Czym jest norma IEC 61850 i jak działa?

• Na poziomie magistrali procesowej norma IEC 61850 zastępuje miedziane okablowanie typu punkt-punkt komunikacją opartą na sieci Ethernet, co pozwala ograniczyć infrastrukturę i umożliwia tworzenie bardziej elastycznych architektur podstacji.

• Norma definiuje trzy podstawowe usługi komunikacyjne: MMS, GOOSE oraz wartości próbkowane, z których każda pełni określoną rolę w automatyce podstacji.

• Wbudowana jest interoperacyjność między urządzeniami różnych producentów, co eliminuje potrzebę stosowania konwerterów protokołów i niestandardowych rozwiązań inżynieryjnych.

• Norma IEC 61850 została zaprojektowana z myślą o ewolucji; urządzenia zgodne z edycją 1 i edycją 2.1 mogą współistnieć, co ma kluczowe znaczenie dla projektów modernizacji istniejących obiektów.

• Natywna obsługa normy IEC 61850 w platformie SCADA/HMI, takiej jak zenon, pozwala przedsiębiorstwom energetycznym w pełni wykorzystać zalety tej normy bez konieczności stosowania dodatkowego oprogramowania pośredniczącego.

Przejście na cyfrową stację elektroenergetyczną stanowi strategiczną zmianę, która ma bezpośredni wpływ na niezawodność, bezpieczeństwo i nakłady inwestycyjne. Norma ta zapewnia trzy podstawowe korzyści operacyjne:

• Interoperacyjność. Przed wprowadzeniem normy IEC 61850 urządzenia stacji elektroenergetycznych różnych producentów korzystały z zastrzeżonych protokołów. Integracja przekaźnika firmy Siemens z przekaźnikiem firmy ABB wymagała stosowania konwerterów protokołów, niestandardowych rozwiązań inżynieryjnych oraz bieżącej konserwacji. Norma IEC 61850 rozwiązuje ten problem, określając wspólny model danych i usługi komunikacyjne. Każde urządzenie zgodne z normą może wymieniać informacje z każdym innym urządzeniem zgodnym z tą normą.

• Zmniejszenie ilości okablowania i infrastruktury. W tradycyjnych podstacjach do przesyłania każdego sygnału między urządzeniami stosuje się okablowanie miedziane. Norma IEC 61850 zastępuje okablowanie punkt-punkt komunikacją opartą na sieci Ethernet. Zmniejsza to fizyczne zapotrzebowanie na powierzchnię w podstacjach, obniża koszty materiałów i eliminuje pojedyncze punkty awarii charakterystyczne dla systemów okablowanych.

• Architektura gotowa na przyszłość. Norma została zaprojektowana z myślą o ewolucji. Zarówno wydanie 1 (opublikowane w 2004 r.), jak i wydanie 2 (opublikowane w 2011 r., a następnie uzupełnione poprawką 2.1) są obecnie aktywnie stosowane. Dobrze wdrożony system zgodny z normą IEC 61850 obsługuje urządzenia z obu edycji, co ma zasadnicze znaczenie w przypadku projektów modernizacji istniejących obiektów, gdzie starszy sprzęt musi współdziałać z nowymi instalacjami.

Oprócz samych protokołów norma IEC 61850 wprowadza znormalizowany proces inżynieryjny oraz wspólny model danych, które zmieniają sposób projektowania, budowy i eksploatacji podstacji. Cyfrowe podstacje.

Ujednolicony model danych i proces inżynieryjny

Norma IEC 61850 definiuje język konfiguracji podstacji (SCL), który opisuje całą podstację: jej urządzenia główne, funkcje zabezpieczeń oraz sieci komunikacyjne w formacie nadającym się do odczytu maszynowego. Dzięki temu integratorzy systemów mogą:

• Importować możliwości urządzeń bezpośrednio z plików konfiguracyjnych IED.

• Automatyczne generowanie konfiguracji HMI i SCADA na podstawie modelu danych.

• Ponowne wykorzystywanie standardowych szablonów w wielu projektach, co skraca czas prac inżynieryjnych i ogranicza liczbę błędów.

To podejście oparte na danych zastępuje ręczne mapowanie punkt-punkt i sprawia, że interoperacyjność między urządzeniami różnych producentów staje się praktyczna na dużą skalę.

Podczas oceny platformy SCADA/HMI pod kątem projektów zgodnych z normą IEC 61850 o tym, w jakim stopniu można w pełni wykorzystać zalety tej normy, decyduje kilka funkcji:

• Natywna obsługa protokołów. Platforma powinna w pełni implementować protokół klienta MMS. Dodatkowo powinna zapewniać obsługę serwera MMS oraz protokołu GOOSE (Publish/Subscribe).

• Certyfikacja. Niezależna certyfikacja, taka jak testy zgodności z wersją 2.1 przeprowadzone przez uznane laboratorium, zapewnia gwarancję zgodności i interoperacyjności.

