استانداردهای متداول در زمینه اتوماسیون پست

سرويس علمی برق نیوز: در اروپا استانداردهای IEC بیشتر تبعیت شده و در آمریکا نیز گرایش به استانداردهای IEEE بیشتر بوده است. در حال حاضر راه‌حلهای مطرح، راه‌حلهای خاص سازندگان و بر مبنای سخت‌افزار می‌باشد.

در نتیجه با یک تعداد زیادی پروتکلهای مخابراتی مواجه هستیم که این امر باعث می‌شود تا تجهیزات شرکتهای مختلف نتوانند با هم ارتباط برقرارکنند و در صورتی که بخواهند با هم ارتباط داشته باشند باید هزینه‌های بی‌تناسب صرف شود.

پروتکل و دسته‌بندی انواع آن

یک پروتکل اساساً مجموعه‌ای از قوانین برای ارسال اطلاعات در عملکرد یک سیستم مخابراتی است، در حقیقت ترکیب لایه‌های مختلف مدل ارتباطی مرجع (OSI) آنطور که نیازهای سیستم را برآورده سازد به یک پروتکل مخابراتی منجر می‌شود. اغلب مواقع انتخابهایی در مورد هر یک از لایه‌ها برای کاربرد وجود دارد. اجتماع این انتخابها برای تشکیل یک پروتکل یک پروفایل نامیده می‌شود.

برای اینکه المانهای یک مجموعه مخابراتی بتوانند با هم ارتباط برقرارکنند همگی باید از یک پروفایل استفاده کنند. هدف قوانینی که به وسیله یک پروفایل تعریف منظم و هماهنگ کردن جنبه‌های مختلف عملکرد سیستم در زمینه‌های زیر است:

1- Framing: چارچوب و ساختار اطلاعات ارسالی فارغ از محتوای اطلاعات ارسالی

2- Error Control: پاسخ سیستم در صورت تشخیص خطا

3- Sequnce Cotrol: در صورت بزرگ‌بودن پیام، نحوه شکستن آن به پیام‌های کوچکتر و نحوه بازسازی پیام‌های گم‌شده

4- Transarancy: نحوه تشخیص اطلاعات از پیام‌ها و بیت‌های کنترلی

5- Line Control: کدام المان قصد ارسال اطلاعات را دارد، چه اطلاعاتی و در چه زمانی

6- Time Out Control: در صورتی که یک المان پاسخ ندهد چه رویه‌هایی باید اجرا شود تا حالت سیستم به حالت عادی بازگردد و چه اندازه تأخیر باید درنظرگرفته شود.

به طور کلی دسته‌بندی وسیعی از پروتکل‌های مخابراتی در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در سیستم اتوماسیون پست از نظر نوع و موارد استفاده می‌توان پروتکل‌ها را به 3 دسته اصلی تقسیم‌بندی کرد.

1- پروتکل‌های استاندارد

2- پروتکل‌های بین‌المللی

3- پروتکل‌های خاص سازندگان مختلف

در مورد شبکه LAN بین بِی و نیز ارتباط واحدهای کنترل بِی، با رله‌های حفاظتی و سایر تجهیزات دیجیتال سطح بِی و سطح عملکرد یکسری پروتکل‌های استاندارد مانند IEC870-5-101 و
IEC870-5-103 و نیز برخی پروتکل‌های خاص سازندگان مانند پروتکل LON از شرکت ABB و یا پروتکل Courier از شرکت آلستوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مورد ارتباط با رله‌های حفاظتی باید گفت که این رله‌ها معمولاً یکسری از پروتکل‌های استاندارد و بین‌المللی مانند IEC870-5-103 و Modbus در کنار پروتکل‌های خاص سازنده پشتیبانی می‌کنند.

در ارتباط با پروتکل‌های مخابراتی امروزه علی‌رغم اینکه سیستم‌های پیشنهادی سازندگان مختلف عموماً باز (open system) هستند ولی هنوز مشکلاتی در کارکرد متقابل محصولات سازندگان مختلف با یکدیگر وجود دارد. تنها در صورت استفاده از استانداردهای IEC 61850 و UCA 2.0 مشکل کارکرد متقابل محصولات سازندگان مختلف حل خواهد شد.

پروتکل های رایج در زمینه اتوماسیون پست ها:

برخی از پروتکل‌های مطرح عبارتند از:

· IEC 870-5

· DNP3.0

· FMS

· UCA

· LON work

· IEEE-SA TR1550

· IEEE P1379

سری استاندارد IEC 60870-5

عنوان کلی این استاندارد Telecontrol Equipment and System می‌باشد.

این مجموعه یک پروتکل ساده و قابل اطمینان است که ارسال اطلاعات و فرامین به سیستم‌های گسترده جغرافیایی یا دریافت از آنها را به وسیله یک ارتباط با سرعت پایین (64 kbps) را به صورت دائم تعریف می‌کند.

این پروتکل EPA با استفاده از سه لایه از مبدل OSI تبعیت کرده و برای شبکه‌های مخابراتی کم‌سرعت جهت گرفتن پاسخ زمانی مناسب برای سیستم‌های اسکادا طراحی شده است. این استاندارد شامل فصول زیر است:

استاندارد IEC 60870-5-101

این بخش از استاندارد IEC 60870-5 تحت عنوان:

Telecontrol Equipment and System part 5 section 101: Transmission Protocols Comanion Standard for Basic Telecontrol Task

در سال 1995 جهت سیستمهای اسکادای برق طراحی شده است.

هدف از این پروتکل امکان برقراری عملکرد متقابل بین تجهیزات تله کنترل در پستها و بین پست و مراکز کنترل از سازندگان متفاوت بود. لذا کاربرد آن بیشتر در کنترل و مانیتورینگ شبکه‌های گسترده از لحاظ جغرافیایی است. امروزه در سیستم‌های اتوماسیون که بر مبنای عملکرد RTU طراحی می‌شوند این پروتکل برای برقراری ارتباط بین سطح بِی و سطح استگاه بکار می‌رود.

استاندارد IEC 60870-5-104

این بخش از استاندارد تحت عنوان:

Telecontrol Equipment and System part 5 section 104: Transmission Protocols Network Access for IEC 60870-5-101 Using Standard Profiles

در سال 1998 جهت سیستم‌های اسکادای برق طراحی شد. هدف از این استاندارد، استفاده از داده‌های لایه Application پروتکل 60870-5-103 روی شبکه‌های دیجیتال داده توسط پروتکل TCP/IP بود. به این ترتیب مقدمات ارتباط نظیر به نظیر بین گره‌ها داده توسط این پروتکل فراهم می‌شود.

استاندارد IEC 60870-5-103

این بخش از استاندارد تحت عنوان:

Telecontrol Equipment and System part 5 section 103: Transmission Protocols Informative Interface of Protection Equipment

در سال 1997 برای اتوماسیون پست طراحی شد.

این استاندارد جهت Upload کردن داده‌های رله‌های حفاظتی پستها طراحی شده که لایه فیزیکی این پروتکل می‌تواند RS485 و یا فیبر نوری باشد. آرایش ارتباطی به صورت نقطه به نقطه و روند انتقال به صورت Master-Slave است.

این استاندارد دو نوع روش تبادل اطلاعات بیان می‌کند که اولین روش برای استفاده از سرویس‌ داده‌های لایه Aplication و پیام‌های استاندارد تعریف می‌شود و دومین روش برای استفاده از سرویس‌های generic می‌باشد. یک قابلیت توسعه این استاندارد استفاده از محدوده private است. متأسفانه همه عملکردهای حفاظتی در این پروتکل تعریف نمی‌شود و صرفاً چهار عملکرد زیر به صورت استاندارد تعریف شده است.

1- Distance Protection

2- Over Current

3- Differential Protection

4- Line Differential Protection

به همین دلیل محدوده پیام‌هی استاندارد جهت جمع‌آوری سیگنالهای حفاظتی کافی نبوده و به ناچار پیمانکاران از سرویس‌های generic و یا از محدوده private استفاده می‌کنند که موجب غیراستانداردشدن ارتباط می‌گردد.

استاندارد IEEE-SA TR 1550

عنوان این استاندارد IEE-SA Technical Report on Utility Communications (UCA), Version 2.0 می‌باشد که در سال 1999 جهت سیستمهای اتوماسیون پست طراحی شده است. هدف از این استاندارد رسیدن به یک شبکه استاندارد برای همه سیستم‌های کنترلی مثل مراکز کنترل، نیروگاهها و پستها و سیستم‌های مدیریت انرژی است.

این استاندارد دو جزء اساسی را مطرح می‌کند: مدل داده و مدل سرویسهای عمومی کاربرد که:

مدل داده که داده‌های Bay شامل حفاظت و کنترل را توصیف می‌کند تحت عنوان GOMSEF شناخته می‌شود و مدلی که سرویسهای لازم جهت تبادل پیام، فرمان، داده و ... را بین تجهیزات اولیه (تجهیزات فشار قوی و ثانویه توصیف می‌کند تحت عنوان CASM شناخته می‌شود.

این پروتکل شامل سازگاری‌هایی با اینترنت بوده و برای کاربردهای آب و گاز نیز کاربرد دارد.

استاندارد IEC61850

عنوان این استاندارد Communication Network and System in Substation می‌باشد و جهت سیستم‌های اتوماسیون پستها در فاز طراحی بکار می‌رود که در جای مناسب مفصلاً بحث خواهد شد.

این استاندارد قصد دارد بین تجهیزات پست یک ارتباط مخابراتی باز ایجاد کند تا بدین طریق تجهیزات مختلف بتوانند با یکدیگر قابلیت کارکرد متقابل را داشته باشند.

استاندارد IEEEP1379

عنوان این استاندارد عبارتست از :

Recommended Practice for Data Communication Between RTUs and IEDDs in substation

این استاندارد در اواسط سال 2000 میلادی در ارتباط با اتوماسیون پست به صورت یک توصیه ارائه شده است. هدف از این استاندارد فراهم‌آوردن یک سری خطوط راهنما برای ارتباط بین RTU و IEDها در یک پست می‌باشد و به تنهایی یک استاندارد مخابراتی را تعیین نمی‌کند. ولی در عوض به استانداردهای جاری IEC60870-5-101 و DNP 3.0 اشاره دارد و روشهای اضافه‌نمودن المانهای داده به این پروتکلها و ساختار پیغام‌ها را مطرح می‌کند تا سازندگان مختلف نیازی به صرف وقت و هزینه سنگین برای ارتباط تجهیزات خود نداشته باشند.

استاندارد DNP (Distributed Network Protocol)

این استاندارد یک استاندارد Defacto می‌باشد که در سال 1993 برای سیستم‌های اسکادای برق طراحی شده است.

این پروتکل در لایه فیزیکی قابلیت کارکرد روی Ethernet، RS485 و RS232 را دارد.

این پروتکل در سال 1993 توسط شرکت Hariss توسعه یافت و پس از آن مسئولیت و مالکیت آن به گروه کاربران DNP منتقل شد. این پروتکل برخلاف پروتکل IEC 60870-5-101 قابلیت کابرد در ارتباطات نظیر به نظیر را دارا می‌باشد.

استاندارد UCA

این استاندارد در آمریکا رشد کرد و از آنجا که استاندارد DNP3 برای سیستم‌های اسکادا طراحی شده است نه برای اتوماسیون پستها، سبب شد این استاندارد فراگیر شود و با انتشار UCA2.0 استاندارد DNP جای خود را به UCA2.0 داد و ویژگی‌های زیر به گسترش آن کمک کرد:

1- طراحی از همان ابتدا برای اتوماسیون پست‌ها

2- داشتن قابلیتهای کاربرد اینترنتی

3- امکان دسترس‌پذیری Multi-Client

4- امکان مخابرات داده‌ها نظیر به نظیر