Che cos’è la norma IEC 61850 e come funziona?

• A livello di bus di processo, la norma IEC 61850 sostituisce il cablaggio in rame punto-punto con una comunicazione basata su Ethernet, riducendo l’infrastruttura e consentendo architetture di sottostazioni più flessibili.

• Lo standard definisce tre servizi di comunicazione fondamentali: MMS, GOOSE e Sampled Values, ciascuno dei quali svolge un ruolo specifico nell’automazione delle sottostazioni.

• L'interoperabilità tra dispositivi di diversi fornitori è integrata, eliminando la necessità di convertitori di protocollo e di progettazione personalizzata.

• Lo standard IEC 61850 è progettato per evolversi; i dispositivi conformi all’Edizione 1 e all’Edizione 2.1 possono coesistere, il che è fondamentale per i progetti di ammodernamento di impianti esistenti.

• Il supporto nativo dello standard IEC 61850 in una piattaforma SCADA/HMI, come zenon, consente alle aziende di servizi pubblici di sfruttare appieno lo standard senza bisogno di middleware aggiuntivo.

Il passaggio a una sottostazione digitale rappresenta un cambiamento strategico che incide direttamente sull’affidabilità, sulla sicurezza e sugli investimenti. Lo standard offre tre vantaggi operativi fondamentali:

• Interoperabilità. Prima dell’introduzione della norma IEC 61850, le apparecchiature delle sottostazioni di diversi fornitori utilizzavano protocolli proprietari. L’integrazione di un relè Siemens con un relè ABB richiedeva convertitori di protocollo, interventi di ingegnerizzazione personalizzati e manutenzione continua. Lo standard IEC 61850 risolve questo problema specificando un modello di dati comune e servizi di comunicazione. Qualsiasi dispositivo conforme allo standard può scambiare informazioni con qualsiasi altro dispositivo conforme.

• Riduzione del cablaggio e dell’infrastruttura. Le sottostazioni convenzionali utilizzano cavi in rame per ogni segnale tra i dispositivi. Lo standard IEC 61850 sostituisce il cablaggio punto a punto con una comunicazione basata su Ethernet. Ciò riduce l’ingombro fisico delle sottostazioni, abbassa i costi dei materiali ed elimina i singoli punti di guasto inerenti ai sistemi cablati.

• Architettura pronta per il futuro. Lo standard è progettato per evolversi. Sia l’Edizione 1 (pubblicata nel 2004) che l’Edizione 2 (pubblicata nel 2011, seguita dall’Emendamento 2.1) sono entrambe attivamente in uso. Un sistema IEC 61850 ben implementato supporta dispositivi di entrambe le edizioni, il che è essenziale per i progetti di ammodernamento di impianti esistenti in cui le apparecchiature legacy devono coesistere con le nuove installazioni.

Al di là dei protocolli stessi, la norma IEC 61850 introduce un processo ingegneristico standardizzato e un modello di dati comune che rivoluzionano il modo in cui le sottostazioni vengono progettate, costruite e gestite. Le sottostazioni digitali.

Un modello di dati e un processo di progettazione unificati

La norma IEC 61850 definisce un linguaggio di configurazione delle sottostazioni (SCL) che descrive l’intera sottostazione: le apparecchiature primarie, le funzioni di protezione e le reti di comunicazione, in un formato leggibile da macchina. Ciò consente agli integratori di sistemi di:

• Importare le funzionalità dei dispositivi direttamente dai file di configurazione IED.

• Generare automaticamente configurazioni HMI e SCADA a partire dal modello di dati.

• Riutilizzare modelli standardizzati in più progetti, riducendo i tempi di progettazione e gli errori.

Questo approccio basato sui dati sostituisce la mappatura manuale punto a punto e rende l'interoperabilità tra diversi fornitori praticabile su larga scala.

Nella valutazione di una piattaforma SCADA/HMI per progetti conformi alla norma IEC 61850, diverse funzionalità determinano in che misura sia possibile sfruttare appieno i vantaggi offerti dallo standard:

• Supporto nativo dei protocolli. La piattaforma deve implementare in modo completo il protocollo MMS Client. È inoltre richiesta la disponibilità dei protocolli MMS Server e GOOSE (Publish/Subscribe).

• Certificazione. Una certificazione indipendente, come i test di conformità alla versione 2.1 effettuati da un laboratorio riconosciuto, garantisce la conformità e l’interoperabilità.

