Einführung in die Vorteile von IEC 61850 mit zenon

 

 

Inhaltsverzeichnis: 

• Kommunikationsprotokolle
• Anwendungsbeispiele
• Effizientes Engineering
• Investitionssicherheit
• Funktionen im Detail
• Ausblick

 

IEC 61850 spezifiziert Kommunikationsprotokolle für intelligente elektronische Geräte (IEDs), die in digitalen Umspannwerken zum Einsatz kommen. Durch die Integration mit der Softwareplattform zenon von COPA-DATA können Überwachungs-, Steuerungs- und Automatisierungsfunktionen umgesetzt werden. Diese harmonische Integration ermöglicht umfassende Transparenz der Betriebsdaten und gewährleistet eine robuste Interaktion verschiedener Systeme und Geräte sowie eine zuverlässige Steuerung in Echtzeit. Die flexible und skalierbare Synergie von IEC 61850 und zenon erleichtert die effiziente Verwaltung von Energiesystemen und bietet ein hohes Maß an Flexibilität bei der Handhabung komplexer Energienetze. Ob Netzautomatisierung oder Steuerung von Umspannwerken – die umfangreiche Unterstützung des IEC 61850 Standards innerhalb der Software Plattform zenon bietet Potenzial für Leistungssteigerungen bei gleichzeitiger Einhaltung globaler Compliance-Anforderungen und ebnet den Weg für ein neues Zeitalter der intelligenten Energieversorgung.

 

Zukunftssichere Energieversorgung mit digitalen Umspannwerken

 

Der Markt für digitale Umspannwerke dürfte zwischen 2022 und 2028 um mehr als 7,3 Prozent wachsen, was den Vorteilen dieser Technologie, wie etwa genauere und zuverlässigere Daten, schnellere Reaktionszeiten sowie Kosteneinsparungen bei Gebäuden und Infrastruktur, zu verdanken ist. Die Umstellung von herkömmlichen auf digitale Umspannwerke kann allerdings aufgrund der Zurückhaltung der Endnutzer und des begrenzten Know-hows eine Herausforderung darstellen. Die zenon Energy Edition von COPA-DATA bietet eine HMI-Lösung für intelligente und vernetzte Umspannwerke, mit der Sie Zeit und Aufwand sparen und das Fehlerrisiko minimieren. Effektive Mitarbeiterschulungen und Innovationen bei der Prüfung von Schutzgeräten sind für die Bewältigung dieser Herausforderungen entscheidend.

 

In diesem Artikel erläutern wir die Vorteile von IEC 61850 für Versorgungsunternehmen und gehen dabei insbesondere auf die Möglichkeit ein, den Betrieb sowie die Interoperabilität, Flexibilität und Effizienz mit zenon zu optimieren. Wir konzentrieren uns auf den Wirkungsbereich des Standards und darauf, wie er das Netzmanagement, die operative Anlagenbedienung und den Datenaustausch verbessert. Wir gehen außerdem darauf ein, wie dieser Standard die Möglichkeiten von zenon zur Anpassung an neue Anforderungen unterstützt, wodurch teures Nachrüsten dank der Investitionssicherheit der Softwareplattform zenon vermeidbar ist. Darüber hinaus beleuchten wir die Rolle des Standards bei der Überwachung, Steuerung und Automatisierung von Energiesystemen, um Ausfälle zu verringern, das Anlagenmanagement zu verbessern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Durch die systematische Digitalisierung der Komponenten und Werkzeuge für Entwurf, Aufbau und Betrieb einer Anlage über den gesamten Lebenszyklus hinweg, werden fortschrittliche Anwendungen ermöglicht, um den Weg für eine widerstandsfähigere und nachhaltigere Energiezukunft zu ebnen.

 

Die wichtigsten Kommunikationsprotokolle von IEC 61850 in zenon

 

Die umfassende Unterstützung und Kompatibilität von zenon mit den wichtigsten Kommunikationsprotokollen von IEC 61850 ist für die erfolgreiche Umsetzung digitaler Umspannwerke entscheidend.

 

IEC 61850 MMS-Client

 

Verbinden Sie sich mit IEDs, sammeln Sie detaillierte Betriebsdaten und steuern Sie Ihre Anlage auf sichere Art und Weise. Mittels IEC 61850 Client Treiber kann zenon mit Geräten jedes Herstellers und mit jedem Gerätetyp kommunizieren. Darüber hinaus entspricht der IEC 61850 MMS-Client von zenon den Anforderungen von Edition 2.1 des IEC-Standards.

 

 

 

 

IEC 61850 MMS-Server 

 

 

Stellen Sie Daten für übergeordnete Anwendungen wie RTUs, Datenkonzentratoren oder SCADA-Leitstände bereit.

 

 

 

 

IEC 61850 GOOSE-Publisher und -Subscriber

 

 

Überwachen Sie Kommunikationsströme zwischen Schutzgeräten. Die Schutzfunktionen können Sie flexibel validieren und ergänzen.

 

 

 

 

In Verbindung mit IEC 61850 deckt zenon verschiedene Lösungen auf unterschiedlichen Ebenen ab. Dank der engen Integration lassen sich die Lösungen in jeder Größenordnung realisieren und beliebig mit anderen Systemen kombinieren.

 

 

Leistungsstarke Lösungen mit zenon für digitale Umspannwerke

 

Die Softwareplattform zenon bildet die Grundlage für eine Reihe innovativer Aufgaben und Lösungen in digitalen Umspannwerken:

 

Prozessleitsystem und HMI für Umspannwerke

 

Volles Situationsbewusstsein und eine sichere Steuerung sind wichtige Anforderungen an moderne Umspannwerke. Mithilfe flexibler MMS- und GOOSE-Treiber kann zenon eine Verbindung zu jeder Art von Hardware herstellen. Geräte nach Edition 1 und Edition 2 lassen sich unabhängig von ihrem aktuellen Datenmodell gleichzeitig integrieren. Alle Zustände und Messungen werden ausgelesen und übersichtlich dargestellt, beispielsweise in Einliniendiagrammen oder benutzerdefinierten Prozessbildern. Autorisierte Bediener können vorkonfigurierte Schaltbefehle ausführen. Benutzerdefinierte Verriegelungen sowie automatische Verriegelungsmechanismen, die auf der Topologie des Umspannwerks basieren, schützen das System vor unsachgemäßer Bedienung und damit vor potentiellen Schäden. Neben IEC 61850 unterstützt zenon zahlreiche weitere Kommunikationsprotokolle, was den Aufbau von Lösungen auch in heterogenen und veralteten Umgebungen ermöglicht.

 

Kommunikations-Gateway für Umspannwerke

 

Eine zentrale Überwachung über regionale oder nationale Leitstände ist eine wichtige Voraussetzung für den Betrieb von Netzen und verteilten Energieanlagen. Die Softwareplattform zenon ermöglicht dies über das integrierte Process Gateway. Alle relevanten Protokolle, wie IEC 60870, DNP3, IEC 61850, MODBUS oder OPC UA und viele mehr, stehen zur Verfügung. Die Anbindung ermöglicht eine vollständige Überwachung und einheitliche Steuerung aller Geräte in Umspannwerken. Dazu kann das zenon Process Gateway flexibel zwischen Leitstand und Geräten vermitteln, auch wenn diese aus historischen Gründen unterschiedliche Protokolle verwenden.

 

Überwachung und Substitution der GOOSE-Kommunikation

 

Ein HMI-/SCADA-Paket mit IEC 61850 GOOSE-Protokollunterstützung mag ungewöhnlich erscheinen, eröffnet aber eine Vielzahl von Möglichkeiten. Mit einem GOOSE-Subscriber können GOOSE-Nachrichten überwacht und kontrolliert werden, was zu einer besseren Verfügbarkeit und mehr Vertrauen speziell bei der Einführung dieser neuen Technologie führt. Um fehlende GOOSE-Nachrichten zu ersetzen, zum Beispiel nach dem Ausfall einer Komponente, kann der GOOSE-Publisher zum Einsatz kommen. Dadurch können GOOSE-Nachrichten weiterhin zur Verfügung gestellt werden, bis der Ausfall der Komponente behoben ist.

 

Hochverfügbarkeitsnetze mit PRP

 

Bei PRP (Parallel Redundancy Protocol) handelt es sich um einen Industriestandard, der beim Ausfall einer Netzwerkkomponente eine nahtlose Umschaltung auf eine redundante Kommunikationsverbindung ermöglicht. Alle Ethernet-basierten Kommunikationsprotokolle in zenon, wie IEC 61850 MMS-Client und MMS-Server, sowie GOOSE können auf der Grundlage von PRP genutzt werden.

 

 

Einheitliche Verwaltung von Störschrieben

 

Von IEDs und Schutzgeräten erfasste hochpräzise Oszillographie- und Zustandsdaten werden in sogenannten Störschrieben gespeichert. Über die File Transfer Funktion ruft zenon diese Dateien über das Netzwerk von den IEDs ab und stellt sie für die zentrale Diagnose mit Expertensystemen zur Verfügung. Darüber hinaus verfügt zenon über einen integrierten COMTRADE Viewer (allgemeines Format für den Austausch transienter Daten für Energiesysteme), mit dem sich Störschriebe nach IEEE C37.111 direkt in der lokalen HMI visualisieren lassen.

 

Unterstützung bei der Inbetriebnahme (FAT/SAT)

 

Bei FAT (Factory Acceptance Testing) und SAT (Site Acceptance Testing) fehlen oft bestimmte Anlagenkomponenten oder Geräte. Um diese zu simulieren, bietet zenon umfangreiche Tools zur Erstellung virtueller Prozesse. So lässt sich zumindest der vorhandene Anlagenteil in Verbindung mit einer Simulation bereits vorab testen. Für das SAT stehen weitere Funktionen, wie etwa die Online-Variablenliste in zenon zur Verfügung, die einen gezielten Überblick über alle relevanten Datenpunkte bietet. Darüber hinaus kann ein Prozessbild zur Netzwerk- und Verbindungsüberwachung („Coms-Screen“) Auskunft über den Verbindungsstatus der angeschlossenen Geräte geben. Im Probebetrieb können Alarmstatistiken helfen, die Hotspots für notwendige Nacharbeiten zu finden.

 

Gerätetausch und Gerätevalidierung

 

Im regulären Betrieb müssen die Schutzgeräte regelmäßig validiert werden, was in klassischen, verkabelten Anlagen ein arbeitsintensives Verfahren darstellt. In vollständig digitalisierten Umspannwerken mit Prozessbus nach IEC 61850 können jedoch spezifische Funktionen genutzt werden, um systeminterne Tests ohne physische Eingriffe durchzuführen. Hier kann zenon helfen, den Betriebszustand der Anlage und ihrer Komponenten eindeutig anzuzeigen. Durch die Interpretation der IEC 61850-Informationen ist für den Testingenieur klar ersichtlich, welche Teile der Anlage isoliert sind oder sich im Testmodus befinden. Außerdem hilft zenon, alle wichtigen Einstellungen konsequent zurückzusetzen und die Schutzgeräte nach Abschluss der Tests wieder scharf zu schalten.

 

Darüber hinaus müssen defekte Geräte in Umspannwerken schnell ausgetauscht und vor Wiederaufnahme des regulären Betriebs sorgfältig geprüft werden. Die Softwareplattform zenon bietet Lösungen für einen schnellen Austausch von IEDs nach einem Ausfall. Durch den Einsatz eines Treibers für die selektive Verarbeitung von Daten aus mehreren Verbindungen (sog. "Alternative Datapoint Driver" in zenon) können Werte umgehend an ein Ersatzgerät weitergeleitet werden, unabhängig von dessen Typ und Modell.

Vorteile für hocheffiziente Engineering-Abläufe

 

MMS-Client – Datenerfassung von den IEDs

 

Der IEC 61850 MMS-Client-Treiber bietet eine umfassende funktionale Unterstützung sowie volle Konformität mit dem Standard. Er unterstützt sowohl Edition 1 als auch Edition 2.1 von IEC 61850-8-1 und wird analog zum Standard weiterentwickelt. Es ist möglich, Datenmodelle direkt von IEC 61850-Servern hochzuladen und auch aus SCL-Dateien zu übernehmen. Die Konfiguration des MMS-Clients erfolgt anhand von klar strukturierten Dialogen, die es ermöglichen, jeden Aspekt der Treiberfunktionalität anzupassen. Für große und standardisierte Systeme können Vorlagen und automatische Konfigurationstools verwendet werden. Der Treiber unterstützt statische und dynamische Datasets für Reports. Darüber hinaus liegt beim Reporting ein besonderes Augenmerk auf redundanten HMI-Systemen, sodass auch beim Ausfall eines Systemteils ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist. Im Wesentlichen unterstützt der IEC 61850 MMS-Client von zenon die Ingenieure beim Durchlaufen von Bottom-up-Szenarien, erleichtert aber auch die Umsetzung effizienter Top-down-Abläufe im Engineering.

 

MMS-Server – Bereitstellung von Daten und Diensten für übergeordnete Clients

 

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen integrierten IEC 61850 MMS-Server in einer HMI einzusetzen. Beispielsweise kann er zur Datenaggregation, zur Vereinheitlichung der Kommunikation, als Gateway oder als Simulations- und Testtool verwendet werden. Für maximale Flexibilität wird der IEC 61850 MMS-Server in die IEC 61131-3-Umgebung (Soft-SPS) von zenon integriert. So ist es möglich, das System für unterschiedlichste Anwendungsszenarien zu konfigurieren. Dennoch gelten auch hier die Grundregeln der Modellbeschreibung. Um das Datenmodell des MMS-Servers einzurichten, kann eine externe SCL-Datei importiert werden. Das gesamte Datenmodell und die erweiterten Serverkonfigurationen lassen sich mithilfe eines integrierten Konfigurationstools einrichten.

 

GOOSE-Publisher und -Subscriber

 

Die GOOSE-Konfiguration in zenon Logic erfolgt in erster Linie über SCL-Dateien. Die Beschreibungsdatei einer Instanz enthält in der Regel Informationen über die Veröffentlichung von GOOSE-Nachrichten und ist typischerweise auch Teil der Beschreibung des IEC 61850-Servers. Um Abonnements zu konfigurieren, werden die entsprechenden Teile anderer Publishing Entities geladen. Diese Methode ist einfach, aber sehr effektiv für die GOOSE-Konfiguration in zenon.

 

Automatische HMI-Konfiguration – spart bis zu 90 % Engineering-Zeit!

 

COPA-DATA Professional Services

 

Um die bestmöglichen Ergebnisse mit Ihrer Lösung für digitale Umspannwerke zu erzielen, unterstützt Sie unser Expertenteam mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Automatisierung von Umspannwerken. Unsere Leistungen reichen von grundlegenden Architekturkonzepten über die Erstellung ergonomischer HMI-Vorlagen und Assistenzprogrammen bis hin zur Analyse vorhandener Datenmodelle für die automatische Generierung von Projekten.Weitere Informationen finden Sie hier: zenon Professional Support Services – COPA-DATA

 

 

Investitionssicherheit durch professionelle Industriesoftware

 

Die Auswahl der richtigen Technologie für die Automatisierung eines Umspannwerks ist entscheidend, denn sie muss über viele Jahre hinweg zuverlässig auch unter kritischen Bedingungen funktionieren. Zahlreiche Versorgungs- und Energieunternehmen auf der ganzen Welt genießen mit zenon umfangreiche Vorteile, die ihnen helfen, ihrer Verantwortung gerecht zu werden, und die neue Potenziale für den Geschäftserfolg eröffnen:

 

Langfristige Kompatibilität und umfassende Unterstützung von IEC 61850

 

Die Softwareplattform zenon wurde speziell für den Einsatz im Bereich der kritischen Energieinfrastruktur entwickelt. Sie gewährleistet nicht nur einen zuverlässigen Betrieb, sondern lässt sich auch über den gesamten Lebenszyklus hinweg mit geringem Aufwand erweitern und aktualisieren. Der Standard IEC 61850 für digitale Umspannwerke wird fortlaufend weiterentwickelt. COPA-DATA treibt diese Entwicklung aktiv voran und bietet umfangreiche Unterstützung für zukünftige Erweiterungen des Standards. So können zum Beispiel Geräte, die unterschiedliche Versionen des Standards (Edition 1 und Edition 2) unterstützen, mithilfe von zenon in die gleiche Lösung integriert werden.Der IEC 61850 MMS-Client in zenon ist offiziell nach Edition 2 des Internationalen Standards zertifiziert (Zertifikat ausgestellt von DNV GL).

 

Erfolgreiche Digitalisierung von Bestandssystemen und -anlagen

 

Bei Digitalisierungs- und Modernisierungsprojekten müssen in der Regel ältere Geräte, Standards und Schnittstellen berücksichtigt werden. Die Softwareplattform zenon ist herstellerunabhängig und bietet vorkonfigurierte Protokolloptionen für IEDs und Systeme jeglicher Art, was die Entwicklung von IEC 61850-basierten Lösungen auch in heterogenen Umgebungen enorm erleichtert.

 

 

Einfache Verbesserung und Skalierung Ihrer Lösung

 

Die Softwareplattform zenon kann in Anwendungen jeder Größenordnung zum Einsatz kommen – von kleinen Anwendungen mit wenigen Zuleitungen bis hin zu großen O&M-Anwendungen für mehrere Umspannwerke. Die Lösung basiert auf einer vollständig integrierten Konfiguration von Entwicklungs- und Laufzeit-Komponenten, die in allen Projektphasen hohe Synergieeffekte sicherstellen. Die einzigartige Netzwerktechnologie von zenon ermöglicht modulare und sichere Architekturen, unterstützt durch robuste Redundanzfunktionen.

IEC 61850-Funktionen in zenon – Detailübersicht

 

IEC 61850 MMS-Client

• Konformität mit Edition 1 und Edition 2.1 des Standards IEC 61850-8-1*
• Zertifizierung nach Edition 2: Getestet mit bis zu 1.000 parallel verbundenen IEDs
• Anbindung von Edition 1 und Edition 2 konformen Geräten in einer gemeinsamen Lösungsarchitektur wird standardmäßig unterstützt
• „Direct operate“ und „Select before operate“, mit normaler und erhöhter Sicherheit, standardmäßig integriert und auswählbar im Befehlsgabe Modul
• RTU-Zeitstempelung und RTU-Qualität steht durchgängig in der gesamten Lösung zur Verfügung
• Online-Browsing und selektives Importieren des IED-Datenmodells in das Projekt
• „Autodescription“ während der IED-Assoziation (Abgleich mit aktuellem Stand von IED-Datenmodell und Diensten)
• Offline-Browsing und selektives Importieren aus SCL-Dateien
• Unterstützung von dynamischen Datasets für Reports
• Unterstützung von Dateitransfers ("File Transfer“)
• Definierbare Originator Category („orCat“)
• Individuelle Trigger-Optionen für Reports (für Geräte, die dies vom Client benötigen)
• Unterstützung aller Common Data Classes (CDC) und privater Typen sowie von Arrays
• Unterstützung von Service Tracking und Setting Groups
• Benutzerdefinierte Variablennamen in der HMI-Anwendung
• TLS-Verschlüsselung (IEC 62351-3)
• ACSE-Authentifizierung (IEC 62351-4)
• Unterstützung von PRP (Parallel Redundancy Protocol)

 

*Hinweis: Formales Testverfahren nach Edition 2.0 mit optionalem Testfall „cBr33“ für Konformität mit Edition 2.1

 

IEC 61850 MMS-Server und GOOSE (integrierter Treiber)

 

Der Treiber ist in den IEC 61131-3 Logic Service von zenon integriert und unterstützt sowohl MMS- als auch GOOSE-Kommunikation.

• Unterstützung von Edition 1 und Edition 2 des Standards IEC 61850-8-1:
  • Client-Server-Kommunikation über MMS
  • GOOSE-Publishing/Subscription und -Überwachung,kombiniert in einer zentralen IED-Konfiguration
• Treiber unterstützt Verbindungen zu mehreren 850-Clients
• Unterstützung von Online-Browsing des Datenmodells durch Clients (logische Geräte, logische Knoten, Datenobjekte und Datenattribute)
• Command Handling: Flexible Umsetzung beliebiger Steuerungsmodelle über IEC 61131-3-basierte Skripte
• Unterstützung von Buffered und Unbuffered Reporting
• Lesen und Schreiben von Werten
• Lesen und Schreiben von Dataset-Werten
• Dynamisches Erstellen und Löschen von Datasets
• Unterstützung von Setting Groups
• Unterstützung von Dateitransfers ("File Transfer“)
• Unterstützung von IPv4 und IPv6
• TLS-Verschlüsselung (IEC 62351-3)
• ACSE-Authentifizierung (IEC 62351-4)
• Unterstützung von PRP (Parallel Redundancy Protocol)
• Direkte Anwendung von IEC 61131-3 (zenon Logic) für Berechnungen und spezielle Steuerungsverfahren

 

Zukünftige Trends und Entwicklungen bei IEC 61850 und zenon

 

Bei der Beurteilung der Bedeutung von IEC 61850 und zenon ist es wichtig, zukünftige Trends und Entwicklungen im Blick zu behalten. Um die steigenden Anforderungen im Zuge der wachsenden Dynamik und Nachfrage nach elektrischer Energie zu bewältigen, müssen Versorgungsunternehmen ihre Anlagen zukunftssicher machen und ihre betriebliche Effizienz verbessern. Da die Cybersicherheit in digitalisierten Systemen immer wichtiger wird, muss die Energiewirtschaft einen ausreichenden Schutz vor Cyberbedrohungen gewährleisten. Gleichzeitig unterstreicht die zunehmende globale Bedeutung von Nachhaltigkeit und Dekarbonisierung die Notwendigkeit, herkömmliche fossile Energiequellen durch dezentrale erneuerbare Energieträger zu ersetzen. Die Softwareplattform zenon nimmt es mit diesen Herausforderungen auf, wobei die Entwicklung von Benutzeroberflächen und Smart-Grid-Lösungen hier eine zentrale Rolle spielt. Wir arbeiten aktiv an der Gestaltung der Energiewirtschaft von morgen, mit IEC 61850 und zenon für effiziente, robuste und nachhaltige Automatisierungslösungen.

 

Wenn Sie weitere Informationen über die Einsatzmöglichkeiten und die Implementierungskonformität der IEC 61850-bezogenen Treiber und Funktionen in zenon wünschen, wenden Sie sich bitte an energy@copatada.com.