Az IEC 62439 PRP & HSR protokollok használata IEC61850 kommunikációjú védelmi automatika hálózatokban Nagy Róbert Védelmes értekezlet 2014 2014. Június 5.
Ethernet az energiaelosztó hálózatokhoz ●Az Ethernet hálózat használata válik a legelterjedtebb technológiává a Védelmi és irányítástechnikai rendszereknél ● Kiváltja a hagyományos “analóg” réz vezetékes infrastruktúrát ● Kiváltja a hagyományos soros kommunikációt (pl. RS485) ● Kiváltja a hagyományos szabadalmaztatott protokollokat jól egységesítettre: ● IEC 61850
●Az Ethernet hálózatoknak több feladattal kell megbirkózniuk ● Cyber biztonság (“könnyebb” távoli hozzáférés) ● Szolgáltatási minőség (az elküldött üzenet elveszhet) ● Nehezen konfigurálható és érthető az erősáramú mérnököknek ● Újabb feladatokat ad az alállomás működésének ellenőrzésekor ● Protokollok mint az IEC 61850 magas rendelkezésre állást követelnek
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
2
Elvárások az Ethernet protokollal szemben az energiaelosztó hálózatokon ●Az IEC 61850 üzenettovábbításának biztosításához, az Ethernetnek garantálnia kell: ● GOOSE üzenet átvitel elérhetősége / Biztosítani az adatvesztés elkerülését. ● A GOOSE üzenet továbbítása egyszerű Ethernet keret üzenetként történik, ami nem tartalmaz
információt az adat fogadásáról (mint az MMS üzeneteknél) ● IEC 61850 protokoll előírja a gyors ismétlést az információ vesztés megakadályozásához
● A lehető legrövidebb Ethernet hálózat újrakonfigurálási idő ●A hálózat meghibásodása esetén sem lehetséges az üzenet vesztés / sem csomagok, de főként nem a kioldási parancsok zúdulásakor ●Azonban az újrakonfigurálás során nincs üzenetváltás a hálózat elemei között (alkalmazások / IED-k)
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
3
Ethernet protokoll technikák ●A többszörözés kötelező feladat a GOOSE üzeneteket használó védelmi megoldások esetén, főleg magas rendelkezésre állású környezetben (alállomások, nagy ipari fogyasztók, stb…) ● Két fajta többszörözési technika alkalmazott: ●Aktív többszörözés: – Egy időben mindkét hálózat aktív ●Passzív többszörözés : – Az egyik hálózat aktív, a másik készenléti módban – A hálózat újrakonfigurálása időbe telik
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
4
Ethernet protokoll technikák ●A többszörözés kötelező feladat a GOOSE üzeneteket használó védelmi megoldások esetén, főleg magas rendelkezésre állású környezetben (alállomások, nagy ipari fogyasztók, stb…) ● Számos többszörözési protokoll elérhető: ●Szabványosított STP, RSTP (passzív többszörözés) – Az újrakonfigurálás ideje N századmásodperc * csomópontok száma => » Akár 200 ms kommunikáció nélkül (N 5 - 50ms) ●“Szabadalmaztatott”: eRSTP, SHP, DHP, stb… – Ezek a protokollok szabadalmaztatottak így nem alkalmasak a különböző gyártók készülékeinek használatára. Kihívás alállomási felügyeletet készíteni ha mindenhol más gyártó van ●Szabványosított HSR, PRP (aktív többszörözés) – Ez a bemutató témája, biztosítja: » Együttműködés és felcserélhetőség » 0 ms újrakonfigurálási idő, adatvesztés nélkül » Teljes egyezőség az IEC 61850 előírásaival Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
5
PRP & HSR Párhuzamosredundancia-protokoll Biztonságosan rendelkezésre álló folyamatos gyűrű
PRP & HSR (IEC 62439-3: 4. záradék) ● Közös előnyök: ● Zökkenőmentes (0ms) átkapcsolás és helyreállítás hiba esetén, biztosítva a valósidejű kommunikációt ● Többszörözés folyamatos felülvizsgálattal az eszközkezelőhöz ● Alkalmas a leállítás nélküli cserére (hot swap) – alállomás folyamatos (24óra/ 365nap) működése ● Bármilyen hálózati kialakítást támogat (csillag, hurok, háló) ● Különösen alkalmas alállomási automatikákban, nagy sebességű vasutaknál és a szállításban
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
7
PRP Párhuzamosredundancia-protokoll
PRP (IEC 62439-3: 4. záradék) ● Eltérések ● Az Ethernet többszörözési módszere független az alkalmazott protokolltól ● Lehetővé teszi a ● Keveri az egyszeresen és duplán csatlakoztatott hálózati elemeket ugyanazon a helyi hálózaton (nem többszörözött és többszörözött eszközök) ● Lehetséges a kézi számítógépek és munkaállomások csatlakoztatása normál hálózati adapterrel (nem többszörözött eszközök)
● Azonnal elérhető elemeket használ (hálózati interfészek, vezérlők, kapcsolók)
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
9
PRP hálózat felépítése forrás
PRP “A” frames PRP “B” frames standard frames
DANP
DANP = Doubly Attached Node (PRP)
switch
SAN
DANP célállomás
= Singly Attached Node
switch
Helyi hálózat A switch
SAN
Helyi hálózat B switch
switch
DANP
DANP
DANP
DANP
switch
SAN
SAN
célállomás
Két Ethernet hálózat (LANs) , teljesen különálló, párhuzamos működéssel. Minden duplán csatlakoztatott PRP csomópontnak (=DANP) van egy portja mindkét hálózathoz. A DANP forrás egyszerre mindkét hálózatra elküldi üzenetét. A DANP célállomás normál üzemben mindkét hálózaton megkapja az üzenetet és figyelmen kívül hagyja a másolatokat. Az egyszeresen csatlakoztatott célállomás csak egy üzenetet kap. Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013 10 Ha az egyik hálózat meghibásodik, a DANP célállomás a másik hálózatról érkező üzenettel működik.
PRP hálózat felépítése forrás
PRP “A” frames PRP “B” frames standard frames
SAN DANP
DANP = Doubly Attached Node (PRP)
switch
SAN
DANP célállomás
= RedBox (SAN / PRP)
switch
Helyi hálózat A switch
= Singly Attached Node
Helyi hálózat B switch
switch
DANP
DANP
DANP
DANP
switch
SAN
SAN
célállomás
Két Ethernet hálózat (LANs) , teljesen különálló, párhuzamos működéssel. Minden duplán csatlakoztatott PRP csomópontnak (=DANP) van egy portja mindkét hálózathoz. A DANP forrás egyszerre mindkét hálózatra elküldi üzenetét. A DANP célállomás normál üzemben mindkét hálózaton megkapja az üzenetet és figyelmen kívül hagyja a másolatokat. Az egyszeresen csatlakoztatott célállomás csak egy üzenetet kap. Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013 11 Ha az egyik hálózat meghibásodik, a DANP célállomás a másik hálózatról érkező üzenettel működik.
Px40 hálózati kiépítés példa
LAN A
Px4x
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
LAN B
Px4x
Px4x
12
Üzenet azonosítás ●PRP ● PRP “tag” az üzenet végén, biztosítva az együttműködést a jelenlegi (nem PRP) hálózati kapcsolókkal
●HSR ● HSR “tag” az üzenet elején, a késés nélküli továbbküldéshez
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
13
HSR Biztonságosan rendelkezésre álló folyamatos gyűrű
HSR (IEC 62439-3: 4. záradék) ● Eltérések ● Az Ethernet többszörözési módszere függ az alkalmazott HSR Ethernet protokolltól ● Nem teszi lehetővé az egyszeresen és duplán csatlakoztatott hálózati elemeket ugyanazon a hálózaton (nem többszörözött és többszörözött eszközök) ● a kézi számítógépek és munkaállomások csatlakoztatása melyek normál hálózati adapterrel szereltek RedBox-on keresztül lehetséges
● HSR elemeket használ (hálózati interfészek, vezérlők, kapcsolók …)
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
15
HSR hálózat felépítése PRP “A” frames PRP “B” frames standard frames
Egy Ethernet hálózati hurok(ok) csatlakozik(nak) minden duplán csatlakoztatott HSR csomóponthoz (=DANH). A DANH forrás egyszerre mindkét porton elküldi az üzenetet és blokkolja azt. Normál üzemben minden DANH fogadja mindkét üzenetet és azonnal továbbítja is. Normál üzemben a DANH célállomás mindkét üzenetet fogadja, továbbítja és figyelmen kívül hagyja a másolatokat. Az egyszeresen csatlakoztatott célállomás csak egy üzenetet kap a RedBox-on keresztül. Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013 Az egyik csatlakozás hibája esetén a DANH célállomás a másik útvonalon érkező üzenet alapján működik. 16
IEC 62439-PRP hálózat felépítési példa Szaúd-Arábia: Jeddah Modoon
Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
17
Köszönöm a figyelmet
Make the most of your energy™ Schneider Electric - Energy – Px40 PRP – Henri Grasset 19/06/2013
18