• Ingegneria SCL. La possibilità di importare direttamente file SCL, di popolare automaticamente il database HMI e di generare visualizzazioni a partire dal modello di dati elimina la mappatura manuale e riduce gli errori.

• Indipendenza dal fornitore. La piattaforma deve connettersi a dispositivi IED di qualsiasi produttore e supportare ambienti misti tra Edizione 1 ed Edizione 2.1.

• Ridondanza e disponibilità. Il supporto per PRP e HSR garantisce che le comunicazioni critiche per la protezione sopravvivano a un singolo guasto di rete.

• Sicurezza. La crittografia TLS integrata e l’autenticazione secondo la norma IEC 62351 proteggono l’integrità e la riservatezza dei dati.

• Scalabilità. La piattaforma dovrebbe essere scalabile, dalle piccole sottostazioni di distribuzione alle grandi reti di trasmissione, senza modifiche architetturali.

In che modo zenon implementa la norma IEC 61850?

zenon integra lo standard IEC 61850 come funzionalità nativa, non come componente aggiuntivo o livello di middleware. Supporta i protocolli più importanti a livello di stazione: MMS Client, MMS Server e GOOSE Publisher/Subscriber, ed è certificata all’Edizione 2.1 da DNV GL (testata su 1.000 IED simultanei). Di seguito viene illustrato più nel dettaglio cosa ciò significhi nella pratica.

Supporto nativo dei protocolli e certificazione

Tutti i servizi IEC 61850 basati su Ethernet in zenon operano su reti ridondanti PRP, garantendo un failover istantaneo. La crittografia TLS (IEC 62351-3) e l’autenticazione ACSE (IEC 62351-4) sono integrate nei driver di comunicazione.

Efficienza ingegneristica

zenon legge i file SCL direttamente dagli IED o dagli strumenti di progettazione. Il modello di dati (dispositivi logici, nodi logici, oggetti dati) viene mappato automaticamente sulle variabili di zenon, eliminando la necessità di creare manualmente i tag. Per i progetti standardizzati, gli elementi HMI quali schemi unifilari, configurazioni di allarme e visualizzazioni delle misurazioni possono essere generati automaticamente dai file SCL. Ciò riduce i tempi di progettazione fino al 90% rispetto ai metodi manuali.

La progettazione basata su modelli accelera ulteriormente l’implementazione. I modelli creati per una sottostazione possono essere riutilizzati su un intero parco impianti, garantendo coerenza e riducendo il rischio di errori di configurazione. L’ambiente di progettazione orientato agli oggetti di zenon supporta inoltre sia flussi di lavoro bottom-up (partendo dai dispositivi esistenti) che top-down (partendo dalla progettazione di sistema di livello superiore).

Scalabilità e sicurezza dell’investimento

zenon si adatta sia a piccole installazioni con pochi alimentatori sia a implementazioni aziendali che gestiscono centinaia di migliaia di punti dati. I dispositivi Edition 1 ed Edition 2.1 di qualsiasi produttore possono essere integrati contemporaneamente all’interno dello stesso progetto. Ciò tutela gli investimenti hardware esistenti e consente alle aziende di servizi pubblici di modernizzarsi in modo incrementale senza sostituire le apparecchiature funzionanti.

La compatibilità a lungo termine è integrata nella piattaforma. COPA-DATA segue attivamente l’evoluzione dello standard IEC 61850 e fornisce supporto continuo per le nuove funzionalità man mano che vengono pubblicate. L’ambiente di progettazione e di esecuzione completamente integrato della piattaforma garantisce che le conoscenze operative vengano trasferite man mano che il sistema cresce.

Gestione unificata delle operazioni e del ciclo di vita

Tutte le operazioni di configurazione IEC 61850, lo sviluppo dell’interfaccia uomo-macchina (HMI) e la logica SCADA avvengono all’interno di un unico studio di progettazione, eliminando la necessità di passare da uno strumento all’altro. Gli operatori visualizzano tutti i dati della sottostazione, indipendentemente dal protocollo di trasmissione (MMS, GOOSE, DNP3 o altri), attraverso un’interfaccia HMI unificata. La piattaforma include inoltre la gestione integrata dei registri dei disturbi, il supporto alla messa in servizio e funzionalità di sostituzione rapida dei dispositivi che riducono al minimo i tempi di interruzione durante la manutenzione.