Protokol IEC 61850

Popis protokolu
Konfigurácia komunikačnej linky
Parametre protokolu linky
Konfigurácia komunikačnej stanice
Parametre protokolu stanice
Konfigurácia meraných bodov
Adresa meraného bodu
Literatúra
Zmeny a úpravy
Revízie dokumentu

Popis protokolu

Protokol IEC 61850 je štandard IEC, ktorý je určený pre komunikáciu s inteligentnými elektronickými zariadeniami (IED - Intelligent Electronic Devices) na elektrických rozvodniach (ističe, ochrany, transformátory, spínače a iné).

Protokol IEC 61850 je - podobne ako IEC 60870-6 ICCP/TASE.2 - založený na špecifikácii MMS (Manufacturing Message Specification) a preto aj implementácia v procese D2000 KOM používa spoločný MMS framework.

Implementácia protokolu IEC 61850 v systéme D2000 podporuje túto funkcionalitu:

1. Periodické čítanie hodnôt (polling)
2. Čítanie hodnôt, ktoré sa nachádzajú v preddefinovaných Datasetoch sprístupnených v preddefinovaných Informačných reportoch (Information Report) - buffrovaných aj nebuffrovaných
3. Čítanie polí, ktorých elementy sú jednoduché hodnoty
4. Zápisy jednoduchých typov hodnôt (zápisy do polí, položiek polí ani do štruktúr zatiaľ nie sú implementované)
5. Browsing - pri funkčnej komunikácii je podporované zistenie:

• • logických zariadení (logical devices) v rámci fyzického zariadenia (v konfigurácii adresy stanice)
  • objektov v rámci logického zariadenia (v konfigurácii meraného bodu)
  • reportov v rámci logického zariadenia (v konfigurácii meraného bodu)

Nie je podporené spracovanie GOOSE a GSSE správ.

Implementovaná je prenosová vrstva ISO over TCP/IP podľa špecifikácie RFC 1006.

Konfigurácia komunikačnej linky

• Kategória komunikačnej linky: TCP/IP-TCP.
• TCP Parametre:
  • Host: string max. 80 znakov – meno zariadenia vo formáte INET (meno alebo číselná adresa a.b.c.d)
  • Port: číslo TCP portu (0 až 65535), štandardne sa používa port 102.
  • Číslo linky: nepoužité, nastavte 1

Je nutné zadať platné host meno alebo IP adresu zariadenia podľa hore uvedených pravidiel.

Musí byť taktiež zadané číslo portu, kde počúva zariadenie. Protokol ISO over TCP/IP štandardne používa port 102.

V prípade redundantných systémov je možné zadávať aj viacero mien/adries oddelených čiarkami. Pri páde spojenia sa komunikačný proces opäť pokúsi vytvoriť spojenie so zariadením na danej adrese. Ak sa mu to nepodarí, tak proces skúša vytvoriť spojenie s nasledujúcou adresou. To cyklicky opakuje dovtedy, kým s jedným so serverom spojenie nenadviaže.

Parametre protokolu linky

Dialóg konfigurácia linky - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu stanice:

Tab. č. 1

Poznámka 1

Povolenie všetkých ladiacich výpisov môže spôsobiť zbytočné preťažovanie komunikačného počítača a znižovanie prenosového výkonu z IED do D2000. Po nastavení a odladení komunikácie odporúčame množstvo ladiacich výpisov minimalizovať.

Konfigurácia stanice

• Komunikačný protokol "IEC 61850".
• Parametre pollingu sú použité na čítanie meraných bodov typu "Periodically polled value".
• Protokol nepodporuje časovú synchronizáciu.
• V záložke Časové parametre, by malo byť nastavené použitie monotónneho UTC času (s offsetom 0), keďže IEC 61850 používa časové značky založené na UTC čase (pokiaľ sa špecifická implementácia v tomto bode od štandardu neodchyľuje).

Adresa stanice

Obr. č. 1, Adresa stanice

Stanica zodpovedá jednému logickému zariadeniu (logical device). V jednom fyzickom zariadení môže byť definovaných jedno alebo viac logických zariadení. Doménou sa myslí názov logického zariadenia, ktorého hodnoty chceme čítať. Na jednej linke môže byť nakonfigurovaných viacero staníc. Pre každú stanicu sa vytvára jedno TCP spojenie na fyzické zariadenie.

Tlačidlo Browse umožňuje (pokiaľ KOM proces beží a komunikácia je nadviazaná) získať zoznam logických zariadení. Pre funkčnosť browsovania musí mať zariadenie implementovanú obsluhu správy getNameList s parametrom ObjectClass=DOMAIN.

Parametre protokolu stanice

Dialóg konfigurácia stanice - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu stanice:

Tab. č. 2

Konfigurácia meraných bodov

Povolené typy hodnôt meraných bodov: Ai, Ao, Ci, Co, Di, Dout, TiA, ToA, TiR, ToR, Qi, TxtI, TxtO

Adresa meraného bodu

Obr. č. 2, Adresa meraného bodu (Data Value)

Konfigurácia adresy meraného bodu vyžaduje nasledovné údaje:

I/O Tag Type 

Typ meraného bodu:

• Buffered/unbuffered report value - meraný bod reprezentuje hodnotu získavanú z buffrovaného alebo nebuffrovaného reportu. Takéto hodnoty posiela zariadenie spontánne po ich zmene.
• Periodically polled value - meraný bod reprezentuje periodicky čítanú hodnotu (polling). Perióda čítania je nakonfigurovaná v parametroch stanice.
  Pozn: periodický spôsob čítania môže viesť k strate hodnôt v dôsledku ich rýchlych zmien, preto by mal byť použitý iba pri pomaly sa meniacich hodnotách, prípadne ak sa hodnota nedá získať z reportu.
• Buffered/unbuffered report - meraný bod reprezentuje buffrovaný alebo nebuffrovaný report. Je dôležité, aby všetky reporty, ktoré sú používané (t.j. ktoré obsahujú žiadané dáta) boli nakonfigurované ako merané body. Na základe týchto meraných bodov je po nadviazaní komunikácie report aktivovaný (je vykonaný zápis do jeho atribútov $TrgOps, $RptEna, $GI a ak je zadaný parameter Integrity period, tak aj do atribútu $IntgPd).

Pozn:
Pokiaľ meraný bod reprezentujúci report má textový typ hodnoty, tak hodnota bude rovná názvu Datasetu (atribút $DatSet), ktorý report sprostredkúva.
Pokiaľ meraný bod reprezentujúci report má celočíselný alebo reálny typ hodnoty, tak hodnota bude

• • 0 - po nadviazaní komunikácie - po prijatí správy initiate-Response a poslaní požiadavky na čítanie názvu Datasetu (atribút $DatSet), ktorý report sprostredkúva
  • 1 - po načítaní názvu Datasetu (prijatí odpovede zariadenia na požiadavku na čítanie názvu Datasetu)
  • 2 - po načítaní parametrov reportu
  • 3 - po načítaní objektov, ktoré sú obsiahnuté v Datasete
  • 4 - po úspešnej aktivácii reportu
  • 5 a viac - s príchodom každého ďalšieho Informačného reportu sa hodnota objektu, ktorý ho reprezentuje, zvýši. 
  • neplatná - pokiaľ sa niektorý z krokov komunikácie nepodarí

Tento mechanizmus je možné využiť na definovanie "watchdogov" strážiacich napr. chybu komunikácie, rozpad komunikácie alebo zaseknutie posielania Informačných reportov.

Name

Unikátny textový reťazec identifikujúci IEC 61850 objekt resp. jeho atribút (referencia). Maximálna veľkosť je 64 znakov.
Pozn: ak sa zadá adresa meraného bodu ako %IGNORE, takýto meraný bod bude ignorovaný.

Podľa normy ISO/IEC IEC 61850-8-1 je referencia v tvare
<LNVariableName>$<FC>$<LNDataName>$<AttributeName> (napr. XCBR1$ST$Pos$stVal)
respektíve - ak sa používajú aj subatribúty - v tvare
<LNVariableName>$<FC>$<LNDataName>$<AttributeName>$<subDataAttributeName> (napr. XBCR1$ST$Pos$origin$orCat)
kde:

• LNVariableName je meno logického uzla (Logical Node). Meno môže byť ľubovolné, napr. LLN0, Obj1XCBR1, Obj2XSWI1
• FC je funkčné obmedzenie (Functional Constraint). Tabuľka definovaných funkčných obmedzení je uvedená nižšie.
• LNDataName je meno Dátového objektu (DataObject). Meno môže byť ľubovolné, norma obsahuje odporúčané pravidlá pre menné konvencie.
• AttributeName je meno atribútu Dátového objektu. Tabuľka bežných atribútov je uvedená nižšie.
• subDataAttributeName je meno atribútu Dátového podobjektu (SubDataObject). Tabuľka bežných atribútov je uvedená nižšie.

Norma udáva nasledujúce menné konvencie pre jednotlivé komponenty referencie:

Definované funkčné obmedzenia (Functional Constraint) podľa ISO/IEC IEC 61850-8-1:

Mená atribútu Dátového objektu alebo Dátového podobjektu sú definované v  ISO/IEC IEC 61850-7-3 a nasledovná tabuľka obsahuje iba najbežnejšie:

Data Type

Typ hodnoty, zoznam možných typov:

Pozn * - typy objektov označené hviezdičkou sú používané v protokole IEC 60870-6 ICCP/TASE.2 (ktorý používa spoločný MMS framework). Pre protokol IEC 61850 odporúčame tieto typy nepoužívať.

Array Index

• Pre typ objektu Autodetect a pre polia elementárnych typov (Array of): je možné zadať index elementu v rámci poľa. Polia sa v protole IEC 61850 indexujú od 0. Nezadanie indexu poľa spôsobí prístup k nultému elementu.

Pozn: Protokol IEC61850 podporuje pre dátové typy polí (Array of) zapisovanie načítaných hodnôt do cieľového stĺpca štruktúry. 
Ak je na záložke Cieľ v položke Cieľový stĺpec v konfigurácii meraného bodu uvedený stĺpec štruktúrovanej premennej, budú do neho načítané príslušné elementy poľa. Podpora je funkčná iba vtedy, ak je Array Index nezadaný alebo rovný 0.
 

• Pre typ objektu Structure: je nutné zadať komplexnú adresu elementu (jednoduchého typu) v rámci štruktúry. Komplexná adresa má tvar x.y.z.. napr. 0.2. Jednotlivé indexy udávajú poradie v rámci štruktúry alebo poľa, bodka znamená, že sa má zostúpiť o úroveň hlbšie.
  Príklad 1: log linky ukazuje načítanú štruktúru skladajúcu sa z elementov typu VisibleString. Prístup k jednotlivým elementom umožnia komplexné adresy 0.0, 0.1 a 0.2

  Riadok logu	Poznámka	Jednoduchý element
  08:08:14.322 29-06-2018|D|MMS> [1] STRUCTURE{	objekt typu Structure
  08:08:14.323 29-06-2018|D|MMS> [1]   Structure{	úroveň 0
  08:08:14.325 29-06-2018|D|MMS> [1]     VisibleString=INFO TECH	úroveň 0.0	áno
  08:08:14.327 29-06-2018|D|MMS> [1]     VisibleString=1.0	úroveň 0.1	áno
  08:08:14.329 29-06-2018|D|MMS> [1]     VisibleString=Current harmonics measurement	úroveň 0.2	áno
  08:08:14.332 29-06-2018|D|MMS> [1]   }	koniec štruktúry
  08:08:14.334 29-06-2018|D|MMS> [1] }	koniec objektu Structure

