Материалы Международной студенческой научной конференции
Студенческий научный форум 2021

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВА СТАНДАРТА МЭК 61850

Аль-Тибби В.Х. 1 Бойко А.Н. 1
1 Донской государственный технический университет
1. Петров И.В. CODESYS – повседневный инструмент программиста ПЛК // Автоматизация в промышленности. – 2012. – № 8.
2. OPC-сервер для протокола МЭК-61850 [Электронный ресурс] // Сайт компании INSAT. – Режим доступа: https://opc-server.insat.ru/products/?category=1143 (дата обращения: 26.11.2019).
3. Библиотека IEC 61850 для интеграции устройств защиты в SIMATIC PCS 7 [Электронный ресурс] // Сайт компании SIMATIC-MARKET. – Режим доступа: http://simatic-market.ru/catalog/Siemens-CA01/10048453/info/ (дата обращения: 26.11.2019).

В статье произведен обзор и анализ аппаратных и программных средств МЭК 61850. Рассмотрены три основных уровня реализации данного стандарта: программное обеспечение, SCADA-система, аппаратная реализация. Программное обеспечение для программирования промышленных контроллеров напрямую работает с промышленным оборудованием в соответствии со стандартом МЭК 61850. SCADA-системы не поддерживают стандарт МЭК 61850 на уровне драйвера, но используют технологии OPC-серверов, которые необходимо предварительно сконфигурировать программным образом. Аппаратный уровень не требует программной настройки протокола, поскольку все функции взаимосвязи с верхним уровнем АСУТП берет на себя шлюз связи, отправляя или принимая необходимую информацию от устройства автоматизации в необходимом формате. Для каждого уровня описаны такие среды программирования как Сodesys, Isagraf, Siemens для первого уровня; MasterScada, Trace mode, WinCC для второго уровня и компания Моха для третьего.

За последнее время очень резко возросло использование «цифровых» данных. Разные электростанции, а также промышленные, коммерческие и даже бытовые потребители выражают различные аспекты своей жизнедеятельности в цифровом виде. Можно смело утверждать, что в будущем каждый аппарат, розетка, переключатель или же лампочка будут обладать какими-нибудь функциями конфигурирования, мониторинга и управления. В связи с этим возникла необходимость новой информационной модели коммуникации для того, чтобы управлять большим количеством устройств, а также связывать эти самые устройства друг с другом. И такая модель была разработана и стандартизована как стандарт МЭК 61850.

МЭК 61850 – стандарт «Сети и системы связи на подстанциях», который описывает форматы потоков данных, виды информации, правила описания элементов энергообъекта и свод правил для организации событийного протокола передачи данных. Внедрение этого стандарта дало возможность связать всё технологическое оборудование подстанции единой информационной сетью.

Основным преимуществом стандарта считается обеспечение способности микропроцессорных электронных устройств к обмену технологическими и другими данными. Стандарт МЭК 61850 использует три протокола передачи данных:

– MMS (Manufacturing Message Specification) протокол передачи данных реального времени и команд диспетчерского управления между сетевыми устройствами и/или программными приложениями;

– GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) – протокол передачи данных о событиях на подстанции. Данный протокол служит для замены медных кабельных связей, которые предназначены для передачи дискретных сигналов между устройствами;

– SV (Sampled Values) – протокол передачи оцифрованных мгновенных значений от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Этот протокол позволяет заменить цепи переменного тока, соединяющие устройства РЗА с ТТ и ТН.

Обзор аппаратных и программных средств МЭК 61850

Непосредственно стандарт МЭК 61850 может реализовываться на трех основных уровнях:

1. На уровне программного обеспечения для программирования промышленных контроллеров.

К этому уровню относятся такие среды программирования как:

CODESYS

Программное обеспечение наиболее полно позволяет программировать со стандартом МЭК 61850 и включает в себя все 5 языков: IL (ассемблер-подобный язык); ST (Pascal-подобный язык); LD (язык релейных схем); FBD (язык функциональных блоков); SFC (язык диаграмм состояний) [1]. CODESYS применяется во многих встраиваемых контроллерах. Это программное обеспечение работает по принципу «сервер/клиент».

ISaGRAF

Перспективным средством в рамках ISAGRAF 6 является инструментарий поддержки стандарта МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях». Целью МЭК 61850 является обеспечение способности к такому взаимодействию, при котором два или более интеллектуальных электронных устройств от одного или нескольких производителей могут не только обмениваться информацией, но и использовать ее для правильного функционирования как вместе, так и порознь.

В рамках ISaGRAF 6 поддерживаются все типы данных МЭК 61850, но пользователь на этапе разработки своего приложения может с помощью утилиты Target Definition Builder МЭК 61850 сам сделать выбор, какие типы данных будут поддерживаться в его целевом файле. Эти выбранные типы данных МЭК 61850 пользователь может затем использовать в своих проектах на языках программирования [2].

На этапе загрузки компьютер передает сгенерированные файлы (TIC-код и ICD-файл) как целевому файлу, так и серверу МЭК 61850. На этапе выполнения сервер МЭК 61850 обеспечивает доступ к переменным ISaGRAF по запросам от клиентских задач.

