PREHOD NA OMREŽNI PROTOKOL IEC 60870-5-104 V …
58
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija Igor Lah PREHOD NA OMREŽNI PROTOKOL IEC 60870-5-104 V PODJETJU ELES Diplomsko delo Maribor, junij 2014
Transcript of PREHOD NA OMREŽNI PROTOKOL IEC 60870-5-104 V …
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija
Igor Lah
PREHOD NA OMREŽNI PROTOKOL
IEC 60870-5-104 V PODJETJU ELES
Diplomsko delo
Maribor, junij 2014
ii
PREHOD NA OMREŽNI PROTOKOL
IEC 60870-5-104 V PODJETJU ELES
Diplomsko delo
Študent: Igor Lah
Študijski program: visokošolski strokovni
Informatika in tehnologije komuniciranja
Smer: Sistemska podpora informatiki in tehnologijam komuniciranj
Mentor: izr. prof. mag. Boštjan Kežmah
Lektorica: Margit Berlič Ferlinc, prof. ang. in slov.
iii
iv
Prehod na omrežni protokol IEC 60870-5-104 v podjetju Eles
Ključne besede: Eles, protokol IEC 60870-5-101, protokol IEC 60870-5-104, tehnični
sistem vodenja
UDK: 004.057.4:[004.72:004.451](043.2)
Povzetek
V diplomskem delu je prikazana izvedba prehoda na omrežni protokola IEC 60870-5-104
v podjetju Eles.
Cilj diplomskega dela je predstaviti pripravo in izvedbo prehoda iz protokola IEC 60870-5-
101 na omrežni protokol IEC 60870-5-104 v podjetju Eles.
Opisali bomo stanje pred pričetkom del in izvedbo potrebnih nalog ter aktivnosti za
uspešno izvedbo.
v
Transition to network protocol IEC 60870-5-104 in Eles
Key words: Eles, protocol IEC 60870-5-101, protocol IEC 60870-5-104, Tehnical Control
System
UDK: 004.057.4:[004.72:004.451](043.2)
ABSTRACT
The diploma thesis presents the execution of the project of implementation or changing of
the network protocol IEC 60870-5-101 to IEC 60870-5-104 in the company Eles.
The goal of the diploma thesis has been to present preparation and execution of the
project Implementation of Network Protocol IEC 60870-5-104 in the Technical Control
System of the Company Eles.
We will describe the state before the beginning of the work and execution of the needed
tasks and activities for successful execution of the project.
vi
Kazalo vsebine Seznam uporabljenih simbolov ....................................................................................... viii
1 Uvod .......................................................................................................................... 1
2 Predstavitev podjetja Eles d. o. o. .............................................................................. 2
2.1 Visokonapetostno prenosno omrežje [1] ............................................................. 2
2.2 Upravljanja prenosnega omrežja ........................................................................ 3
2.3 Opis tehničnega sistema vodenja (TSV) ............................................................. 7
2.4 Telekomunikacijsko omrežje v Elesu [3] ........................................................... 10
3 Predstavitev ciljev projekta prehod na IEC 104 [4] ................................................... 13
3.1 Konfiguracija RTU in TK omrežja ...................................................................... 14
3.2 Tehnične zahteve pretvornikov protokola .......................................................... 15
3.3 Zahteve komunikacij za TSV ............................................................................ 15
4 Prilagoditev obstoječega sistema EMS za IEC 104 .................................................. 18
4.1 Priprava TK omrežja ......................................................................................... 18
4.2 Prilagoditev obstoječih RTU .............................................................................. 20
4.3 Vgradnja pretvornikov protokola ....................................................................... 21
4.4 Končna postaja s protokolom IEC 104 .............................................................. 23
4.5 Dograditev Siemens Sinaut Spectrum .............................................................. 24
5 Zgradba telekomunikacijskega sistema [3] ............................................................... 25
5.1 DCN omrežje .................................................................................................... 25
5.2 SDH/XDM in WDM omrežje .............................................................................. 28
5.3 IP/MPLS omrežje .............................................................................................. 29
5.4 Optično omrežje ............................................................................................... 30
6 Komunikacijski protokol IEC 60870-5 ....................................................................... 33
6.1 Standardizacija ................................................................................................. 33
6.2 Komunikacijski protokol .................................................................................... 34
6.3 IEC 60870-5-101 .............................................................................................. 36
6.4 IEC 60870-5-104 .............................................................................................. 38
vii
7 Varnostna politika omrežja TSV ............................................................................... 41
8 Zaključek ................................................................................................................. 44
9 Seznam uporabljenih virov ....................................................................................... 46
Kazalo slik
Slika 3.1 OCV-ji na področju Slovenije – preslikano iz [2, p. 42] ....................................... 4
Slika 3.2: Prikaz EES – EMS Siemens Sinaut Spectrum ................................................... 5
Slika 3.3: Prikaz EES – EMS ABB Network Managment ................................................... 5
Slika 3.4: Organiziranost centrov vodenja ........................................................................ 6
Slika 3.5: Prikaz informacij iz DV polja do RCV (primarni in sekundarni del) ..................... 7
Slika 3.6: Pregled TSV omrežja pred pričetkom projekta .................................................. 9
Slika 3.7: Shema zagotavljanja TK storitev za EES sistem, preslikano iz [3] ................... 11
Slika 4.1: Konfiguracija RTU in TK omrežja – primeri ..................................................... 14
Slika 4.2: Omrežna arhitektura IEC104 ........................................................................... 16
Slika 5.1: Povezava točka–točka zahtevano ................................................................... 19
Slika 5.2: Povezava točka–točka nedovoljen .................................................................. 19
Slika 5.3: Kombinacija možnih načinov priključitve v TSV ............................................... 20
Slika 5.4: Shema pretvornika protokola (PCV) ................................................................ 21
Slika 5.5: Vgrajena oprema v RTP Cirkovce ................................................................... 22
Slika 5.6: Primer dokumentacije vgrajene opreme, preslikano iz [5, p. 18] ...................... 22
Slika 5.7: Osnovni parametri omrežnih nastavitev za IEC104 ......................................... 23
Slika 5.8: Prikaz tipa signala in tipa komande z IEC naslovom ........................................ 23
Slika 5.9: Sinaut Spectrum z modulom IEC-DS preslikano iz [4] ..................................... 24
Slika 6.1: Topologije jedra omrežja DCN, preslikano iz [3] .............................................. 27
Slika 6.2: Topologije regijskega obroča DCN, preslikano iz [3] ........................................ 27
Slika 6.3: Topologija omrežja na lokaciji, preslikano iz [3] ............................................... 28
Slika 6.4: Optično omrežje Eles-a, preslikano iz [3] ......................................................... 32
Slika 7.1: ISO/OSI referenčni model in uporaba plasti za IEC 60870-5-101 in 104, povzeto
po [8] .............................................................................................................................. 35
Slika 7.2: ISO/OSI model za IEC 60870-5-101, povzeto po [9, p. 11 IEC 084/03] ........... 36
Slika 7.3: Struktura ASDU, povzeto po [9, p. 28 IEC093/03] .......................................... 37
Slika 7.4: ISO/OSI model za IEC 60870-5-104, povzeto po [10, p. 21 IEC 2786/2000] ... 38
Slika 7.5: Sestava podatkovnega paketa IEC104, povzeto po [10, p. 25 IEC 2788/2000] 40
Slika 8.1: TSV omrežje ................................................................................................... 42
viii
SEZNAM UPORABLJENIH SIMBOLOV
Seznam uporabljenih kratic
ASDU podatkovna enota aplikacijske ravni modela ISO/OSI (ang. Application Service
Data Unit)
ITU-T mednarodna telekomunikacijska zveza, sektor za telekomunikacije (ang.
International Telecommunication Union; telecommunications sector)
DCN omrežje za podatkovne komunikacije (ang. Data Communication Network)
DTE digitalna terminalna oprema (ang. Digital Terminal Equipment)
DCE oprema za digitalno komunikacijo (ang. Digital Communication Equipment)
EES elektroenergetski sistem
Eles Elektro Slovenija
EMS sistem za vodenje elektroenergetskega sistema (ang. Energy
Management System)
eRSTP izboljšano hitro konvergenčno vpeto drevo (ang. Enhanced rapid spanning
tree)
FMX fleksibilni multiplekser (ang. fleksibile multiplexer)
IEC mednarodna elektrotehnična komisija (ang. International Elektrotehnical
Commission)
OCV območni center vodenja
ISO mednarodna organizacija za standardizacijo (ang. International Organization
for Standardization)
OSI skupina za povezovanje odprtih sistemov (ang. Open Systems
interconnection), uveljavlja standarde za odprto zgradbo komunikacije (model
ISO/OSI)
ISO/OS model povezljivosti odprtih sistemov po ISO
LSP zaporedje enega ali več hopov z zamenjavo label (ang. Label switched path)
OPGW zaščitni vodnik z vgrajenim optičnim kablom (ang. optical power ground wire)
OPPC optični kabel v faznem vodniku daljnovoda (ang. optical phase conductor)
OPWR zaščitni ali fazni vodnik, opleten z optičnim kablom (ang. optical wraping)
VLAN navidezno lokalno omrežje (ang. virtual local area network)
ix
UPS brezprekinitveni izmenični napajalni vir (napajalni vir AC 220V)
(ang. uninterrupted power supply)
PCV pretvornik protocola (ang. protocol converter)
RCV Republiški center vodenja
RTP razdelilna transformatorska postaja
RTU končna postaja (ang. Remote Terminal Unit)
SCADA nadzor, vodenje in podatki (ang. Supervisory Control And Data Acquisition)
SDH sinhrona digitalna hierarhija (ang. Sinhronus Digital Hierarchy)
TDM časovno multipleksiranje (ang. Time Division Multiplex)
TSV tehnični sistem vodenja
WDM valovno dolžinsko razvrščanje (ang. wavelength division multiplexer)
XDM digitalni prevezovalnik (ang. cross-connect sdh/dwdm multiplexer)
ZOK zemeljski optični kabel
1
1 UVOD
V diplomskem delu bomo prikazali razloge in potek del na projektu vgradnje ozir.
zamenjave omrežnega protokola IEC 60870-5-101 z IEC 60870-5-104 v podjetju Eles.
Opisali bomo stanje pred pričetkom projekta, kaj je bilo potrebno pripraviti in zagotoviti za
izvedbo projekta, kakšne so bile glavne tehnične zahteve.
Opisali bomo različne primere vgradnje protokola in pretvornika protokola (PCV) v končnih
postajah (ang. RTU) na objektih.
V uvodnem delu naloge bomo opisali poslanstvo in vizijo podjetja Eles. Opisali bomo:
tehnični sistem vodenja (TSV), potrebne prilagoditve, tehnične zahteve pretvornika
protokola (PCV), protokol IEC 101 in 104.
Opisali bomo tudi, kakšne prilagoditve so bile potrebne na sistemu vodenja (EMS) in
kakšne na končnih postajah (RTU), kako je potekala sama vgradnja in kakšne
modifikacije so bile potrebne na končnih postajah (RTU). Omenili bomo tudi pomembno
vprašanje varnosti procesnih komunikacij.
2
2 PREDSTAVITEV PODJETJA ELES D. O. O.
Podjetje Elektro Slovenija (Eles) je bilo ustanovljeno leta 1990.
Poslanstvo podjetja je prenos električne energije, ki ga zagotavlja z neprekinjenim
upravljanjem prenosnega omrežja, strokovnim vzdrževanjem in razvojem v okviru
razpoložljivih tehničnih, kadrovskih in finančnih virov. Storitev prenosa električne energije
podjetje izvaja tako za potrebe slovenskega kot tudi mednarodnega trga z električno
energijo. V podjetju je bilo v letu 2013 zaposlenih 533 zaposlenih.
2.1 Visokonapetostno prenosno omrežje [1]
Slovensko visokonapetostno prenosno omrežje sestavljajo objekti napetostnih
nivojev: 400 kV, 220 kV in 110 kV. Med prenosne objekte štejemo daljnovode, razdelilne
transformatorske postaje (RTP) in razdelilne postaje (RP). VN omrežje je
namenjeno prenosu kakovostne električne energije od velikih proizvajalcev električne
energije (kot so hidroelektrarne na Dravi, Savi in Soči, termoelektrarne v Šoštanju,
Trbovljah, Ljubljani in Brestanici ter jedrska elektrarna v Krškem) do distribucijskih omrežij
in neposrednih odjemalcev na visokonapetostnem nivoju: železarn Štore, Ravne in
Jesenice, industrijskih objektov na lokaciji Ruše ter tovarne aluminija v Kidričevem.
Prenosno omrežje je namenjeno tudi uvozu, izvozu in tranzitu električne energije med
elektroenergetskimi sistemi sosednjih držav.
Elementi prenosnega omrežja
Daljnovodi – DV
Prenosni daljnovodi povezujejo proizvajalce električne energije(JE, HE, TE) in odjemalce
na visokonapetostnem nivoju: Sistemskega operaterja distribucijskega omrežja (SODO) in
pet velikih industrijskih porabnikov Kidričevem, Rušah, Ravnah, Jesenicah in Štorah. Eles
skrbi za 669 kilometrov daljnovodov na 400 kV napetostnem nivoju, 328
kilometrov daljnovodov na 220 kV napetosti in 1.846 kilometrov 110 kV daljnovodov.
Elektroenergetski sistem Slovenije je zelo dobro povezan tudi s sosednjimi
elektroenergetskimi sistemi. Z Avstrijo nas povezuje 400 kV in 220 kV daljnovod, z
Italijo 400 kV in 220 kV daljnovod in s Hrvaško dva 400 kV, dva 220 kV in trije 110 kV
daljnovodi. Med Madžarsko in Slovenijo je načrtovana 400 kV povezava.
3
Razdelilne transformatorske postaje – RTP
Iz visokonapetostnih RTP-jev potekajo neposredno ali preko transformatorjev daljnovodne
povezave od proizvajalcev električne energije do mesta prevzema električne energije na
prenosnem omrežju uporabnikov na tem nivoju. Eles vzdržuje in upravlja 28 razdelilnih
transformatorskih postaj s 24 energetskimi transformatorji s skupno močjo 4.450 MVA in
so razporejene po vsej Sloveniji. Največje med njimi so v Beričevem, Podlogu, Mariboru,
Divači, Okroglem in Krškem.
Druge visokonapetostne naprave
Del prenosnega omrežja sestavljajo tudi različne visokonapetostne naprave (odklopniki,
ločilniki, instrumentni transformatorji, odvodniki), ki so nameščene v RTP-jih in so
namenjene obratovanju, meritvam in spremljanju dogajanj v sistemu ter zaščiti
visokonapetostnih elektroenergetskih naprav.
2.2 Upravljanja prenosnega omrežja
Osnovna naloga dejavnosti upravljanja prenosnega omrežja je skrb za nemoteno,
varno in zanesljivo obratovanje prenosnega elektroenergetskega (EE) omrežja in
celotnega elektroenergetskega sistema (EES) v Republiki Sloveniji. Moteči dejavniki
pri izpolnjevanju tega cilja so spremembe razmer v EES, ki jih v glavnem obvladujemo
z ustreznim načrtovanjem obratovanja in delovanjem avtomatskih sistemov sistemskih
regulacij, sistemov zaščite in s posredovanjem operaterja (zaposlenega) prenosnega
omrežja. Operaterju so v pomoč za pravilno presojo razmer in izvajanje posegov v
omrežje sodobna sredstva daljinskega vodenja, ki jih ponuja Republiški center
daljinskega vodenja RCV [2, p. 39–42].
Pomembnejši dogodki v zgodovini upravljanja prenosnega omrežja:
1957 je bil ustanovljen v Ljubljani prvi RCV na Balkanu, katerega delo je temeljilo
na uporabi telemetričnih analognih podatkov in neposrednih telefonskih povezav.
1978 uporaba računalniške tehnike, uporabljen enostaven sistem za zapisovanje
in prikaz analognih podatkov,
1984 je začel obratovati sistem SCADA in analogni regulator za sekundarno
regulacijo frekvence.
1993 je začel obratovati naprednejši grafično podprt sistem vodenja.
4
2002 je RCV prerasel v sodobni sistem EMS, ki omogoča centralizirano vodenje
EES z nadzornimi in ukaznimi funkcijami za delo z EE napravami.
»2014/2015 vključitev novega centra vodenja ABB Network Manager (NM).«
Prenosno omrežje, ki ga upravlja Eles, se upravlja in nadzoruje iz republiškega centra
(RCV) in iz območnih centrov vodenja (OCV) v Beričevem, Novi Gorici in Mariboru.
OCV-ji vodijo EES glede na geografsko razdeljenost območja, medtem ko RCV skrbi za
celoten pregled nad omrežjem in upravljanjem čezmejnih zmogljivosti.
Slika 2.1 OCV-ji na področju Slovenije – preslikano iz [2, p. 42]
5
Slika 2.2: Prikaz EES – EMS Siemens Sinaut Spectrum
Slika 2.3: Prikaz EES – EMS ABB Network Managment
6
Slika 2.4: Organiziranost centrov vodenja
Naloge RCV-ja in OCV-ja:
• nadzor in vodenje obratovanja EE sistema 24/7,
• izravnava odstopanj sistema,
• koordinacija obratovanja s sosednjimi sistemi,
• nadzor izvajanja sistemskih storitev (regulacija …),
• ukrepanje ob motnjah v sistemu.
Funkcija sistemskega operaterja zahteva tudi ustrezen tehnični sistem vodenja EES za
regulacijo frekvence in moči s primarno, sekundarno in terciarno regulacijo. Za
kakovostnejše izvajanje teh funkcij poteka obnova računalniške in telekomunikacijske
infrastrukture ter sistema vodenja EES – zamenjava EMS, ki bo pričel z obratovanjem v
letu 2015.
Učinkovito vodenje EES je odvisno od usposobljenosti operaterjev in drugega osebja v
RCV-ju in OCV-jih ter zmogljivosti programske opreme, ki jo uporabljajo pri svojem delu.
Sekundarni sistemi
Za upravljanje, vodenje, nadziranje in zaščito VN sistemov in elementov uporabljamo
sekundarne sisteme, katere ločimo na področja: vodenje, zaščita in meritve.
Zaščitni sistemi ščitijo VN naprave pred nepredvidenimi dogodki (kratki stiki,
preobremenitve ipd.).
Sistemi za vodenje omogočajo, da se lahko omrežje nadzira, krmili in upravlja na več
nivojih, lokalno iz posameznega RTP-ja in daljinsko iz nadrejenega centra vodenja.
Električne meritve so pomembne za ugotavljanje in spremljanje trenutnih razmer oziroma
pretokov energije v EES ter za poznejše izračunavanje uporabljene električne energije.
7
Sekundarne napetosti in tokovi merilnih transformatorjev so glavni vir informacij za
naprave zaščite, vodenja in meritev. Te naprave imenujemo tudi sekundarne naprave.
Merilni transformatorji: tokovni transformatorji – iz 2000 A na 1A sekundarnega toka,
napetostni transformatorji iz 400, 220 ali 110kV na 100V sekundarne napetosti.
V obratovanju se primarne vrednosti napetosti gibljejo do 400 kV, vrednosti tokov pa do
2000 A.
Slika 2.5: Prikaz informacij iz DV polja do RCV (primarni in sekundarni del)
2.3 Opis tehničnega sistema vodenja (TSV)
Tehnični sistem vodenja (TSV) je sklop sistemov, kateri omogočajo daljinsko in
lokalno vodenje EES, skrbijo za prenos podatkov, ki služijo za nadzor in upravljanje RTP-
jev na lokalnem nivoju (RTP) in daljinskem nivoju (RCV, OCV), in pripadajoča oprema, ki
to omogoča v tehničnem in komunikacijskem pogledu. Pripadajoče enote so na lokalnem
delu končne postaje (RTU), komunikacijskem delu PCV, TK omrežju in daljinskem delu
EMS.
RTU omrežje je omrežje, znotraj katerega je končna postaja (RTU) povezana z
enotami na nižjem nivoju (računalniki polja) in se povezuje s komunikacijskim delom na
8
TK omrežje. Omrežje je locirano v RTP-ju in je povezava med procesnim delom in
komunikacijskim delom.
TK omrežje služi varnemu prenosu podatkov iz podrejene postaje v nadrejeni
center in komand iz nadrejenega centra v podrejeno postajo. Uporabljamo dve
redundantni omrežji: SDH (Next Generation SDH) in DCN (bazira na MPLS tehnologiji).
EMS omrežje je omrežje na nivoju RCV-ja. Služi za povezavo strežnikov in
delovnih postaj na različnih lokacijah (RCV, RCV II, OCV-ji), ki upravljajo in vodijo EMS
sistem.
Omrežja prikazuje slika 8.1.
Slika 7.1
Sistem vodenja SCADA/EMS (Supervisory Control and Data Acquisition/ Energy
Management System) je namenjen vodenju EES. Sistem vodenja EES podpira naslednje
funkcionalnosti:
zajemanje in prenos podatkov (SCADA),
načrtovanje obratovanja (ang. Operating planing OP),
omrežne analize (ang. Network analysis NA),
avtomatsko vodenje proizvodnje (ang. AGC),
obdelava in shranjevanje podatkov,
simulator za urjenje operaterjev (ang. Dispatching training simulator DTS).
SCADA/EMS predstavlja strukturo sistema, ki pridobiva podatke od končnih postaj (RTU),
si izmenjuje podatke z distribucijskimi centri vodenja ter centri vodenja proizvodnje in
pošilja podatke centrom vodenja v tujini za potrebe regulative energetske porabe.
Do leta 2008 so vse končne postaje (ang. RTU) komunicirale z EMS (Siemens Sinaut
Spectrum) po serijski komunikaciji (omrežje FMX (V.24/RS232)).
V letu 2008 smo pričeli vključevati prve končne postaje (RTU) v TSV preko omrežja DCN
z uporabo protokola IEC 60870-5-104.
V ta namen se je v letu 2008 na lokaciji RCV priključil redundantni par koncentratorjev,
katera sta opravljata funkcijo pretvornika protokola IEC-104/101 in posredovala podatke
po serijski komunikaciji v EMS. Spodnja slika prikazuje stanje.
9
Slika 2.6: Pregled TSV omrežja pred pričetkom projekta
Obstoječi sistem EMS je bil omejen s priključitvijo 80-ih serijskih kanalov, kateri so bili že
skoraj popolnoma zasedeni. V prehodnem času je bilo v RCV po protokolu IEC 101
priključenih 65 objektov (nekateri objekti tudi po več kanalih)1, v RCV II pa 58 objektov.
Manjše število priključenih objektov v RCV II je bilo posledica dveh nerazpoložljivih
serijskih priključkov na nekaterih končnih postajah (RTU-ji niso imeli možnosti priključitve
dveh serijskih komunikacij proti RCV-ju).
Z razmahom Elesovih investicij v obnovo RTP-jev (Brestanica, Laško, Pivka, Dravograd,
Divača itd.) so se pričele vgrajevati končne postaje (RTU) z možnostjo komunikacije tudi
po protokolu IEC104. Zaradi prej navedenih omejitev EMS-ja in naprednejših tehnologij
ter tehničnih možnosti je bila izbira komunikacijskega protokola IEC104 in uporaba
koncentratorjev IEC104/101 logična posledica.
Aktivnosti nadgradnje komunikacijskega omrežja so bile v polnem teku. Izvajala se je
gradnja oziroma širjenje omrežja DCN in nadgradnja SDH omrežja.
Postopoma so se izvajale zamenjave končnih postaj (RTU) v RTP-jih, ki so bili deležni
prenove, vendar je bilo zaradi številčnosti objektov, velikih finančnih sredstev in velikega
obsega del pri zamenjavi končnih postaj (RTU), predvsem testiranja točka-točka, znano,
1 Zaradi omejitev komunikacije obstoječega sistema zmore obdelati le 2000 IO točk na kanal.
10
da je možnost zamenjave končnih postaj (RTU) na objektih, ki jih upravlja Eles,
neizvedljiva v krajšem časovnem obdobju. Potrebno je bilo najti ustrezno tehnično rešitev
za končne postaje, ki so komunicirale po IEC101.
Zaradi omejitev strojne opreme EMS Siemens Sinaut Spectrum, problema vzdrževanja
strojne opreme in zastarele TK tehnologije je bilo podanih kar nekaj pogojev za pristop k
iskanju reševanja problema v smislu zanesljivega in obvladljivega delovanja sistema
vodenja. Tudi razvoj telekomunikacij (procesne opreme) s prihodom tehnologij, ki slonijo
na Ethernet protokolu, je olajšal in nakazal, v katero smer se iščejo rešitve. Prav tako
začasna rešitev s koncentratorjem je nakazovala smer nadaljnjih odločitev pri izvedbi
rešitve.
Protokol IEC104 je bil že dlje časa v uporabi in se je že uveljavil v energetiki.
Obstajalo je več razlogov za uvedbo mrežnega protokola, če omenimo le pomembnejša,
stanje IKT omrežja in pa razvoj centrov vodenja. Posodabljanje telekomunikacijskega
omrežja je bilo že v teku, prav tako je v zaključni fazi zamenjava sistema vodenja EMS
Siemens Sinaut Spectrum z novim sistemov vodenja ABB NM.
Stanje IKT sistemov:
nove, cenovno ugodnejše tehnologije TK omrežij (NG SDH, MPLS),
razvoj procesne opreme (Ethernet na postaji),
zastarela oprema PDH (FMX) omrežja – nezanesljivost.
Razvoj centrov vodenja:
poslovno okolje podjetja (deregulacija),
večja fleksibilnost TK rešitev,
zanesljivost in obvladljivost sistemov,
hitrejša in enostavnejša izvedba,
enostavno posredovanje podatkov med različnimi sistemi.
2.4 Telekomunikacijsko omrežje v Elesu [3]
V elektrogospodarstvu so postavljene visoke zahteve po razpoložljivosti in zanesljivosti
telekomunikacijskih sistemov, ki jih EES potrebuje oziroma so mu v veliko pomoč pri
opravljanju svojih nalog. Eles ima izgrajeno svojo neodvisno in samostojno
telekomunikacijsko omrežje.
Osnovna naloga telekomunikacijskega sistema v Elesu je podpora in pomoč obratovanju
EES, za zagotovitev teh zahtev je potrebno zagotavljati:
11
sprotne podatke tehnično obratovalnim službam v OCV-jih, RCV-ju znotraj podjetja
in še drugim podjetjem znotraj EES Slovenije s poudarkom na daljinskem vodenju
objektov,
sprotno izmenjavo informacij med proizvajalci in porabniki električne energije,
povezavo z dispečerskim centrom zahodnoevropske interkonekcije UCPTE v
Laufenburgu v Švici,
povezavo z drugimi telekomunikacijskimi omrežji v Sloveniji in tujini,
potrebam poslovno informacijskega omrežja (manj stroge zahteve).
Telekomunikacijsko omrežje lahko po pomembnosti razdelimo na dva dela. Pomembnejši
del, ki služi tehnološkim procesom in zahteva izjemno zanesljivost in razpoložljivost, ter na
poslovno informacijsko omrežje, ki ima manj stroge zahteve glede zanesljivosti in
razpoložljivosti. Ko v nalogi omenjamo TK omrežje, mislimo predvsem na omrežje, ki služi
tehnološkim procesom.
Slika 2.7: Shema zagotavljanja TK storitev za EES sistem, preslikano iz [3]
Zanesljivost in razpoložljivost
V kolikor imamo vse naprave in napajalne sisteme zanje, vključno s fizičnim medijem
(optiko), podvojene, potem lahko govorimo o razpoložljivosti telekomunikacijskega
sistema, ki ima za posledico veliko zanesljivost prenosa signalov oziroma podatkov preko
telekomunikacijskega omrežja.
12
V Elesovem telekomunikacijskem sistemu so podvojeni vitalni deli posameznih naprav,
omrežje samo pa je zgrajeno v obliki obročev oziroma zank, ki povečujejo razpoložljivost
prenosnega dela omrežja.
Elementi, ki zagotavljajo visoko razpoložljivost Elesovega telekomunikacijskega omrežja,
so naslednji:
optično omrežje, zgrajeno v obliki zank,
neodvisni napajalni sistemi (zmožnost 6 ur neodvisnega napajanja TK naprav ob
polni obremenitvi, ob normalni obremenitvi 12 ur),
dostopovne in linijske prenosne naprave s podvojenimi nadzornimi funkcijami,
realiziranimi zaščitami 1+1 oziroma 1:N,
kakovosten sinhronizacijski sistem, ki zmanjšuje število napak pri digitalnem
načinu prenosa,
stalno dežurstvo vzdrževalnega osebja.
13
3 PREDSTAVITEV CILJEV PROJEKTA PREHOD NA IEC
104 [4]
V projektu vgradnje protokola IEC104 je bilo vključenih več služb in strokovnjakov z
različnih področij, omenili bomo samo tiste, ki so sodelovali po tehnični plati: Služba za
procesno vodenje sistemov (priprava končne postaje Siemens, ABB in nabava PCV
konverterjev), Služba za sekundarne sisteme (priprava končnih postaj na objektih,
sodelovanje pri vgradnji PCV-jev na objektih), TK služba (priprava DCN in SDH omrežja
za zagotovitev TK infrastrukture), RCV Ljubljana ter OCV Maribor, Gorica in Beričevo (kot
končni uporabniki opreme), vodenje in nadziranje sistema.
Osnovni cilji, ki so vodili strokovno ekipo ob prehodu na nov protokol, so bili:
zanesljiv in tehnološko sprejemljiv način prenosa obratovalnih podatkov iz EE
objektov v nadrejeni center,
povečana zanesljivost in kakovost upravljanja prenosnega omrežja,
izboljšanje zanesljivosti delovanja slovenskega EE sistema v okviru obratovanja v
evropski povezavi.
analiza možnosti uvedbe protokola IEC 104 za obstoječe končne postaje, kjer
tehnologija to omogoča,
nabava in vgradnja pretvornikov protokola (PCV) IEC101/104 za končne postaje,
ki ne podpirajo IEC104,
izgradnja tehničnega sistema vodenja (TSV) skladno z zahtevami za nov sistem
SCADA/EMS,
doseči dogovor o varnosti procesnega omrežja za podporo protokolu IEC104 v
sodelovanju s partnerji (distribucijska podjetja, proizvodna podjetja).
Pričakovani učinki ali prednosti, ki bi se pokazale z zaključenim projektom, so bile
naslednje:
povečanje zanesljivosti, razpoložljivosti in fleksibilnosti komunikacij med končnimi
postajami in sistemom EMS,
zmanjšanje tveganosti ključnih procesov,
boljše obvladovanje tveganj,
izboljšanje funkcionalnosti komunikacij v smislu nadziranja in upravljanja,
izboljšanje vzdrževanja in parametriranja sistema komunikacij.
14
3.1 Konfiguracija RTU in TK omrežja
Omrežje RTU in TK morata zagotoviti sistemu EMS komunikacijski dostop in izmenjavo
podatkov s končnimi postajami na objektih. V to omrežje bodo vključene tako končne
postaje, ki že podpirajo uporabo protokola IEC-104, kakor tudi tiste, pri katerih bomo
dogradili PCV-je.
Poleg končnih postaj in PCV-jev v omrežju RTU bodo še mrežna stikala tako na
postajnem nivoju kot tudi na nivoju RCV v omrežju TK ter komunikacijski računalniki
(COM) na lokacijah RCV in RCV II v EMS omrežju. Na spodnji sliki je prikazana
predvidena konfiguracija tehničnega sistema vodenja z več načini povezovanja,
vključevanja (RTP–1 do RTP–5) končnih postaj v sistem EMS.
Slika 3.1: Konfiguracija RTU in TK omrežja – primeri
15
3.2 Tehnične zahteve pretvornikov protokola
Tehnične zahteve smo definirali pred izbiro in odločitvijo o nabavi.
