Ο ψηφιακός υποσταθμός είναι μια τάση στον ενεργειακό τομέα. Εάν είστε κοντά στο θέμα, τότε πιθανότατα έχετε ακούσει ότι ένας μεγάλος όγκος δεδομένων μεταδίδεται με τη μορφή ροών πολλαπλής διανομής. Αλλά ξέρετε πώς να διαχειριστείτε αυτές τις ροές πολλαπλής διανομής; Ποια εργαλεία διαχείρισης ροής χρησιμοποιούνται; Τι συμβουλεύει η κανονιστική τεκμηρίωση;
Όποιος ενδιαφέρεται να καταλάβει αυτό το θέμα είναι ευπρόσδεκτος στη γάτα!
Πώς μεταδίδονται δεδομένα μέσω του δικτύου και γιατί να διαχειρίζεστε ροές πολλαπλής διανομής;
Πριν μεταβείτε απευθείας στον Ψηφιακό Υποσταθμό και τις αποχρώσεις της κατασκευής ενός LAN, προσφέρω ένα σύντομο εκπαιδευτικό πρόγραμμα σχετικά με τους τύπους πρωτοκόλλων μεταφοράς δεδομένων και μεταφοράς δεδομένων για εργασία με ροές πολλαπλής διανομής. Κρύψαμε το εκπαιδευτικό πρόγραμμα κάτω από ένα spoiler.
Τύποι μεταφοράς δεδομένων
Τύποι κίνησης σε ένα LAN
Υπάρχουν τέσσερις τύποι μεταφοράς δεδομένων:
- Εκπομπή – εκπομπή.
- Unicast – ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ δύο συσκευών.
- Multicast – αποστολή μηνυμάτων σε μια συγκεκριμένη ομάδα συσκευών.
- Unknown Unicast – μετάδοση με στόχο την εύρεση μιας συσκευής.
Για να μην μπερδεύουμε τις κάρτες, ας μιλήσουμε εν συντομία για τους άλλους τρεις τύπους μετάδοσης δεδομένων πριν προχωρήσουμε στην multicast.
Αρχικά, ας θυμηθούμε ότι μέσα σε ένα LAN, η διευθυνσιοδότηση μεταξύ συσκευών γίνεται με βάση διευθύνσεις MAC. Κάθε μήνυμα που μεταδίδεται έχει πεδία SRC MAC και DST MAC.
SRC MAC – πηγή MAC – διεύθυνση MAC αποστολέα.
DST MAC – MAC προορισμού – διεύθυνση MAC παραλήπτη.
Ο διακόπτης μεταδίδει μηνύματα με βάση αυτά τα πεδία. Αναζητά το DST MAC, το βρίσκει στον πίνακα διευθύνσεων MAC και στέλνει ένα μήνυμα στη θύρα που αναφέρεται στον πίνακα. Παρακολουθεί επίσης SRC MAC. Εάν δεν υπάρχει τέτοια διεύθυνση MAC στον πίνακα, τότε προστίθεται ένα νέο ζεύγος «διεύθυνση MAC – θύρα».
Τώρα ας μιλήσουμε λεπτομερέστερα για τους τύπους μεταφοράς δεδομένων.
Unicast
Το Unicast είναι η μετάδοση διευθύνσεων των μηνυμάτων μεταξύ δύο συσκευών. Ουσιαστικά, πρόκειται για μεταφορά δεδομένων από σημείο σε σημείο. Με άλλα λόγια, δύο συσκευές χρησιμοποιούν πάντα Unicast για να επικοινωνούν μεταξύ τους.
Unicast μετάδοση κυκλοφορίας
Αναμετάδοση
Η εκπομπή είναι ένα μήνυμα εκπομπής. Εκείνοι. μετάδοση, όταν μια συσκευή στέλνει ένα μήνυμα σε όλες τις άλλες συσκευές του δικτύου.
Για να στείλετε ένα μήνυμα εκπομπής, ο αποστολέας καθορίζει τη διεύθυνση MAC DST FF:FF:FF:FF:FF:FF.
Εκπομπή κυκλοφορίας
Άγνωστο Unicast
Unknown Unicast, με την πρώτη ματιά, μοιάζει πολύ με το Broadcast. Αλλά υπάρχει μια διαφορά μεταξύ τους - το μήνυμα αποστέλλεται σε όλους τους συμμετέχοντες στο δίκτυο, αλλά προορίζεται μόνο για μία συσκευή. Είναι σαν ένα μήνυμα σε ένα εμπορικό κέντρο που σας ζητά να παρκάρετε ξανά το αυτοκίνητό σας. Όλοι θα ακούσουν αυτό το μήνυμα, αλλά μόνο ένας θα απαντήσει.
Όταν ο διακόπτης λαμβάνει ένα πλαίσιο και δεν μπορεί να βρει το MAC προορισμού από αυτό στον πίνακα διευθύνσεων MAC, απλώς μεταδίδει αυτό το μήνυμα σε όλες τις θύρες εκτός από αυτήν από την οποία το έλαβε. Μόνο μία συσκευή θα απαντήσει σε μια τέτοια αλληλογραφία.
Μετάδοση άγνωστης κίνησης Unicast
Πολυεκπομπή
Multicast είναι η αποστολή ενός μηνύματος σε μια ομάδα συσκευών που «θέλουν» να λάβουν αυτά τα δεδομένα. Είναι πολύ παρόμοιο με ένα διαδικτυακό σεμινάριο. Μεταδίδεται σε όλο το Διαδίκτυο, αλλά μόνο όσοι ενδιαφέρονται για αυτό το θέμα συνδέονται σε αυτό.
Αυτό το μοντέλο μεταφοράς δεδομένων ονομάζεται «Εκδότης - Συνδρομητής». Υπάρχει ένας Εκδότης που στέλνει δεδομένα και οι Συνδρομητές που θέλουν να λαμβάνουν αυτά τα δεδομένα εγγράφονται σε αυτόν.
Με τη μετάδοση πολλαπλής εκπομπής, το μήνυμα αποστέλλεται από μια πραγματική συσκευή. Το Source MAC στο πλαίσιο είναι το MAC του αποστολέα. Αλλά το Destination MAC είναι μια εικονική διεύθυνση.
Η συσκευή πρέπει να συνδεθεί στην ομάδα για να λαμβάνει δεδομένα από αυτήν. Ο διακόπτης ανακατευθύνει τις ροές πληροφοριών μεταξύ συσκευών - θυμάται από ποιες θύρες μεταδίδονται τα δεδομένα και γνωρίζει σε ποιες θύρες πρέπει να σταλούν αυτά τα δεδομένα.
Μετάδοση κυκλοφορίας Multicast
Ένα σημαντικό σημείο είναι ότι οι διευθύνσεις IP χρησιμοποιούνται συχνά ως εικονικές ομάδες, αλλά επειδή... Δεδομένου ότι αυτό το άρθρο αφορά την ενέργεια, θα μιλήσουμε για διευθύνσεις MAC. Στην οικογένεια πρωτοκόλλων IEC 61850 που χρησιμοποιούνται για τον ψηφιακό υποσταθμό, η διαίρεση σε ομάδες βασίζεται σε διευθύνσεις MAC
Ένα σύντομο εκπαιδευτικό πρόγραμμα για τη διεύθυνση MAC
Η διεύθυνση MAC είναι μια τιμή 48-bit που προσδιορίζει μοναδικά μια συσκευή. Χωρίζεται σε 6 οκτάδες. Οι τρεις πρώτες οκτάδες περιέχουν πληροφορίες κατασκευαστή. Οι οκτάδες 4, 5 και 6 εκχωρούνται από τον κατασκευαστή και είναι ο αριθμός της συσκευής.
Δομή διεύθυνσης MAC
Στην πρώτη οκτάδα, το όγδοο bit καθορίζει εάν το μήνυμα είναι unicast ή multicast. Εάν το όγδοο bit είναι 0, τότε αυτή η διεύθυνση MAC είναι η διεύθυνση της πραγματικής φυσικής συσκευής.
Και αν το όγδοο bit είναι 1, τότε αυτή η διεύθυνση MAC είναι εικονική. Δηλαδή, αυτή η διεύθυνση MAC δεν ανήκει σε μια πραγματική φυσική συσκευή, αλλά σε μια εικονική ομάδα.
Μια εικονική ομάδα μπορεί να συγκριθεί με έναν πύργο εκπομπής. Η ραδιοφωνική εταιρεία εκπέμπει λίγη μουσική σε αυτόν τον πύργο και όσοι θέλουν να τον ακούσουν συντονίζουν τους δέκτες τους στην επιθυμητή συχνότητα.
Επίσης, για παράδειγμα, μια βιντεοκάμερα IP στέλνει δεδομένα σε μια εικονική ομάδα και οι συσκευές που θέλουν να λάβουν αυτά τα δεδομένα συνδέονται σε αυτήν την ομάδα.
Όγδοο bit της πρώτης οκτάδας της διεύθυνσης MAC
Εάν η υποστήριξη πολλαπλής εκπομπής δεν είναι ενεργοποιημένη στον διακόπτη, τότε θα αντιληφθεί τη ροή πολλαπλής εκπομπής ως εκπομπή. Αντίστοιχα, εάν υπάρχουν πολλές τέτοιες ροές, θα φράξουμε πολύ γρήγορα το δίκτυο με "άχρηστη" κίνηση.
Ποια είναι η ουσία του multicast;
Η κύρια ιδέα του multicast είναι ότι μόνο ένα αντίγραφο κίνησης αποστέλλεται από τη συσκευή. Ο διακόπτης καθορίζει ποιες θύρες είναι οι συνδρομητές και μεταδίδει δεδομένα από τον αποστολέα σε αυτούς. Έτσι, η multicast σάς επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά τα δεδομένα που μεταδίδονται μέσω του δικτύου.
