SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Реализация механизма online browsing для устройств МЭК‑61850 в ПТК EKRA SCADA

В статье описывается опыт практической реализации механизма online browsing для устройств МЭК‑61850. Проводится подробный обзор его логики и особенностей работы.

ООО НПП «ЭКРА », г. Чебоксары

Ekra.png 

Стандарт МЭК‑61850 в части 6 определяет язык конфигурации системы (SCL), с помощью которого описываются интеллектуальные электронные устройства (IED). Процесс добавления устройств МЭК‑61850 в систему EKRA SCADA выполняется с помощью импорта их конфигураций из SCL-файлов в соответствии с предварительно утвержденным проектом. Однако вероятность внесения изменений в конфигурации устройств в процессе пусконаладки достаточно высока, это может быть связано:
- с дополнительными требованиями заказчика;
- с обновлением прошивок уст­ройств;
- с заменой устройства одного производителя на устройство с аналогичной функциональностью от другого производителя.

В этом случае будет необходимо обновить конфигурации устройств в системе, для этого нужно получить с них новые SCL-файлы. При выполнении этой процедуры могут возникнуть проблемы, связанные с тем, что стандарт МЭК‑61850 не определяет сервисов для скачивания текущих файлов конфигураций с устройств, вследствие чего у каждого производителя есть специальное программное обеспечение для их экспорта/получения. Отсюда следует, что персонал, выполняющий пусконаладочные работы, должен быть предварительно ознакомлен с ПО сторонних производителей, уметь с ним работать и иметь его в наличии, что не всегда представляется возможным. Тем не менее существует альтернативный вариант получения текущих конфигураций устройств – online browsing (онлайн-просмотр).

В стандарте МЭК‑61850 предусмотрены сервисы для доступа к модели данных устройств в реальном времени. Для получения текущей конфигурации устройств требуется, чтобы они были сконфигурированы, включены и подключены к сети.

Глава 7-2 стандарта определяет абстрактный интерфейс услуг связи (ACSI), который описывает взаимодействие между клиентом и сервером. ACSI определяет четыре модели:

1. Мета-мета (meta-meta) модель описывает базовые типы, общие атрибуты данных, вложенность и композицию.

2. Мета (meta) модель основана на мета-мета-модели, определяет классы информационного моделирования: сервер, логическое устройство (LD), логический узел (LN), объекты данных (DO).

3. Модель типов домена (domain type) основана на мета-модели, определяет списки:
а) общих классов данных (common data class (CDC), глава 7-3);
б) объектов данных, типизированных в соответствии с CDC;
в) классов логических узлов (lo­gical node class, глава 7-4), которые включают в себя объекты данных и используются для создания моделей данных для интеллектуальных электронных устройств (IED).

4. Модель экземпляров данных (data instance) описывает экземпляры классов, определенных в модели типов домена. Глава 6 посредством XML-схемы определяет язык для описания конфигураций устройств – SCL.

Отображение (mapping) ACSI на протокол MMS, который используется для связи с устройством, определяется в главе 8-1 стандарта.
На рис. 1 представлена схема взаимодействия средства конфигурирования EKRA SCADA STUDIO, системы EKRA SCADA и устройств МЭК‑61850 при выполнении функции online browsing.

Ris.1.png

Рис. 1. Схема взаимодействия при выполнении функции online browsing

Алгоритм получения текущей конфигурации устройства можно разделить на следующие этапы:
1) создание MMS-модели устройства;
2) преобразование объектов MMS-модели в соответствующие объекты ACSI с представлением их в формате SCL.


Этап 1. Создание MMS-модели устройства

На рис. 2 изображена блок-схема алгоритма получения MMS-модели устройства. Для ее создания необходимо выполнить следующие шаги:
1. Подключиться к устройству.
2. Запросить список доменов в устройстве.
3. Выбрать домен.
4. Запросить список именованных переменных.
5. Выделить из списка именованных переменных те, которые относятся к логическим узлам.
6. Запросить атрибуты доступа к логическим узлам.
7. Запросить список наборов именованных переменных.
8. Запросить атрибуты для всех наборов именованных переменных.
9. Выделить список функциональных ограничений для каждого логического узла.
10. Запросить данные функциональных ограничений для каждого логического узла.
11. Повторить пункты 3–10 для каждого домена.
12. Отключиться от устройства.