  Príklad 2: logy linky ukazuje načítané pole skladajúce sa z dvoch štruktúr, ktoré obsahujú štruktúry, ktoré obsahujú elementy typu Float32. Prístup k jednotlivým elementom umožnia komplexné adresy 0.0.0 a 1.0.0 

  Riadok logu	Poznámka	Jednoduchý element
  08:08:14.169 29-06-2018|D|MMS> [1] ARRAY{	objekt typu Array
  08:08:14.172 29-06-2018|D|MMS> [1]   Structure{	úroveň 0
  08:08:14.173 29-06-2018|D|MMS> [1]     Structure{	úroveň 0.0
  08:08:14.175 29-06-2018|D|MMS> [1]       Float32= 0.00000E+00	úroveň 0.0.0	áno
  08:08:14.177 29-06-2018|D|MMS> [1]     }	koniec štruktúry
  08:08:14.179 29-06-2018|D|MMS> [1]   }	koniec štruktúry
  08:08:14.181 29-06-2018|D|MMS> [1]   Structure{	úroveň 1
  08:08:14.183 29-06-2018|D|MMS> [1]     Structure{	úroveň 1.0
  08:08:14.185 29-06-2018|D|MMS> [1]       Float32= 1.00000E+02	úroveň 1.0.0	áno
  08:08:14.186 29-06-2018|D|MMS> [1]     }	koniec štruktúry
  08:08:14.188 29-06-2018|D|MMS> [1]   }	koniec štruktúry
  08:08:14.188 29-06-2018|D|MMS> [1] }	koniec objektu Array

   

Quality Offset

Pre typ objektu Structure: je možné zadať offset, na ktorom sa nachádza IEC 61850 Kvalita. Offset udáva relatívnu pozíciu voči pozícii hodnoty udanej komplexnou adresou. Offset 1 znamená, že IEC 61850 Kvalita sa nachádza hneď za hodnotou.
IEC 61850 Kvalita je typu Bitstring s dĺžkou 2 bajty. Z toho je využitých 13 bitov nasledovne (norma čísluje bity tak, že najvyšší bit je 0 a najnižší 15):

Ak je nastavený aspoň jeden z bitov č. 2-12, hodnota v D2000 má atribút Weak.
Viď príklad pri Time Offset. 

Time Offset

Pre typ objektu Structure: je možné zadať offset, na ktorom sa nachádza časová značka. Offset udáva relatívnu pozíciu voči pozícii hodnoty udanej komplexnou adresou. Offset 1 znamená, že časová značka sa nachádza hneď za hodnotou, offset -1 znamená, že časová značka sa nachádza priamo pred hodnotou.

Ak Time Offset nie je definovaný (alebo je rovný 0), použije sa časová značka informačného reportu (pre  I/O Tag Type=Buffered/unbuffered report value), prípadne hodnota aktuálneho času (pre I/O Tag Type=Periodically polled value).

Príklad: informačný report obsahuje štruktúru, ktorá obsahuje hodnotu typu Bitstring, za ňou kvalitu a časovú značku. Preto je adresa objektu Array Index = 0, adresa kvality Quality Offset = 1 a offset časovej značky  Time Offset = 2.

Integrity Period

Nastavením tohto parametra sa pre merané body typu Buffered/unbuffered report nastavuje perióda (v ms) po uplynutí ktorej je vygenerovaný informačný report obsahujúci hodnoty všetkých objektov, ktoré sa nachádzajú v príslušnom datasete. Pokiaľ teda došlo nejakým spôsobom k strate zmenených hodnôt, tento integritný report zabezpečí periodicky obnovenie integrity dát. Hodnota 0 vypína generovanie integritného reportu. Nenulová hodnota spôsobí počas aktivácie reportu zápis do atribútu $IntgPd reportu.
Pozn: nie všetky IEC 61850 servery podporujú tento parameter.

Browse

Pre merané body je možné zistiť zoznam objektov a ich dátové typy, pokiaľ KOM proces beží a komunikácia je nadviazaná.
Po kliknutí na tlačidlo Browse sa otvorí okno IEC 61850 Item Browser a KOM proces začne zisťovať zoznam objektov správou GetNameList-Request a následne ich dátové typy správami GetVariableAccessAttributes-Request.

Obr. č. 3, okno IEC 61850 Item Browser

Význam jednotlivých volieb a tlačidiel:

Auto

Ak je voľba aktívna, Data Type sa nastavuje ako Autodetect, v opačnom prípade na zistenú hodnotu, napr. Boolean alebo Integer32.

Copy all to clipboard

Skopírovanie zobrazených objektov a ich dátových typov do schránky Windows - Clipboardu.

Refresh

Tlačidlom Refresh je možné vynútiť znovunačítanie zoznamu objektov zo zariadenia. Štandardne KOM proces načíta zoznam objektov a ich dátové typy iba pri prvej požiadavke a uchová ich v pamäti. Toto načítanie môže trvať v závislosti od počtu objektov a rýchlosti zariadenia dlhší čas. Následne posiela procesu/procesom CNF tieto uchované zoznamy, takže ďalšie naplnenie zoznamu v okne Browse je už rýchle.

Filtrovanie v zozname objektov

Prehľadávací dialóg umožňuje filtrovanie podľa mena objektu a dátového typu. Nie je potrebné zadať ich celé. Postačuje nasledujúci zápis "*FILTROVANÝ VÝRAZ*", kde hviezdičky reprezentujú ľubovoľný text pred začiatkom a koncom výrazu (napr. *momen*).

Poznámka

Okrem objektov s podporenými dátovými typmi (Boolean, Integer32...) môžu byť v zozname objektov objekty s typom Structure. Jedná sa o štruktúrované objekty, ktoré nemôžu byť priamo čítané. Implementácia podporuje iba prácu s jednoduchými typmi a poľami, ktorých prvky sú jednoduché typy, preto treba nakomunikovať jednotlivé položky štruktúrovaných objektov.

Literatúra

• RFC 1006 (ISO Transport Service on top of the TCP, Version: 3)
• International Standard ISO/IEC 8073 (Open Systems Interconnection — Protocol for providing the connection-mode transport service)
• International Standard ISO/IEC 8327-1 (Open Systems Interconnection — Connection-oriented Session protocol: Protocol Specification)
• International Standard ISO/IEC 8823-1 (Open Systems Interconnection — Connection-oriented Presentation protocol: Protocol Specification)
• International Standard ISO/IEC 8650-1 (Open Systems Interconnection — Connection-oriented protocol for the Association Control Service Element: Protocol Specification)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-1 (Communication networks and systems in substations – Part 1: Introduction and overview)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-2 (Communication networks and systems in substations – Part 2: Glossary)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-3 (Communication networks and systems in substations – Part 3: General requirements)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-4 (Communication networks and systems in substations – Part 4: System and project management)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-5 (Communication networks and systems in substations – Part 5: Communication requirements for functions and device models)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-6 (Communication networks and systems in substations – Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-7-1 (Communication networks and systems in substations – Part 7-1: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Principles and models)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-7-2 (Communication networks and systems in substations – Part 7-2: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Abstract communication service interface (ACSI))
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-8-1 (Communication networks and systems in substations – Part 8-1: Specific Communication Service Mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC  8802-3)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-9-1 (Communication networks and systems in substations – Part 9-1: Specific Communication Service Mapping (SCSM) – Sampled values over serial unidirectional multidrop point to point link)
• International Standard ISO/IEC IEC 61850-9-2 (Communication networks and systems in substations – Part 9-2: Specific Communication Service Mapping (SCSM) – Sampled values over ISO/IEC 8802-3)

Zmeny a úpravy

-

Revízie dokumentu

• Ver. 1.0 - 20. jún 2018 - Vytvorenie dokumentu.