Artykuł sponsorowany

Standardy i urządzenia komunikacyjne wykorzystywane w elektroenergetyce

 ELMARK Automatyka Sp. z o.o.  |  04.09.2017
Różnorodność protokołów w elektroenergetyce
Różnorodność protokołów w elektroenergetyce
Elmark

W systemach energetyki i zasilania z roku na rok coraz więcej można znaleźć urządzeń mających 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.

Różnorodność protokołów

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 przy użyciu RS-232, RS-422, czy RS-485, ale coraz częściej urządzenia IED wyposażane są w Ethernet.

Protokoły bazujące na Ethernecie w elektroenergetyce to m.in.: 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. Skontaktuj się z naszymi specjalistami >>

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. TurboRing to protokół opracowany przez firmę Moxa, służący do zapewnienia redundantnego pierścienia w komunikacji.

Topologia pierścienia protokołu TurboRing
Topologia pierścienia protokołu TurboRing

Wykrywa status pierścienia i na tej podstawie podaje informację, która ścieżka ma być aktywna, a która nie. Czas przełączenia ścieżki w razie awarii tej podstawowej to około 20 ms, i również zależy od liczby 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 od 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 przepustowością takiej sieci.
Przekrój technologii komunikacyjnych w branży elektroenergetycznej jest obszerny, a różnorodność wpływa na potrzebę tworzenia urządzeń zwiększających dostępność każdego IED. Dowiedz się więcej >>

MGate 5109 – konwerter protokołu DNP3 reklama na Modbus

MGate 5109 – konwerter protokołu DNP3 na Modbus

Konwersja protokołów

Oprogramowanie SCADA często jest wykorzystywane do kontroli i wizualizacji procesów przemysłowych. Czasami takie oprogramowanie ma ograniczenia odnośnie protokołów komunikacyjnych, które jest w stanie obsługiwać. Zdarza się też, że obsługa protokołów innych niż standardowe to dodatkowy koszt licencyjny. Na obiekcie i podstacji dobrym i stosowanym rozwiązaniem, aby scalić sieć w 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 aplikacjom korzystającym natywnie z portów COM dostęp do zdalnych urządzeń.

Konwertery protokołów są bardziej uniwersalne, ponieważ zamieniają protokół na inny, a dostęp jest wtedy możliwy bezpośrednio z konwertera, czyli z większej liczby 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 ma MGate MB3660, który w trybie „Agent” aktywnie odpytuje urządzenia typu slave, więc zawsze jest w stanie odpowiedzieć Masterowi Modbus TCP w bardzo krótkim czasie.

Ma też 8 lub 16 portów szeregowych, dzięki czemu można za jego pomocą połączyć do 512 urządzeń (magistrale RS-485) do sieci Ethernet. Firma Moxa ma w ofercie także  specjalne switche przemysłowe dla energetyki, spełniające standard IEC 61850-3, w tym urządzenia wspierające protokoły PRP i HSR.

Jeśli zachodzi potrzeba odizolowania elektrycznego lokalizacji bądź transmisji 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.

Ogólna zasada działania protokołu HSR
Ogólna zasada działania protokołu HSR

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.

Firma Moxa

Firma Moxa tworzy urządzenia z zakresu szeroko pojętej 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.

ELMARK ELMARK Automatyka Sp. z o.o.
05-075 Warszawa-Wesoła, ul. Niemcewicza 76
tel.: 22 541-84-65; fax: 22 541-84-61
www.elmark.com.pl
http://www.elektro.info.pl/images/photos/24/6710/__b_2_Ogolna_zasada_dzialania_protokolu_HSR_elmark.jpg

Komentarze

(0)
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:
10/2017

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych
  • - Straty mocy i energii w transformatorach rozdzielczych SN/nn
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl