Универсальный инструмент для работы с МЭК 61850

В текущем выпуске рубрики «Тест-Драйв» мы расскажем вам о приборе от компании «Аналитик – ТС», позволяющим отслеживать и анализировать GOOSE-сообщения – анализаторе «AnCom РЗА-Тест/GOOSE».

Современный наладчик или представитель оперативного персонала имеет целый набор инструментов для резки, мерки, сцепки, отладки, проверки и т.д. и т.п. Однако в отношении современных устройств с поддержкой МЭК 61850 отвертки и плоскогубцы теряют свой функционал. В устройства может залезать только уполномоченный представитель компании производителя, подключается оно шнуром питания и несколькими оптическими или медными проводниками, даже мультиметр никуда не подключить. Все что остается – ноутбук с большим количеством софта и тяжелые испытательные установки.

Однако развитие продолжается и, как следствие, некоторые компании начинают задумываться об инструментах, позволяющих решать актуальные проблемы наладки и проверки систем РЗиА, реализованных на базе МЭК 61850.

Первый в своем роде

Действительно, через нашу рубрику прошли два из четырех устройств из первой серийной партии. Так как устройства еще «тепленькие» после сборки, тест-драйв будет иметь обзорный характер с нашими предложениями и оценками потенциала. Однако в итоге мы попробуем ответить на главный вопрос – «Зачем нужно данное устройство, если уже существует множество программных сервисов, требующих только хорошего ноутбука, который есть почти у каждого?».

Внешний вид

Комплектация поставки устройства удивляет, такого никогда не было в истории нашей рубрики. Да, от устройств отделялись дисплеи, к ним подключались антенны, но этот случай вопиющий, в хорошем смысле слова. Итак, в комплект поставки входит: устройство (рис. 1), антенна (рис. 2), 20 метров медного патч-корда и, внимание, 10 дюймовый планшет под операционной системой Android (рис. 3). Устройство управляется через приложение на Андроид, через планшет! Само устройство в своем арсенале имеет 2 медных гигабитных порта, порт для подключения антенны (требуется для синхронизации устройства), а также несколько портов для сигналов синхронизации.

внешний вид AnCom РЗА-Тест/GOOSE
Рис. 1. Внешний вид устройства
антенна AnCom РЗА-Тест/GOOSE
Рис. 2. Антенна
планшет AnCom РЗА-Тест/GOOSE
Рис. 3. Планшет

И устройство, и планшет, разумеется, работают от аккумуляторов. По предварительным заявлениям, на полной зарядке устройство может отработать 10 часов.

Для совершения кратковременных операций по настройке или проверке, не требующих каких-либо устройств, кроме данного анализатора и ПК, например, для настройки терминала РЗиА, это очень удобно. Все устройства работают от своих аккумуляторов, и не надо будет искать розетки и тянуть удлинители.

Поскольку устройство и планшет сопрягаются по Bluetooth, и при наших проверках устойчивая связь осуществлялась на расстоянии 20 метров, то можно сказать, что в рамках ОПУ можно будет перемещаться свободно и, например, параметрировать устройства в одной стороне, а анализировать GOOSE-сообщения на удаленном коммутаторе.

Какой здесь очевидный минус? Проблема большого количества гаджетов всем известна – не забыть поставить на зарядку, однако, возможности устройства могут скомпенсировать такие неудобства.

Что за возможности?

Обычно, говоря о возможности устройства, мы ориентируемся на заявления производителя и, соответственно, их проверяем. В данной ситуации с устройством первой партии так не получится, поэтому возможности устройства и их практическое применение мы раскрывали в ходе тест-драйва.

Погнали

Начинаем с интерфейса, из него и последуют все наши эксперименты.

Программа была установлена на планшет, который идет в комплекте. При открытии она приветствует пользователя первым диалоговым окном «GOOSE-инспектор» (рис. 4).

Диалоговое окно Инспектор GOOSE
Рис. 4. Диалоговое окно Инспектор GOOSE

Обратим внимание на верхнюю панель.

