznačena u polju odredišne ​​MAC adrese. Za multicast emitovanje koristeći GOOSE protokol, koristi se određeni raspon adresa (slika 3).

Rice. 3. Raspon multicast adresa za GOOSE poruke

Poruke sa vrijednošću "01" u prvom oktetu adrese šalju se na sva fizička sučelja na mreži, tako da u stvari, multicast nema fiksna odredišta, a njegova MAC adresa je više identifikator za samo emitiranje i ne direktno upućuju na svoje primaoce.

Tako se MAC adresa GOOSE poruke može koristiti, na primjer, kada se organizira filtriranje poruka na mrežnim prekidačima (MAC filtriranje), a navedena adresa može poslužiti i kao identifikator na koji se uređaji za primanje mogu konfigurirati.

Stoga se prijenos GOOSE poruka može uporediti sa radijskim emitiranjem: poruka se emituje svim uređajima u mreži, ali da bi primio i naknadno obradio poruku, prijemni uređaj mora biti konfiguriran da primi ovu poruku (Sl. 4).

Rice. 4. Šema prijenosa GOOSE poruke

GARANTOVANA ISPORUKA PORUKE I KONTROLA STANJA KANALA

Prijenos poruka na više primalaca u Multicast modu, kao i zahtjevi za visokim brzinama prijenosa podataka, ne dozvoljavaju primanje potvrda o dostavi od primalaca prilikom slanja GOOSE poruka. Proces slanja podataka, generisanje potvrde od strane prijemnog uređaja, primanje i obrada od strane uređaja koji šalje, a zatim njihovo ponovno slanje ako pokušaj ne uspije, trajalo bi previše vremena, što bi moglo dovesti do prevelikih kašnjenja u prijenosu kritičnih signala.

Umjesto toga, implementirane su GOOSE poruke specijalni mehanizam, pružajući veliku vjerovatnoću isporuke podataka.

Prvo, u nedostatku promjena u atributima prenesenih podataka, paketi sa GOOSE porukama se prenose ciklički u intervalu koji je odredio korisnik (slika 5a). Ciklični prijenos GOOSE poruka omogućava vam da stalno dijagnostikujete informacijsku mrežu. Uređaj konfiguriran za primanje poruke čeka da stigne u određenom vremenskom intervalu. Ako poruka ne stigne unutar vremena čekanja, prijemni uređaj može generirati signal o kvaru u informacijskoj mreži, obavještavajući dispečera o nastalim problemima.

Drugo, kada se promijeni jedan od atributa prenijetog skupa podataka, bez obzira koliko je vremena prošlo od slanja prethodne poruke, generira se novi paket koji sadrži ažurirane podatke. Nakon toga se slanje ovog paketa ponavlja nekoliko puta sa minimalnim vremenskim kašnjenjem (slika 5b), a interval između poruka (ako nema promjena u prenesenim podacima) se ponovo povećava na maksimum.

Rice. 5. Interval između slanja GOOSE poruka

Treće, GOOSE paket poruka sadrži nekoliko polja brojača, koja se takođe mogu koristiti za praćenje integriteta komunikacionog kanala. Takvi brojači, na primjer, uključuju ciklički brojač parcela (sqNum), čija vrijednost varira od 0 do 4,294,967,295 ili dok se preneseni podaci ne promijene. Svaki put kada se podaci preneseni u GOOSE poruci promijene, sqNum brojač će se resetirati. U isto vrijeme, drugi brojač, stNum, se povećava za 1, koji se također ciklički mijenja u rasponu od 0 do 4,294,967,295.

Konačno, četvrto, važno je napomenuti da GOOSE poruka, osim vrijednosti samog diskretnog signala, može sadržavati i znak njegovog kvaliteta, koji identifikuje specifičan hardverski kvar uređaja izvora informacija, bilo da je uređaj izvora informacija je u režimu testiranja i niz drugih abnormalnih modova. Dakle, prijemni uređaj, prije obrade primljenih podataka prema predviđenim algoritmima, mora provjeriti ovaj atribut kvaliteta. Ovo može spriječiti neispravan rad uređaja za primanje informacija (na primjer, njihov lažni rad).

Treba imati na umu da neki od ugrađenih mehanizama za osiguranje pouzdanosti prijenosa podataka, ako se koriste nepravilno, mogu dovesti do negativnog efekta. Dakle, ako je maksimalni interval između poruka odabran prekratak, opterećenje na mreži se povećava, iako će s gledišta dostupnosti komunikacijskog kanala učinak smanjenja intervala prijenosa biti izuzetno neznatan.

Kada se atributi podataka promijene, prijenos paketa s minimalnim kašnjenjem uzrokuje povećano opterećenje mreže (režim „informacijske oluje”), što teoretski može dovesti do kašnjenja u prijenosu podataka. Ovaj način rada je najkompleksniji i treba ga uzeti kao proračunat prilikom projektovanja informacijske mreže. Međutim, treba imati na umu da je vršno opterećenje vrlo kratkog vijeka i njegovo višestruko smanjenje, prema eksperimentima koje smo proveli u laboratoriji za proučavanje funkcionalne kompatibilnosti uređaja koji rade prema uvjetima standarda IEC 61850, Odsjek zaštite i Nuklearne elektrane Nacionalnog istraživačkog univerziteta Moskovski institut za energetiku, posmatra se u intervalu od 10 ms.

PODEŠAVANJE I PROVERA

Prilikom izgradnje sistema relejne zaštite baziranih na GOOSE protokolu mijenjaju se procedure za njihovo podešavanje i testiranje. Sada se faza postavljanja sastoji od organiziranja Ethernet mreže elektroenergetskog objekta uz uključivanje svih uređaja za relejnu zaštitu i automatizaciju između kojih je potrebna razmjena podataka. Da bi se potvrdilo da je sistem konfigurisan i omogućen u skladu sa zahtevima projekta, postaje moguće koristiti personalni računar sa posebnim unapred instaliranim softver(Wireshark, GOOSE Monitor, itd.) ili specijalna oprema za testiranje koja podržava GOOSE protokol (RETOM 61850, Omicron CMC).

Važno je napomenuti da se sve provjere mogu izvršiti bez narušavanja unaprijed uspostavljenih veza između sekundarne opreme (uređaja relejne zaštite, prekidača itd.), budući da se razmjena podataka vrši preko Ethernet mreže. Prilikom razmjene diskretnih signala između uređaja za relejnu zaštitu na tradicionalan način (davanjem napona na diskretni ulaz prijemnog uređaja pri zatvaranju izlaznog kontakta uređaja koji prenosi podatke), naprotiv, često je potrebno prekinuti veze između uređaja. sekundarnu opremu za uključivanje u krug ispitnih instalacija radi provjere ispravnosti električnih priključaka i prijenosa odgovarajućih diskretnih signala.

ZAKLJUČCI

GOOSE protokol pruža čitav niz mjera usmjerenih na osiguravanje potrebnih karakteristika za brzinu i pouzdanost pri prijenosu kritičnih signala. Korištenje ovog protokola u kombinaciji s ispravnim dizajnom i parametrizacijom informacijske mreže i uređaja za relejnu zaštitu omogućava, u nekim slučajevima, odustajanje od korištenja kola s bakrenim provodnicima za prijenos signala, uz osiguranje potrebnog nivoa pouzdanosti i performansi.

LITERATURA

1. Anošin A.O., Golovin A.V. Standard IEC 61850 Informacijski model uređaja // Novosti o elektrotehnici. 2012. br. 5(77).
2. Informacione i računarske mreže: priručnik za obuku. Kapustin D.A., Dementjev V.E. Uljanovsk: UlSTU, 2011.- 141 str.

Godine 1881. održan je prvi Međunarodni kongres o električnoj energiji, a 1904. godine vladine delegacije kongresa su odlučile da osnuju posebnu organizaciju za standardizaciju u ovoj oblasti. Kao Međunarodna elektrotehnička komisija počela je sa radom

Sovjetski Savez je član IEC-a od 1922. Rusija je postala pravni sljedbenik SSSR-a i u IEC-u je predstavljena Državnim standardom Ruske Federacije. Ruska strana učestvuje u više od 190 tehničkih komiteta i podkomiteta. Sjedište se nalazi u Ženevi, radni jezici su engleski, francuski, ruski.

Glavni objekti standardizacije su: materijali za elektroindustriju (tečni, čvrsti, gasoviti dielektrici, bakar, aluminijum, njihove legure, magnetnih materijala); električna oprema za industrijsku namjenu (mašine za zavarivanje, motori, rasvjetna oprema, releji, niskonaponski uređaji, kablovi, itd.); elektroenergetska oprema (parne i hidraulične turbine, dalekovodi, generatori, transformatori); proizvodi elektronske industrije (integrirana kola, mikroprocesori, štampane ploče, itd.); elektronska oprema kućanske i industrijske svrhe; električni alati; Oprema za komunikacijske satelite; terminologiju.

Organizaciona struktura IEC-a prikazana je na Sl. 1.6. Najviše upravno tijelo IEC-a je Vijeće. Glavno koordinaciono tijelo je Akcioni odbor, kojem su podređeni sljedeći odbori i savjetodavne grupe: AKOS - savjetodavni odbor za električnu sigurnost kućnih aparata, elektronske opreme, visokonaponske opreme i dr.; ASET - savjetodavni odbor za pitanja elektronike i komunikacija, poput AKOS-a, bavi se pitanjima električne sigurnosti; KGEMS – koordinaciona grupa za elektromagnetnu kompatibilnost; KGIT - koordinaciona grupa za informacione tehnologije; radne grupe za koordinaciju veličine.

Rice. 1.6. IEC organizaciona struktura]

Grupe mogu biti trajne ili kreirane po potrebi.

Struktura tehničkih tijela IEC-a koja direktno razvijaju međunarodne standarde slična je strukturi ISO-a: to su tehnički komiteti (TC), pododbori (SC) i radne grupe (WG).

IEC sarađuje sa ISO, zajednički razvijajući ISO/IEC smjernice i ISO/IEC direktive o aktuelnim pitanjima standardizacije, sertifikacije, akreditacije ispitnih laboratorija i metodoloških aspekata.

Međunarodni specijalni komitet za radio smetnje (CISPR) ima nezavisan status u IEC-u, jer je to zajednički komitet zainteresovanih međunarodnih organizacija koje učestvuju u njemu (osnovan 1934. godine).

Standardizacija mjerenja radio smetnji koje emituje električna i elektronska oprema je od velikog značaja zbog činjenice da su u gotovo svim razvijenim zemljama dozvoljeni nivoi radio smetnji i načini njihovog mjerenja regulisani na zakonodavnom nivou. Stoga, svaka oprema koja može emitovati radio smetnje podliježe obaveznom testiranju kako bi se osigurala usklađenost sa međunarodnim CISPR standardima prije puštanja u rad.

Pošto je CISPR IEC komitet, u njegovom radu učestvuju svi nacionalni komiteti, kao i niz zainteresovanih međunarodnih organizacija. Međunarodni savjetodavni komitet za radiokomunikacije i Međunarodna organizacija civilnog vazduhoplovstva učestvuju kao posmatrači u radu CISPR-a. Najviše tijelo CISPR-a je Plenarna skupština, koja se sastaje svake 3 godine.

Međunarodna elektrotehnička komisija osnovana je 1906. godine na međunarodnoj konferenciji kojoj je prisustvovalo 13 zemalja koje su bile najzainteresovanije za takvu organizaciju. Datumom početka međunarodne saradnje u elektrotehnici smatra se 1881. godina, kada je održan prvi Međunarodni kongres o električnoj energiji. Kasnije, 1904. godine, vladini delegati na Kongresu odlučili su da je potrebna posebna organizacija za standardizaciju parametara električnih mašina i terminologije u ovoj oblasti.

Nakon Drugog svjetskog rata, kada je i nastala ISO, IEC je postala samostalna organizacija unutar nje. Ali organizaciona, finansijska pitanja i objekti standardizacije bili su jasno razdvojeni. IEC se bavi standardizacijom u oblasti elektrotehnike, elektronike, radio komunikacija i izrade instrumenata. Ove oblasti nisu u okviru delatnosti ISO.

Većinu zemalja članica IEC u njemu predstavljaju svoje nacionalne organizacije za standardizaciju (Rusiju predstavlja Gosstandart Ruske Federacije), u nekim zemljama su stvoreni posebni komiteti za učešće u IEC-u, koji nisu dio strukture nacionalnih organizacija za standardizaciju. ( Francuska , Njemačka, Italija, Belgija, itd.).

Zastupljenost svake zemlje u IEC-u ima oblik nacionalnog komiteta. Članovi IEC-a su više od 40 nacionalnih komiteta, koji predstavljaju 80% svjetske populacije, koja troši više od 95% svjetske električne energije. Službeni jezici IEC-a su engleski, francuski i ruski.

Osnovna svrha organizacije, koja je definisana njenim Statutom- unapređenje međunarodne saradnje u oblasti standardizacije i srodnih pitanja u oblasti elektrotehnike i radiotehnike kroz izradu međunarodnih standarda i drugih dokumenata.

Nacionalni komiteti svih zemalja čine Vijeće - najviše upravno tijelo IEC-a. Godišnji sastanci Saveta, koji se održavaju naizmjenično u različitim zemljama članicama IEC-a, posvećeni su rješavanju čitavog niza pitanja vezanih za djelovanje organizacije. Odluke se donose prostom većinom glasova, a predsjednik ima pravo glasa, koje ostvaruje u slučaju jednaka distribucija glasova.

Glavno koordinaciono tijelo IEC-a je Akcioni komitet. Pored svog osnovnog zadatka – koordinacije rada tehničkih komiteta – Akcioni odbor identifikuje potrebu za novim oblastima rada, izrađuje metodološka dokumenta koja podržavaju tehnički rad, učestvuje u rešavanju pitanja saradnje sa drugim organizacijama i obavlja sve poslove Vijeće.

Akcionom odboru su podređene savetodavne grupe koje Odbor ima pravo da formira ukoliko postoji potreba za koordinacijom po konkretnim problemima u radu TK. Tako su dvije savjetodavne grupe međusobno podijelile razvoj sigurnosnih standarda: Savjetodavni komitet za. Pitanja električne sigurnosti (AKOS) koordinira djelovanje oko 20 tehničkih komiteta i računara na električnim kućanskim aparatima, radio-elektronskoj opremi, visokonaponskoj opremi itd., a Savjetodavni komitet za elektroniku i komunikacije (ASET) bavi se drugim predmetima standardizacije . Osim toga, Akcioni odbor je smatrao primjerenim efikasnije koordinirati rad na stvaranju međunarodnih standarda za organizovanje Koordinacione grupe za elektromagnetnu kompatibilnost (CHEMC), Koordinacione grupe za informacione tehnologije (CGIT) i Radna grupa po koordinaciji veličine (slika 11.2).

Struktura tehničkih tijela IEC-a koja direktno razvijaju međunarodne standarde je slična ISO: To su tehnički komiteti (TC), pododbori (SC) i radne grupe (WG). U radu svake TC učestvuje 15-25 zemalja. Najveći broj sekretarijata TC i PC je Francuska, SAD, Njemačka, UK, Italija, Holandija. Rusija ima šest sekretarijata.

Međunarodni IEC standardi se mogu podijeliti u dvije vrste: opšte tehničke, intersektorske prirode i standarde koji sadrže tehničke zahtjeve za specifične proizvode. Prvi tip uključuje regulatorne dokumente o terminologiji, standardnim naponima i frekvencijama, raznim vrstama testova itd. Drugi tip standarda pokriva ogroman raspon od električnih aparata za domaćinstvo do komunikacionih satelita. Svake godine IEC program uključuje više od 500 novih tema o međunarodnoj standardizaciji.

Glavni objekti IEC standardizacije:

Materijali za elektroindustriju (tečni, čvrsti, gasoviti dielektrika , bakar , aluminijum, njihov legure , magnetnih materijala);

Električna oprema za industrijsku namjenu (mašine za zavarivanje, motori, rasvjetna oprema, releji, niskonaponski uređaji, kabl itd.);

Elektroenergetska oprema (parne i hidraulične turbine, dalekovodi, generatori, transformatori);

Proizvodi elektronske industrije (integrirana kola, mikroprocesori, štampane ploče, itd.);

Elektronička oprema za kućanstvo i industrijske potrebe;

Električni alati;

Oprema za komunikacijske satelite;

Terminologija.

IEC je usvojio više od 2 hiljade međunarodnih standarda. Oni se sadržajem razlikuju od standarda. ISO konkretnije: postavljaju tehničke zahtjeve za proizvode i njihove metode ispitivanja, kao i sigurnosne zahtjeve, što je relevantno ne samo za objekte standardizacije IEC, već i za najvažniji aspekt potvrda usklađenosti - sertifikacija za usklađenost sa zahtjevima sigurnosnih standarda. Kako bi osigurao ovu oblast, koja je trenutno od značaja u međunarodnoj trgovini, IEC razvija posebne međunarodne standarde za sigurnost određenih proizvoda. S obzirom na navedeno, kako praksa pokazuje, međunarodni IEC standardi su pogodniji za direktnu primjenu u zemljama članicama nego standardi ISO.

Pridajući veliki značaj razvoju međunarodnih sigurnosnih standarda, ISO zajedno sa IEC-om usvojio Smjernice ISO/IEC 51 "Opšti zahtjevi za predstavljanje sigurnosnih pitanja u pripremi standarda." Napominje da je sigurnost predmet standardizacije koja se manifestira u razvoju standarda u mnogo različitih oblika, na različitim nivoima, u svim područjima tehnologije i za veliku većinu proizvoda. Suština koncepta „sigurnosti“ tumači se kao osiguranje ravnoteža između sprečavanja rizika od fizičkih ozljeda i drugih zahtjeva koje proizvod mora zadovoljiti. Treba imati na umu da apsolutna sigurnost praktički ne postoji, pa čak i na najvišem nivou sigurnosti proizvodi mogu biti samo relativno sigurni.

Prilikom proizvodnje proizvoda, odluke vezane za sigurnost se obično zasnivaju na proračunima rizika i sigurnosnim procjenama. Procjena rizika (ili utvrđivanje vjerovatnoće štete) zasniva se na akumuliranim empirijskim podacima i naučnim istraživanjima. Procjena sigurnosti uključuje vjerovatni nivo rizika, a sigurnosni standardi se gotovo uvijek postavljaju na nacionalnom nivou (u EU putem direktiva i tehničkim propisima; u Ruskoj Federaciji - i dalje obavezni zahtjevi državnih standarda). Tipično, sami standardi sigurnosti su pod uticajem nivoa socio-ekonomskog razvoja i obrazovanja društva. Rizici zavise od kvaliteta projekta i proizvodni proces, a takođe, ni manje ni više, o uslovima upotrebe (potrošnje) proizvoda.

Na osnovu ovog koncepta sigurnosti, ISO i IEC vjeruju da će sigurnost biti olakšana primjenom međunarodnih standarda koji postavljaju sigurnosne zahtjeve. Ovo može biti standard koji se odnosi isključivo na sigurnost ili može sadržavati sigurnosne zahtjeve zajedno s drugim tehničkim zahtjevima. Prilikom izrade sigurnosnih standarda identifikuju karakteristike predmeta standardizacije koje mogu imati negativan utjecaj na čovjeka, okruženje i metode za utvrđivanje sigurnosti za svaku karakteristiku proizvoda. Ali Osnovna svrha standardizacije u oblasti sigurnosti je pronalaženje zaštite od različitih vrsta opasnosti. Djelokrug aktivnosti IEC-a uključuje: opasnost od tjelesnih ozljeda, električnu opasnost, tehničku opasnost, opasnost od požara, opasnost od eksplozije, hemijska opasnost, biološka opasnost, opasnost od zračenja opreme (zvuk, infracrveno, radio frekvencijsko, ultraljubičasto, jonizujuće, zračenje itd.).

Procedura za razvoj IEC standarda je slična onoj koja se koristi u ISO. U prosjeku rade na standardu 3-4 godine, a često zaostaje za tempom obnavljanja proizvoda i pojavom novih proizvoda na tržištu. Kako bi se smanjili rokovi, IEC prakticira objavljivanje Tehničkog vodiča (TOD) usvojenog po kratkom postupku, koji sadrži samo ideju budućeg standarda. Vrijedi ne duže od tri godine i poništava se nakon objavljivanja standarda kreiranog na njegovoj osnovi.

Primjenjuje se i ubrzana razvojna procedura, posebno u vezi sa smanjenjem ciklusa glasanja i, što je efikasnije, proširenjem preregistracije u međunarodne IEC standarde regulatorni dokumenti usvojene od strane drugih međunarodnih organizacija, ili nacionalni standardi zemalja članica. Tehnička sredstva takođe pomažu da se ubrza rad na kreiranju standarda: automatizovani sistem praćenje toka radova, informacioni sistem"Teletekst", organizovan na bazi Centralnog biroa. Više od 10 nacionalnih komiteta postali su korisnici ovog sistema.

U okviru IEC-a, Međunarodni specijalni komitet za radio smetnje (CISPR) ima donekle poseban status, koji standardizuje metode za merenje radio smetnji koje emituju elektronski i električni uređaji. Dozvoljeni nivoi takvih smetnji su predmet direktnog tehničkog zakonodavstva u gotovo svim razvijenim zemljama. Certifikacija ovakvih uređaja provodi se za usklađenost sa standardima CISPR.

CISPR ne uključuje samo nacionalne komitete, već i međunarodne organizacije: Evropska radiodifuzna unija, Međunarodna organizacija za radio i televiziju, Međunarodna unija proizvođača i distributera električne energije, Međunarodna konferencija o velikim električnim sistemima, Međunarodna unija željeznice, Međunarodna unija javni prevoz, Međunarodna unija za elektrotermiju. Međunarodni komitet za radiokomunikacije i Međunarodna organizacija civilnog vazduhoplovstva učestvuju kao posmatrači u radu komiteta. CISPR razvija i regulatorne i informativne međunarodne dokumente:

međunarodni standardi tehničkih zahtjeva, koji regulišu metode merenja radio smetnji i sadrže preporuke za upotrebu merne opreme;

izvještaji, u kojoj su predstavljeni rezultati naučna istraživanja o pitanjima CISPR-a.

Najveću praktičnu primjenu imaju međunarodni standardi koji utvrđuju tehničke zahtjeve i maksimalne nivoe radio smetnji za različite izvore: motorna vozila, rekreaciju brodovi, motori sa unutrašnjim sagorevanjem, fluorescentne lampe, televizori itd.

Protokol događaja - vlastitim riječima

Ako uzmemo u obzir alegoriju u učionici, koja dobro funkcionira, ciklični protokoli poput Modbusa, Profibusa, Fieldbusa su poput anketiranja svakog učenika u nizu. Čak i ako nema interesa za uređaj (student). Protokoli događaja rade drugačije. Zahtjev se ne postavlja svakom mrežnom uređaju (učeniku) uzastopno, već razredu u cjelini, a zatim se prikupljaju informacije sa uređaja u promijenjenom stanju (učenik koji je podigao ruku). Dakle, postoji značajna ušteda u mrežnom prometu. Mrežni uređaji ne akumuliraju greške kada je veza loša. S obzirom da se isporuka događaja događa s vremenskom oznakom, čak i ako postoji određeno kašnjenje, master sabirnice prima informacije o događajima koji su se dogodili na udaljenim objektima.

Protokoli događaja se uglavnom koriste u elektroenergetskim objektima, kao i sistemima daljinski upravljač razni sistemi otvora i slivova. Koriste se svuda gde je potrebno daljinsko dispečiranje i kontrola objekata koji su međusobno veoma udaljeni.

Istorijat razvoja i implementacije protokola događaja u automatizaciji elektroenergetskih objekata

Primjer jednog od prvih uspješnih pokušaja standardizacije razmjene informacija za industrijske kontrolere je ModBus protokol, koji je razvio Modicon 1979. Trenutno, protokol postoji u tri verzije: ModBus ASCII, ModBus RTU i ModBus TCP; razvija ga neprofitna organizacija ModBus-IDA. Uprkos činjenici da ModBus pripada protokolima aplikacijskog sloja OSI mrežnog modela i reguliše funkcije čitanja i pisanja registara, korespondencija registara mjernim vrstama i mjernim kanalima nije regulirana. U praksi to dovodi do nekompatibilnosti protokola za uređaje različitih tipova, čak i istog proizvođača, i potrebe za podrškom. velike količine protokole i njihove modifikacije ugrađenim USPD softverom (sa dvostepenim modelom anketiranja - softver servera za prikupljanje) sa ograničene mogućnosti ponovo koristiti programski kod. S obzirom na selektivno pridržavanje standarda od strane proizvođača (upotreba nereguliranih algoritama za izračunavanje kontrolne sume, promjena redoslijeda bajtova, itd.), situacija se još više pogoršava. Danas je očigledna činjenica da ModBus nije u stanju da reši problem protokolarnog razdvajanja merne i upravljačke opreme za elektroenergetske sisteme. DLMS/COSEM (Device Language Message Specification) specifikacija, razvijena od strane DLMS User Association i razvijena u IEC 62056 familiju standarda, dizajnirana je da pruži, kako je navedeno na službenoj web stranici udruženja, „interoperabilno okruženje za strukturno modeliranje i podatke razmjena sa kontrolorom.” Specifikacija razdvaja logički model i fizički prikaz specijalizovane opreme, a definiše i najvažnije koncepte (registar, profil, raspored itd.) i operacije na njima. Glavni standard je IEC 62056-21, koji je zamijenio drugo izdanje IEC 61107.
Unatoč detaljnijem proučavanju modela prikaza uređaja i njegovog rada u odnosu na ModBus, problem kompletnosti i „čistoće“ implementacije standarda, nažalost, ostaje u praksi, ispitivanje uređaja s deklariranom podrškom za DLMS od jednog proizvođača sa programom anketiranja drugog proizvođača ili je ograničen na osnovne parametre, ili jednostavno nemoguć. Treba napomenuti da se DLMS specifikacija, za razliku od ModBus protokola, pokazala krajnje nepopularna među domaćim proizvođačima mjernih uređaja, prvenstveno zbog veća složenost protokola, kao i dodatni režijski troškovi za uspostavljanje veze i dobijanje konfiguracije uređaja.
Potpuna podrška postojećih standarda od strane proizvođača mjerne i kontrolne opreme nije dovoljna za prevazilaženje unutarsistemskog informacionog nejedinstva. Podrška određenom standardizovanom protokolu koju je deklarisao proizvođač, po pravilu, ne znači njegovu punu podršku i odsustvo unesenih izmena. Primjer skupa stranih standarda je porodica standarda IEC 60870-5 koju je kreirala Međunarodna elektrotehnička komisija.
Različite implementacije IEC 60870-5-102 - opšteg standarda za prenos integralnih parametara u elektroenergetskim sistemima - predstavljene su u uređajima brojnih stranih proizvođača: Iskraemeco d.d. (Slovenija), Landis&Gyr AG (Švajcarska), Circutor SA (Španija), EDMI Ltd (Singapur) itd., ali u većini slučajeva - samo kao dodatne. Vlasnički protokoli ili varijacije DLMS-a se koriste kao glavni protokoli za prijenos podataka. Vrijedi napomenuti da se IEC 870-5-102 ne koristi široko iz još jednog razloga: neki proizvođači mjernih uređaja, uključujući domaće, implementirali su modificirane telemehaničke protokole u svoje uređaje (IEC 60870-5-101, IEC 60870-5 - 104), zanemarujući ovaj standard.

Slična situacija je uočena među proizvođačima relejne zaštite i automatizacije: u prisustvu trenutnog standarda IEC 60870-5-103, često se implementira protokol sličan ModBus-u. Preduslov za to je, očigledno, bio nedostatak podrške za ove protokole od strane većine sistema višeg nivoa. Telemehanički protokoli opisani u standardima IEC 60870-5-101 i IEC 60870-5-104 mogu se koristiti ako je potrebno integrirati telemehaničke i sisteme za mjerenje električne energije. S tim u vezi, utvrdili su široka primena u dispečerskim sistemima.

Tehničke specifikacije protokola za automatizaciju

U savremenim sistemima automatizacije, kao rezultat stalne modernizacije proizvodnje, sve češće se susreću zadaci izgradnje distribuiranih industrijskih mreža korišćenjem protokola za prenos podataka zasnovanih na događajima. Za organizaciju industrijskih mreža elektroenergetskih objekata koriste se brojni interfejsi i protokoli za prenos podataka, na primer IEC 60870-5-104, IEC 61850 (MMS, GOOSE, SV) itd. Oni su neophodni za prenos podataka između senzora, kontrolera i aktuatori (AM), veza između donjeg i gornji nivoi Sistem upravljanja procesima.

Protokoli se razvijaju uzimajući u obzir specifičnosti tehnološkog procesa, osiguravajući pouzdanu vezu i visoku točnost prijenosa podataka između različitih uređaja. Uz pouzdan rad u teškim uslovima, funkcionalnost, fleksibilnost u dizajnu, lakoća integracije i održavanja, te usklađenost sa industrijskim standardima postaju sve važniji zahtjevi u automatiziranim sistemima upravljanja procesima. Pogledajmo tehničke karakteristike nekih od gore navedenih protokola.

IEC 60870-5-104 protokol

IEC 60870-5-104 formalizira inkapsulaciju ASDU-a iz IEC 60870-5-101 u standardne TCP/IP mreže. Podržane su i Ethernet i modemske veze koje koriste PPP protokol. Sigurnost kriptografskih podataka je formalizirana u standardu IEC 62351. Standardni port je TCP 2404.
Ovaj standard specificira upotrebu otvorenog TCP/IP sučelja za mrežu koja sadrži, na primjer, LAN (lokalnu mrežu) za uređaj za daljinsko upravljanje koji prenosi ASDU u skladu sa IEC 60870-5-101. Ruteri, uključujući rutere za WAN (mrežu širokog područja) različitih tipova (na primjer, X.25, Frame Relay, ISDN, itd.), mogu se povezati preko zajedničkog TCP/IP-LAN interfejsa.

Primjer opće arhitekture aplikacije IEC 60870-5-104

Interfejs transportnog sloja (sučelje između korisnika i TCP) je sučelje orijentirano na protok koji ne definira nikakve start-stop mehanizme za ASDU (IEC 60870-5-101). Za definiranje početka i kraja ASDU-a, svako APCI zaglavlje uključuje sljedeće oznake: početni znak, indikaciju dužine ASDU-a, zajedno sa kontrolnim poljem. Mogu se prenositi ili kompletan APDU ili (u svrhu kontrole) samo APCI polja.

Struktura paketa podataka protokola IEC 60870-5-104

u ovom slučaju:

APCI - Kontrolne informacije na nivou aplikacije;
- ASDU - Data Unit. Održava aplikacijski sloj (blok podataka sloja aplikacije);
- APDU - Jedinica podataka protokola aplikacijskog sloja.
- START 68 N definira početnu tačku unutar toka podataka.
Dužina APDU specificira dužinu APDU tijela, koje se sastoji od četiri bajta APCI kontrolnog polja plus ASDU. Prvi prebrojani bajt je prvi bajt kontrolnog polja, a posljednji prebrojani bajt je posljednji bajt ASDU-a. Maksimalna dužina ASDU ograničena je na 249 bajtova jer Maksimalna dužina APDU polja je 253 bajta (APDUmax=255 minus 1 početni bajt i 1 bajt dužine), a dužina kontrolnog polja je 4 bajta.
Ovaj protokol za prenos podataka je trenutno de facto standardni dispečerski protokol za preduzeća u elektroenergetskom sektoru. Model podataka u ovom standardu je razvijeniji, ali ne daje nikakav jedinstveni opis elektroenergetskog objekta.

DNP-3 protokol

DNP3 (Distributed Network Protocol) je protokol za prijenos podataka koji se koristi za komunikaciju između ICS komponenti. Dizajniran je za laku interakciju između razne vrste uređaja i upravljačkih sistema. Može se koristiti na različitim nivoima automatizovanih sistema upravljanja procesima. Postoji proširenje Secure Authentication za DNP3 za sigurnu autentifikaciju.
U Rusiji ovaj standard nije široko rasprostranjen, ali ga neki uređaji za automatizaciju još uvijek podržavaju. Za dugo vremena Protokol nije standardiziran, ali je sada odobren kao IEEE-1815 standard. DNP3 podržava i RS-232/485 serijske komunikacije i TCP/IP mreže. Protokol opisuje tri sloja OSI modela: aplikacijski, podatkovni link i fizički. Njegovo karakteristična karakteristika je mogućnost prijenosa podataka i sa glavnog uređaja na podređeni uređaj i između slave uređaja. DNP3 takođe podržava sporadičan prenos podataka sa slave uređaja. Prenos podataka se zasniva, kao iu slučaju IEC-101/104, na principu prenošenja tabele vrednosti. U ovom slučaju, radi optimizacije korištenja komunikacijskih resursa, ne šalje se cijela baza podataka, već samo njen varijabilni dio.
Važna razlika između DNP3 protokola i onih o kojima smo ranije govorili je pokušaj da se model podataka objektivno opiše i nezavisnost objekata podataka od poslanih poruka. Za opis strukture podataka u DNP3, koristi se XML opis informacijskog modela. DNP3 je baziran na tri sloja OSI mrežnog modela: aplikacijskom (operira objektima osnovnih tipova podataka), kanalnom (omogućava nekoliko načina za dohvaćanje podataka) i fizičkom (u većini slučajeva koriste se RS-232 i RS-485 interfejsi) . Svaki uređaj ima svoju jedinstvenu adresu za datu mrežu, predstavljenu kao cijeli broj od 1 do 65520. Osnovni pojmovi:
- Outslation - slave uređaj.
- Master - glavni uređaj.
- Okvir (frame) - paketi koji se prenose i primaju na sloju veze podataka. Maksimalna veličina paketa je 292 bajta.
- Statički podaci - podaci povezani s nekom stvarnom vrijednošću (na primjer, diskretni ili analogni signal)
- Podaci o događaju - podaci povezani s bilo kojim značajan događaj(na primjer, stanje se mijenja. Vrijednost dostiže prag). Postoji opcija za dodavanje vremenske oznake.
- Varijacija (varijacija) - određuje kako se vrijednost tumači, karakteriziran cijelim brojem.
- Grupa (grupa) - određuje tip vrijednosti, karakteriziran cijelim brojem (na primjer, konstantna analogna vrijednost pripada grupi 30, a analogna vrijednost događaja grupi 32). Za svaku grupu dodijeljen je skup varijacija uz pomoć kojih se tumače značenja ove grupe.
- Objekt - podaci okvira povezani sa određenom vrijednošću. Format objekta zavisi od grupe i varijacije.
Spisak varijacija je dat u nastavku.

Varijacije za konstantne podatke:

Varijacije za podatke o događajima:

Zastavice impliciraju prisustvo posebnog bajta sa sljedećim bitovima informacija: izvor podataka je on-line, izvor podataka je ponovo pokrenut, veza s izvorom je izgubljena, vrijednost je prisiljena da se upiše, vrijednost je izvan dozvoljene granice.

Zaglavlje okvira:

Sinhronizacija - 2 bajta sinhronizacije omogućavajući primaocu da identifikuje početak okvira. Dužina - broj bajtova u ostatku paketa, isključujući CRC oktete. Kontrola veze - bajt za koordinaciju prijema prijenosa okvira. Adresa odredišta - adresa uređaja kojem je dodijeljen prijenos. Izvorna adresa - adresa uređaja koji vrši prenos. CRC - kontrolna suma za bajt zaglavlja. Odjeljak podataka DNP3 okvira sadrži (pored samih podataka) 2 bajta CRC-a za svakih 16 bajtova prenesene informacije. Maksimalan broj bajtova podataka (ne uključujući CRC) za jedan okvir je 250.

IEC 61850 MMS protokol

MMS (Manufacturing Message Specification) je protokol za prijenos podataka koji koristi tehnologiju klijent-server. IEC 61350 standard ne opisuje MMS protokol. Poglavlje IEC 61850-8-1 opisuje samo kako dodijeliti usluge podataka opisane standardom IEC 61850 MMS protokolu opisanom u standardu ISO/IEC 9506 Da bismo bolje razumjeli šta to znači, potrebno je detaljnije pogledati kako IEC standard 61850 opisuje apstraktne komunikacione usluge i šta one rade.
Jedna od glavnih ideja ugrađenih u standard IEC 61850 je da se on ne mijenja tokom vremena. Da bi se to osiguralo, poglavlja standarda sekvencijalno opisuju prvo konceptualna pitanja prijenosa podataka unutar i između elektroenergetskih objekata, zatim se opisuje tzv. „apstraktni komunikacioni interfejs“, a tek u završnoj fazi svrha apstraktnih modela. za protokole za prijenos podataka je opisano.

Dakle, konceptualna pitanja i apstraktni modeli su nezavisni od korištenih tehnologija prijenosa podataka (žični, optički ili radio kanali), te stoga neće zahtijevati reviziju uzrokovanu napretkom u oblasti tehnologija prijenosa podataka.
Apstraktni komunikacioni interfejs opisan u IEC 61850-7-2. uključuje i opis modela uređaja (odnosno, standardizira koncepte “logičkog uređaja”, “logičkog čvora”, “kontrolnog bloka” itd.). i opis usluga prijenosa podataka. Jedna takva usluga je SendGOOSEMessage. Pored navedenog servisa, opisano je više od 60 servisa koji standardiziraju proceduru za uspostavljanje komunikacije između klijenta i servera (Associate, Abort, Release), čitanje informacijskog modela (GetServerDirectory, GelLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDirectory), čitanje vrijednosti varijabli ​​(GetAllDataValues, GetDataValues, itd.) , prijenos vrijednosti varijabli u obliku izvještaja (Report) i dr. Prijenos podataka u navedenim servisima vrši se korištenjem klijent-server tehnologije.

Na primjer, u ovom slučaju server može biti uređaj za relejnu zaštitu, a klijent može biti SCADA sistem. Servisi za čitanje informacionog modela omogućavaju klijentu da pročita kompletan informacioni model sa uređaja, odnosno da ponovo kreira stablo logičkih uređaja, logičkih čvorova, elemenata i atributa podataka. U tom slučaju, klijent će dobiti potpuni semantički opis podataka i njihove strukture. Usluge za čitanje vrijednosti varijabli omogućuju čitanje stvarnih vrijednosti atributa podataka, na primjer, periodičnim ispitivanjem. Usluga izveštavanja vam omogućava da konfigurišete slanje određenih podataka kada se ispune određeni uslovi. Jedna varijanta takvog stanja može biti promjena ove ili one vrste povezana s jednim ili više elemenata iz skupa podataka. Za implementaciju opisanih apstraktnih modela prenosa podataka, standard IEC 61850 opisuje dodeljivanje apstraktnih modela određenom protokolu. Za usluge koje se razmatraju, ovaj protokol je MMS, opisan standardom ISO/IEC 9506.

MMS definira:
- skup standardnih objekata na kojima se izvode operacije koje moraju postojati u uređaju (na primjer: čitanje i pisanje varijabli, signalizacija događaja itd.),
- skup standardnih poruka. koji se razmjenjuju između klijenta i sjevera za obavljanje operacija upravljanja;
- skup pravila za kodiranje ovih poruka (odnosno, kako se vrijednosti i parametri dodjeljuju bitovima i bajtovima tokom prijenosa);
- skup protokola (pravila za razmjenu poruka između uređaja). Dakle, MMS ne definiše servise aplikacija, koje su, kao što smo već videli, definisane standardom IEC 61850. Štaviše, sam MMS protokol nije komunikacioni protokol, već samo definiše poruke koje se moraju preneti preko određene mreže. MMS koristi TCP/IP stog kao komunikacijski protokol.

U nastavku je prikazana opšta struktura korišćenja MMS protokola za implementaciju usluga prenosa podataka u skladu sa IEC 61850.


