Parler le langage des sous-stations : protocoles de communication standardisés dans le moniteur DGA de Vaisala

Poste électrique
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Matti Kokki
System Architect
Jun 18, 2019
Transmission de puissance

Assurer la communication entre différents équipements n'est pas toujours facile et c'est la raison pour laquelle le moniteur Vaisala Optimus™ DGA OPT100 prend en charge les trois protocoles de communication les plus répandus, pour aider à la collecte et au transfert des données vitales en provenance des sous-stations électriques.

Lorsque le moniteur OPT100 est installé dans une sous-station électrique, il se connecte au système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) de celle-ci. Ce système traite les données de mesures collectées par le moniteur, en général, entre 10 et 50 valeurs de mesure de chaque analyse d'huile. Les résultats sont envoyés au système SCADA à l'aide des protocoles de communication machine à machine. 

Dans la pratique, le système SCADA demande régulièrement des informations au moniteur, une fois par seconde, par exemple. Outre les résultats de mesure, ces informations peuvent aussi inclure des alarmes ou les états du système. 

Il existe plusieurs protocoles de communication différents pour la communication SCADA. Avant, les fabricants définissaient souvent leur propre protocole, ce qui provoquait des problèmes de compatibilité entre les composants réseau des sous-stations. Grâce à la standardisation, le nombre de protocoles différents utilisés a diminué, ce qui a permis d'améliorer l'interopérabilité. Si les composants d'une sous-station ne prennent pas en charge les mêmes protocoles que le système SCADA d'une sous-station, un convertisseur de protocole est nécessaire. 

L'OPT100 prend en charge les trois protocoles de communication les plus répandus, à savoir : Modbus, DNP3 et CEI 61850. S'ils peuvent tous servir à transférer des informations de base de l'OPT100 au système SCADA, leurs fonctionnalités et leur mode de fonctionnement diffèrent légèrement. Examinons plus dans le détail chacun de ces trois protocoles. 

Modbus

Le protocole Modbus, le plus ancien des trois, a été défini dans les années 1970 et, même si son éventail de fonctionnalités est modeste, il reste très répandu. C'est un protocole général sans fonctionnalités spécifiques aux sous-stations.
 
Le protocole Modbus peut être mis en œuvre de plusieurs manières. L'OPT100 propose les deux façons les plus répandues : Modbus RTU avec RS-485 comme couche matérielle et Modbus TCP sur Ethernet. La communication Modbus repose sur le principe maître-esclave. Le maître initialise la communication et l'esclave répond aux messages qui lui sont adressés. Dans une sous-station électrique, le système SCADA est le maître et demande des informations à l'OPT100-esclave en lisant les registres Modbus. 

La configuration de la communication Modbus exige un gros travail manuel. La description de l'interface Modbus (souvent appelée table de registre) est un document lisible par l'homme qui explique les fonctions Modbus mises en œuvre et les informations mappées vers chaque registre avec le format des données. Lorsqu'un dispositif Modbus est utilisé avec un système SCADA, le technicien chargé de l''installation doit configurer manuellement le système en utilisant les données de la table de registre Modbus. 

DNP3

Le protocole DNP3 a été défini dans les années 1990 et conçu spécialement pour les sous-stations électriques et autres applications utilitaires telles que le traitement de l'eau et l'approvisionnement en gaz. Il est principalement utilisé sur le continent américain et dans certains pays d'Asie comme le Japon.

Le protocole DNP3 a été défini pour les interfaces Ethernet et de communication série ; il contient plusieurs fonctions compatibles avec les fonctionnalités spécifiques aux sous-stations. L'interface DNP3 est décrite dans le document sur le profil du périphérique livré avec le périphérique qui explique tous les paramètres de communication, fonctions disponibles et informations de mesure. Le document sur le profil peut être affiché dans un format lisible par l'homme ou téléchargé sur le système SCADA pour faciliter la configuration. 

Avec le protocole DNP3, le système SCADA est une station-maître et l'OPT100 est une station extérieure. Le DNP3 est principalement utilisé en mode maître-esclave même si les stations extérieures DNP3 peuvent également être à l'origine de certains types de communication comme l'envoi d'alarmes, par exemple. 

L'OPT100 a une interface DNP3 basée sur Ethernet – le document sur le profil du périphérique OPT100 DNP3 contient une description détaillée

IEC 61850

La CEI 61850 est une norme pour concevoir l'automatisation des sous-stations développée par la Commission électrotechnique internationale (ou International Electrotechnical Commission (IEC) en anglais). Cette norme est souvent considérée comme la solution d'avenir. Elle contient l'architecture de référence et plusieurs protocoles et modèles de données ; elle est bien plus complexe que les protocoles Modbus et DNP3. L'idée principale étant que tous les composants de la sous-station (transformateurs, commutateurs, relais, équipement de mesure, liaisons de communication, configurations, etc.) sont décrits en langage de configuration SCL (Substation Configuration description Language). Ainsi, une méthode non propriétaire permettant de décrire et de faire fonctionner les sous-stations électriques est proposée. 

Dans le contexte de la CEI 61850, l'OPT100 est appelé un dispositif électronique intelligent (IED). Un IED contient toujours un ensemble de fichiers SCL qui le décrit. Dans la pratique, le concepteur de la sous-station importe un fichier SCL dans la base de données de la sous-station et configure les paramètres nécessaires, puis le fichier configuré est chargé sur l'OPT100 et devient une partie logique des fonctionnalités de la sous-station.

Le groupe des utilisateurs de la CEI 61850 se trouve à cette adresse : www.iec61850.ucaiug.org

Voici un aperçu rapide des trois principaux protocoles mais l'idée principale est la suivante : quel que soit le protocole utilisé (Modbus, DNP3 ou CEI 61850) pour mettre en œuvre les mesures dans le système SCADA d'une sous-station, le moniteur Vaisala Optimus™ DGA OPT100 vous couvre. 

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