View
222
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Ethernet-hálózatok redundanciájaIEC 61850 és IEC 62439
Bánfalvy Zoltán, ABB Kft., MEE Vándorgy űlés, Budapest, 2012.09.06.
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 2
Tartalom
� Rövid összefoglaló az IEC 61850 és IEC 62439 szabványokról
� Elérhető megoldások
� A különféle redundáns kommunikációs megoldások összehasonlítása, előnyök és hátrányok
� Alkalmazási példák, tapasztalatok
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 3
IEC 61850A protokollról…
� Az IEC 61850 egy szabványosított, ethernet-alapúalállomási kommunikációs protkoll, melyet a villamosipar meghatározó gyártói fejlesztettek ki abból a célból, hogy a a különféle gyártmányú védelmi-irányítástechnikai készülékek közti kommunikációt egységesítsék.
� A 2000-es évek második felétől kezdett elterjedni a gyakorlatban, napjaink meghatározó, megkerülhetetlen megoldása az alállomási kommunikáció területén.
� Az iparágat jelenleg a redundáns kommunikációmegoldása foglalkoztatja
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 4
IEC 61850Redundáns kommunikáció
� Az IEC 61850 szabvány első kiadása nem foglalkozott a redundancia kérdésével.
� Az IEC 61850 szabvánnyal foglalkozó munkabizottság felismerte, hogy az átjárhatóság megőrzésének érdekében a redundancia megoldását be kell emelni a szabványba.
� IEC 61850 második kiadása (IEC 61850 Edition 2) már tartalmazza a redundanciát az IEC61850-8-1 alállomási kommunikációs busz, mind pedig a folyamatirányítási busz (IEC 61850-8-2 Process bus) tekintetében.
� A redundancia az IEC 62439 szabványban definiált PRP/HSR megoldáson alapszik.
© ABB Group August 31, 2012 | Slide 5
IEC 61850 Edition 2Redundáns megoldások áttekintése
� Redundancia az adatátviteli útban
� RSTP, IEEE 802.1D
� (n-1) kritérium
� Meghibásodás esetén helyreállítási idővel kell számolni
� A végpontok redundanciája
� PRP, IEC 62439-3Parallel Redundancy Protocol
� HSR, IEC 62439-3High-available Seamless Redundancy
� (n-1) kritérium
� Meghibásodás esetén 0 a helyreállítási idő.
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 6
Redundancia, IEC61850-3 PRP/HSR
� PRP
� Parallel Redundancy Protocol
� HSR
� High-availability Seamless Redundancy
� PRP/HSR az ABB Corporate Researchszabadalma
� Az ABB a szabadalmat az IEC rendelkezésére bocsájtotta és szabadon felhasználhatóvá tette
IEC 62439-3
© ABB Group August 31, 2012 | Slide 7
Jelenleg elterjedt topológiaRSTP - Rapid Spanning Tree Protocol
1
2
A kommunikáció helyreáll, miután a meghibásodott szakasz (1) szerepét átveszi a „tartalék” összeköttetés (2)
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 8
Jelenleg elterjedt topológia Előnyök és hátrányok
workstation1
loggerprinter
Gateway
NCC
SAN
SAN
SAN
Gateway
NCC
back-up workstation2
switch A1 switch A2
SAN
SAN
SAN
SAN
SAN
SAN
Teljes átjárhatóság, bármilyen IEC61850 kommunikációt támogató készülékcsatlakoztatható a hálózathoz.
☺☺☺☺Kettő, vagy több IED egyidej ű meghibásodása nincs hatással
a hálózat m űködésére ☺☺☺☺
Minden topológiát támogat: fa, csillag, gy űrű, teljesen összekapcsolt (meshed)
A hálózat önálló, az IED-kt ől függetlenSzabványos Ethernet épít őelemek, speciális eszközök nem
szükségesek hozzáRugalmas sebesség (100MBit/s, 1GBit/s) és átviteli k özegA teljes sávszélesség kihasználható, nincsenek dupl ikált
adatkeretek
☺☺☺☺
Közepes költségek a switch-ek és a kábelezés terén����
A helyreállítási id ő ~5ms/switch ����
RSTP
� Működési elv
Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPParallel Redundancy Protocol
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 9
Küld ő
Vevő
� A redundáns kommunikációt támogató készülékek (DANP -Double Attached Node implementing PRP) két független hálózathoz csatlakoznak.
� Mindkét hálózaton keresztül ugyanazt az adatkeretet küldik.
� A vevő mindkét hálózaton keresztül megkapja az adatkeretet. Az elsőt feldolgozza, a másodikat eldobja.
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 10
Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPParallel Redundancy Protocol
A
B
küldés
Tx RxTx Tx RxTx Rx
receive
hálózati réteg
szállítási réteg
send
Rx
fogadás
Hálózati interfész
Vezérlő
csatlakozó
A B A B
küldő/címzett
Felső rétegek
LAN A
LAN B
alkalmazás
network layer
transport layerpublisher/subscriber
applications
� Küldés mindkét hálózaton: az adatkereteket a LAN A és a LAN B hálózatra is elküldik. A két hálózaton az adatkeretek eltérőkésleltetéssel érnek célba.
� Fogadás mindkét hálózatról: az adatkeretek a LAN A és a LAN B hálózatról is megérkeznek a címzetthez. A hálózati réteg és a hálózati interfész közé beépített vezérlő kezeli az adatáramlást és kiszűri a duplikált adatkereteket. A két irányt egyenlően kezeli.
� A PRP esetében a csomópontok mindkét hálózati interfészükön azonos IP címmel és fizikai címmel (MAC-address) rendelkeznek.
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 11
Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPA dupla adatok kiszűrése: sorszám
idődestination source LLC FCSpayloadpreamble sizesequencecounter lin
e
Szabványos Ethernet adatkeret
� A szabványos Ethernet adatkereten felül mindegyik adatkeret tartalmaz egy sorszámot, egy sormutatót és egy méret mezőt. Ezek a plusz információk az adatkeret végén, a „hasznos” adatcsomag után helyezkednek el annak érdekében, hogy átlátszóak maradjanak a normál hálózati adatforgalom számára.
� A küldő mindkét adatcsomagot ugyanazzal a sorszámmal látja el. A sorszámot eggyel növeli, ha új adatcsomagot küld az adott vevőnek.
� A vevő nyilvántartja a keretek sorszámát és a forrás fizikai címét. Az ugyanazzal a sorszámmal és fizikai címről, de más hálózatról érkező kereteket eldobja
� Az adatforgalom alapján mindegyik csomópont elkészíti és nyilvántartja magának a többi hálózati csomópont listáját, ezáltal az egyes csomópontok, átviteli utak hibája kiszűrhető.
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 12
Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPElőnyök és hátrányok
A helyreállítási id ő 0msNincs adatvesztés ☺☺☺☺
Minden topológiát támogat: fa, csillag, gy űrű, teljesen összekapcsolt (meshed)A hálózat önálló, az IED-kt ől függetlenSzabványos Ethernet épít őelemek, speciális eszközök nem szükségesek hozzáRugalmas sebesség (100MBit/s, 1GBit/s) és átviteli k özegA teljes sávszélesség kihasználható, a duplikált ad atkeretek külön hálózaton
utaznak ☺☺☺☺
Az IED-k meghibásodása nincs hatással a hálózat m űködésére☺☺☺☺ A redundáns kommunikációt nem támogató
készülékek közvetlenül csatlakoztathatóak az egyik hálózatra, vagy egy „RedBox” közbeiktatásával mindkett őre. ☺☺☺☺
Magas költségek a switch-ek és a kábelezés terén ����
Redundancia gyűrűtopológiában – IEC 62439-3 HSRHigh-availability Seamless Redundancy
� Működési elv
� A redundáns kommunikációt támogató készülékek (DANH -Double Attached Node implementing HSR) két független hálózathoz csatlakoznak.
� Az adók mindkét irányba ugyanazt az adatkeretet küldik. („A”-keret és „B”-keret)
� A vevő mindkét portján keresztül megkapja az adatkeretet. Az elsőt feldolgozza, a másodikat eldobja.
� DANH csomópontok „bridge” funkciót is ellátnak a portjaik között, a hálózaton fogadott kereteket továbbküldik a másik portjukon
� Nem tévesztendő össze az RSTP-n alapuló, nem redundáns gyűrűvel
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 13
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 14
Redundancia gyűrűtopológiában – IEC 62439-3 HSR Előnyök és hátrányok
end node
end node
end node
end node
end node
end node
end node
A B A B
B A B A B A B A B A
BA
switch
RedBox
singly attached nodes
interlink
Alacsony költségek (nincsenek switch-ek, kevés kábe lezést igényel)☺☺☺☺
Csak gy űrű topológiaAz IED-k a hálózat szerves részét képezikSzabványos Ethernet épít őelemek nem használhatóak,
speciális eszközök szükségesek hozzáFix hálózati sebesség (100MBit/s)A sávszélesség fele a teljesnek (dupla adatáramlás)
����A redundáns kommunikációt nem támogató készülékek kö zvetlenül NEM csatlakoztathatóak a hálózatra, csak egy „RedBo x”közbeiktatásával. ����
Kettő, vagy több IED egyidej ű meghibásodása megbénítja a hálózatot ���� A helyreállítási id ő 0ms
Nincs adatvesztés ☺☺☺☺
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 15
Hurkolt Ethernet hálózatok és az RSTP
�Az utóbbi években az iparágban terjedőben vannak az RSTP-topológián alapuló, ún. hurkolt Ethernet hálózatok.� Ez egy költséghatékony megoldás, mely csupán a készülékek közti összeköttetés redundanciáját biztosítja, meghibásodás esetén adatvesztés lép fel és a helyreállítási idő is 100ms nagyságrendű. (kb. 20db készülék esetén) �Ha a hálózatot reteszelés, engedélyezések, tiltások, kioldási parancsok átvitelére is használják, akkor maximum 4ms-os kiesés engedhető meg. (Type 1A, Class P1)
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 16
Redundáns IEC61850 hálózatokA különféle megoldások összehasonlítása
IEC 61850 Architektúra TeljesítményMegoldás 8-1 9-2 Redundáns
hálózat1 portos IED Adatvesztés Helyreállítási
időHálózat Késleltetés
PRPIEC 62439-3
Igen Igen Igen Igen Nincs 0 ms Teljes sávszél.,rugalmas sebesség
Nincs
HSRIEC 62439-3
Igen Igen Nem Nem,„RedBox”szükséges
Nincs 0 ms Fél sávszél.,
Fix sebesség, 100Mbps
Késleltetés minden IED-
nél
RSTP Igen Nem Nem Igen Van átlagosan100ms
(gyűrű 20 csomópont)
Teljes sávszél.,rugalmas sebesség
Nincs
© ABB Group August 31, 2012 | Slide 18
Tapasztalatok a PRP-velSikeres hosszú távú teszt / pilot project
� Folyamatos hosszú távú intenzív tesztelés az ABB Svájci tesztközpontjában
� Több, mint egy éve üzemben van
� Minden stabilitási és nyúzópróbát kiállt
� A PRP egy kompromisszumok nélküli, kipróbált, megbízhatómegoldás
� Minimális konfigurációs többletmunkát igényel, mert a redundanciát a hardver szintjén kezeli
Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 19
RedundanciaÖsszefoglalás
� Az IEC-61850-8-1 Ed2 és IEC-61850-9-2 Ed2 szabványok már megjelentek, de az IEC61850-10 szabvány fogja majd tartalmazni a megfelelőségi vizsgálatokra vonatkozóirányelveket. Célszerű megvárni ennek a szabványnak a megjelenését!
� Az egy porttal rendelkező készülékeket ugyanarra a hálózatra kell csatlakoztatni.
� Az IEC62439-3 PRP alkalmazása javasolt, ha redundáns alállomási hálózatra van szükség.
Recommended