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13 KiB
TeX
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TeX
\documentclass{f4_beamer}
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\usepackage{graphicx}
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\usepackage{float}
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\usepackage{subfigure}
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\usepackage{xspace}
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\usepackage{textcomp}
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\usepackage{tabularx}
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\usepackage{booktabs}
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\usepackage{amsmath}
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\usepackage{subfigure}
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\usepackage{here}
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\usepackage{verbatim}
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\usepackage{listings}
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\usepackage{url}
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\usepackage{caption}
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\usepackage[autostyle=true,german=quotes]{csquotes}
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% Suppress numbering captions
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\captionsetup{labelformat=empty}
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% Setup für Codeblocks
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\lstset{
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% Optionen
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breakatwhitespace=true,
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breakautoindent=true,
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frame=single,
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%numbers=left,
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%numbersep=8pt,
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showspaces=false,
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tabsize=1,
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captionpos=b,
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% Styling
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basicstyle=\footnotesize\ttfamily,
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commentstyle=\footnotesize,
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keywordstyle=\footnotesize\ttfamily,
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numberstyle=\footnotesize,
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stringstyle=\footnotesize\ttfamily,
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}
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% Hack für Sonderzeichen in Codeblocks
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\lstset{literate=%
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{Ö}{{\"O}}1
|
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{Ä}{{\"A}}1
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|
{Ü}{{\"U}}1
|
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{ß}{{\ss}}1
|
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{ü}{{\"u}}1
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|
{ä}{{\"a}}1
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|
{ö}{{\"o}}1
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{°}{{${^\circ}$}}1
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}
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\mode<presentation>
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\title{IEC 61850}
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\subtitle{Kommunikation und Datenmodell für Umspannwerke}
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|
\author{Marcel Felix, Jan Philipp Timme}
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\date{\today}
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\begin{document}
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\tableofcontents[hideallsubsections]
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\begin{comment}
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http://www02.abb.com/global/sgabb/sgabb005.nsf/bf177942f19f4a98c1257148003b7a0a/e81bb489e5ae0b68482574d70020bf42/$FILE/B5_G2_Enhanced+protection+functionality+with+IEC+61850+and+GOOSE.pdf
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* 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)
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* GOOSE ist für IED<->IED, regelmäßige Updates, unregelmäßig bei Abweichungen etc.
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* SMV werden (vermutlich über GOOSE) zwischen den IED geteilt, die IED werden über SCL konfiguriert (stimmt das?)
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* 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]
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* 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
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*
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\end{comment}
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\section{Überblick}
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\subsection{Überblick}
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\begin{frame}{Überblick}
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\begin{itemize}
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\item Ausgangspunkt prorietäre Protokolle
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\begin{itemize}
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\item Binärkodierte Daten waren nur für Geräte des passenden Herstellers verwertbar
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\end{itemize}
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\item Arbeit an UCA\footnote{Utility Communications Architecture} begann
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\item Woraus der IEC 61850 enstand
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\end{itemize}
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Mit IEC 61850 soll die technische Weiterentwicklung zur Vereinfachung der Datenübertragung und -repräsentationen genutzt werden.
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\end{frame}
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\begin{comment}
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Früher hatte man wenig Bandbreite => Kommunikation erfolgte via wenigen bytes
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=> Das hat zum Nachteil, dass vorher viel abgesprochen werden muss
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=> welches byte bedeutet was, Konfiguration war aufwendig etc.
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Heute hat man viel Bandbreite zur verfügung
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=> Selbst erklärende Daten möglich
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Daraus enstand die UCA (Utility Communication Architecture)
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=> Grundstein für den IEC 61850 (GSSE stammt aus dem UCA (erwähnenswert?) <- Lieber nicht, GSSE und GOOSE sind zwei Paar Schuhe.
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\end{comment}
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\begin{comment}
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Aufbau des IEC 61850
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- Funktionale Anforderungen für Kommunikation in einer substation werden ermittelt
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- Diese Anforderungen dienen daraufhin dazu
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- Beispielsweise die Data Items und Service
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- Das Applikation Protokoll
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- das unterliegende transport, netzwerk, "data link" und physische "layer"
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zu finden, die diese Anforderungen erfüllen
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- Defintion der Data Items und Services die UNABHÄNGIG der darunter liegenden Protokolle sind.
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- Daraus entstehen ASCI (Abstract Communication Service Interface) für die Service
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- Und für die Data Models gibt es diese "Logical Nodes" (+ Sub-Typen) (Kommen ja später in dem Bild)
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- Hinzu kommen die: Common Data Classes (für die "common pieces" aus denen die data objects bestehen
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- Das Mappen der abstrakten Data Items / Services zu echten Protokollen.
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- MMS
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- GOOSE
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- Sample Measures Values (Aufnehmen/Sammeln/Umwandeln der "echten" anlogen werte?)
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- Process Bus.
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- Zwischendrin wird das SCL (Substation Configuration Language) erklärt. (XML Dialekt)
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- Formale beschreibung der Beziehung einer Substation und dem substation automation system (SAS)
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- ("Substation Automation System (SAS) software provides an intelligent solution to monitor, analyze, control, and protect today's modern substations")
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- Eigentlicher Fokus war "inside" the substations. Wird jedoch auch für "Substation to Master" oder substation-to-substation communcation genutzt.
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-
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<!------------------------------------------------------------------------------------------------------!>
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\end{comment}
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\subsection{Struktur des IEC 61850}
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\begin{frame}{Struktur des IEC 61850}
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\begin{minipage}{0.45\textwidth}
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\begin{itemize}
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\item Funktionale Anforderungen ermitteln (3-5)
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\item Definition der Substation Configuration Language (SCL) (6)
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\item Definition abstrakter \enquote{data items} und \enquote{services} (7)
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|
\item Mappen der abstrakten Typen auf Protokolle (8)
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|
\item Sample Measured Values (SMV) (9)
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\end{itemize}
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|
\end{minipage}
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|
\hfill
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\begin{minipage}{0.5\textwidth}
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\begin{figure}[f]
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\includegraphics[scale=0.20]{toc_IEC.png}
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\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Tabelle 1}
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\end{figure}
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\end{minipage}
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\end{frame}
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\begin{comment}
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Device model begins with a physical device
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- defined by network address
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- contains one or more logical devices
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- Each Logical device contains one or more logical nodes
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- A logical node:
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- One or more "Named grouping of data und services" die in Verbindung zu einer power system function stehen.
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- Typ am ersten Buchstaben des namens erkennbar. "M" is metering/measurement.
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- (Kurze Folie mit übersicht einblenden, aber nicht näher drauf eingehen?!?!)
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- Weiter unterteilt in "sub datentyp"? Beispielsweise "Phase 2"
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|
- Erfüllt specification of CSC (common data class)
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|
- Bild von so einem CSC einblenden? (overview paper, seite 3 Fig. 2.)
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\end{comment}
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\section{Datenmodell}
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\begin{comment}
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Falls du das gebrauchen kannst :-)
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\end{comment}
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\subsection{Hierarchie definierter Typen/Objekte}
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|
\begin{frame}{Hierarchie definierter Typen/Objekte}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.27]{IEC61850-7-2-F1.png}
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\captionsetup{labelformat=empty}
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\caption{IEC 61850-7-2, Abbildung 1}
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\end{figure}
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|
\end{frame}
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\subsection{Datenmodell}
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\begin{frame}{Datenmodell}
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|
Definition verschiedener, hierarchischer Abstraktionsebenen
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\begin{itemize}
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|
\item Server $\rightarrow$ Logical Device $\rightarrow$ Logical Node $\rightarrow$ Data Object $\rightarrow$ Data Attribute
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\item Server enthalten mehrere Logical Devices
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|
\item Logical Devices arbeiten gemeinsam an einer Funktion
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\begin{itemize}
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|
\item \dots und enthaltene mehrere Logical Nodes
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\end{itemize}
|
|
\item Logical Nodes enthalten Datenobjekte mit Attributen
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\end{itemize}
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|
$\Rightarrow$ Adressierung einzelner Datenattribute über voll qualifizierten \enquote{Pfad} möglich
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\end{frame}
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|
\begin{frame}{Datenmodell}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.40]{UCAIUG-Slide15.png}
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|
\captionsetup{labelformat=empty}
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\caption{UCAIug Summit; IEC 61850 Tutorial, Folie 15}
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\end{figure}
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|
\end{frame}
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\begin{comment}
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=> Daten sind nun abstrakt. (Logical devices/nodes, common data class etc.)
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- Werden auf echtes Protokoll gemapped
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=> MMS (Manufacturing Message Specification)
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- Wurde gewählt, weil es leicht mit den Complexen Namen umgehen kann. Prinzipell jedoch jedes andere Protokoll denkbar,
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- (Kurze Folie die das IEC61850 to Object Mapping zeigen? Overview Paper, Seite 4, Table II)
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|
- (Kurze übersicht über das Mappen. Ein "control model" service wird zu read/write services, Logical device wird ein MMS Domain etc.)
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\end{comment}
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\section{Protokolle}
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\subsection{GOOSE}
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\begin{frame}{Protokolle: GOOSE}
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\begin{itemize}
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|
\item Generic Object Oriented Substation Events
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|
\item Baut direkt auf Ethernet (Layer 2) auf
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\begin{itemize}
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|
\item VLANs werden als Nachrichtenkanäle genutzt
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\item Peer-to-peer-Kommunikation über Multicast\footnote{Broadcasts innerhalb eines VLAN}
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|
\item Nachrichtenpriorität wird direkt über Ethernet-Header angegeben
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\end{itemize}
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|
\item IED$\Leftrightarrow$IED-Kommunikation
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|
\item Zustandsmeldungen (regelmäßig oder auch abhängig von Events/Wertabweichungen)
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|
\item Kommunikation via GOOSE hauptsächlich \textit{innerhalb} des Umspannwerks
|
|
\end{itemize}
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|
\end{frame}
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|
\subsection{MMS}
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\begin{frame}{Protokolle: MMS}
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\begin{itemize}
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|
\item Manufacturing Message Specification
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\begin{itemize}
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\item Gemäß ISO 9506\footnote{Nachrichtenformate für Fertigungszwecke} standardisiert
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\item IEC 61850 definiert ein Mapping des Datenmodells für MMS
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\end{itemize}
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|
\item Client/Server-Protokoll
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|
\item Findet über TCP/IP (Layer 3) statt
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|
\item In unserem Kontext: Kommunikation zwischen HMI\footnote{Human Machine Interface} und IEDs
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\begin{itemize}
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|
\item \dots und somit auch ggf. zwischen Umspannwerken und Kontrollzentren
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|
\end{itemize}
|
|
\end{itemize}
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|
\end{frame}
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\begin{comment}
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\begin{frame}{Objektmapping von IEC 61850 auf MMS}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.40]{mms_data_mapping.png}
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|
\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Tabelle 2}
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|
\end{figure}
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\end{frame}
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\end{comment}
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\begin{comment}
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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?!?!?)
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Laut der readme.
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- "betroffene Geräte"
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=> Geräte die irgendwas mit dem IEC zu tun haben
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-> Was haben sie zu zun? Kann man sicher eine tolle Grafiken aus der Präsi die du gestern geschickt hast übernehmen
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- "Beispiel für die Umsetzung eines einfachen Gerätes über den Standard."
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- Das geht irgendwie ein wenig Hand in Hand mit vorherigen Punkt bzw. kann man das verbinden?
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=> in einem (Praxisbezogenen) Bild die betroffenen Geräte aufzeigen
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=> Inklusive der Beziehung zu einander
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=> Kommunikation untereinader. Wer spricht was mit wem (und worüber)
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=> Daran kann man super den Station/Prozess Bus erklären, sowie am Beispiel aufzeigen, wer wie warum welches Datenpakete (über welchen layer) verschickt.
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\end{comment}
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\section{Datenfluss}
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\begin{frame}{Datenfluss auf abstrakter Ebene}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.7]{IEC61850-5-F3.png}
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\caption{IEC 61850-5, Abbildung 3}
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\end{figure}
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\end{frame}
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\begin{frame}{Schnittstellen eines IED}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.7]{IEC61850-6-F18.png}
|
|
\captionsetup{labelformat=empty}
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\caption{IEC 61850-6, Abbildung 18}
|
|
\end{figure}
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\end{frame}
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|
\begin{frame}{Kommunikationswege innerhalb eines Umspannwerks}
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\begin{figure}
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\includegraphics[scale=0.30]{IEC_OB_Substation_Architecture.png}
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|
\caption{Ralph Mackiewicz, Technical Overview and Benefits of \dots - Abbildung 6}
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|
\end{figure}
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\end{frame}
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\begin{comment}
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In dem Overview paper steht afaik eine gute Zusammenfassung.
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\end{comment}
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\section{Fazit}
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\begin{frame}{Fazit}
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Der IEC 61850 bringt sehr, sehr viel mit\footnote{Vor allem eine Menge an Text \dots}. \\
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Uns gefällt davon vor allem \dots
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\begin{itemize}
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\item \dots Interoperabilität durch Abstraktion der Daten/Services
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\item \dots das selbstbeschreibendes Datenmodell
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\item \dots vollständig \enquote{adressierbare} Datenattribute
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\item \dots günstige und einfache Installation/Integration von IEDs
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\begin{itemize}
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|
\item Freiheit bei der Wahl der Hersteller
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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|
\vfill
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|
\dots und das war erst ein Teil des Standards!
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\end{frame}
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\begin{frame}{Quellen}
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\begin{itemize}
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\item IEC 61850
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\item Ralph Mackiewicz: Technical Overview and Benefits of the IEC 61850 Standard for Substation Automation
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\item Ralph Mackiewicz on UCAIug Summit 11/2011: IEC 61850 Tutorial
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{comment}
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\begin{frame}{Überblick}
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\begin{itemize}
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\item Zu erfüllende Anforderungen (????)h
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\item We can \enquote{know} a piece of information
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\item We can \enquote{share} it with other devices
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\item Protokolle (GOOSE, MMS, \dots)
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\item Bild: physikal/logical Device, Node, Data (Übergang zwischen Datenmodell und den Geräten)
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\item Architektur einer Substation
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\item Highlevel Services
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\item Datenmodell, Data classes, self describing, auf Elektronikkrams abgestimmt
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\item Substation Configuration Language (SCL) (nur am Rande?)
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\item Vorteile durch IEC 61850 und so?
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|
\end{itemize}
|
|
\end{frame}
|
|
\end{comment}
|
|
|
|
% The end.
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\end{document} |