Если перечислять по порядку, то первая кнопка – поиск включенных устройств, далее соединение с выбранным устройством, третья – разрыв соединения, 4 и 5 – фильтры (о них позже), крестик – кнопка удаления потока GOOSE-сообщений из списка, потом копирование и вставка конфигурации GOOSE-сообщения, открыть и сохранить файлы в формате xml (icd, cid, ssd), стрелка вниз – запись трафика GOOSE-сообщений, стрелка вверх – публикация GOOSE-сообщений, предпоследняя кнопка – получение данных с медных портов (о них позже), последняя кнопка – временные диаграммы.

Устройство отечественного производителя, поэтому для удобства пользователя при удержании каждой кнопки, высвечивается её название.

В правом нижнем углу расположены 5 индикаторов, при нажатии на них мы попадаем в раздел «О приборе…» устройства (рис. 5).

Раздел о приборе
Рис. 5. Раздел о приборе

В данном разделе приведена общая информация – версия прошивки, состояние аккумулятора, а также информация о текущих режимах. «Инспектор GOOSE» – прием и обработка GOOSE-сообщений в реальном времени. «Журнал GOOSE» – запись принимаемого трафика во внутреннюю память для последующей обработки. «Публикация GOOSE» и «Журнал публикации GOOSE» – режимы, аналогичные предыдущим, но предназначенные для работы с исходящим трафиком, раздел «Статистика» предоставляет общую информацию о портах устройства и их загруженности, «GPS/ГЛОНАСС» – информация о синхронизации устройства.

Инспектор GOOSE

А теперь будем разбираться с каждым режимом по порядку. Первый режим – «Инспектор GOOSE» предназначен для анализа входящего трафика GOOSE-сообщений. Пример отображения входящего трафика представлен на рисунке 6.

Отображение входящего трафика в Инспекторе GOOSE
Рис. 6. Отображение входящего трафика в Инспекторе GOOSE

Устройство принимает входящие пакеты и раскрывает их, представляя информацию в понятном виде, аналогично известной программе «Wireshark». Однако функции на этом не заканчиваются. Общее количество параметров, представляемых устройством, насчитывает 58. Часть параметров посвящена стандартным атрибутам в GOOSE-сообщениях: МАС-адреса, качество, метка времени, и т.д., другая часть посвящена времени. На рисунке 6 представлены все параметры в свернутом виде (кроме раздела ошибок), что удобно для навигации. По словам производителя, представление параметров в строчку оказалось более удобным, чем в столбик. Мы будем пользоваться тем, что есть.

Инспектор GOOSE может работать в нескольких вариантах:

  • Прием и анализ «неизвестного» GOOSE-сообщения. Устройство принимает GOOSE-сообщение и сравнивает его содержание на корректность по отношению ко стандарту. На рисунке 6 мы принимаем сообщения от устройства РЗиА SEL, видим, что есть 1 ошибка CNS – устройство не синхронизировано, и 12 ошибок, связанных с качеством сигнала.
  • Прием и анализ GOOSE-сообщения с файлом CID, SSD. В устройство вы можете загрузить файл конфигурации. Устройство предложит вам список GOOSE-сообщений, найденных в файле конфигурации, которые требуется отслеживать и сравнивать с конфигурацией из файла (рис. 7).
GOOSE-сообщения, найденные в SCD файле, выгруженном из SEL
Рис. 7. GOOSE-сообщения, найденные в SCD файле, выгруженном из SEL

Устройство предлагает не только выбрать GOOSE-сообщения из файла, но и определить, какой порт будет их принимать Rx1 и Rx2 (1 и 2 порт соответственно).

На рисунке 8 представлено GOOSE-сообщение, получаемое в реальном времени и сравниваемое с CID РЗ.

GOOSE-сообщение, сравниваемое с CID файлом
Рис. 8. GOOSE-сообщение, сравниваемое с CID файлом

Как мы видим, под последним столбиком SCL индицируется ошибка. Чтобы понять, в чем есть различия, можно развернуть соответствующий столбик в таблице или открыть сведения двойным нажатием на столбик SCL (рис. 9).

Сравнение параметров GOOSE с описанием
Рис. 9. Сравнение параметров GOOSE с описанием

Как видим из таблицы сравнения, в получаемом GOOSE-сообщении отсутствуют параметры VID и PRI. Отсутствие данных параметров является следствием работы коммутатора, в котором из-за настройки портов происходит «обрезка» тега VLAN. При правильных настройках коммутатора данные теги становятся видимыми.

GOOSE-сообщения служат замене дискретных сигналов, соответственно, помимо общей информации они должны передавать и наборы данных. GOOSE инспектор позволяет просматривать данные атрибуты (рис. 10).

Раскрытие DataSet, передаваемого GOOSE-сообщением
Рис. 10. Раскрытие DataSet, передаваемого GOOSE-сообщением

Как видно из рисунка 10, первый столбик таблицы слева, можно записывать изменения требуемых атрибутов данных и строить график, что нам кажется очень удобным при комплексном тестировании системы АСУ ТП или РЗиА.

Возвращаясь к параметрам времени Т0, Т1, Т2, Т3, ТТ (рис. 8), в обычном режиме все параметры кроме Т0 обнулены, связано это с назначением данных параметров. Параметры Т1 – Т3 связаны со временем, измеряемым при изменении состояния устройства соответственно изменению атрибутов данных GOOSE-сообщений. Параметр Т0 – интервал времени между кадрами GOOSE-сообщений в стабильном состоянии. Параметр ТТ более сложен, для его определения требуется синхронизация как устройства-отправителя, так и анализатора. В случае синхронизации обоих устройств анализатор сравнивает время получения GOOSE-сообщения от отправителя с меткой времени в GOOSE-сообщении и по этим данным (методом вычитания) определяет задержку при передаче GOOSE-сообщения по сети с учетом задержек на интерфейсах источника и приемника.

Для того чтобы данные параметры стали активными, требуется включить запись GOOSE-сообщений в журнал, делается это с помощью кнопки на рисунке 4. После выбора сообщений, которые будут записываться в журнал, данные параметры будут отображены, также станет доступной возможность строить графики.

Практическое применение анализатора входящего трафика

На данном этапе развития МЭК в РФ анализ входящего трафика и измерение задержек в сетях, в первую очередь, интересно в рамках лабораторных экспериментов и на этапе отладки новых устройств производителями.

С точки зрения отладки и поиска ошибок в устройствах мы обнаружили такой usecase случайно. Исследуя трафик от SEL, мы обнаружили ошибки ESq (рис. 6). Данная ошибка связана с тем, что счетчик SqNum при стабильном состоянии должен набираться последовательно, от 0 до 4 294 967 295, если происходит изменение атрибута, передаваемого в кадре, то данный счетчик обнуляется. Проблема в трафике от SEL  заключалась в том, что приблизительно 1 кадр GOOSE на 100 сообщений бесследно пропадал (рис. 11).

3 последовательно идущих кадра GOOSE
Рис. 11. Три последовательно идущих кадра GOOSE

Долгий поиск по последовательности кадров GOOSE-сообщений позволил подтвердить данный факт пропажи.

Анализатор, в свою очередь, сразу показал данную ошибку, итого 1,5 минуты работы анализатора, против 20 минут поиска пропавшего сообщения, которое, соответственно, не нашлось.

Среди очевидных и потенциальных альтернатив данной функции существуют две известные нам программы. IED Scout, функции анализа GOOSE сообщений по нашей информации в нем присутствуют, но только в платной версии, мы, к сожалению, с ними не знакомы, или же программа Goose Inspector, которая позволяет исследовать трафик на предмет ошибок, но демо-версия работает в online режиме 5 минут, в интервале которых некоторые ошибки могут не проявиться.

Также анализатор показал нам на примере устройства SEL, что очевидная на глаз синхронизация устройства с сервером времени совершенно не означает, что устройство корректно изменяет флаг времени в GOOSE-сообщении. Пример опять же лежит на поверхности. Синхронизация SEL с сервером времени была выражена в проставлении четкой метки времени в кадре GOOSE-сообщения, однако, скрытый в двоичном коде кадра бит, отвечающий за параметр ClockNotSynchronized, не обратился в «0». Никакая из программ, которую можно было бы использовать в альтернативу устройства, не позволила бы обнаружить данную ошибку. Проверка по битовому набору кадра в Wireshark подтвердила, что ошибка имеет место быть.

С точки зрения измерения задержек при передаче сообщений мы смогли поставить опыт частично, а именно – провести классический эксперимент по влиянию загрузки локальной сети потоками 9-2 на задержки при доставке GOOSE-сообщений. Мы нагрузили ЛВС (2 коммутатора) двумя потоками (по одному потоку на каждый коммутатор) и стали отправлять GOOSE-сообщения. Измерения времени T1, T2, T3, T0 показали, что два потока 9-2 никак не влияют на передачу GOOSE-сообщений, дальше все зависит от фантазии исследователя.

Параметр ТТ требует, чтобы была синхронизация как анализатора, так и источника кадров GOOSE. В нашей лаборатории, к сожалению, синхронизировать источник GOOSE так, чтобы это принял анализатор, не удалось (проблема кроется в ошибках IED-устройства).

Для исследования времен передачи сообщений по ЛВС также необходимо понимать, какая задержка накапливается на самом интерфейсе устройства.

Для данной проверки мы включили друг на друга два анализатора, синхронизированных по GPS, и измеряли времена передачи сообщений.

Схема включения устройств
Рис. 12. Схема включения устройств

Выполнялась встречная передача GOOSE-сообщений двумя анализаторами, синхронизированными по времени. Время, затрачиваемое интерфейсом устройства, можно оценить как наихудшее из Max(Delay) и Max(Transfer time):

Таблица 1. Временные характеристики обмена GOOSE-сообщениями между анализаторами

Parametr Delay Transfer time TT Retransmission T0 Retransmission T1 Retransmission T2 Retransmission T3
Count 200 200 0 199 199 199
Min,ms 0.0100 0.0171 0.0000 3.9851 3.9990 7.9990
Max,ms 0.0210 0.0200 0.0000 3.9961 4.0010 8.0029
Avg,ms 0.0118 0.0183 0.0000 3.9940 4.0003 7.9999
Stdev,ms 0.0019 0.0005 0.0000 0.0018 0.0005 0.0005
Median,ms 0.0110 0.0181 0.0000 3.9941 4.0000 8.0000
Q1,ms 0.0110 0.0181 0.0000 3.9941 4.0000 8.0000
Q3,ms 0.0120 0.0189 0.0000 3.9951 4.0010 8.0000
IQR,ms 0.0010 0.0009 0.0000 0.0010 0.0010 0.0000

Получилась 0.021 мс – результат, на наш взгляд, приемлемый при использовании данного устройства как инструмента измерения задержек.

Публикация GOOSE-сообщений

Функцию публикации GOOSE-сообщений в компактном размере в некой мере можно назвать уникальной, так как альтернатив на данный момент существует крайне мало, нам известна всего одна – IED Scout от Omicron при покупке платной лицензии, её стоимость к нам сожалению неизвестна.

На рисунке 13 представлено диалоговое окно раздела Публикация GOOSE.

Публикация GOOSE
Рис. 13. Публикация GOOSE

Как можно увидеть, в верхней панели появился «карандаш».

Публикацию GOOSE-сообщений можно задавать двумя способами: ручная настройка GOOSE-сообщений и дополнение скопированных GOOSE-сообщений, захваченных анализатором в сети.

Настройка GOOSE-сообщения
Рис. 14. Настройка GOOSE-сообщения

В левом столбце приведены общие параметры GOOSE-сообщения, обязательные для настройки. Сразу хочется отметить, что на программном уровне сделано так, чтобы пользователь не допустил ошибки в задании МАС-адреса назначения устройства (рис. 15). Производитель уже зафиксировал первые четыре октета, которые определены стандартом МЭК 61850-8-1.

Задания МАС-адреса назначения
Рис. 15. Задание МАС-адреса назначения

GOOSE-сообщение требует наличия dataset. Настройка набора данных осуществляется по специальной кнопке (рис. 14), «Редактор DataSet». На рисунке 16 приведена уже зашитая в устройство модель данных.

Логическая модель устройства
Рис. 16. Логическая модель устройства

Все данные сгруппированы по функциональным группам для удобства поиска и добавления требуемых параметров. После добавления параметров сформированная информация будет представлена аналогично рисунку 17.

Сформированный dataset
Рис. 17. Сформированный dataset

Важной особенностью данного устройства является возможность не просто транслировать настроенное GOOSE-сообщение, но и в автоматическом режиме циклически менять значения атрибутов данных во время трансляции. Количество состояний настраивается, и значения атрибутов данных выбираются пользователем. Для логических атрибутов можно выбирать значения True/False, для атрибутов качества – изменять флаги качества, устанавливать режимы, например, флаг test. Программа позволяет задавать любое количество циклов, вплоть до бесконечности (если пауза между циклами равна 0, то цикл будет повторять постоянно). Также для испытаний важны параметры передачи GOOSE-сообщений. Данная настройка осуществляется во вкладке «Параметры ретрансмиссии» (рис. 18).

Настройка параметров передачи
Рис. 18. Настройка параметров передачи

Как известно, в фоновом режиме GOOSE-сообщение передается с максимальным интервалом времени. При изменении параметра набора данных, передаваемых посредством GOOSE, интервалы между сообщениями уменьшаются, а затем возвращаются к максимальному интервалу времени. Соответственно, данные параметры можно задать посредством установки минимального, максимального значений интервалов и кратности. На рисунке 18 представлены параметры, по которым был произведен расчет таблицы. Соответственно, при изменении атрибута, передаваемого в сообщении, будет отправлено 10 кадров GOOSE, далее будут транслироваться GOOSE с интервалом 2000 мс.

После применения настроек требуется включить трансляцию GOOSE (рис. 19).

Включение публикации GOOSE-сообщений
Рис. 19. Включение публикации GOOSE-сообщений

Как видно из рисунка, можно выбирать конкретные сообщения из сего перечня, а также время, когда начнется публикация. На данный момент при нажатии кнопки происходит увеличение таймера на 3 часа, причина кроется в том, что время начала публикации указывается по UTC. Публикация GOOSE-сообщения, выгруженного из файла CID. Фактически можно загрузить файл конфигурации устройства и выбрать GOOSE-сообщение, которое после настройки можно публиковать. Также можно сохранить принимаемое из сети GOOSE-сообщение, а далее, загрузив его в раздел публикации, настроить и отправлять с устройства (рис. 20).

Настройка сообщения из сети, переведенного в режим публикации
Рис. 20. Настройка сообщения из сети, переведенного в режим публикации

После пересохранения все функции доступны к настройке.

Важно! МЭК 61850 регламентирует определенный набор логических узлов, однако не запрещает производителям создавать собственные, на данной почве возникает вопрос о возможности создания своих собственных логических узлов, чтобы дополнять «скопированное» для публикации GOOSE-сообщение новыми атрибутами, или создавать с нуля собственные сообщения для проверки работоспособности устройств.

Настройка собственных GOOSE-сообщений
Рис. 21. Настройка собственных GOOSE-сообщений

На рисунке 21 приведен пример такой настройки. Первые 2 сообщения взяты из CID файла РЗ. Далее мы по порядку настраивали свое GOOSE-сообщение, изменяя префиксы в тексте. В начале мы нашли Ind.stVal, добавили его из встроенной модели, далее добавили префикс и номер экземпляра (Inst_start), в таблице слева данные параметры указаны. И стоит отметить, если параметр InInst count равен 1, то при добавлении набора данных количество добавленных dataset будет равно 1, если же параметр будет равен, например, 3, то в нашем случае будут добавлены 3 dataset с номерами экземпляра 21, 22, 23.

Ошибка, на которую стоит обратить внимание, – несоответствие параметра DOInst start в таблице слева и в строке 5. В наборе данных SEL указано «Ind01», у нас получилось задать «Ind1». Первые нули стираются при записи, что не позволит нам управлять другим устройством, подписанным на сообщения от SEL.

Практическое применение для наладки

Сейчас наладчика такие вещи как скорость доставки GOOSE-сообщения волнуют в последнюю очередь. Наладчик может в данном устройстве для себя найти «эмулятор» устройств, которые в данный момент не довезли или не смонтировали. Например, при опробовании функций блокировки устройств, когда при отсутствии одного из устройств или не организованности сети у наладчика есть возможность загрузить CID файл «отсутствующего» устройства в AnCom и в цикле сымитировать его поведение.

Мы так и поступили – настроили ALSTOM так, чтобы при получении GOOSE-сообщения от SEL загорался светодиод, SEL в свою очередь формирует GOOSE-сообщение при нажатии на нем кнопки. После подписки загрузили CID файл SEL в AnCom, достали нужный GOOSE и «зажигали» диод ALSTOM от анализатора.

Аналогичную операцию мы пытались сделать немного в другом формате. Мы создали GOOSE-сообщение на анализаторе и попытались по CID файлу устройства подписать на этот GOOSE ALSTOM. Однако оказалось, что анализатор не умеет модифицировать файлы описания для устройств РЗиА.

На наш взгляд, данная недоработка существенна, так как устройство потеряло несколько важных функций, которые могли сделать его еще более привлекательным.

Статистика

Аналитик от «Аналитик-ТС» позволяет не только мониторить GOOSE–сообщения, но и анализировать общее состояние трафика на портах, к которым он подключен (рис. 22).

Статистика сети
Рис. 22. Статистика сети

Первая таблица отображает общую статистику сети: тип порта 100 Мб или 1 Гб, продолжительность подключения к сети, количество корректных кадров, количество широковещательных посылок и мультикаст сообщений, загрузка порта. Последние данные, кстати, помогут ответить на вопрос, насколько сильно загружается порт при передаче потоков 9-2, что поможет при выборе варианта перераспределения потоков.

Вторая часть таблицы относится к сообщениям GOOSE, SV и PTP. Соответственно, количество кадров и их процентное содержание в общем трафике.

Если в случае общих параметров можно проводить анализ только одним портом, то анализ мультикаст сообщений осуществляется на обоих портах одновременно.

Также есть возможность представления в графическом виде получаемой информации (рис. 23).

График принимаемых GOOSE сообщений от времени
Рис. 23. График принимаемых GOOSE сообщений от времени

На данном графике отображаются GOOSE-сообщения, принимаемые устройством. Внутренний счетчик устройства в течение 5 секунд считает получаемые кадры и формирует график.

Вывод

Сама идея создания универсального устройства такого типа, на наш взгляд, кажется достаточно перспективной для текущей и будущей работы с МЭК 61850. Текущие функции позволяют уже сейчас решить немалый спектр задач. В ответе на вопрос: «Нужно ли приобретать данное устройство, когда есть софт?», ответ: «Да, нужно». При развитии встроенного программного обеспечения, было бы, на наш взгляд, неплохо добавить контроль флагов PRP, HSR, переработать CID файл самого анализатора.

Общие впечатления сложились достаточно позитивные, опять же, со скидкой на то, что устройство находится на этапе активного развития. Приложение удобное, не помешает подтянуть по дизайну, быстродействие кое-где подкачивает (журнал записи GOOSE). Такие параметры как Т2, Т3, на субъективный взгляд, не нуждаются в основательном контроле. Самый важный параметр, который, на наш взгляд, требуется каким-либо образом выделить – время, затрачиваемое интерфейсом устройства на анализ пакетов GOOSE-сообщений.

К моменту выхода данной разработчики планирую устранить обнаруженные недостатки и реализовать новые функции. У прибора определенно есть будущее, осталось только подождать.

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: