Komunikacja w nowoczesnej energetyce

Michał Łęcki

31/01/2017

PRP/HSR – nowy wymiar redundancji w sieciach IEC 61850

Redundancja

Przegląd dotychczasowych protokołów redundantnych

o Moxa Turbo Ring i Turbo Chain

Czym jest IEC 61850 od strony komunikacyjnej?

o PRP

o HSR

Proponowane rozwiązania

Redundancja

Stosowanie redundancji zapewnia ciągłość pracy sieci

• PRP/HSR for Zero Recovery Time

• Ring/Chain Network Redundancy at 20 ms

• Fast Wireless Roaming at 50 ms

Protokoły redundantne MOXA

4

IEC 61850

2017-02-065

Z perspektywy komunikacji sieciowej;

Czym jest IEC 61850?

• Szkielet budowy sieci dla automatyzacji na podstacjach

• Model komunikacji sieciowej oparty o Ethernet

• Interoperacyjność pomiędzy dostawcami

• Komunikacja end-to-end z gwarantowanymi czasami dostarczenia informacji (określonymi przez standard)

IEC 61850

2017-02-066

Czasy rekonfiguracji sieci

IEC 61850-5 Edition

IEC 61850

2017-02-067

Standard Redundancy in Industrial Ethernet

IEC 62439

Jak to działa? - PRP

LAN A

RedBoxLAN BLAN

A

Inter Link

SAN

Source

switch

switch

switch

LAN Bswitch

switch

switch

RedBox

LAN BLAN A

Inter Link

SAN

RedBoxLAN A LAN

B

Inter Link

SAN

RedBoxLAN A LAN

B

Inter Link

SAN

Destination

PRP TagPRP “A” frame

PRP TagPRP “B” frame

PRP “A” frame

PRP “B” frame

LAN A Malfunction !!

Well received without any packet loss & system downtime.

RedundancyBox

LAN A

Inter Link

LAN B

SAN

Single Attached Node (SAN)

switch

GeneralEthernet Switch

PRP LAN A: Red LinePRP LAN B: Green LineSAN Inter Link: Blue Line

PRP

2017-02-069

Rozpoznawanie duplikatów

• Na podstawie RCT (Redundancy Control Trailer)

• Tagowanie ramek LAN A i LAN B

• Numer sekwencji (wzrasta z każdą ramką wysłaną przez węzeł)

• MAC źródłowy

Jak to działa? - HSR

“D” frame

RedBoxLAN B LAN A

Inter Link

RedBoxLAN B LAN A

Inter Link

RedBox

LAN B LAN A

Inter Link

RedBox

LAN B LAN A

Inter Link

RedBox

LAN BLAN A

Inter Link

RedBox

LAN BLAN A

Inter Link

RedBox

LAN BLAN A

Inter Link

SAN SAN SAN SAN

SAN SAN SAN SAN

Source

Destination

“C” frame

RedundancyBox

LAN A

Inter Link

LAN B

SAN

Single Attached Node (SAN)

HSR Ring: Orange LineSAN Inter Link: Blue Line

1

2 34 5

RedBox

LAN BLAN A

Inter Link

7

6 8 9

10

HSR “A” frame

HSR “B” frame

1 2 4 6 8 101 3 5 7 9 (10)

HSR Ring

HSR TagHSR “A” frame

HSR TagHSR “B” frame

Jak to działa? - HSR

PRP

2017-02-0612

Rozpoznawanie duplikatów

• Tagowanie ramek LAN A i LAN B

• Numer sekwencji

• MAC źródłowy

How It Works? - HSR Coupling

How It Works? - QuadBox

end node

end node

end node

end node

end node

Ring 1 Ring 2

(nextring)

end node

end node

end node

end node

12

5

9

1112

13

15

1614

17

7

3

4

6

8

10

19

20

21

23

24

25

No learning of MAC address

1 3 5 8 14 21 X5 9 15 22 X

9 16 233 6 10 17 24 27

6 11 18 X2 4 7 12 19 25 X

12 20 X7 13 X

27

22

18

QuadBox A

QuadBox B

Przykładowa topologia

Topology – Szyna stacyjna jako PRP + ring RSTP szyna procesu jako HSR ring

• Brak pojedynczych punktów awarii

SAN

SAN

SANSANSANSAN

RedBox

PowerSCADA

LAN A (Ring Redundancy)switch

switch

switch

LAN B (Ring Redundancy)switch

switch

switch

RedBox

RedBox

Bay 1

RedBox RedBox

Bay 2

RedBox RedBox

RedBox RedBox

RedBox

RedBox

SANRedundancy

Box

SAN

Single Attached Node (SAN)

RedBox RedBox

QuadBox Function

PRP/HSRCoupling

Bay Extension

PRP/HSRCoupling

Reference: IEC 61850-90-4 7.3.3.5

PRP/HSR Zalety

2017-02-0616

MOXAPRP/HSR

SOLUTION VALUE

IntegralnośćŁatwa integracja istniejących siecido tych opartych o PRP/HSR

SkalowalnośćŁatwa do rozbudowy architektura

ZarządzalnośćEfficient and visual PRP/HSR network management

PRP/HSR – zalety stosowania

Integralność

2017-02-0617

Integracja na poziomie urządzenia

• PRP/HSR Redundancy Box (Redbox)

• Integruje urządzenia do dowolnej architektury redundantnej

• 4 Tryby pracy– PRP

– HSR

– Coupling

– Quadbox

• Jeden firmware

• Gigabit speed

• Wsparcie RSTP

Integralność

2017-02-0618

Integralność na poziomie IED

• EOM-G103

• Architektura gigabitowa

• Zamienia SAN w DAN z komunikacją– PRP

– HSR

Integralność

2017-02-0619

Integracja architektur opartych o RSTP

• Funkcjonalność: Redboxpozwala na podłączenie topologii RSTP do pierścienia HSR: Dual homing

• Możliwość podpięcia istniejących już bloków RSTP do architektury HSR

Skalowalność

2017-02-0620

Integracja modułów IED

• PRP/HSR switch

• Switch modułowy pozwala na podłączenie wielu urządzeń do sieci

Skalowalność

2017-02-0621

Moduły komunikacyjne PRP/HSR PM-7200-PHR-PTP

• Modular designed PRP/HSR Switch•Gigabit TX and SFP PRP/HSR modules supported

• IEEE 1588 PTP supported.

•IEC-62439 Standard to reach zero recovery time•Multiple devices connected to PRP/HSR network•Enable RSTP supported devices link to PRP/HSR network

Flexible Ports Combination

Precision Time Management

Multiple Redundancy Protocols Supported

PM-7200-PHR-PTP modules

The PRP/HSR module only works with PT-7728-PTPOnly available at the firmware version 3.5 , Hardware version 3.0 or later version are required

Skalowalność

2017-02-0622

Pełny zakres integracji modułów IED• Kompleksowość

podejścia znacznie rozszerza możliwości integracji do architektury PRP/HSR

• Skalowalność to wiele płaszczyzn

Skalowalność

2017-02-0623

Vertical Integration: HSR-PRP Coupling

• Redbox może zostać wykorzystany do podłączenia ringu HSR do dwóch sieci PRP

• Ujednolicony interfejs

• Integralność od urządzeń na podstacji po komputer w centrum zarządzania

Integral & Scalable Infrastructure

PRP/HSR Switch

3-port RedBox

PRP/HSR Computer

PRP/HSR Module

Zarządzalność

2017-02-0625

Centralized Management & Easy Integration for PSCADA

PSCADA APP

MMS Server and Client

Redundant Mgr. Middleware

MMS/SNMP Server

MMS Server

MMS/SNMP Server

MMS Server

monitoring

Diagnosis

Trouble shooting

Redundant NetworkMMS/SNMP

to MMS

Communication statusCommunication status

Device-healthDevice-health

PRP/HSR redundant statusPRP/HSR redundant status

Zarządzalność

2017-02-0626

Native PRP/HSR Embedded Computer

Single Failure Point

Why Native PRP/HSR in

Computer• Completed PRP/HSR

Network Redundant.• Achieve PRP/HSR

Network Management.

PRP/HSR management middleware built-in

DA-820 Series

Multi funkcyjny komputer dla podstacji energetycznych

Quad-core i7-3612QE 2.1 GHz CPU, 2 VGA, 4 Gigabit LANs, USB x 6, CFast, ECC DDR3L (Max. 16GB), 64-bit Debian 7 or Windows Embedded Standard 7, -40 ~ 60℃Operation Temp.

Dual-core i7-3555LE 2.5 GHz CPU, 2 VGA, 4 Gigabit LANs, USB x 6, CFast, ECC DDR3L (Max. 16GB), 64-bit Debian 7 or Windows Embedded Standard 7, -40 ~ 75℃Operation Temp.

DA-820-C8DA-820-C8-LXDA-820-C8-W7E

Certyfikacje– IEC 61850-3, IEC 60255

Funkcjonalność – RAID 0/1/5/10 + PRP/HSR

Dostosowany do:• Zdalna kontrola• Monitoring podstacji• Stacja robocza• Serwer dla SCADA• Monitoring wideo

Rozbudowa– 2 PCI, 3 PCIe x1 and PCIe x16

Synchronizacja czasu IEEE 1588 & IRIG-B

Dual Power– Zasilanie szerokim zakresem napięć

wejściowych, 24 to 110 VDC or 100 to 240 VAC/VDC

*

DA-820-C7-TDA-820-C7-T-LXDA-820-C7-T-W7E

PT-G503-PHR-PTP – RedBox

Full Gigabit PRP/HSR Redundancy Box

IEC 62439-3 Clause 4(PRP) and Clause 5(HSR)

World’s 1st all-in-one redundancy box(PRP, HSR, Coupling and QuadBox) for scalable infrastructure

Hardware-based IEEE 1588v2 1-step TC PTP Supported

Design ready for NERC CIP compliant system development

MMS Server-- Integration with Power SCADA

Fiber CheckTM-- All fiber port monitoring

• 3-port PRP/HSR redundancy box, 1 isolated dual power supply(88 to 300 VDC or 85 to 264 VAC)

• 3-port PRP/HSR redundancy box, 1 isolated dual power supply(24/48 VDC)

PT-G503-PHR-PTP-HV

PT-G503-PHR-PTP-WV

IEC 61850 w ofercie MOXA

2017-02-0629

Moxa PRP/HSRKompleksowa oferta – począwszy od modułów do zabudowy po zarządzanie siecią

PRP/HSR RedBoxPT-G503-PHR-PTP

Quickly enable legacy devices to PRP/HSR network

SAN

PRP/HSR 19” Ethernet SwitchPT-7728-PTPPM-7200-PHR-PTP*

Enable multiple single attached nodes(SANs) to PRP/HSR network

PRP/HSR ComputerDA-820

Efficient and Visually Represented PRP/HSR Network Management

SAN SAN SAN SAN

PRP/HSR Embedded ModuleEOM-G103-PHR-PTP

Easy integration to single attached node(SAN) system and enable PRP/HSR network

Module built-in

Device-level IntegrationBoard-level IntegrationManaged-level Integration

Elmark Automatyka

2017-02-0630

Dziękuję za uwagę