Siemens

Для работы с данным протоколом Siemens предлагает использовать библиотеку МЭК 61850 для SIMATIC PCS 7 с целью интеграции защитного оборудования коммутационной аппаратуры с помощью протокола МЭК 61850 в систему управления процессом SIMATIC PCS 7. Линейка продуктов включает две библиотеки МЭК 61850.

Коммуникационные блоки МЭК 61850 этих библиотек обеспечивают абсолютно полный доступ к тегам защитного оборудования и управляющих устройств (включая метки времени). Они отображают данные устройства и событийную информацию, предоставляемую с исходными метками времени, проставленными защитным оборудованием МЭК 61850 для визуализации на станции оператора SIMATIC PCS 7. Устройства различных линеек из библиотеки устройства МЭК 61850 с помощью символов и лицевых панелей, предусмотренных для них, полностью интегрируются в функции контроля и управления системы. [3]

2. На уровне SCADA-системы. Рассмотрим основные программные средства, поддерживающие стандарт МЭК 61850:

MasterSCADA

Программное обеспечение MasterSCADA напрямую не поддерживает протоколы стандарта МЭК 61850, поэтому используется OPC-сервер, с помощью которого можно собирать информацию с аппаратуры различных производителей, в том числе и одновременно работающей на одной подстанции. OPC принимает данные от устройств РЗА и передает их в SCADA. Программное обеспечение «предпочитает» обмен данными со «своими» устройствами и благодаря использованию OPC-сервера, который совместим с любым оборудованием, соответствующим стандарту МЭК 61850, обеспечивается возможность применения универсальных SCADA-систем от независимых производителей.

TRACE MODE

SCADA TRACE MODE – это высокотехнологичная российская программная система для автоматизации технологических процессов (АСУ ТП), диспетчеризации, телемеханики, учета ресурсов (АСКУЭ, АСКУГ) и автоматизации зданий. SCADA-система TRACE MODE может работать через OPC-сервер ReLab по протоколу МЭК 61850 с драйвером MMS OPC Device Driver [5].

WinCC

SCADA-система WinCC разработана компанией Siemens. Открытость WinCC поддерживается на всех уровнях работы системы за счет использования открытых интерфейсов и доступности внутренних структур. Обмен данными с другими приложениями происходит при помощи механизмов DDE, OLE, ODBC/SQL, а с контроллерами – при помощи ОРС, следовательно, взаимодействует со стандартом МЭК 61850. В данном программном обеспечение присутствует некий «шлюз», который необходим для передачи информации.

Обмен данными между клиентами и сервером происходит на основе протокола TCP/IP. Для такого обмена необходимо использовать отдельную локальную сеть компьютеров.

Всё сказанное выше в полной мере реализует протокол МЭК 61850 на программном уровне, но это не исключает возможности присутствия аппаратной поддержки протокола МЭК 61850 на различных промышленных устройствах.

3. Аппаратная реализация стандарта МЭК 61850:

Оборудование MOXA сертифицировано по многочисленным стандартам, в число которых входит естественно и стандарт МЭК 61850. Эти оборудования отвечают всем требованиям по производительности, надежности и электромагнитной совместимости, предъявляемым к системам автоматизации объектов электроэнергетики.

Недавно компания Моха выпустила новую серию NPort, специально разработанную для применения в энергетической отрасли, например, на силовых подстанциях. NPort S9650I первый в мире сервер последовательных устройств с поддержкой протокола МЭК 61850 MMS. Основной особенностью этого сервера является не только поддержка протокола MMS, но и сочетание функций шлюза Modbus/DNP с функциями сервера последовательных интерфейсов и наличие полноценного встроенного управляемого коммутатора. [6]

Заключение

В заключении необходимо еще раз сказать о том, что протокол МЭК 61850 реализуется как на программном уровне, так и на аппаратном.

Программное обеспечение для программирования промышленных контроллеров может «напрямую» работать с промышленным оборудованием в соответствии со стандартом МЭК 61850, используя предустановленные драйверы, что позволяет конечному пользователю избавится от рутинных процедур настройки, программирования и конфигурирования таких устройств. Тем не менее основы таких протоколов как MMS, GOOSE, SV при программировании знать в данном случае необходимо. Минус такого подхода в том, что не каждое программное обеспечение поддерживает тот или иной стандарт.

В случае SCADA-системы, не поддерживающей стандарт МЭК 61850 на уровне драйвера, логично использование стандартной технологии OPC-серверов, которые также необходимо предварительно сконфигурировать программным образом для одного из выше упомянутых протоколов.

И наконец, аппаратный уровень, который не требует программной настройки протокола, поскольку все функции обеспечения взаимосвязи с верхним уровнем АСУТП берет на себя шлюз связи, отправляя или принимая необходимую информацию от устройства автоматизации в необходимом формате. Минус «аппаратного» подхода безусловно заключается в достаточно высокой стоимости реализации.


Библиографическая ссылка

Аль-Тибби В.Х., Бойко А.Н. ОБ ОСОБЕННОСТЯХ АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВА СТАНДАРТА МЭК 61850 // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2021". – 2020. – № 2. – С. 55-58;
URL: http://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=87 (дата обращения: 28.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074