Что такое IEC 61850?

Часто люди считают его Европейским стандартом, но он является мировым стандартом общим для IEC и ANSI. IEC 61850 предоставляет гибкую и открытую архитектуру для устройств среднего и высокого напряжения. Он осуществлён на Ethernet, но не привязан к Ethernet. Его часто относят к перспективным, т.к. стандарт способен сделать изменения  в технологиях связи. 

Ethernet предоставляет быструю, надёжную и безопасную связь. Используя стандартизированную модель и язык общения, стандарт предоставляет совместимость между электрическими устройствами. Теперь, конечный пользователь может выбрать оборудование от различных поставщиков и знает, что оборудование будет работать и связываться без необходимости создания специальных интерфейсов. IEC 61850 имеет стандартную базу моделей и наименований. Он имеет самоописывающие устройства, виртуальное моделирование логических устройств, и общий язык для конфигурирования устройств.  Различные функции моделируются с логическими узлами. Логический узел содержит данные для определённой функции. Стандарт IEC 61850 предоставляет проектировщикам возможность добавлять множество узлов в физическое устройство (см. Рисунок 1).

IEC-1-28-04

Рисунок 1 – IEC 61850 пример структуры защитного реле

 

Пример сравнения наименования набора данных Modbus и IEC 61850 проиллюстрирован на Рисунке 2. Набор данных Modbus должен быть точно назначен и указывать на адрес регистра. Modbus не имеет стандарта наименований, поэтому должен быть создан словарь данных для каждой разработки Modbus системы. Когда два или более поставщика занимаются проектом, это может повлечь за собой создание множественных условных обозначений и проблемы соответствия данных при обширном тестировании и введения в эксплуатацию. Будущие изменения и модификации затратны  и дороги  при осуществлении. Адрес регистра будет варьироваться от устройства к устройству, в то время как набор данных имён IEC 61850 стандартизирован и независим от адреса регистра. Пример на Рисунке 2 показывает структуру стандартизированных имён IEC 61850. Он определяет имя от уровня напряжения до признаков определённой части данных включая отсеки, IED, логические устройства, и имена логических узлов. Использование IEC 61850 упрощает разработку коммуникационной системы АП.

Modbus-2-28-04

Рисунок 2 – Modbus набор данных имен по сравнению с МЭК 61850

Основы стандарта IEC 61850 и Электрической Интеграции

С помощью Электрической Интеграции интеграция данных производится вертикально и горизонтально. Смотрите Рисунок 3. Не срочные данные, такие как сигнализации и события, состояние прерывателя и записи нарушений интегрируются вертикально через OPC сервер IEC 61850. Вертикальная связь осуществляется с помощью Manufacture Messaging Specification (MMS). Блоки Управления Отчётами (БУО) определяют тип информации отправляемой от IED к клиентам через OPC сервер. БУО вызывается событием и может буферизирован внутри IED. IED маркирует события по времени прежде чем отправить на OPC сервер. Если рассматривать возможность создания единого списка последовательности команд по всему заводу, то это может стать критичным. Для срочной связи между электрическими устройствами используется Generic Object Oriented Substation Event messaging или GOOSE. GOOSE может передавать любой тип данных между IED.

Контроллер изображённый на Рисунке 3 играет двойную роль. С одной стороны, он действует как контроллер процессов в сети управления. Здесь он получает информацию о температуре и давлении, и производить действия по управления с помощью ПИД-регуляторов. Его вторая функция – это действовать как IED в сети подстанции IEC 61850. Теперь контроллер трансформируется в IED и горизонтально связывается с другими IED в подстанции. Пока он находится в сети подстанции, контроллер считывает напряжения и токи, и производить операции, такие как быстрый сброс нагрузки при помощи GOOSE в случае внезапного отказа питания. 