Ris.2_small.png

Рис. 2. Блок-схема алгоритма получения MMS-модели устройства (чтобы увеличить схему, нажмите на нее)

Дополнительно стоит отметить, что на блок-схеме не представлена логика обработки ошибок, они могут возникать на каждом шаге как при выполнении запросов, так и при обработке ответов. Ошибки условно можно разделить на критические и игнорируемые. При возникновении критических ошибок выполнение останавливается, и в качестве результата возвращается информация об ошибке.

Примеры критических ошибок:
- отсутствие/потеря связи с устройством;
- ошибки выполнения запроса;
- ошибки обработки данных ответа, связанные с несогласованными данными модели.

Примеры игнорируемых ошибок:
- тайм-аут запроса (выполняется повторный запрос);
- ошибки чтения данных для узлов, которые будут отсутствовать в SCL-документе;
- ошибки запроса закрытия соединения.

После того как MMS-модель создана, можно приступать к выполнению второго этапа.


Этап 2. Преобразование объектов MMS-модели в соответствующие объекты ACSI с представлением их в формате SCL

Данный этап можно разделить на следующие части:

1. Определение имени устройства (IED name) и значений экземпляров логических устройств (LD inst).

2. Формирование секции Communication:

а) формирование секции Address;
б) формирование секции GSE;
в) формирование секции SMV.
3. Формирование секции IED:
а) создание логических устройств;

б) создание логических узлов:
  - создание наборов данных;
   - создание блоков управления;
   - создание экземпляров объектов данных.

4. Формирование секции Data­TypeTemplates:

а) формирование узлов LNode­Type;
б) формирование узлов DOType;
в) формирование узлов DAType;
г) формирование узлов EnumType.

Все преобразования осуществляются в соответствии с главой 8-1 стандарта. Далее предлагается рассмотреть некоторые особенности, на которые следует обратить повышенное внимание.

Работа начинается с определения имени устройства по имени MMS-домена. Имя домена формируется из имени логического устройства.
Имя логического устройства, в свою очередь, формируется при помощи конкатенации имени устройства (IED name) и значения экземпляра логического устройства (LD inst) (считается, что LD name не используется). Применяется следующая логика:

- устройство содержит один домен: имя устройства определяется как имя домена за исключением последнего символа;
- устройство содержит несколько доменов: имя устройства определяется как общая начальная часть имен доменов;
- дополнительно учитываются типовые имена LD inst, переданные в качестве параметров при запуске механизма online browsing.

При конструировании узлов в секции DataTypeTemplates выполняется просмотр таблиц из глав 7-3, 7-4 стандарта:
- при создании узлов LNodeType из имени логического узла извлекается имя класса логического узла и выполняется его поиск;
- при создании узлов DOType выполняется анализ структуры и типа узла в MMS-модели и предполагаемого общего класса данных;
- при создании узлов DAType выполняется анализ структуры и типа узла в MMS-модели и предполагаемого типа узла;
- при создании узлов EnumType выполняется поиск соответствующего класса перечислений;
- после создания узла DataType­Templates выполняется удаление повторяющихся шаблонов типов.

В заключение отметим, что благодаря функции online browsing процедура обновления конфигураций устройств занимает меньше времени, что особенно актуально в условиях, когда устройства могут быть неоднократно переконфигурированы.

Литература

1. IEC 61850. Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs.
2. IEC 61850. Part 7-2: Basic  information and communication structure – Abstract communi-cation service interface (ACSI).
3. IEC 61850. Part 7-3: Basic communication structure – Common data classes.
4. IEC 61850. Part 7-4: Basic communication structure – Compatible logical node classes and data object classes.
5. IEC 61850. Part 8-1: Specific communication service mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3.
6. ISO 9506-1:2003, Industrial automation systems – Manufacturing Message Specification – Part 1: Service definition.
7. ISO 9506-2:2003, Industrial automation systems – Manufacturing Message Specification – Part 2: Protocol specification.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(62)_2016

С. В. Оборин,
 ведущий инженер-программист,
ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары,
тел.: +7 (8352) 22-0110,
e‑mail: otm@ekra.ru,
www.ekra.ru