iec61850

01.12.2017

В настоящее время автоматизация подстанций подразумевает применение большого числа разного рода микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики от различных производителей. Для обмена информацией между устройствами, а также обмена с системой диспетчерского управления, взамен существовавшего ранее многообразия протоколов связи, всё шире применяют стандарт МЭК 61850.

В ПТК ВИРАТРОН решаются задачи сбора с устройств и передачи на уровень диспетчерского управления текущей информации (сигнализация и измерения), выдачи команд управления и записи значений параметров (уставок). Дополнительно может быть организована загрузка с устройств файлов данных, например, журналов событий и осциллограмм. 


Для решения этих задач в ПТК ВИРАТРОН разработана программная реализация стандарта МЭК 61850-8-1 (MMS и GOOSE), поддерживающая следующие функции:

  • установка соединения с устройствами (IED) и обмен информацией по протоколу MMS;
  • загрузка информационной модели IED непосредственно с подключенного устройства;
  • загрузка информационной модели IED из конфигурационного (.icd, .cid) файла;
  • чтение данных с IED;
  • запись данных на IED и выдача команд с поддержкой различных моделей управления;
  • режим подписки на отчёты (Reports), в том числе и с использованием собственно создаваемых наборов данных (DataSets);
  • прием и обработка сообщений GOOSE
  • выбор и загрузка информационных файлов с IED.

ПТК ВИРАТРОН позволяет использовать данную реализацию стандарта как на уровне сервера подстанции, так и на контроллере телемеханики МИКРО КП32

Cм. далее:

Вариант с использованием выделенного сервера

Вариант с использованием контроллера МИКРО КП32

Загрузка и просмотр осциллограмм 

 

Использование сервера подстанции

Выделенный сервер телемеханики устанавливается, как правило, на крупных подстанциях. В качестве сервера может быть использован контроллер КОМПАКТ или промышленный сервер, работающий под управлением ОС Windows. Сервер подключают к технологической информационной сети подстанции.

В качестве компонента сбора данных с устройств используется МЭК 61850 OPC-сервер разработки ООО «Виратрон». ОРС-сервер содержит в себе средства конфигурирования и наладки системы. На этапе настройки создают список устройств, подключенных к серверу. Для каждого устройства формируется информационная модель в терминах стандарта МЭК 61850 (логическое устройство — логический узел — объект данных). Модель может быть получена непосредственно с устройства, либо сформирована из конфигурационного (*.CID) файла, предоставленного поставщиком устройства. Таким образом, для получения данных больше нет необходимости знать внутреннюю адресацию параметров в памяти устройства и порядок доступа к ним.

Структура устройства в МЭК 61850 OPC представляется в виде дерева, как в Проводнике Windows. Для ориентации в информационной модели необходимы базовые знания стандарта относительно назначения логических узлов и объектов данных.

Структура устройства в МЭК 61850 OPC-сервере 

Важным компонентом протокола обмена являются предопределённые наборы данных (объекты DATASET) устройства. Они представляют собой списки объектов данных, сгруппированные по функциональному назначению, либо по принадлежности к отдельному логическому устройству. Наборы данных, в частности, необходимы для получения отчётов (REPORT) от устройства, что является основным способом обмена данными.

Как правило, производители устройств формируют готовые объекты DATASET и предоставляют их для использования в SCADA-системах. Наше ПО позволяет как использовать готовые объекты DATASET, так и формировать собственные (если эта возможность поддерживается устройством).

Настройка объекта DATASET 

Обычной практикой является использование механизма отчётов (REPORT) для получения данных от устройства. После установки соединения клиентское приложение "подписывается" на один или несколько отчётов, предоставляемых устройством. После этого устройство начинает отправлять информацию об изменении данных спорадически.

Также стандартом предусмотрена возможность настройки выдачи отчёта периодически, с определённым интервалом, и принудительно — по запросу клиентского приложения.

Кроме данных, получаемых посредством отчётов, клиент может напрямую запросить у устройства данные путем операции чтения. ПО ОРС-сервера позволяет в полной мере использовать все режимы получения информации.

После  формирования структуры IED, настройки объектов DATASET и выбора отчётов, ПО начинает  получать данные от устройства автоматически сразу при установке связи.

Для осуществления подписки на рассылаемые устройствами сообщения GOOSE  (Generic Object-Oriented Substation Event) необходимо задать должным образом атрибуты, однозначно идентифицирующие устройство: MAC-адрес приемника, PRIORITY, VLAN ID (параметры протокола VLAN, APP ID.

Для этой цели в стандарте МЭК-61850 используются структуры GOOSE Control Block. Эти блоки содержат адресную информацию, а также указание на передаваемые в пакете данные - объект DataSet. Объект DataSet должен быть описан соответствующим способом в конфигурации устройства. Для приема каждого типа сообщений GOOSE от устройства должен быть настроен свой GOOSE Control Block

Список объектов GOOSE control block со всей необходимой информацией содержится в описании логического узла LLN0 виртуального IED-устройства и передается клиенту вместе с информационной моделью IED либо путем использования соответствующих сервисов MMS, либо через конфигурационный файл (ICD).

Как правило, данная информация достаточна для приема GOOSE-сообщений. Тем не менее, Программа позволяет корректировать параметры вручную. 

Примечание. Для реализации функции подписки на GOOSE на сервере подстанции необходимо установить библиотеку winpcap.dll. Дистрибутив поставляется на установочном диске. Рекомендуется проверять наличие более свежей версии на сайте разработчика библиотеки https://www.winpcap.org/install/default.htm  

Для выдачи полученной информации потребителям необходимо из числа объектов данных, доступных в виртуальной модели устройства, сформировать список тегов, которые будут доступны OPC-клиентам. Выбор объектов можно проводить вручную, либо воспользоваться сервисом, позволяющим сформировать группы тегов автоматически на основании имеющихся объектов DATASET.  Для каждого тега дополнительно можно указать, какой атрибут выбранного объекта будет взят в качестве значения тега, а для объекта управления — выбрать модель управления.

 

В программе есть возможность сформировать набор тегов автоматически на основе существующих объектов DATASET

Выбранные теги могут быть использованы OPC-клиентами в локальной системе АСУ подстанции.  Однако для передачи информации на удалённый диспетчерский пункт даже при наличии высокоскоростного подключения по сети использовать технологию DCOM нежелательно, так как она требует особых настроек системы безопасности и чувствительна к сбоям. Для передачи данных на удаленную станцию предпочтительно использовать протокол МЭК 60870-5-104.

Для этой цели предлагается использовать универсальный ОРС-сервер OPC-Процессор. Среди его функций имеется возможность организации сервера протокола МЭК 60870-5-104. Для этого набор параметров для передачи формируется путем подключения к тегам OPC-сервера МЭК 61850 и, при необходимости, других серверов-источников. Мы рекомендуем использовать сервис "Импорт группы OPC-тегов" для добавления тегов списком с автоматической привязкой к источнику.

Группам тегов задают тип информации и адресацию в терминах МЭК 60870-5-104, и формируют списки для выдачи на каждый из возможных адресов клиентов протокола МЭК 60870-5-104.

Если на приёмной стороне используется ПО МЭК 60870-5-104 OPC-сервер разработки ООО "Виратрон", то OPC-Процессор позволяет на основании настроек сервера  автоматически сгенерировать фрагмент конфигурации, который может быть импортирован в конфигурацию принимающего OPC-сервера.  Это позволяет сократить время и избежать ошибок настройки.

Кроме этого, использование ОРС-Процессора в качестве сервера протокола МЭК 60870-5-104 позволяет организовать Транзит файлов IED-устройств по МЭК 60870-5-104 и обеспечить на верхнем уровне полноценный доступ ко всей информации IED.

 

Использование контроллера МИКРО КП32

Для относительно небольших объектов (ТП, РП), в системе автоматизации которых не предусмотрен выделенный сервер, функции приёма информации с устройств по протоколу МЭК 61850 может выполнять непосредственно контроллер МИКРО КП32 разработки ООО «Виратрон». Поддержка данной функции не входит в стандартный комплект и наличие её должно быть оговорено на этапе поставки контроллера. 

Для настройки системы сбора данных с устройств в ПО Конфигуратор МИКРО КП32 предусмотрен специальный тип логического порта: "Порт МЭК 61850". Данный порт позволяет подключать к нему МЭК 61850-устройства:

 

Как и при настройке OPC-сервера, для каждого устройства прежде всего необходимо загрузить информационную модель. Предпочтительнее запросить её непосредственно с устройства. Для этого необходимо, чтобы устройство находилось в рабочем состоянии и было подключено по сети Ethernet к ПЭВМ с запущенным конфигуратором.  Другая возможность — загрузить конфигурацию устройства из CID-файла.

Окно структуры виртуального устройства IED аналогично описанному выше окну ОРС-сервера МЭК 61850.

Для получения сигналов с устройства они должны быть сгруппированы в наборы данных (DATASET).  Объект DATASET — предопределённый список переменных, который может быть прочитан из конфигурации устройства, либо сформирован пользователем. Конфигурация устройства может заранее содержать несколько предустановленных наборов данных. Если устройство поддерживает работу с пользовательскими объектами DATASET, то средства настройки конфигуратора позволяют создать свой собственный набор данных.

Для осуществления "подписки" на отчёты (REPORT) в конфигураторе доступен список отчётов, каждый из которых привязан к определённому набору данных. Список отчётов содержит все отчёты, заложенные в прибор его производителем, а также один пользовательский отчёт. Этот отчёт привязан к набору данных, выбранных пользователем из структуры устройства. Конфигуратор автоматически распределяет сигналы, содержащиеся в наборах данных, в соответствующие списки согласно их функциям: ТС, ТИ, ТУ и ТР.

Отчёты передаются из устройства в контроллер МИКРО КП32 спорадически, согласно установленным критериям в окне настройки отчёта. Наборы данных также можно получать с устройства путём их чтения с заданным периодом.

Настройка наборов данных и параметров отчётов производится так же, как и для OPC-сервера МЭК 61850, описанного выше.

Для подписки на сообщений GOOSE от устройства необходимо установить флаг "Принимать сообщения GOOSE" на вкладке данного устройства. Объекты GOOSE Control block формируются при загрузке структуры IED из CID-файла или непосредственно с устройства. Параметры адресации GOOSE могут быть установлены вручную, как и для ОРС-сервера МЭК 61850 OPC

Конфигуратор  позволяет сохранять настройки устройства как шаблон. После сохранения шаблон будет доступен в списке выбора типа устройств. Применение шаблона к вновь добавленным устройствам позволяет быстро "клонировать" в конфигурации однотипные устройства.

Собранные данные можно передать на удалённый диспетчерский пункт по одному из протоколов связи, поддерживаемых контроллером МИКРО КП32, например, МЭК 60870-5-101 или МЭК 60870-5-104.

 

Загрузка осциллограмм аварийных процессов

Как правило, современные устройства РЗА имеют большой объём памяти и вычислительные мощности. Наряду с выполнением основных функций, устройства позволяют записывать аварийные процессы в реальном времени (осциллографирование). 

Стандарт МЭК 61850 не регламентирует порядок хранения и передачи осциллограмм. Общепринятой практикой является запись осциллограмм на устройстве в виде файлов и их передача приложениям-клиентам с использованием сервиса передачи файлов МЭК 61850. Для хранения обычно используется общепринятый ASCII-формат COMTRADE.

В ПТК ВИРАТРОН для загрузки и просмотра осциллограмм предлагаются встраиваемые приложения SCADA ТЕЛЕМОНИТОР-2000 "Загрузчик файлов МЭК-61850" и "Просмотр осциллограмм COMTRADE":

Данные приложения в режиме редактирования позволяют сделать привязку любого экранного объекта мнемосхемы к функциям загрузчика. Настройка доступна через контекстное меню:

При настройке загрузчика ему задают IP-адрес устройства, папку-источник — предполагаемое место хранения нужных файлов на устройстве, папку-приёмник — место хранения загруженных файлов на локальной машине, расширение (тип) файлов.

Формат COMTRADE предусматривает для хранения одной осциллограммы как минимум 2 файла: файл конфигурации (.cfg) и файл данных (.dat). Если предполагается загрузка именно осциллограммы в формате COMTRADE, то для выбора файла достаточно указать один из файлов (по умолчанию cfg-файл). При загрузке программа сама выполнит последовательную загрузку всех остальных файлов, относящихся к выбранной осциллограмме. Если в устройстве осциллограммы хранятся в упакованном виде, то для выбора следует установить фильтр по расширению ".zip":

Загрузчик может быть настроен на следующие режимы:

  • "загрузить файл в папку-приёмник" — выбранный файл просто загружается с устройства и помещается в указанное место;
  • "загрузить файл и открыть в приложении" — выбранный помещается в папку-приёмник, после чего загружается указанное приложение-обработчик и ему в качестве параметра передается имя полученного файла;
  • "загрузить осциллограмму в формате COMTRADE" — программа загружает файлы осциллограммы (.cfg и .dat) или один zip-файл в папку-приёмник;
  • "загрузить осциллограмму и открыть для просмотра" — программа загружает файлы осциллограммы и открывает её для просмотра во встроенном приложении.

Для загрузки файла оператору необходимо выбрать настроенный объект мнемосхемы при помощи мыши, после чего программа откроет окно для выбора файла:

Выбранный файл загружается в указанную папку, после чего он открывается в выбранном приложении, если оно было указано при настройке. Данный режим может применяться для загрузки не только осциллограмм, но и любых других файлов, содержащих произвольную информацию.

Если установлен режим с просмотром осциллограмм, то открывается окно просмотра, сформированное приложением comtrade.dll:

Приложение позволяет выбрать для отображения необходимые аналоговые и дискретные каналы осциллографа и настроить удобные для просмотра параметры для каждого канала. Выбранные настройки автоматически сохраняются и используются при следующем просмотре. 

Описанный метод работает в случае, если рабочее место оператора находится на рабочей станции, имеющий доступ непосредственно к IED-устройствам по протоколу МЭК 61850. Если обмен данными с подстанцией осуществляется по протоколу МЭК 60870-5-104, до для передачи на верхний уровень файлов IED в т.ч. осциллограмм должна применяется более сложная схема. Такой механизм описан в статье Транзит файлов с IED-устройств по протоколу МЭК 60870-5-104