Некоторые особенности реализации стандарта IEC-60870-5-104 в системе программирования контроллеров ISaGRAF: от теории к практике
В США и в Европе в конце восьмидесятых годов начали разрабатываться унифицированные открытые протоколы для устройств и систем автоматизации (в первую очередь для телемеханики), наиболее известными из которых стали DNP3, UCA и стандарты серии IEC 60870. В чем была причина и движущая сила этого процесса? Дело в том, что на рынке сложилась ситуация параллельного использования множества несовместимых частнофирменных протоколов различных производителей. Аналогичная ситуация имела место и в Советском Союзе, а затем и в России, где получили распространение множество протоколов для телемеханики, таких, как ТМ-120, ТМ-320, ТМ-512, ТМ-800А, ВРТФ-3, КОМПАС-ТМ, АИСТ, ГРАНИТ, УТК-1, УТМ-7, АПТ-2, СКП, РКП, КМА и др. Это порождало серьезные проблемы совместимости при создании и сопровождении систем управления. В связи с этим назрела потребность в создании унифицированного открытого протокола для устройств и систем (в том числе систем телемеханики), позволяющего работать со всем разнообразием объектов автоматизации.
Таблица 1. Стандарты серии IEC 60870
Протокол DNP (Distributed Networking Protocol) с 1990 года разрабатывался в компании Westronic, Inc., которая после нескольких поглощений стала известна как GE Harris. В 1993 году права на третью версию протокола – DNP 3.0 перешли к DNP Users Group (www.dnp.org). Первоначально DNP3 позиционировался как протокол для последовательных каналов, но затем (в 1998 году) стал поддерживать работу по Ethernet (TCP или UDP). DNP разработан для взаимодействия между устройствами и системами управления в энергетической, нефтегазовой отраслях, в системах водоснабжения и безопасности. На сегодняшний день DNP3 наиболее популярен в Северной Америке, Австралии и Южной Африке. DNP3 базируется на варианте протокола IEC 60870-5 в том виде, каким он был в 1992 году. В частности, DNP3 использует ряд решений из IEC 60870-5-1 и -2. Например, на канальном уровне используется FT3 – один из четырех форматов фрейма IEC 60870-5. Отметим, что DNP3 поддерживается в среде ISaGRAF несколькими производителями PLC и RTU, например, компаниями Kingfisher (http://www.cse-semaphore.com) и MultiTrode (www.multitrode.com). Протокол UCA (Utility Communications Architecture, http://www.ucaiug.org/aboutUCAIug/default.aspx) начал разрабатываться в 1988 году под эгидой ERPI (Electric Power Research Institute, США) и IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Впоследствии усилия этих организаций по разработке протокола UCA легли в основу стандарта IEC 61850 «Сети и системы связи на подстанциях». Многие ученые находят ряд близких концептуальных идей в IEC 61850 и IEC 61499 [1] (напомним, что стандарт IEC 61499 реализован в ISaGRAF 5) и поэтому предлагают использовать инструментальные средства, поддерживающие IEC 61499, для реализации подходов, предлагаемых в IEC 61850 [2,3].
Таблица 2. Стандарты ГОСТ Р МЭК 60870
В связи c рассмотрением особенностей драйвера IEC 60870-5-104 для ISaGRAF нам потребуется обсудить в общих чертах серию протоколов IEC 60870-5, углубиться в некоторые вопросы, важные для понимания реализованных возможностей. Особое внимание уделим стандарту (протоколу) IEC 60870-5-104, драйвер для которого в среде ISaGRAF и составляет предмет нашего рассмотрения. Этот обобщающий стандарт был издан в декабре 2000 года, приблизительно через шесть лет после публикации IEC 60870-5-101. В преамбуле к стандарту сказано, что правила настоящего стандарта представляют комбинацию прикладного уровня стандарта IEC 60870-5-101 и функций транспортного уровня, предусматриваемых TCP/IP. Внутри TCP/IP могут быть использованы различные типы сетей, включая Ethernet 802.3, X.25, FR (Фрейм реле), ATM (Режим асинхронной передачи) и ISDN (Цифровая сеть интегрированного обслуживания), как это показано на рис. 1 (фрагмент из стандарта).
Таблица 3. Сравнение сетевых моделей (стеков)
В результате стек протокола IEC 60870-5-104 имеет структуру, показанную в табл. 5.
На канальном уровне следует обратить внимание на понятия первичная (ведущая, мастер) и вторичная (ведомая, slave) станция. Термин «первичная станция» означает, что она (и только она) инициирует взаимодействие на канальном уровне. Ведомая станция ждет запроса от первичной станции и только после получения такового посылает в ответ какие-либо данные. Однако ведомая станция может выступать как первичная для станций следующего уровня в иерархической системе.
Процедуры передачи – небалансная и балансная. При небалансной процедуре передачи одна из станций всегда выступает как первичная станция, а все остальные станции как вторичные. При балансной передаче каждая станция может быть как первичной, так и вторичной.
Таблица 4. Избранные стандартные позиции TCP/IP в соответствии с RFC 2200
для протокола IEC 60870-5-104
Iec что означает
IEC: übersetzung IEC [Abk. für gleichbed. engl. ion exclusion chromatography]: ↑ Ionenausschlusschromatographie.* * *I IEC [Abk.für International. смотреть
1) (International Electrotechnical Commission) Международная электротехническая комиссия, МЭК расположенная в Женеве международная организация, занимающаяся стандартами в области электроники и электротехники, в том числе по безопасности электрического и другого оборудования. Состоит из национальных комиссий 40 стран мира. Основана в 1906 г см. тж. ANSI, IEEE, ISO, ITU-T, NISO, NIST, OSI, web-site: http://www.iec.ch 2) (Isolated Extension Cable) изолированный удлинительный кабель. смотреть
= International Electrotechnical Commission англ., Internationale Elektrotechnische KommissionМеждународная комиссия по электротехнике
орг.эк. сокр. от International Electrotechnical Commission
International Egg Commission (IEC)Международная яичная комиссия (организация, представляющей интересы производителей яиц всего мира)
1) сокр. от infused emitter coupling структурная эмиттерная связь 2) сокр. от International Electrotechnical Commission Международная электротехническая комиссия, МЭК. смотреть
1) сокр. от infused emitter coupling структурная эмиттерная связь 2) сокр. от International Electrotechnical Commission Международная электротехническая комиссия, МЭК. смотреть
International Electrotechnical CommissionМЭК — Международная электротехническая комиссия
сокр. от International Electrotechnical Commission Международная электротехническая комиссия, МЭК