Muuntoasemien kielellä: Vaisalan DGA-kaasuanalysaattorin ymmärtämät tiedonsiirtoprotokollat

Power substation
Matti Kokki Picture
Matti Kokki
System Architect
18. Kesä 2019
Sähköntuotanto ja -siirto

Aina ei ole helppoa varmistaa, että laitteiston eri osat pystyvät kommunikoimaan keskenään. Siksi Vaisala Optimus™ OPT100 -DGA-kaasuanalysaattori   tukee kolmea suosituinta tiedonsiirtoprotokollaa – näin muuntoasemista kerätyt tärkeät tiedot pääsevät varmasti perille sinne, missä niitä tarvitaan.

Muuntoasemaan asennettu OPT100-kaasuanalysaattori liitetään aseman SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) järjestelmään. Järjestelmä käsittelee kaasuanalysaattorin keräämät mittaustiedot, joita on tyypillisesti 10–50 öljyanalyysia kohti. Mittaustulokset lähetetään SCADA-järjestelmään käyttämällä koneiden välistä tiedonsiirtoprotokollaa.

Käytännössä SCADA-järjestelmä pyytää kaasuanalysaattorista tietoja säännöllisesti, esimerkiksi kerran sekunnissa. Mittaustulosten lisäksi nämä tiedot voivat sisältää esimerkiksi hälytyksiä ja järjestelmän tilatietoja.

SCADA-tietoliikenteessä voidaan käyttää useita eri tiedonsiirtoprotokollia. Aiemmin valmistajat määrittivät usein omat protokollansa, mikä aiheutti yhteensopivuusongelmia muuntoaseman verkko-osien välillä. Standardointi on onneksi vähentänyt käytössä olevien protokollien määrää ja parantanut yhteensopivuutta. Jos muuntoaseman osat eivät tue samoja protokollia kuin muuntoaseman SCADA-järjestelmä, tarvitaan protokollamuunnin.

OPT100 tukee kolmea yleisimmin käytössä olevaa tiedonsiirtoprotokollaa: Modbusia, DNP3:a ja IEC 61850:tä. Niitä kaikkia voidaan käyttää perustietojen siirtoon OPT100-analysaattorista SCADA-järjestelmään, mutta niiden ominaisuuksissa ja toiminnassa on joitakin eroja. Seuraavassa tarkastelemme näitä kolmea protokollaa hiukan yksityiskohtaisemmin.

Modbus

Modbus on vanhin näistä kolmesta tiedonsiirtoprotokollasta. Se määritettiin 1970-luvulla, ja vaatimattomasta ominaisuuksien määrästään huolimatta sitä käytetään edelleen laajalti. Se on yleisprotokolla, jossa ei ole erityisesti muuntoasemille suunniteltuja ominaisuuksia. 

Modbus voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla. OPT100 antaa käyttöön kaksi yleisintä toteutustapaa: Modbus/RTU:n, jossa laitteistokerroksena käytetään RS-485:tä, ja Modbus/TCP:n, jota käytetään Ethernetin kautta. Modbus-tiedonsiirto perustuu isäntä-orjaperiaatteeseen. Isäntä aloittaa tietoliikenteen, ja orja vastaa itselleen osoitettuihin viesteihin. Muuntoasemassa SCADA toimii isäntänä ja pyytää tietoja orjalaitteelta eli OPT100-analysaattorilta lukemalla Modbus-rekisterit.

Modbus-tiedonsiirron määrittäminen vaatii paljon manuaalista työtä. Modbus-liittymän kuvaus (niin sanottu rekisterikartta) on selkokielinen asiakirja, jossa selitetään, mitkä Modbus-toiminnot toteutetaan, mille tiedoille määritetään vastaavuus mihinkin rekisteriin ja mikä näiden tietojen muoto on. Kun Modbus-laitetta käytetään SCADA-järjestelmän kanssa, asentajan täytyy määrittää järjestelmä manuaalisesti käyttämällä Modbus-rekisterikartan tietoja.

DNP3

DNP3-protokolla määritettiin 1990-luvulla erityisesti sähköasemia ja muita energia-alan sovelluksia, kuten vedenkäsittelyä ja kaasutuotantoa, varten. Sitä käytetään enimmäkseen Amerikassa ja joissakin Aasian maissa, muun muassa Japanissa.

DNP3 on määritetty sarja- ja Ethernet-liityntöjä varten, ja siinä on useita muuntoasematoimintoja tukevia ominaisuuksia. DNP3-liityntä kuvataan laitteen mukana toimitetussa laiteprofiiliasiakirjassa, jossa selitetään kaikki tietoliikenneparametrit, käytettävissä olevat toiminnot ja mittaustiedot. Profiiliasiakirjaa voi tarkastella selkokielisessä muodossa, tai sen voi ladata SCADA-järjestelmään määritystä helpottamaan.

DNP3-protokollassa SCADA-järjestelmä toimii isäntäasemana ja OPT100 ala-asemana. Protokolla käytetään enimmäkseen isäntä-orjatilassa, mutta myös DNP3-ala-asemat voivat aloittaa tietyntyyppisiä tiedonsiirtoja, kuten hälytyksiä.

OPT100:ssa on Ethernet-pohjainen DNP3-liityntä, jonka yksityiskohtainen kuvaus on OPT100-DNP3-laiteprofiiliasiakirjassa.

IEC 61850

IEC 61850 on IEC:n (International Electrotechnical Commission) kehittämä standardi muuntoasemien automaation rakenteelle. Sitä pidetään yleisesti tulevaisuuteen suuntautuneena ratkaisuna. Se sisältää viitearkkitehtuurin sekä useita protokollia ja tietomalleja, ja se on paljon monimutkaisempi kuin Modbus- ja DNP3-protokollat. Pääajatuksena on, että kaikki muuntoaseman osat – muuntajat, kytkimet, releet, mittauslaitteet, tietoliikennelinkit, määritykset ja niin edelleen – kuvataan käyttämällä SCL (Substation Configuration description Language) kieltä. Tavoitteena on antaa käyttöön valmistajariippumaton tapa kuvata ja käyttää sähköasemia.
IEC 61850 kontekstissa OPT100 on niin sanottu IED (Intelligent Electronic Device) laite. IED sisältää aina joukon sitä kuvaavia SCL-tiedostoja. Käytännössä muuntoaseman suunnittelija tuo SCL-tiedoston muuntoaseman tietokantaan ja määrittää tarvittavat parametrit. Konfiguroitu tiedosto ladataan sitten OPT100-analysaattoriin, jolloin siitä tulee muuntoaseman toimintojen looginen osa. Lisätietoja IEC 61850 käyttäjäryhmästä on osoitteessa www.iec61850.ucaiug.org.

Tämä oli vain lyhyt yleiskuvaus kolmesta tärkeimmästä protokollasta. Pääajatus on kuitenkin se, että käytitpä sitten Modbus-, DNP3- tai IEC 61850 protokollaa mittausten tuonnissa muuntoaseman SCADA-järjestelmään, Vaisala Optimus™ OPT100 DGA-kaasuanalysaattori on tilanteen tasalla.

Lataa sähköinen oppaamme, josta saat lisätietoja Vaisalan mittalaitteista ja palveluista sähköntuotantosovelluksiin sekä työkaluja kunkin sovelluksen tarpeisiin.

Kirjoita kommentti