• Inżynieria SCL. Możliwość bezpośredniego importowania plików SCL, automatycznego wypełniania bazy danych HMI oraz generowania wizualizacji na podstawie modelu danych eliminuje konieczność ręcznego mapowania i ogranicza liczbę błędów.

• Niezależność od dostawców. Platforma musi łączyć się z urządzeniami IED dowolnego producenta oraz obsługiwać mieszane środowiska zgodne z wersjami 1 i 2.1.

• Nadmiarowość i dostępność. Obsługa protokołów PRP i HSR gwarantuje, że komunikacja o znaczeniu krytycznym dla bezpieczeństwa przetrwa pojedynczą awarię sieci.

• Bezpieczeństwo. Zintegrowane szyfrowanie TLS oraz uwierzytelnianie zgodne z normą IEC 62351 chronią integralność i poufność danych.

• Skalowalność. Platforma powinna umożliwiać skalowanie od małych podstacji dystrybucyjnych do dużych sieci przesyłowych bez konieczności wprowadzania zmian architektonicznych.

W jaki sposób zenon wdraża normę IEC 61850?

zenon integruje standard IEC 61850 jako natywną funkcję, a nie jako dodatek lub warstwę oprogramowania pośredniczącego. Obsługuje najważniejsze protokoły na poziomie stacji: MMS Client, MMS Server oraz GOOSE Publisher/Subscriber, a także posiada certyfikat zgodności z edycją 2.1 wydany przez DNV GL (przetestowany na 1000 jednocześnie działających urządzeń IED). Poniżej przedstawiono bardziej szczegółowe informacje na temat tego, co oznacza to w praktyce.

Wbudowana obsługa protokołów i certyfikacja

Wszystkie usługi IEC 61850 oparte na sieci Ethernet w systemie zenon działają w sieciach z redundancją PRP, zapewniając przełączenie awaryjne w czasie zerowym. Sterowniki komunikacyjne mają wbudowane szyfrowanie TLS (IEC 62351-3) oraz uwierzytelnianie ACSE (IEC 62351-4).

Wydajność inżynieryjna

zenon odczytuje pliki SCL bezpośrednio z urządzeń IED lub narzędzi inżynieryjnych. Model danych (urządzenia logiczne, węzły logiczne, obiekty danych) jest automatycznie mapowany na zmienne zenon, co eliminuje konieczność ręcznego tworzenia tagów. W przypadku projektów znormalizowanych elementy HMI, takie jak schematy jednoliniowe, konfiguracje alarmów i wyświetlacze pomiarowe, mogą być generowane automatycznie na podstawie plików SCL. Skraca to czas projektowania nawet o 90% w porównaniu z metodami ręcznymi.

Projektowanie oparte na szablonach dodatkowo przyspiesza wdrożenie. Szablony utworzone dla jednej podstacji można ponownie wykorzystać w całej flocie, zapewniając spójność i zmniejszając ryzyko błędów konfiguracyjnych. Obiektowe środowisko projektowe zenon obsługuje również zarówno procesy typu „od dołu do góry” (rozpoczynające się od istniejących urządzeń), jak i „od góry do dołu” (rozpoczynające się od projektu systemu najwyższego poziomu).

Skalowalność i bezpieczeństwo inwestycji

zenon skaluje się od małych instalacji z kilkoma zasilaczami po wdrożenia korporacyjne zarządzające setkami tysięcy punktów danych. Urządzenia w wersji 1 i 2.1 dowolnego producenta można integrować jednocześnie w ramach tego samego projektu. Chroni to istniejące inwestycje w sprzęt i pozwala przedsiębiorstwom energetycznym na stopniową modernizację bez konieczności wymiany działającego sprzętu.

Długoterminowa kompatybilność jest wbudowana w platformę. COPA-DATA aktywnie śledzi ewolucję normy IEC 61850 i zapewnia bieżące wsparcie dla nowych funkcji w miarę ich publikacji. W pełni zintegrowane środowisko projektowe i uruchomieniowe platformy gwarantuje, że wiedza operacyjna jest przenoszona w miarę rozwoju systemu.

Ujednolicone zarządzanie eksploatacją i cyklem życia

Cała konfiguracja zgodna z normą IEC 61850, tworzenie interfejsów HMI oraz logika SCADA odbywają się w ramach jednego środowiska inżynieryjnego, co eliminuje konieczność przełączania się między narzędziami. Operatorzy mają wgląd we wszystkie dane z podstacji, niezależnie od tego, czy są one przesyłane za pośrednictwem protokołów MMS, GOOSE, DNP3 czy innych, za pośrednictwem spójnego interfejsu HMI. Platforma obejmuje również zintegrowane zarządzanie zapisami zakłóceń, wsparcie przy uruchamianiu oraz funkcje szybkiej wymiany urządzeń, które minimalizują czas przestoju podczas konserwacji.