 |
|
|
|
ARTYKUŁY Automatyka Standardy i urządzenia komunikacyjne wykorzystywane w elektroenergetyce |
|
W systemach energetyki i zasilania z roku na rok coraz więcej można znaleźć urządzeń posiadających interfejsy komunikacyjne. Obecnie jest już całkiem sporo protokołów i standardów, dlatego czasem ciężko jest skomunikować wszystkie urządzenia na obiekcie czy podstacji w jednej sieci. Poniżej opiszę najpopularniejsze protokoły i standardy używane obecnie w tej branży.
W dużych obiektach przemysłowych i podstacjach często mamy do czynienia z wieloma urządzeniami komunikacyjnymi które używają różnorodnych protokołów przemysłowych. Z najważniejszych protokołów opartych na standardach szeregowych można wymienić Modbus RTU, DNP3, Profibus, IEC-101 (część IEC 60870-5). Przemysł ma większą bezwładność we wprowadzaniu nowszych technologii niż rynek konsumencki, dlatego często znajdziemy tam urządzenia komunikujące się używając RS-232, RS-422 czy RS-485, ale coraz częściej urządzenia IED wyposażane są w Ethernet. Protokoły bazujące na Ethernecie w elektroenergetyce to min.: DNP3, Modbus TCP, IEC-104, CIP (EIP, DevNet, ControlNet). Wszystkie wymienione protokoły służą do wymiany danych pomiędzy urządzeniami IED, systemami SCADA, lub innymi urządzeniami. W energetyce aby zapewnić największą niezawodność (zgodną z IEC 62439-3) stosuje się też protokoły sieciowe takie jak HSR (High-availability Seamless Redundancy), PRP (Parallel Redundancy Protocol), RSTP (Rapid Spanning tree protocol), TurboRing (Protokół własnościowy Moxy). Protokoły te używane są przez urządzenia sieciowe, aby dzięki komunikacji pomiędzy nimi były w stanie określić stan sieci. Protokół RSTP chroni sieć przed zapętleniem, które może zablokować sieć, uniemożliwiając transmisję. Jeśli jest wykrywana pętla to automatycznie jedna z gałęzi połączeń jest rozłączana. Jego czas rekonfiguracji wynosi od około 1 sekundy do kilkudziesięciu, w zależności od wielkości sieci.
Topologia pierścienia protokołu TurboRing
TurboRing to protokół opracowany przez firmę Moxa, i służy do zapewnienia redundantnego pierścienia w komunikacji. Wykrywa status pierścienia i na tej podstawie wykrywa która ścieżka ma być aktywna a która nie. Czas przełączenia ścieżki w razie awarii tej podstawowej to około 20 ms, i również zależy od ilości przełączników sieciowych. Protokoły PRP/HSR odpowiedzialne są za redundancję sieciową, PRP do komunikacji wykorzystuje dwie podsieci, do każdej z nich pakiety są wysyłane w tym samym czasie, a duplikaty odrzucane. Czas rekonfiguracji w razie awarii wynosi tutaj 0 ms, co jest wielką zaletą w krytycznych aplikacjach, gdzie opóźnienia mogą powodować duże konsekwencje. HSR to protokół w którym urządzenia sieciowe pracują w pierścieniu i na oba interfejsy wysyłane są te same ramki oznaczane tagiem w zależności o interfejsu, a gdy docierają do urządzenia źródłowego z którego zostały wysłane to są odrzucane. Tutaj również czas rekonfiguracji wynosi 0 s, ale okupione jest to mniejszą przepustowości takiej sieci.
Przekrój technologii komunikacyjnych w branży elektroenergetycznej jest obszerny, a różnorodność wpływa na potrzebę tworzenie urządzeń zwiększających dostępność każdego IED.
Oprogramowanie SCADA często jest wykorzystywane do kontroli i wizualizacji procesów przemysłowych. Czasami takie oprogramowanie posiada ograniczenia odnośnie protokołów komunikacyjnych które jest w stanie obsługiwać. Zdarza się też że obsługa protokołów innych niż standardowa to dodatkowy koszt licencyjny. Na obiekcie i podstacji dobrym i stosowanym rozwiązaniem aby scalić sieć w 1 całość jest sprowadzenie urządzeń do wspólnego „mianownika” którym jest najczęściej Ethernet. Aby sprostać powyższym wyzwaniom pomocne mogą się okazać urządzenia takie jak serwery portów, konwertery protokołów, switche Ethernet czy mediakonwertery.
Protokoły DNP3, Modbus RTU, czy IEC-101 bazują na standardach szeregowych RS-232/422/485, dlatego połączenie ich z innymi urządzeniami w sieci zakładowej bywa utrudnione i ograniczone. Za pomocą serwera portów szeregowych można na komputerach/serwerach mapować wirtualne porty szeregowe, które z punktu widzenia oprogramowania zachowują się jak natywne porty szeregowe, i umożliwiają dostęp do zdalnych urządzeń aplikacjom korzystających natywnie z portów COM. Konwertery protokołów są bardziej uniwersalne ponieważ zamieniają protokół na inny, a dostęp jest wtedy możliwy bezpośrednio z konwertera, czyli z większej ilości urządzeń. Ciekawym urządzeniem jest MGate 5109 firmy Moxa, który konwertuje protokoły DNP3 serial na DNP3 (Ethenet) Modbus TCP/RTU, ponadto robi to aktywnie dlatego czas odpowiedzi jest krótszy niż w przypadku gdyby konwerter wysyłał zapytanie tylko na żądanie. Podobną funkcjonalność posiada MGate MB3660 który w trybie „Agent” aktywnie odpytuje urządzenia typu slave, więc zawsze jest w stanie odpowiedzieć Masterowi Modbus TCP w bardzo krótkim czasie. Posiada też 8 lub 16 portów szeregowych dzięki czemu można za jego pomocą połączyć do 512 urządzeń (magistrale RS-485) do sieci Ethernet. Firma Moxa posiada też dedykowane switche przemysłowe dla energetyki, spełniające standard IEC 61850-3, w tym urządzenia wspierające protokoły PRP i HSR. Jeśli zachodzi potrzeba odizolowania elektrycznego lokalizacji bądź transmisja na większe odległości Moxa proponuje w tym zakresie mediakonwertery światłowodowe, switche wyposażone w porty światłowodowe, bądź interfejs VDSL. Ten ostatni standard może okazać się pomocny w przypadku gdy z różnych względów nie da się położyć światłowodu, a istniejąca infrastruktura oferuje tylko skrętkę UTP. VDSL do transmisji wykorzystuje 1 parę skrętki, a maksymalny dystans może wynieść do kilku kilometrów (mniejsza przepustowość). Switch firmy Moxa wyposażony w interfejs VDSL to IEX-408E-2VDSL2.
MGate 5109 – konwerter protokołu DNP3 na Modbus
Ogólna zasada działania protokołu HSR
Firma Moxa to producent szerokiej gamy urządzeń do komunikacji przemysłowej. Od ponad 25 lat zdobywa doświadczenie i wygrywa w największych projektach, w różnorodnych branżach. Przemysłowy Ethernet, komunikacja szeregowa, komputery przemysłowe oraz rozwiązania IoT to najmocniejsze strony firmy Moxa.
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