DCS-3-28-04

Рисунок 3 – Вертикальная и горизонтальная интеграция с системой 800xA DCS через IEC 61850

GOOSE messaging – это одноранговая система передачи сообщений, в то время как Manufacture Messaging Specification (MMS) – на системном уровне, связь клиент-сервер. Сообщения GOOSE непрерывно передаются с определённым интервалом времени, для проверки приёма информации. Частота передачи уменьшается с каждым интервалом до достижения максимального периода времени, чтобы лучше управлять полосой пропускания сети. Сообщение GOOSE будет продолжать передаваться на максимальном периоде времени до тех пор, пока не изменится значение набора данных сообщения. В этом случае, сообщение будет передаваться на высокой частоте и постепенно будет уменьшать её до тех пор, пока не будет достигнут максимальный интервал времени, если не изменилось значение внутри набора данных.

Использование Ethernet требует сетевого оборудования высокой надёжности. Общедоступные сетевые устройства, всё же, не выдержат в жёстких условиях подстанций. Подстанции подвергаются электромагнитным помехам и широкому диапазону изменения температур. Стандарт IEC 61850-3 подчёркивает требования для электромагнитных помех и условиям окружающей среды. Существует несколько ведущих поставщиков сетевых устройств, которые видят эту проблему как хорошую возможность. На сегодняшний день, доступно сетевое оборудование, которое будет надёжно работать в электрически жёстких условиях подстанций.

Безопасность продолжает быть высокоприоритетной для поставщиков и конечных пользователей компьютерного оборудования. Сообщения GOOSE отсылаются на 2 уровень ISO/OSI  TCP/IP стека. В результате чего, сообщения GOOSE не могут быть переданы через роутеры либо файерволллы. Хакерам вне файерволла будет сложно, если не невозможно, отправить поддельное GOOSE сообщение. Северо-Американский Совет Надёжности Электричества (NERC) и Защита Критических Инфраструктур (CIP) выдвигают требования для сетевого оборудования, используемого в подстанциях. Ключевые поставщики IT оборудования разрабатывают и строят сетевое оборудование согласно этим стандартам. Не смотря на высокую безопасность, которую предоставляет GOOSE messaging, улучшение мер безопасности будет приоритетом для обоих, поставщиков и конечных пользователей IEC 61850. 

Преимущества стандарта IEC 61850. Интернет IEC 61850 против кабельного подключения: что быстрее?

Если взять два на прямую подключённых IED и идентичную пару IED связывающихся с помощью GOOSE через Ethernet, какая пара IED будет связываться быстрее? В большинстве случаев, сообщения GOOSE быстрее, чем на прямую подключённые IED, потому что сигнал должен пройти через выходной контакт на отправляющее реле, и потом снова на входной контакт на принимающем реле. IEC 61850 – это самый быстрый, ныне доступный на рынке, стандарт связи для автоматизации подстанций.

Сетевой трафик является приоритетом, когда должны быть отосланы критические сигналы на другие IED. Множество сетевых коммутаторов имеют способность ставить высокий приоритет GOOSE сообщениям; в этом случае критическая информация проходит быстрее другого сетевого трафика.  

Интернет IEC 61850 против кабельного подключения: Какое более надёжное?

Соединение между IED автоматически управляется GOOSE. GOOSE отсылает байт качества с каждой телеграммой. Если качество плохое, приложения может уведомить операторов о проблеме в сети. Каждое GOOSE сообщение продолжительно повторяется до изменения значения данных. Каждое GOOSE сообщение также имеет счётчик. Приёмник GOOSE сообщение может сравнить значение счётчика с последним, чтобы увидеть пропустил ли он сообщение и далее предпринять соответствующие действия. Или если повторяющееся сообщение не было принято в определённый момент времени, тогда приёмники могут действовать. В противном случае, обнаружена ошибка соединения. В случае прямого подключения IED, невозможно выявить битый сигнал.

                                                                                                    ************

Этот короткий обзор дает первое представление о проблематике стандартизации коммуникаций в интеграции различных АСУ и, в частности, интеграции АСУ энергоснабжения и АСУ ТП. Больше об этом вы можете прочитать в е-книге “Введение в интегрированную систему автоматизации энергоснабжения и процессов“. Также вы можете задать свои вопрос экспертам АППАУ по адресу oleksandr.zadorozhnyi@ua.abb.com

 

 

Подобные статьи

Интеграция АСУ – интервью с российскими коллегами

Интеграция АСУ энергоснабжения и АСУ ТП – главные выгоды

 

 

 

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *