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} }
\mode<presentation> \mode<presentation>
\title{IEC 61850} \title{Intelligente Systeme}
\subtitle{Kommunikation und Datenmodell für Umspannwerke} \subtitle{Ontologieprojekt: RDFS Ontologie }
\author{Marcel Felix, Jan Philipp Timme} \author{Marcel Felix, Jan Philipp Timme}
\date{\today} \date{\today}
\begin{document} \begin{document}
\tableofcontents[hideallsubsections]
\begin{comment} \begin{frame}{Szenario}
http://www02.abb.com/global/sgabb/sgabb005.nsf/bf177942f19f4a98c1257148003b7a0a/e81bb489e5ae0b68482574d70020bf42/$FILE/B5_G2_Enhanced+protection+functionality+with+IEC+61850+and+GOOSE.pdf
* Process Bus ist meist schon in die IED gewandert, ansonsten kann er auch auf dem selben Netz laufen wie der Station Bus (Keine Sorgen machen, passt schon irgendwie)
* GOOSE ist für IED<->IED, regelmäßige Updates, unregelmäßig bei Abweichungen etc.
* SMV werden (vermutlich über GOOSE) zwischen den IED geteilt, die IED werden über SCL konfiguriert (stimmt das?)
* Datenmodell ist zumindest im Grundkonzept interessant, da es mit GOOSE direkt zusammenpasst und somit stressfreier als Binärkram zu lesen ist (Interoperabilität) [Ja, aber halt nicht alle einzelnen möglichen Bestandteile durchgehen. Ich denke einfach eine Folie mit einer Übersicht zeigen und mal drüber fliegen wäre i.O]
* Process Bus ist sehr nah an Switchgear angesiedelt; eine Bay in einer Substation ist soetwas wie ein Rack im Serverraum - Dinge für eine gemeinsame Aufgabe stecken dort zusammen - so die Ideee
*
\end{comment}
\section{Überblick}
\subsection{Überblick}
\begin{frame}{Überblick}
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Ausgangspunkt prorietäre Protokolle \item Welt der Spielekonsolen mit Bewertungen
\begin{itemize} \item Spielekonsolen mit einigen Attributen beschrieben
\item Binärkodierte Daten waren nur für Geräte des passenden Herstellers verwertbar \item Spielekonsolen werden von Organisationen hergestellt
\end{itemize} \item Spielekonsolen haben einen Nachfolger/Vorgänger
\item Arbeit an UCA\footnote{Utility Communications Architecture} begann \item Organisationen haben einen CEO
\item Woraus der IEC 61850 enstand \item \dots
\end{itemize}
Mit IEC 61850 soll die technische Weiterentwicklung zur Vereinfachung der Datenübertragung und -repräsentationen genutzt werden.
\end{frame}
\begin{comment}
Früher hatte man wenig Bandbreite => Kommunikation erfolgte via wenigen bytes
=> Das hat zum Nachteil, dass vorher viel abgesprochen werden muss
=> welches byte bedeutet was, Konfiguration war aufwendig etc.
Heute hat man viel Bandbreite zur verfügung
=> Selbst erklärende Daten möglich
Daraus enstand die UCA (Utility Communication Architecture)
=> Grundstein für den IEC 61850 (GSSE stammt aus dem UCA (erwähnenswert?) <- Lieber nicht, GSSE und GOOSE sind zwei Paar Schuhe.
\end{comment}
\begin{comment}
Aufbau des IEC 61850
- Funktionale Anforderungen für Kommunikation in einer substation werden ermittelt
- Diese Anforderungen dienen daraufhin dazu
- Beispielsweise die Data Items und Service
- Das Applikation Protokoll
- das unterliegende transport, netzwerk, "data link" und physische "layer"
zu finden, die diese Anforderungen erfüllen
- Defintion der Data Items und Services die UNABHÄNGIG der darunter liegenden Protokolle sind.
- Daraus entstehen ASCI (Abstract Communication Service Interface) für die Service
- Und für die Data Models gibt es diese "Logical Nodes" (+ Sub-Typen) (Kommen ja später in dem Bild)
- Hinzu kommen die: Common Data Classes (für die "common pieces" aus denen die data objects bestehen
- Das Mappen der abstrakten Data Items / Services zu echten Protokollen.
- MMS
- GOOSE
- Sample Measures Values (Aufnehmen/Sammeln/Umwandeln der "echten" anlogen werte?)
- Process Bus.
- Zwischendrin wird das SCL (Substation Configuration Language) erklärt. (XML Dialekt)
- Formale beschreibung der Beziehung einer Substation und dem substation automation system (SAS)
- ("Substation Automation System (SAS) software provides an intelligent solution to monitor, analyze, control, and protect today's modern substations")
- Eigentlicher Fokus war "inside" the substations. Wird jedoch auch für "Substation to Master" oder substation-to-substation communcation genutzt.
-
<!------------------------------------------------------------------------------------------------------!>
\end{comment}
\subsection{Struktur des IEC 61850}
\begin{frame}{Struktur des IEC 61850}
\begin{minipage}{0.45\textwidth}
\begin{itemize}
\item Funktionale Anforderungen ermitteln (3-5)
\item Definition der Substation Configuration Language (SCL) (6)
\item Definition abstrakter \enquote{data items} und \enquote{services} (7)
\item Mappen der abstrakten Typen auf Protokolle (8)
\item Sample Measured Values (SMV) (9)
\end{itemize}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}{0.5\textwidth}
\begin{figure}[f]
\includegraphics[scale=0.20]{toc_IEC.png}
\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Tabelle 1}
\end{figure}
\end{minipage}
\end{frame}
\begin{comment}
Device model begins with a physical device
- defined by network address
- contains one or more logical devices
- Each Logical device contains one or more logical nodes
- A logical node:
- One or more "Named grouping of data und services" die in Verbindung zu einer power system function stehen.
- Typ am ersten Buchstaben des namens erkennbar. "M" is metering/measurement.
- (Kurze Folie mit übersicht einblenden, aber nicht näher drauf eingehen?!?!)
- Weiter unterteilt in "sub datentyp"? Beispielsweise "Phase 2"
- Erfüllt specification of CSC (common data class)
- Bild von so einem CSC einblenden? (overview paper, seite 3 Fig. 2.)
\end{comment}
\section{Datenmodell}
\begin{comment}
Falls du das gebrauchen kannst :-)
\end{comment}
\subsection{Hierarchie definierter Typen/Objekte}
\begin{frame}{Hierarchie definierter Typen/Objekte}
\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.27]{IEC61850-7-2-F1.png}
\captionsetup{labelformat=empty}
\caption{IEC 61850-7-2, Abbildung 1}
\end{figure}
\end{frame}
\subsection{Datenmodell}
\begin{frame}{Datenmodell}
Definition verschiedener, hierarchischer Abstraktionsebenen
\begin{itemize}
\item Server $\rightarrow$ Logical Device $\rightarrow$ Logical Node $\rightarrow$ Data Object $\rightarrow$ Data Attribute
\item Server enthalten mehrere Logical Devices
\item Logical Devices arbeiten gemeinsam an einer Funktion
\begin{itemize}
\item \dots und enthaltene mehrere Logical Nodes
\end{itemize}
\item Logical Nodes enthalten Datenobjekte mit Attributen
\end{itemize}
$\Rightarrow$ Adressierung einzelner Datenattribute über voll qualifizierten \enquote{Pfad} möglich
\end{frame}
\begin{frame}{Datenmodell}
\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.40]{UCAIUG-Slide15.png}
\captionsetup{labelformat=empty}
\caption{UCAIug Summit; IEC 61850 Tutorial, Folie 15}
\end{figure}
\end{frame}
\begin{comment}
=> Daten sind nun abstrakt. (Logical devices/nodes, common data class etc.)
- Werden auf echtes Protokoll gemapped
=> MMS (Manufacturing Message Specification)
- Wurde gewählt, weil es leicht mit den Complexen Namen umgehen kann. Prinzipell jedoch jedes andere Protokoll denkbar,
- (Kurze Folie die das IEC61850 to Object Mapping zeigen? Overview Paper, Seite 4, Table II)
- (Kurze übersicht über das Mappen. Ein "control model" service wird zu read/write services, Logical device wird ein MMS Domain etc.)
\end{comment}
\section{Protokolle}
\subsection{GOOSE}
\begin{frame}{Protokolle: GOOSE}
\begin{itemize}
\item Generic Object Oriented Substation Events
\item Baut direkt auf Ethernet (Layer 2) auf
\begin{itemize}
\item VLANs werden als Nachrichtenkanäle genutzt
\item Peer-to-peer-Kommunikation über Multicast\footnote{Broadcasts innerhalb eines VLAN}
\item Nachrichtenpriorität wird direkt über Ethernet-Header angegeben
\end{itemize}
\item IED$\Leftrightarrow$IED-Kommunikation
\item Zustandsmeldungen (regelmäßig oder auch abhängig von Events/Wertabweichungen)
\item Kommunikation via GOOSE hauptsächlich \textit{innerhalb} des Umspannwerks
\end{itemize} \end{itemize}
\end{frame} \end{frame}
\subsection{MMS} \begin{frame}[fragile]{Selbstdefinierte Prädikate}
\begin{frame}{Protokolle: MMS} \begin{lstlisting}
\begin{itemize} :foundingYear rdf:type rdf:Property ;
\item Manufacturing Message Specification rdfs:domain foaf:Organization ;
\begin{itemize} rdfs:range xsd:int .
\item Gemäß ISO 9506\footnote{Nachrichtenformate für Fertigungszwecke} standardisiert
\item IEC 61850 definiert ein Mapping des Datenmodells für MMS :internetEnabled rdf:type rdf:Property ;
\end{itemize} rdfs:domain :GameConsole ;
\item Client/Server-Protokoll rdfs:range xsd:boolean .
\item Findet über TCP/IP (Layer 3) statt
\item In unserem Kontext: Kommunikation zwischen HMI\footnote{Human Machine Interface} und IEDs :consoleName rdf:type rdf:Property ;
\begin{itemize} rdfs:domain :GameConsole ;
\item \dots und somit auch ggf. zwischen Umspannwerken und Kontrollzentren rdfs:range xsd:string .
\end{itemize} \end{lstlisting}
\end{itemize}
\end{frame} \end{frame}
\begin{comment} \begin{frame}[fragile]{Ein eigener Datentyp und mehr \dots}
\begin{frame}{Objektmapping von IEC 61850 auf MMS} \begin{lstlisting}
\begin{figure} # rdfs:Datatype
\includegraphics[scale=0.40]{mms_data_mapping.png} :PriceEur rdf:type rdfs:Datatype .
\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Tabelle 2} :PriceEur rdfs:label "Preis in Euro"^^xsd:string .
\end{figure}
\end{frame}
\end{comment}
# rdfs:subPropertyOf
:predecessorOfConsole rdfs:subPropertyOf :relatedToConsole .
:successorOfConsole rdfs:subPropertyOf :relatedToConsole .
\begin{comment} # rdfs:subClassOf
Es fehlt hier auf jeden fall noch irgendwas Praxis bezogenes. Aka wie wird das ganze umgesetzt/eingesetzt. (Ich denke, dass das spannende für das Projekt ist?!?!?) :GameConsole rdf:type rdfs:Class .
Laut der readme. :PortableGameConsole rdf:type rdfs:Class .
- "betroffene Geräte"
=> Geräte die irgendwas mit dem IEC zu tun haben
-> Was haben sie zu zun? Kann man sicher eine tolle Grafiken aus der Präsi die du gestern geschickt hast übernehmen
- "Beispiel für die Umsetzung eines einfachen Gerätes über den Standard."
- Das geht irgendwie ein wenig Hand in Hand mit vorherigen Punkt bzw. kann man das verbinden?
=> in einem (Praxisbezogenen) Bild die betroffenen Geräte aufzeigen
=> Inklusive der Beziehung zu einander
=> Kommunikation untereinader. Wer spricht was mit wem (und worüber)
=> Daran kann man super den Station/Prozess Bus erklären, sowie am Beispiel aufzeigen, wer wie warum welches Datenpakete (über welchen layer) verschickt.
\end{comment}
\section{Datenfluss} :PortableGameConsole rdfs:subClassOf :GameConsole .
\end{lstlisting}
\begin{frame}{Datenfluss auf abstrakter Ebene}
\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.7]{IEC61850-5-F3.png}
\caption{IEC 61850-5, Abbildung 3}
\end{figure}
\end{frame} \end{frame}
\begin{frame}{Schnittstellen eines IED}
\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.7]{IEC61850-6-F18.png} \begin{frame}[fragile]{Überblick Daten A-Box (1/2)}
\captionsetup{labelformat=empty} \begin{lstlisting}
\caption{IEC 61850-6, Abbildung 18} @prefix : <http://example.com/ins_uebung/#> .
\end{figure} @prefix rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> .
@prefix xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#> .
@prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#> .
@prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> .
@prefix rev: <http://purl.org/stuff/rev#> .
:Nintendo rdf:type foaf:Organization ;
:ceo :Kimishima ;
:foundingYear 1889 ;
foaf:name "Nintendo Co., Ltd."^^xsd:string .
:Kimishima rdf:type foaf:Person ;
foaf:familyName "Kimishima"^^xsd:string ;
foaf:givenName "Tatsumi"^^xsd:string .
\end{lstlisting}
\end{frame} \end{frame}
\begin{frame}{Kommunikationswege innerhalb eines Umspannwerks} \begin{frame}[fragile]{Überblick Daten A-Box (2/2)}
\begin{figure} \begin{lstlisting}
\includegraphics[scale=0.30]{IEC_OB_Substation_Architecture.png} :Switch rdf:type :PortableGameConsole .
\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Abbildung 6} :Switch rev:hasReview :SwitchReviewByJPT .
\end{figure}
:Wii rdf:type :GameConsole .
:Wii_u rdf:type :GameConsole ;
:internetEnabled true ;
:consoleName "Wii U"^^xsd:string ;
:numOfSupportedControllers 8 ;
:predecessorOfConsole :Wii ;
:releaseYear 2012 ;
:successorOfConsole :Switch .
\end{lstlisting}
...
\end{frame} \end{frame}
\begin{comment} \begin{frame}[fragile]{T-Box (1/2)}
In dem Overview paper steht afaik eine gute Zusammenfassung. \begin{lstlisting}
\end{comment} @prefix : <http://example.com/ins_uebung/#> .
\section{Fazit} @prefix rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> .
\begin{frame}{Fazit} @prefix xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#> .
Der IEC 61850 bringt sehr, sehr viel mit\footnote{Vor allem eine Menge an Text \dots}. \\ @prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#> .
Uns gefällt davon vor allem \dots @prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> .
\begin{itemize} @prefix rev: <http://purl.org/stuff/rev#> .
\item \dots Interoperabilität durch Abstraktion der Daten/Services
\item \dots das selbstbeschreibendes Datenmodell # Our own properties
\item \dots vollständig \enquote{adressierbare} Datenattribute :ceo rdf:type rdf:Property ;
\item \dots günstige und einfache Installation/Integration von IEDs rdfs:domain foaf:Organization ;
\begin{itemize} rdfs:range foaf:Person .
\item Freiheit bei der Wahl der Hersteller
\end{itemize} :foundingYear rdf:type rdf:Property ;
\end{itemize} rdfs:domain foaf:Organization ;
\vfill rdfs:range xsd:int .
\dots und das war erst ein Teil des Standards!
:internetEnabled rdf:type rdf:Property ;
rdfs:domain :GameConsole ;
rdfs:range xsd:boolean .
\end{lstlisting}
\end{frame} \end{frame}
\begin{frame}{Quellen} \begin{frame}[fragile]{T-Box (2/2)}
\begin{itemize} \begin{lstlisting}
\item IEC 61850 :consoleName rdf:type rdf:Property ;
\item Ralph Mackiewicz: Technical Overview and Benefits of the IEC 61850 Standard for Substation Automation rdfs:domain :GameConsole ;
\item Ralph Mackiewicz on UCAIug Summit 11/2011: IEC 61850 Tutorial rdfs:range xsd:string .
\end{itemize}
:numOfSupportedControllers rdf:type rdf:Property ;
rdfs:domain :GameConsole ;
rdfs:range xsd:string .
:successorOfConsole rdf:type rdf:Property ;
rdfs:domain :GameConsole ;
rdfs:range :GameConsole .
\end{lstlisting}
\end{frame} \end{frame}
\begin{comment} \begin{frame}[fragile]{Anwendung von RDFS-Regeln}
\begin{frame}{Überblick} Gegeben sei folgende A-Box
\begin{itemize} \begin{lstlisting}
\item Zu erfüllende Anforderungen (????)h :Wii_U rdf:type :GameConsole .
\item We can \enquote{know} a piece of information :Switch :successorOfConsole :Wii_U .
\item We can \enquote{share} it with other devices \end{lstlisting}
\item Protokolle (GOOSE, MMS, \dots) mit dieser T-Box
\item Bild: physikal/logical Device, Node, Data (Übergang zwischen Datenmodell und den Geräten) \begin{lstlisting}
\item Architektur einer Substation :successorOfConsole rdf:type rdf:Property ;
\item Highlevel Services rdfs:domain :GameConsole ;
\item Datenmodell, Data classes, self describing, auf Elektronikkrams abgestimmt rdfs:range :GameConsole .
\item Substation Configuration Language (SCL) (nur am Rande?) \end{lstlisting}
\item Vorteile durch IEC 61850 und so? Anwendung der Regel \texttt{rdfs2}
\end{itemize} \begin{lstlisting}
s p o .
p rdfs:domain c . ==> s rdf:type c .
\end{lstlisting}
Ergebnis:
\begin{lstlisting}
:Switch rdf:type :GameConsole .
\end{lstlisting}
\end{frame} \end{frame}
\end{comment}
% The end. % The end.
\end{document} \end{document}