Πώς λειτουργεί αυτό σε ένα πραγματικό LAN;
Είναι σαφές ότι δεν αρκεί να στείλετε απλώς ένα αντίγραφο της κίνησης σε κάποια διεύθυνση MAC της οποίας το όγδοο bit της πρώτης οκτάδας είναι 1. Οι συνδρομητές πρέπει να μπορούν να συνδεθούν σε αυτήν την ομάδα. Και οι διακόπτες πρέπει να κατανοούν από ποιες θύρες προέρχονται τα δεδομένα και σε ποιες θύρες πρέπει να μεταδοθούν. Μόνο τότε η multicast θα επιτρέψει τη βελτιστοποίηση των δικτύων και τη διαχείριση των ροών.
Για την υλοποίηση αυτής της λειτουργικότητας, υπάρχουν πρωτόκολλα πολλαπλής διανομής. Η πιο κοινή:
- IGMP.
- PIM.
Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε εφαπτομενικά για τη γενική αρχή λειτουργίας αυτών των πρωτοκόλλων.
IGMP
Ένας διακόπτης με δυνατότητα IGMP θυμάται σε ποια θύρα φτάνει η ροή πολλαπλής διανομής. Οι συνδρομητές πρέπει να στείλουν ένα μήνυμα IMGP Join για να εγγραφούν στην ομάδα. Ο διακόπτης προσθέτει τη θύρα από την οποία προήλθε το IGMP Join στη λίστα των διεπαφών κατάντη και αρχίζει να μεταδίδει τη ροή πολλαπλής διανομής εκεί. Ο διακόπτης στέλνει συνεχώς μηνύματα ερωτήματος IGMP σε θύρες κατάντη για να ελέγξει εάν χρειάζεται να συνεχίσει να μεταδίδει δεδομένα. Εάν ελήφθη ένα μήνυμα IGMP Leave από μια θύρα ή δεν υπήρξε απάντηση σε ένα μήνυμα ερωτήματος IGMP, τότε η μετάδοση σε αυτό διακόπτεται.
PIM
Το πρωτόκολλο PIM έχει δύο υλοποιήσεις:
- PIM DM.
- PIM SM.
Το πρωτόκολλο PIM DM λειτουργεί αντίστροφα από το IGMP. Ο διακόπτης στέλνει αρχικά τη ροή πολλαπλής εκπομπής ως εκπομπή σε όλες τις θύρες εκτός από αυτήν από την οποία ελήφθη. Στη συνέχεια, απενεργοποιεί τη ροή σε εκείνες τις θύρες από τις οποίες προήλθαν μηνύματα ότι δεν χρειάζεται.
Το PIM SM λειτουργεί κοντά στο IGMP.
Για να συνοψίσουμε πολύ χονδρικά τη γενική αρχή της λειτουργίας multicast - ο Publisher στέλνει μια ροή πολλαπλής μετάδοσης σε μια συγκεκριμένη ομάδα MAC, οι συνδρομητές στέλνουν αιτήματα για σύνδεση σε αυτήν την ομάδα, οι διακόπτες διαχειρίζονται αυτές τις ροές.
Γιατί περάσαμε τόσο επιφανειακά το multicast; Ας μιλήσουμε για τις ιδιαιτερότητες του Ψηφιακού Υποσταθμού LAN για να το καταλάβουμε αυτό.
Τι είναι ο Ψηφιακός Υποσταθμός και γιατί χρειάζεται η πολυεκπομπή;
Πριν μιλήσετε για το Ψηφιακό Υποσταθμό LAN, πρέπει να καταλάβετε τι είναι ο Ψηφιακός Υποσταθμός. Επειτα απαντήστε τις ερωτήσεις:
- Ποιος εμπλέκεται στη μεταφορά δεδομένων;
- Ποια δεδομένα μεταφέρονται στο LAN;
- Ποια είναι η τυπική αρχιτεκτονική LAN;
Και μετά από αυτό συζητήστε multicast...
Τι είναι ο Ψηφιακός Υποσταθμός;
Ο Ψηφιακός Υποσταθμός είναι ένας υποσταθμός στον οποίο όλα τα συστήματα έχουν πολύ υψηλό επίπεδο αυτοματισμού. Όλος ο δευτερεύων και πρωτογενής εξοπλισμός ενός τέτοιου υποσταθμού επικεντρώνεται στην ψηφιακή μετάδοση δεδομένων. Η ανταλλαγή δεδομένων είναι κατασκευασμένη σύμφωνα με τα πρωτόκολλα μετάδοσης που περιγράφονται στο πρότυπο IEC 61850.
Αντίστοιχα, όλα τα δεδομένα μεταδίδονται ψηφιακά εδώ:
- Μετρήσεις.
- Διαγνωστικές πληροφορίες.
- Εντολές ελέγχου.
Αυτή η τάση έχει λάβει μεγάλη ανάπτυξη στον ρωσικό ενεργειακό τομέα και πλέον εφαρμόζεται παντού. Το 2019 και το 2020, εμφανίστηκαν πολλά ρυθμιστικά έγγραφα που ρυθμίζουν τη δημιουργία Ψηφιακού Υποσταθμού σε όλα τα στάδια ανάπτυξης. Για παράδειγμα, η STO 34.01-21-004-2019 PJSC "Rosseti" ορίζει τον ακόλουθο ορισμό και κριτήρια για ένα κεντρικό πρατήριο καυσίμων:
Ορισμός:
Ο ψηφιακός υποσταθμός είναι ένας αυτοματοποιημένος υποσταθμός εξοπλισμένος με ψηφιακά συστήματα πληροφοριών και ελέγχου που αλληλεπιδρούν σε έναν ενιαίο χρόνο λειτουργίας και λειτουργούν χωρίς την παρουσία μόνιμου προσωπικού υπηρεσίας.
Κριτήρια:
- απομακρυσμένη παρατήρηση των παραμέτρων και των τρόπων λειτουργίας του εξοπλισμού και των συστημάτων που είναι απαραίτητα για την κανονική λειτουργία χωρίς τη συνεχή παρουσία του προσωπικού υπηρεσίας και συντήρησης·
- παροχή τηλεχειρισμού εξοπλισμού και συστημάτων για τη λειτουργία του υποσταθμού χωρίς τη συνεχή παρουσία του προσωπικού υπηρεσίας και συντήρησης·
- υψηλό επίπεδο αυτοματοποίησης της διαχείρισης εξοπλισμού και συστημάτων με χρήση έξυπνων συστημάτων ελέγχου για τρόπους λειτουργίας εξοπλισμού και συστημάτων·
- απομακρυσμένος έλεγχος όλων των τεχνολογικών διεργασιών σε μια ενιαία λειτουργία χρόνου.
- ανταλλαγή ψηφιακών δεδομένων μεταξύ όλων των τεχνολογικών συστημάτων σε ενιαία μορφή·
- ενσωμάτωση στο ηλεκτρικό δίκτυο και το σύστημα διαχείρισης επιχειρήσεων, καθώς και διασφάλιση ψηφιακής αλληλεπίδρασης με σχετικούς οργανισμούς υποδομής (με σχετικές εγκαταστάσεις)·
- λειτουργική ασφάλεια και ασφάλεια πληροφοριών κατά την ψηφιοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών·
- συνεχής παρακολούθηση της κατάστασης του κύριου τεχνολογικού εξοπλισμού και συστημάτων online με τη μετάδοση της απαιτούμενης ποσότητας ψηφιακών δεδομένων, ελεγχόμενων παραμέτρων και σημάτων.
Ποιος εμπλέκεται στη μεταφορά δεδομένων;
Ο Ψηφιακός Υποσταθμός περιλαμβάνει τα ακόλουθα συστήματα:
- Συστήματα προστασίας ρελέ. Η προστασία ρελέ είναι πρακτικά η «καρδιά» του Ψηφιακού Υποσταθμού. Οι ακροδέκτες προστασίας ρελέ λαμβάνουν τιμές ρεύματος και τάσης από συστήματα μέτρησης. Με βάση αυτά τα δεδομένα, τα τερματικά επεξεργάζονται τη λογική εσωτερικής προστασίας. Τα τερματικά επικοινωνούν μεταξύ τους για να μεταδώσουν πληροφορίες σχετικά με τις ενεργοποιημένες προστασίες, τις θέσεις των συσκευών μεταγωγής κ.λπ. Τα τερματικά στέλνουν επίσης πληροφορίες σχετικά με συμβάντα που έχουν συμβεί στον διακομιστή ICS. Συνολικά, μπορούν να διακριθούν διάφοροι τύποι επικοινωνίας:
▸Οριζόντια σύνδεση – επικοινωνία μεταξύ τερματικών.
▸Κάθετη σύνδεση – επικοινωνία με τον διακομιστή αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών.
▸Μετρήσεις – επικοινωνία με συσκευές μέτρησης.
- Εμπορικά συστήματα μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας.Τα συστήματα μέτρησης φύλαξης επικοινωνούν μόνο με συσκευές μέτρησης.
- Συστήματα ελέγχου αποστολής.Μερικά δεδομένα θα πρέπει να αποστέλλονται από τον διακομιστή του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών και από τον εμπορικό διακομιστή λογιστικής στο κέντρο ελέγχου.
Αυτή είναι μια πολύ απλουστευμένη λίστα συστημάτων που ανταλλάσσουν δεδομένα ως μέρος ενός Ψηφιακού Υποσταθμού. Εάν ενδιαφέρεστε να εμβαθύνετε σε αυτό το θέμα, γράψτε στα σχόλια.
Θα σας πούμε για αυτό ξεχωριστά 😉
Ποια δεδομένα μεταφέρονται στο LAN;
Για τον συνδυασμό των περιγραφόμενων συστημάτων μεταξύ τους και την οργάνωση της οριζόντιας και κάθετης επικοινωνίας, καθώς και τη μεταφορά μετρήσεων, οργανώνονται λεωφορεία. Προς το παρόν, ας συμφωνήσουμε ότι κάθε δίαυλος είναι απλώς ένα ξεχωριστό LAN σε βιομηχανικούς διακόπτες Ethernet.
Μπλοκ διάγραμμα εγκατάστασης ηλεκτρικής ενέργειας σύμφωνα με το IEC 61850
Το μπλοκ διάγραμμα δείχνει τα ελαστικά:
- Παρακολούθηση/Έλεγχος.
- Μετάδοση σημάτων προστασίας ρελέ.
- Μετάδοση στιγμιαίων τάσεων και ρευμάτων.
Τα τερματικά ρελέ προστασίας συμμετέχουν τόσο στην οριζόντια όσο και στην κατακόρυφη επικοινωνία και χρησιμοποιούν επίσης μετρήσεις, επομένως συνδέονται με όλους τους διαύλους.
Μέσω του διαύλου «Μετάδοση σημάτων προστασίας ρελέ», τα τερματικά μεταδίδουν πληροφορίες μεταξύ τους. Εκείνοι. εδώ υλοποιείται μια οριζόντια σύνδεση.
Η μετάδοση των μετρήσεων πραγματοποιείται μέσω του διαύλου «Μετάδοση στιγμιαίων τιμών τάσεων και ρευμάτων». Σε αυτόν τον δίαυλο συνδέονται συσκευές μέτρησης - μετασχηματιστές ρεύματος και τάσης, καθώς και ακροδέκτες προστασίας ρελέ.
Επίσης, ο διακομιστής ASKUE συνδέεται με τον δίαυλο «Μετάδοση στιγμιαίων τιμών τάσεων και ρευμάτων», ο οποίος λαμβάνει επίσης μετρήσεις για λογιστική.
Και ο δίαυλος «Monitoring/Control» χρησιμεύει για κάθετη επικοινωνία. Εκείνοι. μέσω αυτού, τα τερματικά στέλνουν διάφορα συμβάντα στον διακομιστή ICS και ο διακομιστής στέλνει επίσης εντολές ελέγχου στα τερματικά.
Από τον διακομιστή του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών, τα δεδομένα αποστέλλονται στο κέντρο ελέγχου.
Ποια είναι η τυπική αρχιτεκτονική LAN;
Ας περάσουμε από ένα αφηρημένο και μάλλον συμβατικό δομικό διάγραμμα σε πιο κοσμικά και αληθινά πράγματα.
Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει μια αρκετά τυπική αρχιτεκτονική LAN για έναν Ψηφιακό Υποσταθμό.
Ψηφιακή Αρχιτεκτονική Υποσταθμών
Σε υποσταθμούς 6 kV ή 35 kV, το δίκτυο θα είναι απλούστερο, αλλά αν μιλάμε για υποσταθμούς 110 kV, 220 kV και άνω, καθώς και για το LAN των σταθμών παραγωγής ενέργειας, τότε η αρχιτεκτονική θα αντιστοιχεί σε αυτήν που φαίνεται.
Η αρχιτεκτονική χωρίζεται σε τρία επίπεδα:
- Επίπεδο σταθμού/υποσταθμού.
- Συμμετοχή σε επίπεδο.
- Επίπεδο διαδικασίας.
Επίπεδο σταθμού/υποσταθμού περιλαμβάνει σταθμούς εργασίας και διακομιστές.
Συμμετοχή σε επίπεδο περιλαμβάνει όλο τον τεχνολογικό εξοπλισμό.
Επίπεδο διαδικασίας περιλαμβάνει εξοπλισμό μέτρησης.
Υπάρχουν επίσης δύο λεωφορεία για συνδυασμό επιπέδων:
- Σταθμός/υποσταθμός λεωφορείο.
- Δίαυλος διαδικασίας.
Το λεωφορείο σταθμού/υποσταθμού συνδυάζει τις λειτουργίες του διαύλου «Monitoring/Control» και του διαύλου «Relay Protection Signal Transmission». Και ο δίαυλος διεργασίας εκτελεί τις λειτουργίες του διαύλου "Μετάδοση στιγμιαίας τιμής τάσης και ρεύματος".
Χαρακτηριστικά της μετάδοσης Multicast σε ψηφιακό υποσταθμό
Ποια δεδομένα μεταδίδονται χρησιμοποιώντας multicast;
Η οριζόντια επικοινωνία και μετάδοση μετρήσεων εντός του Ψηφιακού Υποσταθμού πραγματοποιείται με χρήση της αρχιτεκτονικής Publisher-Subscriber. Εκείνοι. Τα τερματικά προστασίας ρελέ χρησιμοποιούν ροές πολλαπλής εκπομπής για την ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ τους και οι μετρήσεις μεταδίδονται επίσης με χρήση πολλαπλής εκπομπής.
Πριν από τον ψηφιακό υποσταθμό στον ενεργειακό τομέα, η οριζόντια επικοινωνία υλοποιούνταν με τη χρήση επικοινωνίας σημείου προς σημείο μεταξύ τερματικών. Ως διεπαφή χρησιμοποιήθηκε είτε ένα χάλκινο είτε ένα οπτικό καλώδιο. Τα δεδομένα διαβιβάστηκαν με χρήση ιδιόκτητων πρωτοκόλλων.
Τέθηκαν πολύ υψηλές απαιτήσεις σε αυτή τη σύνδεση, επειδή αυτά τα κανάλια μετέδιδαν σήματα ενεργοποίησης προστασίας, θέσης συσκευών μεταγωγής κ.λπ. Ο αλγόριθμος για το λειτουργικό μπλοκάρισμα τερματικών εξαρτιόταν από αυτές τις πληροφορίες.
Εάν τα δεδομένα μεταδίδονται αργά ή δεν είναι εγγυημένα, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα ένα από τα τερματικά να μην λάβει ενημερωμένες πληροφορίες για την τρέχουσα κατάσταση και να στείλει ένα σήμα για να απενεργοποιήσετε ή να ενεργοποιήσετε τη συσκευή μεταγωγής όταν, για παράδειγμα , γίνονται κάποιες εργασίες σε αυτό. Ή η αστοχία του διακόπτη δεν θα λειτουργήσει εγκαίρως και το βραχυκύκλωμα θα εξαπλωθεί στο υπόλοιπο ηλεκτρικό κύκλωμα. Όλα αυτά είναι γεμάτα με μεγάλες οικονομικές απώλειες και απειλή για την ανθρώπινη ζωή.
Επομένως, τα δεδομένα έπρεπε να διαβιβαστούν:
- Αξιόπιστος.
- Εγγυημένα.
- Γρήγορα.
Τώρα, αντί για επικοινωνία από σημείο σε σημείο, χρησιμοποιείται λεωφορείο σταθμού/υποσταθμού, δηλ. LAN. Και τα δεδομένα μεταδίδονται χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο GOOSE, το οποίο περιγράφεται από το πρότυπο IEC 61850 (για την ακρίβεια στο IEC 61850-8-1).
Το GOOSE σημαίνει Γενικό Συμβάν Υποσταθμού Αντικειμενοστρεφούς, αλλά αυτή η αποκωδικοποίηση δεν είναι πλέον πολύ σχετική και δεν φέρει κανένα σημασιολογικό φορτίο.
Ως μέρος αυτού του πρωτοκόλλου, τα τερματικά προστασίας ρελέ ανταλλάσσουν μηνύματα GOOSE μεταξύ τους.
Η μετάβαση από σημείο σε σημείο επικοινωνία σε LAN δεν άλλαξε την προσέγγιση. Τα δεδομένα πρέπει ακόμα να μεταδίδονται αξιόπιστα, με ασφάλεια και γρήγορα. Επομένως, τα μηνύματα GOOSE χρησιμοποιούν έναν κάπως ασυνήθιστο μηχανισμό μετάδοσης δεδομένων. Περισσότερα για αυτόν αργότερα.
Οι μετρήσεις, όπως έχουμε ήδη συζητήσει, μεταδίδονται επίσης χρησιμοποιώντας ροές πολλαπλής εκπομπής. Στην ορολογία DSP, αυτές οι ροές ονομάζονται ροές SV (Δειγματική τιμή).
Οι ροές SV είναι μηνύματα που περιέχουν ένα συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων και μεταδίδονται συνεχώς για μια συγκεκριμένη περίοδο. Κάθε μήνυμα περιέχει μια μέτρηση σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Οι μετρήσεις λαμβάνονται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα - τη συχνότητα δειγματοληψίας.
Η συχνότητα δειγματοληψίας είναι η συχνότητα δειγματοληψίας ενός χρονικά συνεχούς σήματος κατά τη δειγματοληψία του.
Ρυθμός δειγματοληψίας 80 δείγματα ανά δευτερόλεπτο
Η σύνθεση των ρευμάτων SV περιγράφεται στο IEC61850-9-2 LE.
Οι ροές SV μεταδίδονται μέσω του διαύλου διεργασίας.
Ο δίαυλος διεργασίας είναι ένα δίκτυο επικοινωνίας που παρέχει ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών μέτρησης και συσκευών επιπέδου σύνδεσης. Οι κανόνες για την ανταλλαγή δεδομένων (στιγμιαίες τιμές ρεύματος και τάσης) περιγράφονται στο πρότυπο IEC 61850-9-2 (επί του παρόντος χρησιμοποιείται το προφίλ IEC 61850-9-2 LE).
Οι ροές SV, όπως τα μηνύματα GOOSE, πρέπει να μεταδίδονται γρήγορα. Εάν οι μετρήσεις μεταδίδονται αργά, οι ακροδέκτες μπορεί να μην λαμβάνουν το ρεύμα ή την τάση που απαιτείται για την έγκαιρη ενεργοποίηση της προστασίας και το βραχυκύκλωμα θα εξαπλωθεί σε μεγάλο μέρος του ηλεκτρικού δικτύου και θα προκαλέσει μεγάλη ζημιά.
Γιατί είναι απαραίτητο το multicast;
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, για την κάλυψη των απαιτήσεων μετάδοσης δεδομένων για οριζόντια επικοινωνία, τα GOOSE μεταδίδονται κάπως ασυνήθιστα.
Πρώτον, μεταδίδονται σε επίπεδο σύνδεσης δεδομένων και έχουν το δικό τους Ethertype – 0x88b8. Αυτό εξασφαλίζει υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων.
Τώρα είναι απαραίτητο να κλείσετε τις απαιτήσεις της εγγύησης και της αξιοπιστίας.
Προφανώς, για εγγύηση είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε εάν το μήνυμα παραδόθηκε, αλλά δεν μπορούμε να οργανώσουμε την αποστολή επιβεβαιώσεων παραλαβής, όπως, για παράδειγμα, γίνεται στο TCP. Αυτό θα μειώσει σημαντικά την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων.
Επομένως, μια αρχιτεκτονική Publisher-Subscriber χρησιμοποιείται για τη μετάδοση GOOSE.
Αρχιτεκτονική Εκδότη-Συνδρομητή
Η συσκευή στέλνει ένα μήνυμα GOOSE στο λεωφορείο και οι συνδρομητές λαμβάνουν το μήνυμα. Επιπλέον, το μήνυμα αποστέλλεται με σταθερό χρόνο T0. Εάν συμβεί κάποιο συμβάν, δημιουργείται ένα νέο μήνυμα, ανεξάρτητα από το εάν η προηγούμενη περίοδος T0 έχει λήξει ή όχι. Το επόμενο μήνυμα με νέα δεδομένα δημιουργείται μετά από πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, μετά από λίγο μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και ούτω καθεξής. Ως αποτέλεσμα, ο χρόνος αυξάνεται σε T0.
Η αρχή της μετάδοσης μηνυμάτων GOOSE
Ο συνδρομητής γνωρίζει από ποιον λαμβάνει μηνύματα και εάν δεν έχει λάβει μήνυμα από κάποιον μετά την ώρα T0, τότε δημιουργεί ένα μήνυμα σφάλματος.
Οι ροές SV μεταδίδονται επίσης σε επίπεδο σύνδεσης, έχουν το δικό τους Ethertype - 0x88BA και μεταδίδονται σύμφωνα με το μοντέλο «Publisher – Subscriber».
Αποχρώσεις πολλαπλής εκπομπής σε ψηφιακό υποσταθμό
Αλλά η "ενεργειακή" multicast έχει τις δικές της αποχρώσεις.
Σημείωση 1. Το GOOSE και το SV έχουν καθορισμένες τις δικές τους ομάδες πολλαπλής εκπομπής
Για την «ενεργειακή» πολλαπλή εκπομπή, χρησιμοποιούνται οι δικές τους ομάδες διανομής.
Στις τηλεπικοινωνίες, η περιοχή 224.0.0.0/4 χρησιμοποιείται για διανομή πολλαπλής εκπομπής (με σπάνιες εξαιρέσεις, υπάρχουν δεσμευμένες διευθύνσεις). Αλλά το ίδιο το πρότυπο IEC 61850 και το εταιρικό προφίλ IEC 61850 από την PJSC FGC ορίζουν τις δικές τους περιοχές διανομής πολλαπλής διανομής.
Για ροές SV: από 01-0C-CD-04-00-00 έως 01-0C-CD-04-FF-FF.
Για μηνύματα GOOSE: από 01-0C-CD-04-00-00 έως 01-0C-CD-04-FF-FF.
Σημείο 2. Τα τερματικά δεν χρησιμοποιούν πρωτόκολλα πολλαπλής διανομής
Η δεύτερη απόχρωση είναι πολύ πιο σημαντική - τα τερματικά προστασίας ρελέ δεν υποστηρίζουν IGMP ή PIM. Τότε πώς λειτουργούν με το multicast; Απλώς περιμένουν να σταλούν τα απαραίτητα στοιχεία στο λιμάνι. Εκείνοι. αν γνωρίζουν ότι είναι εγγεγραμμένοι σε μια συγκεκριμένη διεύθυνση MAC, αποδέχονται όλα τα εισερχόμενα καρέ, αλλά επεξεργάζονται μόνο τα απαραίτητα. Τα υπόλοιπα απλά απορρίπτονται.
Με άλλα λόγια, όλη η ελπίδα στηρίζεται στους διακόπτες. Πώς όμως θα λειτουργήσει το IGMP ή το PIM εάν τα τερματικά δεν στέλνουν μηνύματα Join; Η απάντηση είναι απλή - δεν υπάρχει τρόπος.
Και οι ροές SV είναι αρκετά βαριά δεδομένα. Ένα ρεύμα ζυγίζει περίπου 5 Mbit/s. Και αν όλα μείνουν ως έχουν, αποδεικνύεται ότι κάθε ροή θα μεταδίδεται. Με άλλα λόγια, θα τραβήξουμε μόνο 20 ροές σε ένα LAN 100 Mbit/s. Και ο αριθμός των ροών SV σε έναν μεγάλο υποσταθμό μετράται σε εκατοντάδες.
Ποια είναι τότε η διέξοδος;
Απλό - χρησιμοποιήστε παλιά αποδεδειγμένα VLAN.
Επιπλέον, το IGMP στο Digital Substation LAN μπορεί να παίξει ένα σκληρό αστείο και αντίστροφα, τίποτα δεν θα λειτουργήσει. Εξάλλου, οι διακόπτες δεν θα αρχίσουν να μεταδίδουν ροές χωρίς αίτημα.
Επομένως, μπορούμε να επισημάνουμε έναν απλό κανόνα έναρξης λειτουργίας - «Δεν λειτουργεί το δίκτυο; – Απενεργοποιήστε το IGMP!”
Κανονιστική βάση
Αλλά ίσως είναι ακόμα δυνατό να οργανωθεί με κάποιο τρόπο ένα LAN για έναν Ψηφιακό Υποσταθμό που βασίζεται σε multicast; Ας προσπαθήσουμε να στραφούμε τώρα στην κανονιστική τεκμηρίωση για το LAN. Ειδικότερα, θα παραθέσω αποσπάσματα από τα ακόλουθα STO:
- ΣΤΟ 34.01-21-004-2019 - ΨΗΦΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΙΣΧΥΟΣ. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΥΠΟΣΤΑΘΜΩΝ ΜΕ ΤΑΣΗ 110-220 kV ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΥΠΟΣΤΑΘΜΩΝ ΚΟΣΜΩΝ ΜΕ ΤΑΣΗ 35 kV.
- ΣΤΟ 34.01-6-005-2019 – ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ. Γενικές τεχνικές απαιτήσεις.
- STO 56947007-29.240.10.302-2020 - Τυπικές τεχνικές απαιτήσεις για την οργάνωση και την απόδοση τεχνολογικών δικτύων LAN στο σύστημα ελέγχου διεργασιών του υποσταθμού UNEG.
Ας δούμε πρώτα τι μπορεί να βρεθεί σε αυτά τα πρατήρια καυσίμων σχετικά με το multicast; Υπάρχει αναφορά μόνο στο τελευταίο STO από την PJSC FGC UES. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών αποδοχής LAN, το πρατήριο σάς ζητά να ελέγξετε εάν τα VLAN έχουν ρυθμιστεί σωστά και να ελέγξετε ότι δεν υπάρχει κίνηση πολλαπλής εκπομπής στις θύρες μεταγωγέα που δεν καθορίζονται στην τεκμηρίωση εργασίας.
Λοιπόν, το πρατήριο καυσίμων ορίζει επίσης ότι το προσωπικό σέρβις πρέπει να γνωρίζει τι είναι multicast.
Αυτά είναι όλα για την πολλαπλή εκπομπή...
Τώρα ας δούμε τι μπορείτε να βρείτε σε αυτά τα πρατήρια καυσίμων σχετικά με τα VLAN.
Εδώ, και τα τρία πρατήρια συμφωνούν ότι οι μεταγωγείς πρέπει να υποστηρίζουν VLAN που βασίζονται στο IEEE 802.1Q.
Το STO 34.01-21-004-2019 λέει ότι τα VLAN θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των ροών και με τη βοήθεια των VLAN, η κίνηση πρέπει να χωριστεί σε προστασία ρελέ, αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών, AIIS KUE, παρακολούθηση βίντεο, επικοινωνίες κ.λπ.
Το STO 56947007-29.240.10.302-2020, επιπλέον, απαιτεί επίσης την προετοιμασία ενός χάρτη διανομής VLAN κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού. Ταυτόχρονα, το πρατήριο προσφέρει τις σειρές διευθύνσεων IP και VLAN για εξοπλισμό DSP.
Το STO παρέχει επίσης έναν πίνακα προτεινόμενων προτεραιοτήτων για διαφορετικά VLAN.
Πίνακας προτεινόμενων προτεραιοτήτων VLAN από STO 56947007-29.240.10.302-2020
Από την άποψη της διαχείρισης ροής, αυτό είναι. Αν και υπάρχουν πολλά ακόμα να συζητήσουμε σε αυτά τα πρατήρια - από διάφορες αρχιτεκτονικές έως ρυθμίσεις L3 - σίγουρα θα το κάνουμε αυτό, αλλά την επόμενη φορά.
Ας συνοψίσουμε τώρα τη διαχείριση ροής στο LAN του Ψηφιακού Υποσταθμού.
Συμπέρασμα
Στον Ψηφιακό Υποσταθμό, παρά το γεγονός ότι μεταδίδονται πολλές ροές πολλαπλής εκπομπής, στην πραγματικότητα δεν χρησιμοποιούνται τυπικοί μηχανισμοί διαχείρισης κυκλοφορίας πολλαπλής εκπομπής (IGMP, PIM). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι τελικές συσκευές δεν υποστηρίζουν πρωτόκολλα πολλαπλής διανομής.
Τα παλιά καλά VLAN χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των ροών. Ταυτόχρονα, η χρήση του VLAN ρυθμίζεται από κανονιστική τεκμηρίωση, η οποία προσφέρει αρκετά καλά ανεπτυγμένες συστάσεις.
Χρήσιμοι σύνδεσμοι:
.
Πηγή: www.habr.com