Język SCL i struktura obiektów

TABELA 1. Pierwsze litery nazw węzłów logicznych w zależności od typu funkcji obsługiwanych przez dany węzeł

Zgodnie z rozdziałem 6 standardu IEC 61850 jedną z czterech istniejących kategorii informacji opisywanych za pomocą języka SCL jest konfiguracja urządzenia. To w niej zapisywane są ustawienia dotyczące np. operacji logicznych wykonywanych przez podzespół, sposób wyświetlania informacji przeznaczonych dla użytkownika, wewnętrzne połączenia i ewentualne inne ustawienia, które nie wynikają z samych wymagań IEC 61850.

Utworzone w ten sposób pliki konfiguracyjne muszą być następnie załadowane do urządzenia. Sam standard nie określa metody, jaka ma zostać użyta do wprowadzenia konfiguracji ale w praktyce stosuje się albo usługi dostępu do plików zgodne z IEC 61850, protokół FTP lub inne protokoły opracowane z myślą o konkretnych urządzeniach.

Model urządzenia IEC 61850 zaczyna się od fizycznego opisu sprzętu. Dotyczy on realnie istniejącego obiektu, który podłącza się do sieci i jest on rozpoznawalny za pomocą adresu sieciowego.

W ramach każdego takiego urządzenia może być wydzielone kilka bloków logicznych. W tej sytuacji sprzęt jest widziany tylko jako bramka pozwalająca na dostęp do grupy logicznej. Każde z urządzeń logicznych może zawierać jeden lub więcej węzłów logicznych, które grupują związane ze sobą usługi.

Przykładowa zawartość pliku konfi guracyjnego w języku SCL

Wszystkie węzły logiczne przeznaczone do kontroli automatycznej mają nazwy rozpoczynające się na literę A, a węzły odpowiedzialne za pomiary mają nazwy rozpoczynające się od litery M.

W tabeli 1. umieszczono listę liter przypisanych poszczególnym typom węzłów. Na końcu nazw każdego z węzłów logicznych dodawana jest liczba określająca liczba, dzięki której możliwe jest rozróżnienie kilku identycznych węzłów.

Każdy z węzłów logicznych zawiera jeden lub więcej elementów danych, z których każdy ma unikalną nazwę. Nazwy te są ustalone w ramach standardu. Przykładowo XCBR to określenie węzła w którym znajduje się wyłącznik (Circuit Breaker).

W węźle tym znajdują się m.in. dane określające czy może być on sterowany zdalnie czy lokalnie (parametr Loc), liczbę wykonanych przełączeń (OpCnt), aktualną pozycję (Pos), dostęp do polecenia otwarcia i zamknięcia (BlkOpn, BlkCls). Każdy z tych elementów danych w węźle odpowiada specyfikacji danej klasy.

Rys.4. Struktura obiektów w IEC 61850

Istnieją oddzielne klasy przeznaczone do informacji o stanie urządzenia, do pomiarów, do danych o stanie, na które można wpływać, czy też do wprowadzania nastaw analogowych. Każda z tych klas ma swoją nazwę i zdefiniowane w jej ramach atrybuty, także o określonych nazwach, typie i zastosowaniu.

Każdy z tych atrybutów przypisywany jest do zestawu ograniczeń funkcjonalnych, które dzielą atrybuty na kategorie. Przykładowo, w klasie SPS (Single Point Status) znajdują się atrybuty statusu, podstawianych wartości, opisu i rozszerzonej definicji.

Dostęp do poszczególnych atrybutów odbywa się poprzez podanie pełnej ścieżki urządzeń i bloków logicznych, w których się on znajduje. Przykładem może być formuła: Relay1/XCBR1$ST$Loc$stVal, gdzie pierwsza część nazwy odpowiada urządzeniu logicznemu, druga to węzeł, trzecia to grupa kategoria funkcjonalna, czwarta to blok danych, a piąta to żądany atrybut.

Projektowanie wizualne

Rys.5. Widok okna programu Visual SCL

Istnienie standardu pozwala też na wprowadzenie uniwersalnych narzędzi, które ułatwiają proces tworzenia podstacji elektroenergetycznych. Przykładem są narzędzia takie jak Visual SCL firmy Applied Systems Engineering, które służy do tworzenia, edycji i obrazowego przedstawiania plików zapisanych w języku SCL, dla użytkowników, którzy nie znają formatu XML.

Pozwala to skoncentrować się na projekcie systemu, a nie na sposobie zapisu konfiguracji do pliku. Odpowiedni edytor graficzny umożliwia czytelne i intuicyjne zobrazowanie układu urządzeń w stacji i na tej podstawie automatycznie generuje pliki SCL.

Model podstacji

Rys.6. Schemat połączeń w sieci komunikacyjnej zgodnej z IEC 61850

Przykładowy kompletny model podstacji wykonanej zgodnie z IEC 61850 został przedstawiony na rys. 6. Dane pochodzące z czujników prądu i napięcia oraz wszelkiego rodzaju informacje o stanie podstacji są zbierane i zamieniane na postać cyfrową przez jednostki grupujące MU, które fizycznie mogą być zlokalizowane na terenie podstacji lub w pokoju kontrolnym.

Dane z tych jednostek są następnie zbierane za pomocą szybkiego, redundantnego połączenia, które zazwyczaj wykonywane jest w postaci optycznej sieci Ethernet. Połączenie to bazuje o szybkie, redundantne switche ethernetowe, które pozwalają na zachowanie bardzo krótkich opóźnień oraz spełniają wszystkie opisane wcześniej wymagania. Dane te są następnie przekazywane tylko i wyłącznie na te porty, które zostały skonfigurowane jako odbiorcy pobieranych informacji.

Rys.7. Przykładowe okno klienta HMI rozdzielni prądu (źródło: Siemens)

Na poziomie podstacji istnieje tzw. magistrala stacji, która zapewnia podstawową komunikację pomiędzy poszczególnymi węzłami logicznymi. Odbywa się ona w dwojaki sposób – albo połączeniowo, tj. na żądanie, albo też bezpołączeniowo, zgodnie z protokołem GOOSE – IEC Generic Object Oriented Substation Event).

Naturalnie, wszystkie te systemy komunikacyjne wykonywane są w sposób redundantny. Na najwyższym poziomie omawianej architektury znajdują się wszelkiego rodzaju urządzenia klienckie, które pobierają dane na temat pracy stacji.

Mogą to być np. lokalne terminale HMI, panele operatorskie, czy choćby programy do zarządzania i planowania dystrybucji energii. Wszelkie zasady dotyczące ochrony dostępu do danych realizowane są właśnie na tym poziomie.

Na etapie projektowania sieci połączeń do stacji energetycznych niezbędna jest wiedza o całości zagadnienia związanego z IEC 61850, ponieważ warstwa transportu danych w systemie ma dokładnie takie samo znaczenie, jak jego wszystkie inne elementy.

Zalety systemów zgodnych z nową normą wynikają z łącznych możliwości poszczególnych komponentów systemu. Nowa filozofia systemu zakłada, że równorzędnymi elementami są zarówno urządzenia montowane w polu zasilającym, jak i poszczególne fragmenty oprogramowania.

Analiza funkcjonalności systemu stacyjnego w zawężeniu tylko do urządzeń stacyjnych nie ma sensu, ponieważ w myśl nowej filozofii mechanizmy wbudowane w switche sieciowe stanowią część urządzenia i dlatego mają wpływ na jego parametry.

Zmiana jednego parametru pociąga za sobą zmiany w wielu innych punktach systemu. Oznacza to, że wszelkie niedociągnięcia w budowie sieci przekładają się na błędy w działaniu całej stacji, które ujawnić się mogą np. dopiero w przypadku wystąpienia awarii.