Dijagram prijenosa podataka putem MMS protokola

Ovako prilično složen, na prvi pogled, sistem u krajnjoj liniji omogućava, s jedne strane, da se obezbedi nepromenljivost apstraktnih modela (i, posledično, nepromenljivost standarda i njegovih zahteva), s druge strane da se koriste moderni modeli. komunikacione tehnologije zasnovane na IP protokolu. Međutim, treba napomenuti da je zbog velikog broja dodjela MMS protokol relativno spor (na primjer, u poređenju sa GOOSE), pa je njegova upotreba za aplikacije u realnom vremenu nepraktična. Osnovna svrha MMS protokola je implementacija funkcija automatizovanog sistema upravljanja procesom, odnosno prikupljanje telesignalizacijskih i telemetarskih podataka i prijenos komandi daljinskog upravljanja.
U svrhu prikupljanja informacija, MMS protokol pruža dvije glavne mogućnosti:
- prikupljanje podataka korišćenjem periodičnog prozivanja servera(ova) od strane klijenta;
- prijenos podataka klijentu od strane servera u obliku izvještaja (sporadično).
Obje ove metode su tražene pri postavljanju i upravljanju automatiziranim sustavom upravljanja procesima da bismo odredili područja njihove primjene, detaljnije ćemo pogledati mehanizme rada svake od njih.
U prvoj fazi uspostavlja se veza između uređaja klijenta i servera (usluga „Asocijacija“). Vezu inicira klijent kontaktiranjem servera koristeći njegovu IP adresu.

Mehanizam prijenosa podataka klijent-server

Sljedeći korak je da klijent zatraži određene podatke od servera i dobije odgovor od servera sa traženim podacima. Na primjer, nakon uspostavljanja veze, klijent može zatražiti od servera svoj informacijski model koristeći usluge GetServerDirectory, GetLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDiretory. Zahtjevi će se postavljati redom:
- nakon zahtjeva GetServerDirectory, server će vratiti listu dostupnih logičkih uređaja.
- nakon zasebnog zahtjeva GelLogicalDeviceDirectory za svaki logički uređaj, server će vratiti listu logičkih čvorova u svakom od logičkih uređaja.
- Zahtjev GetLogicalNodeDirectory za svaki pojedinačni logički čvor vraća njegove objekte i atribute podataka.
Kao rezultat, klijent izračunava i ponovo kreira kompletan informacioni model serverskog uređaja. U ovom slučaju, stvarne vrijednosti atributa se još neće čitati, odnosno čitano „stablo“ će sadržavati samo imena logičkih uređaja, logičkih čvorova, objekata podataka i atributa, ali bez njihovih vrijednosti. Treći korak može biti čitanje stvarnih vrijednosti svih atributa podataka. U ovom slučaju, ili svi atributi se mogu čitati pomoću usluge GetAllDataValues, ili samo pojedinačni atributi pomoću usluge GetDataValues. Po završetku treće faze, klijent će u potpunosti rekreirati informacijski model servera sa svim vrijednostima atributa podataka. Treba napomenuti da ovaj postupak uključuje razmjenu prilično velikih količina informacija sa velikim brojem zahtjeva i odgovora, ovisno o broju logičkih uređaja logičkih čvorova i broju objekata podataka koje implementira server. To također dovodi do prilično visokog opterećenja na hardveru uređaja. Ovi koraci se mogu sprovesti u fazi postavljanja SCADA sistema tako da klijent, pročitavši informacioni model, može pristupiti podacima na serveru. Međutim, tokom daljeg rada sistema nije potrebno redovno čitanje informacionog modela. Također je neprikladno stalno čitati vrijednosti atributa koristeći redovno ispitivanje. Umjesto toga, može se koristiti usluga izvješćivanja - Izvještaj. IEC 61850 definira dvije vrste izvještaja - baferovane i nebaferovane. Glavna razlika između baferovanog i nebaferovanog izveštaja je u tome što kada se koristi prvi, generisane informacije će biti isporučene klijentu čak i ako u trenutku kada je server spreman da izda izveštaj ne postoji veza između njega i klijent (na primjer, odgovarajući komunikacioni kanal je prekinut). Sve generirane informacije se akumuliraju u memoriji uređaja i bit će prenesene čim se uspostavi veza između dva uređaja. Jedino ograničenje je količina serverske memorije dodijeljene za pohranjivanje izvještaja. Ako se u tom vremenskom periodu kada nije bilo veze dogodilo dosta događaja koji su uzrokovali generiranje velikog broja izvještaja, čiji je ukupni volumen premašio dozvoljenu količinu memorije servera, onda se neke informacije ipak mogu izgubiti i novi generisani izveštaji će „izmestiti“ prethodno generisane podatke iz bafera, međutim, u ovom slučaju server će preko posebnog atributa kontrolnog bloka signalizirati klijentu da je došlo do prelivanja bafera i da je moguć gubitak podataka. Ako postoji veza između klijenta i servera - i kada se koristi baferovani i kada se koristi izveštaj bez bafera - prenos podataka do klijenta može biti neposredan po nastanku određenih događaja u sistemu (pod uslovom da je vreme interval za koji se događaji bilježe, jednak je nuli). Kada su u pitanju izvještaji, ne mislimo na praćenje svih objekata i atributa podataka informacijskog modela servera, već samo onih koji nas zanimaju, kombinovane u tzv. „setove podataka“. Koristeći baferovani/nebaferovani izveštaj, možete konfigurisati server ne samo da prenosi ceo nadgledani skup podataka, već i da prenosi samo one objekte/atribute podataka sa kojima se određeni tipovi događaja dešavaju unutar korisnički definisanog vremenskog intervala.
Da bi se to postiglo, u strukturi kontrolnog bloka za prijenos baferiranih i nebaferiranih izvještaja moguće je specificirati kategorije događaja čija se pojava mora pratiti i na osnovu kojih se samo ti objekti podataka /atributi na koje utiču ovi događaji biće uključeni u izveštaj. Razlikuju se sljedeće kategorije događaja:
- promjena podataka (dchg). Postavljanjem ove opcije, izvještaj će uključivati ​​samo one atribute podataka čije su vrijednosti promijenjene, ili samo one objekte podataka čije su se vrijednosti atributa promijenile.
- promjena atributa kvaliteta (qchg). Postavljanjem ove opcije, izvještaj će uključivati ​​samo one atribute kvalitete čije su vrijednosti promijenjene, ili samo one objekte podataka čiji su atributi kvaliteta promijenjeni.
- ažuriranje podataka (dupd). Kada postavite ovaj parametar, izvještaj će uključivati ​​samo one atribute podataka čije su vrijednosti ažurirane ili samo one objekte podataka čije su vrijednosti atributa ažurirane. Pod ažuriranjem podrazumijevamo, na primjer, periodično izračunavanje jedne ili druge harmonijske komponente i upisivanje njene nove vrijednosti u odgovarajući atribut podataka. Međutim, čak i ako se vrijednost zasnovana na rezultatima obračuna za novi period nije promijenila, objekt podataka ili odgovarajući atribut podataka je uključen u izvještaj.
Također možete konfigurirati izvještaj da izvještava o cijelom praćenom skupu podataka. Takav prijenos se može izvršiti ili na inicijativu servera (uvjet integriteta) ili na inicijativu klijenta (opće ispitivanje). Ako se generisanje podataka unese u skladu sa uslovom integriteta, tada korisnik treba da naznači i period generisanja podataka od strane servera. Ako se generiranje podataka unese prema općem uvjetu ispitivanja. server će generisati izveštaj sa svim elementima skupa podataka po prijemu odgovarajuće komande od klijenta.
Mehanizam prijenosa izvještaja ima važne prednosti u odnosu na metodu periodičnog prozivanja: značajno je smanjeno opterećenje informacione mreže, smanjeno je opterećenje procesora serverskog uređaja i klijentskog uređaja, a brza isporuka poruka o događajima koji se dešavaju u sistemu je smanjena. osigurano. Međutim, važno je napomenuti da se sve prednosti korištenja baferiranih i nebaferiranih izvještaja mogu postići samo ako su ispravno konfigurirani, što zauzvrat zahtijeva dovoljno visoke kvalifikacije i veliko iskustvo osoblja koje vrši postavljanje opreme.
Pored opisanih usluga, MMS protokol podržava i modele upravljanja opremom - formiranje i prijenos dnevnika događaja, kao i prijenos datoteka, što vam omogućava prijenos, na primjer, datoteka oscilograma za hitne slučajeve. Ove usluge zahtijevaju odvojeno razmatranje. MMS protokol je jedan od protokola kojem se mogu dodijeliti apstraktne usluge opisane standardom IEC 61850-7-2. U isto vrijeme, pojava novih protokola neće utjecati na modele opisane standardom, čime se osigurava da standard ostane nepromijenjen tokom vremena. Za dodjelu modela i usluga MMS protokolu, koristi se poglavlje IEC 61850-8-1. MMS protokol pruža različite mehanizme za čitanje podataka sa uređaja, uključujući čitanje podataka na zahtjev i prijenos podataka u obliku izvještaja od servera do klijenta. U zavisnosti od zadatka koji se rešava, mora se izabrati ispravan mehanizam za prenos podataka i izvršiti njegova odgovarajuća podešavanja, što će omogućiti da se celokupni skup komunikacionih protokola standarda IEC 61850 efikasno koristi u elektroenergetskom objektu.

IEC 61850 GOOSE protokol

Protokol GOOSE, opisan u poglavlju IEC 61850-8-1, jedan je od najpoznatijih protokola standarda IEC 61850. Skraćenica GOOSE - Generic Object-Oriented Substation Event - može se doslovno prevesti kao „opći objektno orijentirani događaj. događaj u trafostanici”. Međutim, u praksi ne biste trebali pridavati veliku važnost originalnom nazivu, jer ono ne daje nikakvu predstavu o samom protokolu. Mnogo je zgodnije shvatiti GOOSE protokol kao uslugu dizajniranu za razmjenu signala između uređaja za relejnu zaštitu u digitalnom obliku.

Generiranje GOOSE poruka

Model podataka standarda IEC 61850 specificira da se podaci formiraju u skupove - Dataset. Skupovi podataka se koriste za grupisanje podataka koje će poslati uređaj koristeći mehanizam GOOSE poruka. Nakon toga, kontrolni blok slanja GOOSE specificira vezu do kreiranog skupa podataka, u kom slučaju uređaj zna koje podatke treba poslati. Treba napomenuti da se unutar jedne GOOSE poruke može poslati ili jedna vrijednost (na primjer, signal za pokretanje zaštite od prekomjerne struje), ili nekoliko vrijednosti istovremeno (na primjer, signal za pokretanje i signal zaštite od prekomjerne struje, itd.). Prijemni uređaj, u isto vrijeme, može izdvojiti iz paketa samo podatke koji su mu potrebni. Preneseni GOOSE paket poruke sadrži sve trenutne vrijednosti atributa podataka uključenih u skup podataka. Kada se bilo koja od vrijednosti atributa promijeni, uređaj odmah započinje slanje nove GOOSE poruke s ažuriranim podacima.

Prijenos GOOSE-poruke

Prema svojoj namjeni, GOOSE poruka je namijenjena da zamijeni prijenos diskretnih signala preko operativne trenutne mreže. Razmotrimo koji su zahtjevi nametnuti protokolu prijenosa podataka. Da bi se razvila alternativa krugovima za prijenos signala između uređaja za relejnu zaštitu, analizirana su svojstva informacija koje se prenose između uređaja za relejnu zaštitu i uređaja za automatizaciju putem diskretnih signala:
- mala količina informacija - vrijednosti "true" i "false" (ili logička "nula" i "jedan") se zapravo prenose između terminala;
- potrebna je velika brzina prijenosa informacija - većina diskretni signali koji se prenose između uređaja relejne zaštite direktno ili indirektno utiču na brzinu otklanjanja nenormalnog režima, stoga se prenos signala mora izvršiti sa minimalnim kašnjenjem;
- potrebna je velika vjerovatnoća isporuke poruke - za implementaciju kritičnih funkcija, kao što je izdavanje komande za isključivanje prekidača iz sistema relejne zaštite i automatizacije, razmjena signala između relejne zaštite i opreme za automatizaciju pri obavljanju distribuiranih funkcija, potrebno je da osigura zagarantovanu isporuku poruke kako u normalnom načinu rada mreže za digitalni prenos podataka tako iu slučaju njenih kratkotrajnih kvarova;
- mogućnost prijenosa poruka na više primatelja odjednom - pri implementaciji nekih distribuiranih funkcija relejne zaštite i automatizacije potreban je prijenos podataka s jednog uređaja na više odjednom;
- potrebno je pratiti integritet kanala za prijenos podataka - prisutnost dijagnostičke funkcije za stanje kanala za prijenos podataka omogućava vam da povećate faktor dostupnosti tokom prijenosa signala, čime se povećava pouzdanost funkcije koja se obavlja s prijenosom navedene poruke.

Predstavljeni zahtjevi doveli su do razvoja GOOSE mehanizma poruka koji ispunjava sve zahtjeve. U krugovima za prijenos analognog signala, glavno kašnjenje u prijenosu signala uzrokovano je vremenom odziva diskretnog izlaza uređaja i vremenom filtriranja odbijanja na diskretnom ulazu prijemnog uređaja. Vrijeme širenja signala duž provodnika je kratko u poređenju.
Slično, u digitalnim podatkovnim mrežama, glavno kašnjenje nije uzrokovano toliko prijenosom signala preko fizičkog medija, već njegovom obradom unutar uređaja. U teoriji mreža za prenos podataka uobičajeno je segmentirati usluge prenosa podataka u skladu sa nivoima OSI modela, po pravilu, spuštajući se od „Aplikacije“, odnosno nivoa primenjene prezentacije podataka, do nivoa „Fizički“, odnosno nivo fizičke interakcije uređaja. U klasičnom pogledu, OSI model ima samo sedam slojeva: fizički, podatkovni link, mreža, transport, sesija, prezentacija i aplikacija. Međutim, implementirani protokoli možda nemaju sve navedene slojeve, odnosno neki slojevi mogu biti preskočeni.
Mehanizam rada OSI modela može se jasno ilustrirati na primjeru prijenosa podataka pri pregledavanju WEB stranica na Internetu na osobnom računalu. Sadržaj stranica se prenosi na Internet koristeći HTTP (Hypertext Transfer Protocol), koji je protokol na nivou aplikacije. HTTP prijenos podataka obično se obavlja transportnim protokolom TCP (Transmission Control Protocol). Segmenti TCP protokola su inkapsulirani u pakete mrežnog protokola, što je u ovom slučaju IP (Internet Protocol). TCP paketi se sastoje od okvira protokola sloja Ethernet veze, koji se, ovisno o mrežnom sučelju, mogu prenositi korištenjem različitih fizičkih slojeva. Dakle, podaci stranice koja se gleda na Internetu prolaze kroz najmanje četiri nivoa transformacije prilikom formiranja niza bitova na fizičkom nivou, a zatim isti broj koraka obrnute transformacije. Ovaj broj konverzija dovodi do kašnjenja kako tokom formiranja niza bitova u svrhu njihovog prenosa, tako i tokom reverzne konverzije u cilju dobijanja prenetih podataka. Shodno tome, da bi se smanjila vremena kašnjenja, broj transformacija treba svesti na minimum. Zbog toga se podaci preko GOOSE protokola (aplikacioni sloj) dodeljuju direktno sloju veze podataka - Ethernet, zaobilazeći druge slojeve.
Općenito, poglavlje IEC 61850-8-1 pruža dva komunikacijska profila koji opisuju sve protokole za prijenos podataka predviđene standardom:
- “MMS” profil;
- “Non-MMS” profil (tj. non-MMS).
U skladu s tim, usluge prijenosa podataka mogu se implementirati korištenjem jednog od navedenih profila. Protokol GOOSE (kao i protokol uzorkovanih vrijednosti) se posebno odnosi na drugi profil. Korišćenje „skraćenog“ steka sa minimalnim brojem transformacija je važan, ali ne i jedini način da se ubrza prenos podataka. Upotreba mehanizama za određivanje prioriteta podataka također pomaže u ubrzavanju prijenosa podataka putem GOOSE protokola. Dakle, za GOOSE protokol se koristi poseban identifikator Ethernet okvira - Ethertype, koji očito ima veći prioritet u odnosu na drugi promet, na primjer, koji se prenosi preko IP mrežnog sloja. Uz mehanizme o kojima je bilo riječi gore, Ethernet GOOSE okvir poruke također može imati IEEE 802.1Q oznake prioriteta. kao i oznake virtuelne lokalne mreže ISO/IEC 8802-3 protokola. Takve oznake vam omogućavaju da povećate prioritet okvira kada ih obrađujete mrežnim prekidačima. Ovi mehanizmi za povećanje prioriteta biće detaljnije razmotreni u narednim publikacijama.

Upotreba svih razmatranih metoda omogućava nam da značajno povećamo prioritet podataka koji se prenose putem GOOSE protokola u odnosu na druge podatke koji se prenose preko iste mreže koristeći druge protokole, čime se minimiziraju kašnjenja kako pri obradi podataka unutar uređaja izvora podataka tako i prijemnika, kao npr. kao i kada se obrađuju mrežnim prekidačima.

Slanje informacija na više primalaca

Za adresiranje okvira na nivou veze koriste se fizičke adrese mrežnih uređaja - MAC adrese. Istovremeno, Ethernet omogućava takozvano grupno slanje poruka (Multicast). U ovom slučaju, multicast adresa je naznačena u polju MAC adrese primaoca. Za multicast emitovanje koje koristi GOOSE protokol, koristi se određeni raspon adresa.

Raspon multicast adresa za GOOSE poruke

Poruke sa vrijednošću “01” u prvom oktetu adrese šalju se na sva fizička sučelja na mreži, tako da u stvari, multicasting nema fiksne primaoce, a njegova MAC adresa je prije identifikator samog emitiranja i ima ne upućuju direktno na svoje primaoce.

Dakle, MAC adresa GOOSE poruke može se koristiti, na primjer, kada se organizira filtriranje poruka na mrežnom prekidaču (MAC filtriranje), a navedena adresa može poslužiti i kao identifikator na koji se uređaji za primanje mogu konfigurirati.
Dakle, prijenos GOOSE poruka se može uporediti sa radio emitiranjem: poruka se emituje na sve uređaje na mreži, ali da bi primio i naknadno obradio poruku, uređaj koji prima ovu poruku mora biti konfiguriran da primi ovu poruku.


GOOSE šema prijenosa poruke

Prijenos poruka na više primalaca u Multicast modu, kao i zahtjevi za visokim brzinama prijenosa podataka, ne dozvoljavaju primanje potvrda o dostavi od primalaca prilikom slanja GOOSE poruka. Procedura slanja podataka, generisanje potvrde od prijemnog uređaja, primanje i obrada od strane uređaja koji šalje, a zatim ponovno slanje ako pokušaj ne uspije, trajalo bi previše vremena, što bi moglo dovesti do prevelikih kašnjenja u prijenosu kritičnih signala. Umjesto toga, implementiran je poseban mehanizam za GOOSE poruke kako bi se osigurala velika vjerovatnoća isporuke podataka.

Prvo, u nedostatku promjena u atributima prenesenih podataka, paketi sa GOOSE porukama se prenose ciklički u intervalu koji odredi korisnik. Ciklični prijenos GOOSE poruka omogućava vam da stalno dijagnostikujete informacijsku mrežu. Uređaj konfiguriran za primanje poruke čeka da ona stigne u određenim intervalima. Ako poruka ne stigne u roku čekanja, prijemni uređaj može generirati signal o kvaru u informacionoj mreži i na taj način obavijestiti dispečera o nastalim problemima.
Drugo, kada se promijeni jedan od atributa prenijetog skupa podataka, bez obzira koliko je vremena prošlo od slanja prethodne poruke, generira se novi paket koji sadrži ažurirane podatke. Nakon čega se slanje ovog paketa ponavlja nekoliko puta sa minimalnim vremenskim kašnjenjem, zatim se interval između poruka (ako nema promjena u prenesenim podacima) ponovo povećava na maksimum.


Interval između slanja GOOSE poruka

Treće, GOOSE paket poruka sadrži nekoliko polja brojača, koja se takođe mogu koristiti za praćenje integriteta komunikacionog kanala. Takvi brojači, na primjer, uključuju ciklički brojač slanja (sqNum), čija vrijednost varira od 0 do 4,294,967,295 ili dok se preneseni podaci ne promijene. Sa svakom promjenom podataka prenesenih u GOOSE poruci, brojač sqNum će se resetirati, a drugi brojač, stNum, također će se povećati za 1, također ciklički mijenjajući se u rasponu od 0 do 4,294,967,295, dakle, ako se izgubi nekoliko paketa tokom prenosa, ovaj gubitak se može pratiti pomoću dva navedena brojača.

Konačno, četvrto, takođe je važno napomenuti da GOOSE poruka, pored vrednosti samog diskretnog signala, može sadržati i znak njegovog kvaliteta, koji identifikuje specifičan hardverski kvar uređaja izvora informacija, bilo da je informacija izvorni uređaj je u režimu testiranja i niz drugih nenormalnih stanja. Dakle, prijemni uređaj, prije obrade primljenih podataka prema predviđenim algoritmima, može provjeriti ovaj atribut kvaliteta. Gore navedeno može spriječiti neispravan rad uređaja za primanje informacija (na primjer, njihov lažni rad).
Treba imati na umu da neki od ugrađenih mehanizama za osiguranje pouzdanosti prijenosa podataka, ako se koriste nepravilno, mogu dovesti do negativnog efekta. Dakle, ako je maksimalni interval između poruka odabran prekratak, opterećenje na mreži se povećava, iako će, sa stanovišta dostupnosti komunikacijskog kanala, efekat smanjenja intervala prijenosa biti krajnje beznačajan.
Kada se atributi podataka promijene, prijenos paketa s minimalnim kašnjenjem uzrokuje povećano opterećenje mreže (režim „informacijske oluje”), što teoretski može dovesti do kašnjenja u prijenosu podataka. Ovaj način rada je najkompleksniji i treba ga uzeti kao proračunat prilikom projektovanja informacijske mreže. Međutim, treba imati na umu da je vršno opterećenje vrlo kratkog vijeka i da se njegovo višestruko smanjenje, prema našim eksperimentima u laboratoriji za proučavanje funkcionalne kompatibilnosti uređaja koji rade prema uvjetima standarda IEC 61850, uočava u intervalu od 10 ms.

Prilikom izgradnje sistema relejne zaštite baziranih na GOOSE protokolu mijenjaju se procedure za njihovo podešavanje i testiranje. Sada se faza postavljanja sastoji od organiziranja Ethernet mreže elektroenergetskog objekta. koji će uključivati ​​sve uređaje za relejnu zaštitu. između kojih je potrebna razmjena podataka. Da bi se potvrdilo da je sistem konfigurisan i omogućen u skladu sa zahtevima projekta, postaje moguće koristiti personalni računar sa posebnim unapred instaliranim softverom (Wireshak, GOOSE Monitor, itd.) ili specijalnu opremu za testiranje koja podržava GOOSE protokol (PETOM 61850. Omicron CMC). Važno je napomenuti da se sve provjere mogu izvršiti bez narušavanja unaprijed uspostavljenih veza između sekundarne opreme (uređaja relejne zaštite, prekidača itd.), budući da se razmjena podataka vrši preko Ethernet mreže. Prilikom razmjene diskretnih signala između uređaja za relejnu zaštitu na tradicionalan način (davanjem napona na diskretni ulaz prijemnog uređaja pri zatvaranju izlaznog kontakta uređaja koji prenosi podatke), naprotiv, često je potrebno prekinuti veze između uređaja. sekundarnu opremu za uključivanje u krug ispitnih instalacija radi provjere ispravnosti električnih priključaka i prijenosa odgovarajućih diskretnih signala. Dakle, GOOSE protokol predviđa čitav niz mjera usmjerenih na osiguravanje potrebnih karakteristika za brzinu i pouzdanost pri prijenosu kritičnih signala. Korištenje ovog protokola u kombinaciji s ispravnim dizajnom i parametrizacijom informacijske mreže i uređaja za relejnu zaštitu omogućava, u nekim slučajevima, odustajanje od korištenja bakrenih kola za prijenos signala, uz osiguravanje potrebnog nivoa pouzdanosti i performansi.

#MMS, #GOOSE, #SV, #870-104, #događaj, #protokol, #razmjena