Pretvornik protokola (PCV) je eden izmed členov v verigi komunikacije med končnimi
postajami in centri vodenja ter mora izpolnjevati visoke kriterije zanesljivosti, vzdržljivosti,
varnosti in obvladljivosti. Priprava tehničnih zahtev za PCV je bila zelo pomembna, saj so
bile tehnične zahteve uporabljene v fazi javnega naročanja. Osnutek tehničnih zahtev je
bil naslednji:
izvedba naprave v obliki kompaktne elektronske naprave brez vrtljivih delov,
serijski vmesnik DB9 ali RJ45 (RS232) standard V.24 za podporo serijskemu
protokolu IEC101,
mrežni vmesnik tipa RJ45 za podporo mrežnemu protokolu IEC104,
omogočati istočasno povezavo vsaj štirih nadrejenih (ang. Master) naprav,
izpolnjevati mora vse zahteve protokola IEC-101, navedene v dokumentu 'Eles,
IEC-101 Interoperability list',
izpolnjevati mora vse zahteve protokola IEC -104, navedene v dokumentu 'Eles,
IEC-104 Interoperability list',
omogočati mora popolno in transparentno pretvorbo med protokoloma IEC-101/-
104 brez interne baze za preslikavo procesnih točk,
omogočati mora pretvorbo med 24-bitno in 56-bitno časovno značko v obe smeri,
omogočati mora sinhronizacijo točnega časa preko strežnika NTP,
imeti mora uporabniku prijazen okenski vmesnik za parametriranje,
omogočati mora daljinski nadzor in parametriranje naprave.
3.3 Zahteve komunikacij za TSV
Tehnične zahteve komunikacij za potrebe sistema EMS so zelo specifične, saj z njihovo
pomočjo nadziramo in upravljamo EES, torej skrbimo za nemoten prenos električne
energije in uspešno sodelovanje v evropski interkonekciji.
Komunikacije v TSV morajo izpolnjevati visoke kriterije glede: zanesljivosti, varnosti in
obvladljivosti iz česar morajo izhajati tudi smernice za nadgradnjo in razvoj Elesovega TK
omrežja.
16
Pri nadgradnjah ozir. vgradnji protokola IEC104 v TSV je bilo potrebno združiti obstoječo
in novo infrastrukturo. Združevali smo tehnologiji različnih obdobij in različnih protokolov.
V veliki večini primerov je bila situacijo na terenu, da je končna postaja uporabljala
IEC101 protokol, "potrebovali" pa smo IEC104. Ker je protokol IEC104 le nadgradnja
IEC101 z omrežnim delom (aplikativni del je enak za oba protokola), je bilo potrebno
tehnično poskrbeti za omrežni del. Spodnja slika nam prikazuje osnovni model protokola
IEC104.
Slika 3.2: Omrežna arhitektura IEC104
Predlagane rešitve
Omrežje TSV za novi EMS naj zagotovi novemu sistemu za vodenje EES komunikacijski
dostop in izmenjavo podatkov z napravami (RTU) na objektih (RTP), ki bodo priključenih v
novo omrežje. V novo omrežje bodo vključeni objekti, katerih naprave so zmožne
komunicirati po standardu IEC 61870-5-104.
17
S prehodom iz serijske komunikacije na mrežno (Ethernet) se poveča pomembnost
(zaradi širše uporabe in lažje dostopnosti) varnosti prenosa podatkov in ranljivosti takih
sistemov s strani znanih ali neznanih potencialnih napadalcev. Varnost procesnega
omrežja RTU je odvisna od vrste uporabljenih telekomunikacijskih naprav kot tudi od
samih končnih postaj.
Zaželeno je, da TK naprave izpolnjujejo naslednje lastnosti:
omogočajo privatne Ethernet povezave,
so komunikacijsko povezane z najmanj dvema sosednjima
komunikacijskima vozliščema,
omogočajo dostop do objekta po dveh geografsko različnih poteh in
ne združujejo prometa različnih uporabnikov na IP protokolu.
18
4 PRILAGODITEV OBSTOJEČEGA SISTEMA EMS ZA
IEC 104
Osnovne naloge, ki jih je bilo potrebno postoriti:
priprava TK omrežja za možnost uvedbe protokola IEC 104,
priprava končnih postaj za komunikacijo po IEC 104,
prilagoditev obstoječih končnih postaj za komunikacijo po IEC104,
dograditev EMS Siemens Sinaut Spectrum z modulom za protokol IEC104.
Kot vidimo, izhajajo osnovne naloge iz več projektov, ki so se in se še izvajajo v podjetju.
Da bi dosegli cilj, je bilo potrebno doseči osnovne zahteve v drugih spremljajočih projektih
in vse to uskladiti.
Ob koncu leta 2012 je bil tehnični sistem vodenja (TSV) povezan z vsemi podpostajami
preko protokola IEC 104. V sistem vodenja je vključenih več kot 60 RTP-jev prenosnega
značaja iz elektroenergetskih podjetij: Elektro Ljubljana, Elektro Maribor, Elektro Celje,
Elektro Gorenjska, Termoelektrarna Brestanica, Termoelektrarna Trbovlje, skupine HESS
(HE na spodnji Savi), Soške elektrarne. Potrebno je omeniti, da se del postaj samo
nadzira, medtem ko se del postaj tudi vodi in upravlja. Eles upravlja DV polja nekaterih
distribucijskih podjetij na 110 kV nivoju. Kot primer lahko navedemo prakso, ki se
uveljavlja v določenih distribucijskih podjetjih, da Eles nadzira in upravlja prenosni del
RTP-ja (110kV DV polja), medtem ko DCV distribucijskega podjetja upravlja distribucijski
del RTP-ja (TR in TR polja na primarni in sekundarni strani).
4.1 Priprava TK omrežja
Zaradi prehoda na protokol IEC104 je bila potrebna prenova telekomunikacijskega
omrežja oziroma so bile TK naprave zamenjane, nadgrajene z novejšimi tehnologijami. V
našem primeru tehnologiji tipa SDH in DCN.
Potrebno je bilo tudi v tehničnem smislu pripraviti končne postaje na vseh objektih, da so
se lahko vključevali v obstoječ sistem vodenja EMS Siemens Sinaut Spectrum in pa tudi v
nov EMS ABB NM (v teku je projekt vgradnje novega centra vodenja ABB Network
Managment, kateri je tudi eden izmed poglavitnih vzrokov za prehod na protokol IEC 104).
Primer prikaza TK povezav med več objekti (RTP, HE ...) in RCV1 in RCV2,
TK omrežje povezave točka–točka, prikaz zanesljivosti TK omrežja,
19
podrobnejši prikaz komunikacijskih povezav med objekti točka – točka.
Tukaj prikazujemo primer povezave točka–točka. Iz sheme vidimo, da sta fizično npr.
povezavi številka 1 v "prvi" TK napravi še skupaj, nato pa se ločita in gresta ločeno po TK
napravah do končnega omrežnega stikala na različnih lokacijah (Ljubljana in Beričevo).
Slika 4.1: Povezava točka – točka zahtevano
Slika 4.2: Povezava točka – točka nedovoljen
20
4.2 Prilagoditev obstoječih RTU
Opis poteka vgradnje
Vgradnja PCV-jev je potekala v dveh izvedbenih fazah. Najprej je bil izveden pregled vseh
objektov s strani izbranega projektanta, da se je ugotovilo dejansko stanje na objektu in
da so se določile trase polaganja kablov in mesta vgradnje PCV-jev. Po prejeti projektni
dokumentaciji je sledila izvedbena faza vgradnje PCV-jev na objektih. Število objektov, v
katerih je potekala vgradnja, je bilo približno 60 in je bilo opravljeno v času od oktobra
2011 do decembra 2012. Danes so vsi objekti vključeni v TSV po protokolu IEC104.
Sheme priklopa končne postaje\PCV v RTU omrežje EMS
Slika 4.3: Kombinacija možnih načinov priključitve v TSV
Glede na tip RTU-ja na objektu imamo različne načine priključitev v TSV omrežje:
[RTP – 1] RTU z dvema IEC 104 povezavama,
[RTP – 2] dva RTU-ja s po eno IEC 104 povezavo,
[RTP – 3] dva RTU-ja s po dvema povezavama IEC 104 na različna
mrežna stikala,
21
[RTP – 4] dva RTU-ja vsak po eno IEC 101 povezavo, priključeno vsak na
svoj PCV (iec101/104),
[RTP – 5] RTU z dvema IEC101 povezavama, priključenima vsak na svoj
PCV (iec101/104).
Slika 4.4: Shema pretvornika protokola (PCV)
4.3 Vgradnja pretvornikov protokola
RTP CIRKOVCE - opis izvedenih del [5]
Vgradnja opreme: prostor daljinskega vodenja; omara +1X. Vgrajena oprema je
obrnjena v notranjost omare. Montaža napajalnikov ter PCV-jev na novo DIN letev
ter ožičenje. Vsa vgrajena oprema je označena po shemi. Napajalnik označen z -
U810 zagotavlja napajalno napetost za PCV-A810 in je zaščiten z varovalko –
F110. Napajalnik označen z -U820 zagotavlja napajalno napetost za PCV -A820 in
je zaščiten z varovalko -F120. Napajalna napetost je razsmerjena 230 V.
Priključitev instalacijskih avtomatov (-F110, -F120) na napajanje na obstoječe
sponke v omari. Montaža dveh vtičnic RJ45 (ženska) na DIN letev ter zaključitev
na oba FTP kabla. Povezava končne postaje in pretvornikov protokola z UTP
kabloma zaključenima s konektorjema DB9 (moški) na enem koncu ter RJ45
(moški) na drugem. Povezava vtičnic RJ45 ter PCV-jev z rdečima UTP kabloma.
Povezava omare +1X in omar 1-06 ter 1-01 v TK in VF prostoru preko vtičnic RJ45
s FTP kabloma. Kabla sta vstavljena v skupno zaščitno PVC cev. Uporabljena je
obstoječa kabelska trasa po kabelskih policah in dvojnem podu.
Montaža vtičnic RJ45 na nove DIN letve v TK omarah in zaključitev na FTP kabla.
IEC 104 IEC 101IEC 104 S IEC 101 M
protokol konverterRCVIEC104 M
RTUIEC101 S
22
Slika 4.5: Vgrajena oprema v RTP Cirkovce
Slika 4.6: Primer dokumentacije vgrajene opreme, preslikano iz [5, p. 18]
23
4.4 Končna postaja s protokolom IEC 104
V primeru končnih postaj, ki so se vgrajevale po letu 2008 (Laško, Brestanica, Kleče,
Moste …), so RTU-ji že imeli možnost komunikacije po protokolu IEC104. Potrebno je bilo
ustrezno nastaviti parametre v konfiguracijskih nastavitvah. Parametriranje se izvede v
orodju, ki je del lokalne scade (komunikacijski del), in del nastavitev v operacijskem
sistemu (nastavitve TCP/IP) nastavljivi parametri so tisti, ki jih zahteva IEC 104.
Spodnji sliki prikazujeta nastavitve na končni postaji Siemens, Sicam PAS.
Slika 4.7: Osnovni parametri omrežnih nastavitev za IEC104
Slika 4.8: Prikaz tipa signala in tipa komande z IEC naslovom
24
4.5 Dograditev Siemens Sinaut Spectrum
V obstoječi sistemu EMS je bilo potrebno zamenjati serijski komunikacijski modul z
modulom IECDS, ki omogoča uporabo mrežnega protokola neposredno v samem sistemu
EMS. Dela so bila izvedena s strani vzdrževalca sistema Sinaut Spectrum Siemensa.
Slika 4.9: Sinaut Spectrum z modulom IEC-DS preslikano iz [4]
25
5 ZGRADBA TELEKOMUNIKACIJSKEGA SISTEMA [3]
Telekomunikacijski sistem Eles kot celovit komunikacijski sistem za potrebe zagotavljanja
elektronskih komunikacijskih storitev za različne uporabnike znotraj podjetja Elektro-
Slovenija d. o. o. in v okviru elektrogospodarskega sistema Slovenije sestavljajo različni
sistemi oziroma podomrežja.
Vsak od njih v telekomunikacijskem sistemu Elesa glede na uporabljeno tehnologijo
zagotavlja specifične funkcionalnosti, ki v skladu z arhitekturo telekomunikacijskega
sistema Elesa in topološkimi značilnostmi predstavlja zaključeno celoto, z drugimi sistemi
pa se funkcionalno dopolnjuje in povezuje.
Kot podomrežje lahko obravnavamo sloj, ki je namenjen omrežnemu povezovanju, kot
podsistem pa tisti sloj, ki služi drugim, podpornim namenom za ostala podomrežja.
Podomrežja so:
optično omrežje (OPGW, OPWR, OPCC kabli),
prenosni WDM sistemi na optičnem omrežju,
prenosna omrežja, zgrajena v obliki zank:
o SDH/XDM (NG SDH BG),
o DCN (prenosno omrežje),
o IP/MPLS (prenosno omrežje),
pristopna omrežja, ki izvajajo združitev posameznih storitev in so povezana na
prenosna omrežja:
o FMX pristopno omrežje,
o PBX (telefonsko omrežje ISDN in IP; SI2000, SI3000),
prenosna brezžična radijska omrežja ter optične linijske naprave OLT (v
opuščanju).
Kot podsisteme obravnavamo:
RPS sistem (48 V DC napajanje) in
sinhronizacijski sistem (generator sinhr. impulzov TSG-3800).
5.1 DCN omrežje
Telekomunikacijsko omrežje DCN je v Elesovem sistemu eden od vitalnih delov za
potrebe vodenja elektroenergetskega omrežja, saj predstavlja nosilno telekomunikacijsko
infrastrukturo za nov bodoči sistem EMS. Je omrežje, ki se bo v naslednjih letih
dograjevalo zaradi potreb zvez EMS. Omogoča:
26
1. Telekomunikacijske povezave končnih naprav z novim EMS-om s TCP/IP/Ethernet
komunikacijsko platformo, z uporabo mehanizmov L2 ali L3 po standardu IEC
60870-5-104.
2. Telekomunikacijske povezave za vse TK naprave v Elesovem TK omrežju za
zagotavljanje poenotenega in s tem visoko učinkovitega omrežja za potrebe
vodenja in obratovanja vseh TK sistemov v Elesu.
DCN omrežje je ločeno od drugih podatkovnih omrežij, namenjenih uporabniškim
povezavam, zaradi zagotavljanja visoke stopnje varnosti in omejevanja oziroma
preprečevanja nepooblaščenih dostopov v DCN omrežje. Povezavo med DCN omrežjem
in drugimi omrežji je možno izvesti z mehanizmi, ki zagotavljajo kontrolo dostopov na
podlagi uporabniških politik in politike varnosti, ki velja v sistemu Eles.
DCN omrežje je grajeno hierarhično in ima naslednjo strukturo:
1. jedro omrežja DCN,
2. regijski obroči DCN,
3. lokalno omrežje posamezne končne lokacije,
4. nadzorni LAN,
5. sistem vodenja v DCN omrežju.
Jedro omrežja DCN je grajeno v tehnologiji IP/MPLS in ga sestavljajo IP/MPLS
usmerjevalniki (nameščeni na pomembnejših Elesovih lokacijah), ki so medsebojno
povezani v obroče, s čimer je vsak usmerjevalnik dostopen po dveh fizično ločenih poteh,
kar je osnovni pogoj za zagotavljanje visoke razpoložljivosti. Na jedru omrežja DCN je v
uporabi protokol MPLS v kombinaciji z L3 VPN storitvijo, ki zagotavlja povezljivost DCN
regijskih obročev z nadzornim LAN omrežjem. Na omrežju so že vnaprej nastavljene
primarne in rezervne LSP povezave. V primeru prekinitve primarne LSP povezave se
promet avtomatsko preusmeri na rezervno LSP povezavo. Preklop na rezervno povezavo
se zgodi v času, ki je manjši od 50 ms.
27
Nadzorno LAN
omrežje
DCN regijski
obroč
serijski
vmesniki
Lokalno omrežje na lokaciji 1
ethernet
vmesnikiMPLS
L3 VPN
Slika 5.1: Topologije jedra omrežja DCN, preslikano iz [3]
Regijski obroči DCN so grajeni v Ethernet tehnologiji in jih sestavljajo Ethernet stikala,
prilagojena uporabi v elektroenergetskih omrežjih, medsebojno pa so povezana v
obročasto topologijo, navadno direktno preko optičnih povezav. V vsakem obroču protokol
eRSTP poskrbi za hiter preklop prometnih tokov na obhodno pot v primeru napake na
stikalu ali na posamezni povezavi. Hitrost preklopa je odvisna od dimenzije obroča in
znaša praviloma 5 ms na stikalo. V obroču se nahajajo VLAN povezave, katerih število je
identično dvakratnemu število lokacij in se zaključujejo na dveh ločenih jedrnih
usmerjevalnikih. Na usmerjevalnikih je vključen tudi protokol VRRP, ki poskrbi za to, da je
privzeti prehod končnih naprav na lokacijah vedno dosegljiv. Privzeti prehod je virtualne
narave in se lahko glede na stanje usmerjevalnikov preseli iz enega na drugega. S tem je
privzeti prehod dosegljiv tudi v primeru odpovedi enega izmed usmerjevalnikov, ki
zaključujeta regijski DCN obroč.
Nadzorno LAN
omrežje
serijski
vmesniki
Lokalno omrežje na lokaciji 1
DCN regijski
obroč
Lokacija 2
Lokacija 3Lokacija 4
Lokacija 5
eRSTP
VLAN XVRRPDCN MPLS
omrežje
ethernet
vmesniki
Slika 5.2: Topologije regijskega obroča DCN, preslikano iz [3]
Lokalno omrežje na posamezni končni lokaciji, ki se povezuje v omrežje DCN, mora
omogočati priključevanje nadzorovanih naprav ne glede na vrsto priključka za nadzor. Na
posamezni lokaciji tako nastopata dve vrsti vmesnikov, ki jih zagotavljajo naprave za
prenos nadzorno-upravljavskih informacij: Ethernet in RS232.
28
Ker se na vsaki lokaciji nahaja večje število nadzorovanih naprav, je potrebno v lokalnem
omrežju poskrbeti za rešitev, ki zagotavlja ustrezno število priključkov obeh vrst. Slika 5.3
prikazuje razmere glede stanja na lokacijah, arhitekturo lokalnega omrežja na lokacijah
TK omrežja Elesa in povezovanje z nadzornim LAN omrežjem.
Nadzorno LAN
omrežje
DCN – MPLS
omrežje
serijski
vmesniki
Lokalno omrežje na lokaciji
ethernet
vmesniki
DCN regijski
obroč
Slika 5.3: Topologija omrežja na lokaciji, preslikano iz [3]
5.2 SDH/XDM in WDM omrežje
Zasnova SDH omrežja Elesa je bila zasnovana v letu 1997 (Idejni projekt za zgraditev
transportne digitalne infrastrukture Elesa). V več fazah izgradnje je dobil današnjo obliko
oziroma konfiguracijo. SDH sistem je postal v letih do danes slovenski elektrogospodarski
prenosni sistem v tehnologiji SDH. SDH multiplekserji so v Elektrogospodarstvu Slovenije
nameščeni v vseh večjih elektroenergetskih objektih. SDH sistem, ki prvenstveno služi za
prenos obratovalnih podatkov za vodenje in nadzor elektroenergetskega sistema služi tudi
za uporabo TK sistema v komercialne namene. Po liberalizaciji zakona o trženju
telekomunikacijskih storitev se je Eles s pridobitvijo ustreznega dovoljenja vključil na ta
trg.
Vse bolj zahtevne aplikacije za operativno vodenje elektroenergetskega sistema, vse
večje zahteve po zmogljivosti v omrežju za poslovno informatiko in omrežju za operativno
vodenje elektroenergetskega sistema ter drugih pod-omrežjih, IP servisi, predvsem pa
potrebe po vse večjih pasovnih širinah pri tržnih aplikacijah povzročajo v obstoječem
sistemu določene prometne težave.
Najprimernejša povezava omrežnih elementov je sklenjena zanka, ki zagotavlja zaščito
prenosnih poti. Sklenjena zanka zagotavlja nivojsko redundanco prenosnih poti, hkrati pa
omogoča fleksibilno in nadzorovano zaščitno-preklopno strategijo.
29
Povezava omrežnih elementov
Priporočljivo je, da signal kot nosilec informacije potuje po SDH omrežju podvojeno v dveh
smereh. Na ta način je informacija zaščitena pred možnostjo izgube. V primeru prekinitve
optičnega vlakna informacija vedno pride na pravi naslov, kajti v zančni topologiji obstaja
vedno zaščitna prenosna pot.
SDH/XDM sistem je osnovno prenosno omrežje za TDM zveze. SDH/XDM multiplekserji
so v elektrogospodarstvu Slovenije nameščeni v vseh večjih elektroenergetskih objektih,
kot so objekti Elesa, objekti proizvodnje električne energije (HE, TE, NEK) ter na delu
distribucijskih omrežij (110kV). Poleg tega je sistem povezan z elektroenergetskimi
podjetji v tujini (HEP, TERNA, VERBUND, KELAG).
Sistem SDH/XDM je prvenstveno namenjen interni uporabi za prenos podatkov za
potrebe sekundarnih sistemov (prenos kriterija distančnih zaščit, meritve kvalitete
električne energije, števčne meritve, nadzor zaščit, monitoring transformatorjev), telefonijo
(prenos kanalskih govornih kanalov, E1 vmesnikov za povezavo med centralami ISDN),
NG-SDH pa omogoča prenos mrežnih protokolov (ETHERNET) preko SDH za upravljanje
prenosnega omrežja električne energije (vodenje in nadzor elektroenergetskega sistema
za EMS po protokolu 104).
Služi tudi za uporabo TK sistema v komercialne namene. Po liberalizaciji zakona o trženju
telekomunikacijskih storitev se je tudi Eles s pridobitvijo ustreznega dovoljenja vključil na
omenjeni trg ter komercialno nudi in trži prenosne viške kapacitet v omrežju. Za Eles
omenjene storitve opravlja hčerinsko podjetje STELKOM.
Ker SDH omrežje (Sinhrona Digitalna Hierarhija) za kvalitetno delovanje potrebuje
ustrezni takt, je zgrajeno lastno sinhronizacijsko omrežje, katerega elementi se nahajajo v
objektih RTP Beričevo, RTP Krško, HE Dravograd in RTP Divača. V telekomunikacijskih
prostorih v objektih RTP Krško in HE Dravograd je na voljo zunanji sinhronizacijski takt
frekvence 2048 kHz iz SSU enot, skladno s priporočilom ITU-T G.812.
5.3 IP/MPLS omrežje
Tehnologija IP je postala zelo pomembna tehnološka komunikacijska rešitev za
zagotavljanje storitev TK povezljivosti za večino uporabnikov znotraj Elesovega sistema
ter za elektroenergetske procesne sisteme, ki prehajajo na tehnologijo IP/Ethernet in so
30
ključni za izvajanje upravljanja in vodenja elektroenergetskega sistema (števčne meritve,
meritve kakovosti EE, nadzor nad delovanjem zaščite). Hkrati ta tehnologija omogoča
vključevanje novejših sistemov, ki bodo omogočili povečanje nadzora in s tem
učinkovitosti upravljanja elektroenergetskega sistema Eles v zahtevanih točkah
(videonadzor, nadzor zaledenitev, senzorji gibanja, kontrola pristopa in drugi sistemi, ki se
pojavljajo kot posledica razvoja inteligentnih sistemov znotraj elektroenergetske
infrastrukture in katerim telekomunikacijska povezljivost predstavlja ključen sistem za
obratovanje).
Uporablja se kot osnovno omrežje za potrebe poslovne informatike v podjetju, za IP
telefonijo ter za zunanje uporabnike (druga EES podjetja, tržni uporabniki).
V primeru uporabe istega omrežja za različne tipe uporabnikov se v ta namen uporabljajo
različne tehnike varnega ločevanja uporabniškega prometa. Uporabniški promet je z
uporabo ustreznih mehanizmov med seboj popolnoma ločen.
5.4 Optično omrežje
Eles ima zgrajeno svoje lastno optično omrežje (v zemeljski izvedbi, optična vlakna
vgrajena v zaščitno vrv daljnovoda – OPGW, optični kabel ovit okoli zaščitne vrvi
daljnovoda – OPWR in optična vlakna v faznem vodniku – OPPC).
Eles ima optično omrežje (infrastrukturo) v dolžini 1600 km optičnih kablov.
Načini integracije optičnih kablov in visokonapetostnega daljnovodnega omrežja:
• OPGW – kombinacija strelovodne vrvi iz pletenice in optičnih vlaken v njej, ki je
najbolj razširjena tehnika gradnje optičnih kablov na daljnovodu v svetu,
• OPWR – optični kabel, ovit okrog zaščitne vrvi ali faznega vodnika,
• OPPC – optična vlakna v faznem vodniku daljnovoda,
• ADSS – samonosni optični kabel.
Poleg omenjenih optičnih kablov ima Eles zgrajenih tudi nekaj optičnih relacij v zemlji
(ZOK – zemeljsko optični kabel).
Na hrbteničnem omrežju so vsi optični kabli in s tem tudi objekti povezani v zanke tako, da
je možen 50 ms preklop transportnih sistemov na redundantno prenosno pot, kar
zagotavlja deklarirano razpoložljivost zvez.
31
Pomembne so tudi optične povezave z drugimi imetniki optike v Sloveniji, kot so npr.:
Telekom Slovenije,Slovenske železnice, kabelski operaterji ter s sosednjimi
elektroenergetskimi sistemi:
• Avstrija – Verbund (ZOK, OPGW),
• Italija – Wind (OPGW, ZOK),
• Hrvaška – HEP (OPGW).
Število optičnih vlaken v optičnem kablu je od 4 do 288. Večina OPGW-jev, ki so zgrajeni
v zadnjih letih, ima 72 optičnih vlaken.
Glavnina optičnih kablov je zgrajenih z enorodovnimi SMF optičnimi vlakni, ki imajo
optične lastnosti po standardu ITU-T G.652, nekaj relacij pa ima optične lastnosti tudi po
standardu ITU-T G.655, ki omogoča prenos večjih kapacitet in izgradnjo DWDM sistemov.
Nekateri optični kabli, ki so bili zgrajeni v zadnjih letih, imajo optične karakteristike po ITU-
T G.652.D, kar je tudi naše priporočilo za optična vlakna.
Vsi optični kabli, zgrajeni na daljnovodih, so vpisani ali se sprotno vpisujejo v digitalni
kataster GJI – razen nekaterih starejših in krajših zemeljskih optičnih kablov.
V zadnjem času potekajo povečane aktivnosti za vpis vse optične infrastrukture v digitalni
kataster gospodarske javne infrastrukture, ki bo omogočal večjo preglednost ter lažji
dostop za javnost, s čimer se bo tudi zmanjšala možnost poškodb.
32
Slika 5.4: Optično omrežje Eles-a, preslikano iz [3]
33
6 KOMUNIKACIJSKI PROTOKOL IEC 60870-5
6.1 Standardizacija
Nosilci mednarodne standardizacije so Mednarodna elektrotehniška komisija (IEC),
Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) in Mednarodna telekomunikacijska
zveza (ITU). Slovenski inštitut za standardizacijo (SIST) je polnopravni član ISO in IEC.
Član ITU je Elektrotehniška zveza Slovenije.
IEC – Mednarodna elektrotehniška komisija
IEC, Mednarodna organizacija za standardizacijo, ki pripravlja standarde na področju
elektrotehnike, elektronike in sorodnih tehnologij, je bila ustanovljen leta 1906.
Pravila IEC omogočajo dve redni obliki članstva (aktivno ali polnopravno in pridruženo
članstvo) ter program pridruženstva. Člani so lahko nacionalni odbori za elektrotehniko, ki
imajo vsi enako glasovalno pravico. Pridruženo članstvo je namenjeno državam, ki
razpolagajo le z omejenimi sredstvi, zato imajo v IEC le status opazovalca in ne smejo
glasovati. Trenutno je v IEC 52 polnopravnih in 11 pridruženih članov, program
pridruženstva, sprejet v letu 2001, je do sedaj pritegnil k sodelovanju že 51 pridruženih
članic in dvignil celotno članstvo na 114 držav. Sedež organizacije je v Ženevi v Švici [6].
Mednarodna elektrotehnična komisija (IEC) je svetovna organizacija, katero sestavljajo
nacionalni elektrotehniški komiteji ali odbori. Mednarodna komisija promovira mednarodno
sodelovanje na vseh vprašanjih ali področjih o standardizaciji v energetiki in elektroniki.
Druge dejavnosti komisije so še: IEC izdaja mednarodnih standardov, tehnične
specifikacije, tehnična poročila, javno razpoložljive specifikacije in navodila.
Priprava standardov se zaupa tehničnim odborom, v pripravah lahko sodeluje vsak, ki ga
zanima tema in se udeleži pripravljalnih del. IEC sodeluje z mednarodno organizacijo
standardizacije (ISO) v skladu s sporazumom med obema organizacijama.
IEC publikacije imajo obliko priporočil za mednarodno rabo in jih sprejmejo državni odbori.
IEC – tehnični komite 57 je razvil standardni protokol za daljinsko vodenje in zaščito in
pripadajoče telekomunikacije za elektroenergetske sisteme.
Rezultat tega dela je IEC 60870-5, ki je sestavljen iz petih standardov in štirih
spremljajočih standardov:
34
IEC60870-5-1 opisuje obliko podatkov za prenos,
IEC60870-5-2 opisuje povezavo na nivoju podatkovne povezave,
IEC60870-5-3 opisuje sestavo aplikacijskih podatkov,
IEC60870-5-4 je definicija in kodiranje informacijskih elementov,
IEC60870-5-5 opisuje osnovne aplikacijske funkcije.
V spremljevalnem standardu je boj natančno definirana specifikacija, ki bazira na
standardu 60870-5 1 do 5; posebej je definiran za nekatere aplikacijske domene (ang.
User elements). Spremljevalni standardi določajo aplikacijsko območje in uporabo
semantike ter razne spremenljive podrobnosti.
Spremljevalni standardi so:
IEC60870-5-101 osnovna daljinska opravila (ang. basic telecontrol tasks),
IEC60870-5-102 prenos integriranih vsot (ang. transmission of integrated totals),
IEC60870-5-103 informacijski vmesnik za zaščitne naprave (ang. informative interface of
protection),
IEC60870-5-104 mrežni dostop za IEC101 z uporabo TCP/IP (ang. Network access for
CS101 using standard transport profiles).
6.2 Komunikacijski protokol
Protokol je opis pravil za izmenjavo sporočil, ki jih je potrebno spoštovati, da se lahko med
seboj sporazumevajo računalniški sistemi v omrežju.
Nižji sloji protokola (1–4) določajo električne in fizikalne standarde, ki jih je treba
upoštevati, vrstni red bitov in bajtov, način oddajanja ter zaznavanja in odpravljanja
napak.
Višji sloji (5–7) protokola se ukvarjajo z oblikovanjem podatkov in sporočil, komunikacijo
med terminalom in računalnikom, nabori znakov, zaporedjem sporočil ipd.
Zgled dobro razširjenega protokola je ISO/OSI model [7].
ISO/OSI model definira strukturo nivojev, pri prenosu podatkov. OSI model (ang. Open
System Interconnection) – medsebojno povezovanje odprtih sistemov je standardizirano v
referenčnem modelu, ki definira funkcije povezovanja v sedmih hierarhičnih plasteh.
Protokoli "zgornjih" 4 plasti definirajo prehajanje sporočil od uporabnika in k uporabnikom,
"spodnji" pa med vozlišča omrežja; standardni opis za prenos sporočil med dvema
točkama v omrežju.
35
OSI
IEC 101
IEC 104
7. Aplikacijska plast
6. Predstavitvena plast 5. Sejna plast 4. Prenosna plast
3. Mrežna plast
2. Podatkovno povezovalna plast
1. Fizična plast
Slika 6.1: ISO/OSI referenčni model in uporaba plasti za IEC 60870-5-101 in 104, povzeto
po [8]
"Komunikacijska protokola IEC 101 in IEC 104 sta predstavnika družine protokolov
standarda IEC 60870-5 in sta namenjena upravljanju – vodenju na daljavo. Prvotno se je
za komunikacijo med oddaljenimi postajami uporabljal standard IEC 101, ki določa
uporabo neposrednih povezav med oddaljenimi postajami. Neposredne povezave so
lahko realizirane na osnovi namenskih bakrenih ali optičnih kablov, sistemov Power Line
Carrier (PLC) ter radijskih tehnologij. Standard IEC 101 je bil razširjen in natančneje
definiran z dodatkom 2 iz leta 2001.
Z razvojem tehnologije TCP/IP Ethernet se je pojavila potreba po komunikaciji med
oddaljenimi postajami preko cenovno učinkovitih paketnih sistemov. V ta namen je bil
izdan standard IEC 104, ki definira izmenjavo informacij prek protokolnega sklada TCP/IP
in tehnologije Ethernet. Standard IEC 101 določa delovanje na aplikacijskem nivoju,
medtem ko standard IEC 104 določa način dostopa oziroma povezovanja.
Čeprav IEC 104 omejuje uporabo nekaterih podatkovnih tipov (podatki s kratko časovno
značko) in konfiguracijskih parametrov (vnaprej predpisana naslovna dolžina), pa je
njegova največja prednost ta, da omogoča komunikacijo preko standardnih TCP/IP
omrežij, ki omogočajo simultani prenos podatkov med več napravami in storitvami.
Za zagotavljanje interoperabilnosti med napravami različnih proizvajalcev standard
predpisuje listo interoperabilnosti posameznega protokola, ki vsebuje seznam funkcij, ki
jih posamezen protokol podpira. Obseg razpoložljivih funkcij je omejen s skupnim
imenovalcem z listo interoperabilnosti uporabljenih naprav posameznih proizvajalcev.
Poleg standardnih funkcionalnosti omogočata standarda IEC 101 in IEC 104 realizacijo
dodatnih funkcij, ki so odvisne od posameznega proizvajalca ali projekta. Nepopolne
specifikacije posameznega protokola pa lahko povzročijo težave pri njegovi
36
implementaciji in uporabi, zato moramo biti posebej natančni v fazi pripravljanja
specifikacij projekta" [4].
Oba sta nadrejeni/podrejeni (ang. Master/Slave) protokola. Za podatkovni pretok (ang.
data transfer) oziroma njegov pričetek delovanja sta potrebna vsaj en nadrejeni center
(ang. Master) in ena podrejena postaja (ang. Slave).
Nadrejeni center (ang. Master) pošilja zahteve za podatke in podrejena postaja (ang.
Slave) mu jih pošilja nazaj oziroma mu odgovarja na vprašanja.
V primeru izdajanja komande nadrejeni center (ang. Master) izda komando podrejeni
postaji (ang. Slave), da izvede operacijo na VN opremi, kar mu podrejena postaja (ang.
Slave), ko izvede, tudi poroča oziroma odgovori.
6.3 IEC 60870-5-101
Je mednarodni standard, ki ga je izdala Mednarodna elektrotehnična komisija IEC v
začetku 90-tih. Protokol je našel široko področje uporabe v energetskem sektorju in je še
vedno v uporabi. Bazira na EPA arhitekturi ter definira samo fizične povezave in
aplikativni nivo iz OSI modela.
Aplikacija Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC 60870-5-5
Aplikacijska plast Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC 60870-5-4
Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC 60870-5-3
Podatkovno povezovalna plast Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC 60870-5-2
Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC 60870-5-1
Fizična plast Izbrana priporočila ITU-T
Slika 6.2: ISO/OSI model za IEC 60870-5-101, povzeto po [9, p. 11 IEC 084/03]
Na sliki zgoraj je prikazana povezava med standardi in sloji modela ISO/OSI za protokol
IEC 60870-5-101.
37
Oprema in sistemi za daljinsko vodenje – 5-101: Protokoli prenosa spremljevalni standardi
za osnovne naloge daljinskega vodenja (IEC 60870-5-101)
SIST EN 60870-5-101
IEC101 je bil razširjen in bolj natančno definiran v letu 2001. Interoperabilnost med
napravami različnih proizvajalcev je bila zagotovljena z Interoperability listom, kateri je bil
definiran v standardu. V listu je definirano območje delovanja za vsako napravo in
označene so funkcije, katere se lahko uporabijo [8].
Slika 6.3: Struktura ASDU, povzeto po [9, p. 28 IEC093/03]
PREDSTAVITEV TIPA
KVALIFIKATOR SPREMENLJIVE STRUKTURE
VZROK PRENOSA
NASLOV ASDU
NASLOV INFORMACIJSKEGA OBJEKTA
SKUPEK INFORMACIJSKIH ELEMENTOV
opcija
odvisno od ASDU
VZROK PRENOSA
NASLOV ASDU
NASLOV INFORMACIJSKEGA OBJEKTA
ČASOVNA ZNAČKA;
3 oktete binarni zapis od ms do min
ali
7 oktet binarni zapis od ms do letnice
NASLOV INFORMACIJSKEGA OBJEKTA
identifikacija podatkovne
enote
informacijskiobjekt 1
Podatkovna enota
aplikacijske storitve
ASDU
časovna značka informacijskega
objekta
identifikacija informacijskega
objekta
tip
podatkovneenote
INFORMACIJSKI OBJEKT n
38
6.4 IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-104 je mednarodni standard, ki ga je izdala Mednarodna elektrotehnična
komisija leta 2000. Že iz naslova standarda izvemo, da gre za mrežni dostop za IEC101 z
uporabo TCP/IP, aplikacijski nivo temelji na IEC 60870-5-101.
IEC 60870-5-104 omogoča komunikacijo med končno postajo (ang. RTU) in nadzorno
postajo preko standardnega TCP/IP omrežja. TCP protokol je namenjen mrežno
orientiranemu varnemu prenosu podatkov.
IEC 60870-5-104 omejuje vrste informacij in konfiguracijske parametre, opredeljene v IEC
60870-5-101, kar pomeni, da niso vse funkcije, ki so na voljo v IEC 60870-5-101, podprte
v IEC 60870-5-104. V praksi se zelo pogosto združujejo aplikacije sloja IEC 60870-5-101
s profilom IEC 60870-5-104 v prometu, vendar moramo biti pozorni na te omejitve.
Največja prednost IEC 60870-5-104 je, da omogoča komunikacijo prek standardnega
omrežja, ki omogoča istočasen prenos podatkov med več napravami in storitvami.
Aplikacija Izbrane aplikacijske funkcije iz IEC
60870-5-5 po IEC 60870-5-101 Inicializacija
Aplikacijska plast
Izbrane ASDU-je iz 60870-5-101 in 104
APCI (ang. Aplication Protocol Control Information) transportni vmesnik (uporabnik do TCP vmesnika)
Prenosna plast
Izbira iz TCP/IP protokolov (RFC 2200) Mrežna plast
Podatkovno povezovalna plast
Fizična plast
Slika 6.4: ISO/OSI model za IEC 60870-5-104, povzeto po [10, p. 21 IEC 2786/2000]
Na sliki zgoraj je prikazana povezava med standardi in sloji modela ISO/OSI za protokol
IEC 60870-5-104.
39
Prednosti IEC 60870-5-104:
Znižuje stroške z uporabo standardne strojne opreme, uporablja omrežno infrastrukturo,
odlična integracija v IT področje (odprt omrežni vmesnik TCP/IP), višje hitrosti prenosa.
Največja prednost IEC 60870-5-104 je, da omogoča komunikacijo prek standardnega
omrežja, ki omogoča hkratni prenos podatkov med več napravami in storitvami.
Razlike med protokoloma IEC 60870-5-104 in IEC 101
Aplikacijski nivo funkcionalnosti je enak za oba protokola.
Fizični in podatkovno povezovalni nivo je zamenjan z odprtim omrežnim vmesnikom
(TCP/IP), tehnologija omrežja, lažja migracija sistema.
Sestava podatkovnega paketa IEC104 (Slika 6.5).
Podatkovni enoti aplikacijske storitve (ang. ASDU), ki je enaka za IEC104 in IEC101, je v
protokolu IEC 104 dodano:
Nadzorna informacija aplikacijskega protokola (ang. APCI), ki zagotavlja nadzor
izgubljenih in podvojenih sporočil, omogoča nadzor transportnega nivoja in
mehanizme za nadzor pričetka in konca prenosa sporočil,
skupaj tvorita (ASDU in APCI) podatkovno enoto aplikacijskega protokola (ang.
APDU), ki je primerna za prenos preko interneta.
Osnovne aplikacijske funkcije v IEC 60870-5-104:
inicializacija oddaljenih postaj,
branje podatkov,
cikličen prenos podatkov,
sporočanje informacij o dogodkih,
sinhronizacija,
prenos ukazov za krmiljenje, komande,
testne procedure in
prenos datotek.
40
Procesni podatki – tip podatka (nadzorna smer):
Enopoložajna informacija brez časovne značke (<1> M_SP_NA_1) in s časovno
značko (<30> M_SP_TB_1).
Dvopoložajna informacija brez časovne značke (<3> M_DP_NA_1) in s časovno
značko (<31> M_DP_TB_1).
Položaj regulatorja napetosti brez časovne značke (<5> M_ST_NA_1) in s časovno
značko (<32> M_ST_TB_1).
Meritve brez časovne značke, normalizirane (<9> M_ME_NA_1) in scalirane (<11>
M_ME_NB_1) ter s časovno značko normalizirane (<34> M_ME_TD_1) in scalirane
(<35> M_ME_TE_1).
Procesne komande – tip podatka (komandna smer)
enojna komanda brez časovne značke (<45> C_SC_NA_1)
dvojna komanda (<46> C_DC_NA_1)
regulacijsko stopenjska komanda (<47> C_RC_NA_1)
Slika 6.5: Sestava podatkovnega paketa IEC104, povzeto po [10, p. 25 IEC 2788/2000]
Na sliki zgoraj imamo prikazano zgradbo paketa in mehanizme prepoznavanja začetka in
konca prenosa podatkov. Vrednost Start 68H definira začetek novega podatka, sledi
dolžina APDU, kontrolna polja ter podatki, ki smo jih prejeli. Kontrolna polja so namenjena
preprečevanju izgube in podvajanju paketov. [10]
START 68H
dolžina APDU
Kontrolno polje 1
Kontrolno polje 2
Kontrolno polje 3
Kontrolno polje 4
ASDU definiran v IEC 60870-5-
101 in IEC 60870-5-104
APDU (ang. Aplication protocol data unit) Podatkovna enota aplikacijskega protokola
APCI (ang. Aplication protocol control information) Nadzorna informacija aplikacijskega protokola
ASDU (ang. Aplication service data unit) Podatkovna enota aplikacijske storitve
APCI
ASDU
APDUdolžina
41
7 VARNOSTNA POLITIKA OMREŽJA TSV
Za zanesljivo obratovanje EES je varnost omrežja (TSV) ključnega pomena. Podjetje s
pripadajočimi organizacijskimi predpisi in delovnimi navodili določa, kako zaščititi oziroma
zavarovati informacijsko premoženje.
Cilj varovanja informacij in informacijske infrastrukture je preprečevati oziroma zmanjšati
posledice varnostnih incidentov na najmanjšo možno mero ter zagotavljati varno in
zanesljivo obratovanje EES.
V osnovi govorimo o treh pojmih varnosti:
zaupnost; zagotavljanje dostopa do naprav in informacij samo pooblaščenim
osebam,
celovitost; zagotavljanje točnosti informacij s preprečevanjem nepooblaščenih
sprememb (nastavitve naprav),
razpoložljivost; zagotavljanje pooblaščenim osebam dostop do informacij in
naprav, ko jih potrebujejo.
Zaradi visoke odvisnosti sistema EMS od informacijske tehnologije se povečuje ranljivost
za različne zunanje in notranje grožnje, ki postajajo zmeraj bolj razširjene, prefinjene in
učinkovite pri povzročanju poslovne škode podjetju.
Namen varnostne politike je določitev in zagotovitev varnostnih mehanizmov v okviru RTU
omrežja. Za zagotovitev varnostnih mehanizmov je potrebno:
Varno in zanesljivo obratovanje končne postaje na objektu, zaščita končne postaje
pred zunanjimi vplivi (varnost RTU omrežja).
Zaščita TK omrežja Elesa pred nezaželenimi vplivi naprav, katere niso v lasti in
nadzoru Elesa (varnost TK omrežja).
Zaščita naprav v EMS omrežju pred zunanjimi vplivi (iz RTU omrežja) (varnost
EMS omrežja).
Varnost v TSV omrežju
V RTU omrežju se prepletajo varnostne politike lastnika končne postaje na objektu (npr.
distribucijskega podjetja) in upravljavca končne postaje (Eles), katera končna naprava je
priključena v Elesovo TK omrežje. Zaradi tega je potrebno določiti (razmejiti) varnostna
območja, odgovornost in pristojnosti.
42
Obveznosti lastnika naprav Elesa izhajajo iz dokumentov:
načrt fizičnega in tehničnega varovanja (PU),
ocena tveganj in vzpostavitev notranjih kontrol v sistemu varovanja
informacij (OP 4.2.1),
ravnanje z informacijami javnega značaja (OP 4.2.2),
kontrola vstopa (OP 4.2.4),
varnostna politika TK.
Služba za sekundarne sisteme je odgovorna za varnost in zaščito naprav v RTU omrežju
na objektu, kot je določeno z varnostno politiko, navodili in postopki Elesa.
Služba za TK je odgovorna za varnost in zaščito naprav v TK omrežju, kot je določeno z
varnostno politiko, navodili in postopki, zapisanimi v dokumentu "Varnostna politika TK".
Služba za procesni sistem vodenja je odgovorna za varnost in zaščito naprav v EMS
omrežju, kot je določeno z varnostno politiko, navodili in postopki Elesa.
Postajni
računalnik
(RTU)
TK I
omrežje
TK II
omrežje
TK I
omrežje
TK II
omrežje
Mre
žn
o s
tika
lo
Lju
blja
na
Mre
žn
o s
tika
lo
Be
riče
vo
TK oprema
na objektu
TK oprema
Beričevo
TK oprema
Ljubljana
Sistem
lokalnega
upravljanja
DCV
RCV
RCV II
PCV
PCV
Ko
mu
nik
ato
r
RS-232
OBJEKT (RTP) KOMUNIKACIJE CENTRI VODENJA - ELES
RTP
FW
CENTER VODENJA - DCV
FW
Ko
mu
nik
ato
r
FW
RS
-23
2
Slika 7.1: TSV omrežje
RTU omrežje TK omrežje EMS omrežje
TSV omrežje
43
Obveznosti drugega lastnika naprav (ne Elesa)
Lastnik je odgovoren za naprave, priključene v RTU omrežju, kot je določeno z njegovo
varnostno politiko, pravili in postopki. Lastnik je dolžan omogočiti predstavnikom Elesa
dostop do objekta in naprav v primerih zamenjave ali namestitve PCV-ja ali TK naprav,
priključitve PCV-ja v RTU ali TK omrežje, priključitve končne postaje v RTU omrežje ter
nastavljanje, testiranje in vzdrževanje naprav, katerih lastnik je Eles.
44
8 ZAKLJUČEK
Projekta smo se lotili zaradi različnih vzrokov. Eden izmed razlogov je bil, da je Siemens
Sinaut Spectrum imel omejeno število serijskih kanalov, kateri niso bili več na razpolago.
Na nivoju Sinaut Spectruma se je izvedla rekonstrukcija obnove komunikacijskega dela, ki
je dobil vmesnik za protokol IEC104. Telekomunikacijsko omrežje je tudi omogočalo in
bilo v manjšem delu pripravljeno za obnovo oziroma prehod na protokol IEC104. Hkrati
sta tekla na področju telekomunikacij projekta izgradnje DCN omrežja in nadgradnje SDH
omrežja v vseh EE objektih Elesa in tudi v pomembnejših objektih drugih
elektrogospodarskih podjetij.
Analiza stanja Elesove mrežne infrastrukture in funkcionalnosti sistemov vodenja na trgu
je pokazala, da lahko uspešno izvedemo migracijo komunikacij končnih postaj s centri
vodenja (RCV, RCV II). To smo dosegli v naslednjih korakih:
1. Analiza možnosti uporabe protokola IEC-104 na Elesovih končnih postajah, kjer
tehnologija to omogoča,
2. Sodelovanje s predstavniki TK pri določitvah zahtev in funkcionalnosti procesnega
omrežja za podporo protokolu IEC-104,
3. Nabava pretvornikov protokola IEC-101/104, ki ustrezajo zahtevam Elesa,
4. Uskladitev varnosti procesnega omrežja RTU-jev s partnerji (elektrodistribucije,
proizvajalci),
5. Vgradnja pretvornikov protokola na energetskih objektih, ki komunicirajo s
sistemom EMS in kjer končne postaje ne podpirajo protokola IEC-104.
Končne postaje s podporo protokola IEC104
V Elesovih objektih, kjer je že bila možnost uporabe protokola IEC104, je bilo potrebno
dokupiti licence za uporabo protokola in poskrbeti za pravilno parametriranje naprav za
prenos podatkov po IEC104 v nadrejeni center. Poseben poudarek je bil tudi na
parametriranju in omogočanju več sočasnih povezav po IEC104 v nadrejeni center.
Končne naprave s podporo protokola IEC101 in vgradnja PCV-jev.
Po obsežnosti je bilo to največje delo v sklopu projekta. Izvedeno je bilo javno naročilo za
nabavo PCV-jev, izvedeni obiski vseh objektov, predvidenih za vgradnjo PCV-jev za
pridobitev projektne dokumentacije za izvedbo vgradnje. Izvedba vgradnje na objektih in
priključitev PCV-jev v obratovanje.
PCV-ji omogočajo veliko fleksibilnost in varnost mrežnih komunikacij. Fleksibilnost je
mišljena z omogočanjem večjega števila sočasnih komunikacij z več nadrejenimi centri.
45
PCV-ji imajo funkcijo požarnega zida in s tem zagotavljajo ločenost RTU omrežja in TK
omrežja.
Za objekte, ki še niso imeli na voljo TK omrežja, ki bi omogočalo komunikacijo po IEC104,
se je izvedla začasna rešitev, po kateri so bili PCV-ji nameščeni v RCV-ju za čas, dokler
ne bo možno uporabiti omrežja DCN in SDH.
Podpora mrežnemu protokolu v RCV
Ob pojavu mrežnega protokola IEC104 v TSV (leta 2008) smo v centru vodenja RCV
dogradili redundantni par koncentratorjev. Koncentratorji podpirajo mrežni protokol IEC-
104 in ga pretvarjajo v serijski protokol IEC-101.
Kasneje se je obstoječi sistem EMS Siemens Sinaut Spectrum opremil s komunikacijskim
modulom IECDS, ki omogoča uporabo mrežnega protokola neposredno v samem sistemu
EMS. Ta izboljšava je bila realizirana v sklopu vzdrževalnih del na Sinaut Spectrumu,
vendar je bistvenega pomena za takojšnjo uporabo mrežnih komunikacij. S tem bomo
pridobili izkušnje, ki jih bomo lahko koristno uporabili pri prehodu iz obstoječega sistema
EMS na nov sistem EMS.
46
9 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV
[1] Eles d.o.o, „www.eles.si,“ [Elektronski]. Available: http://www.eles.si/slovensko-
prenosno-omrezje/elementi-prenosnega-omrezja.aspx. [Poskus dostopa 10 marec
2014].
[2] J. Hrovatin, F. Jakl, U. Salobir, M. Jevšenak, S. Lesjak in G. Skubin, Trideset let
sinhronega obraovanja z Evropo, Elektro - Slovenija, 2004.
[3] Eles, POS - Služba za telekomunikacije, „Predstavitev telekomunikacijskega omrežja
Eles,“ 2013.
[4] E. Cek, M. Goršek, D. Kužnik in G. Uršič, „Implementacija mrežnega protokola
IEC104 v TSV,“ Eles, Ljubljana, 2009.
[5] GDB d.o.o, „Projekt izvedenih del - Vgradnja PCV,“ 2012.
[6] Slovenski institut za standardizacijo, [Elektronski]. Available:
http://www.sist.si/index.php?option=com_content&view=article&id=76&Itemid=108&la
ng=sl. [Poskus dostopa 14 april 2014].
[7] „Wikipedia,“ [Elektronski]. Available:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Protokol_(ra%C4%8Dunalni%C5%A1tvo). [Poskus dostopa
10 marec 2014].
[8] „IPCOMM,“ [Elektronski]. Available:
http://www.ipcomm.de/protocol/IEC101/en/sheet.html. [Poskus dostopa 12 marec
2014].
[9] International Electrotechnical Commission, „Telecontrol equiometn and systems; Part
5-101: Transmission protocols - Companion standards for basic telecontrol tasks,“
april 2003.
[10
]
International Electrotechnical Commission, „IEC TC57: IEC 60870-5-104, Telecontrol
equipment and systems – Part 5-104: Transmission protocols – Network Access for
IEC 60870-5-101 using standard transport profiles,“ junij 2006.
