zvei ga ka, frankfurt/m, 26.02.2003, © karlheinz schwarz, scc seite 1 neues aus der normungswelt...

ZVEI GA KA, Frankfurt/M, 26.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 1

Neues aus der Normungswelt


Präsentation während

der Sitzung des

ZVEI GA KA

Frankfurt/M, 26.02.2003

(animierte Folien)

Präsentation während

der Sitzung des

ZVEI GA KA

Frankfurt/M, 26.02.2003

(animierte Folien)

Schwarz Consulting Company, SCC Dipl.-Ing. Karlheinz SchwarzIm Eichbaeumle 10876139 Karlsruhe / Germany

Tel +49-721-684844Fax +49-721-679387Email [email protected] www.scc-online.de



2001 - 2003:

Viel Neues und Altes !



Normung

• IEC TC 57: sehr aktiv (siehe n. Seite)

• IEC TC 65: wenig Neues - viel Altes

• IEC TC 88: Communication for Wind PP

• ISO TC 184: DESINA, STEP, ASAM, ...



IEC TC 57-Normen Scope: Power system control & communication

• Fernwirktechnik (60870-5-101/104)

• Leitstellenkopplung (60870-6 TASE.2)

• Schutz- und Stationsleittechnik (61850)

• EMS-API Common Information Model -CIM (61970-301) - komplettes Netz



DecentralisedPower System

IEC 61400-25

...

CIMIEC 61970-301

(UML/XML)

Power SystemOperation

Computer system

- Transmission- Distribution- Energy management- Asset management- Trouble call- etc

IEC 61970

- Transmission- Distribution- primary- secondary- etc

substations SCLIEC 61850-6(UML/XML)

Grid

IEC 61850

re-usere-use

re-usere-use



Anforderungen

• Messen, Steuern, Regeln: einheitliche Repräsentation der Prozess- und Anlagendaten (Wert, Status, Zeitstempel), ...

• Engineering: (Online)Konfiguration, Datenpflege, Durchgängig über alle Hersteller/Lebensphasen, ...

• Instandhaltung: einheitliche Beobachtung/Diagnose, spontane Meldungen, Bestandsgarantie 15+ Jahren, ...

• Bedienen und Beobachten: einheitlicher Zugriff auf Prozeßdaten, spontane Meldungen, Erfassung von Bedienungshadlungen, ...

• Prozessführung: systemweiter einheitlicher Zugriff auf Prozess- und Anlagendaten, ...



Externe Kommunikation

externesInterface

LokaleSteuerung,Überwachung,Regelung,Schutz, ...

TCP/IP,serielle Kopplung, ...

...



Externes Interface (Was, Wann)

Informationen (was kommunizieren?)Informationen (was kommunizieren?)

WEA: 3000+

Status (momentan, Reihe, Zähler)

Messwert / abgeleitete Werte (momentan, Reihe, Zähler)

Steuerwerte

Sollwerte

Parametersätze

Uhrzeit

Selbstbeschreibung/Konfiguration



Igel !Eagle?

Verbindung ist nicht Kommunikation



Gute Basisfür Normen

+ deadband + range+ units+ sample rate+ scale+ description ...

+ timestamp+ Quality+ Substitute

"(Abstrakte) Objekte"

"(Abstrakte) Objekte"

Zeit

Process Value (Messwert)

Das WAS?



Services(wann?)Services(wann?)

Externes Interface (Was, Wann)

Informationen (was kommunizieren?)Informationen (was kommunizieren?)

WEA: 3000+

Status (momentan, Reihe, Zähler)

Messwert / abgeleitete Werte (momentan, Reihe, Zähler)

Steuerwerte

Sollwerte

Parametersätze

Uhrzeit

Selbstbeschreibung/Konfiguration

Abrufen (momentan, Zähler)

Abrufen (Reihen) spontan Melden Steuern Sollwertvorgaben Parameter setzen Abfrage der Selbst-

beschreibung/Konf.



Externe Kommunikation (Wie?)

externesInterface

IEC 60870-5-101/104 IEC 61850-8-1 IEC 60870-6 TASE.2 ...

? DNP3.0 ProfiNet EthernetIP Modbus TCP ...

... OPC DA OPC DX OPC XML-DA XML, SOAP Web Services, ... und und ... 100+100+



Con

firu

rati

on

lan

gu

ag

e

Schichtenmodell IEC 61950

messag

es

messag

es

Informationexchange

Abstract communication service interface (ACSI)

publ./subscr., get,

set, control, ...

reporting, logging,

get IED description

publ./subscr., get,

set, control, ...

reporting, logging,

get IED descriptionWann ?Wann ?

Communication profiles

Ethernet,

TCP/IP, OSIEthernet,

TCP/IP, OSI

Mapping to e.g. MMS Wie?Wie?

Logical node and data classes, and common data classes

Information Models2000+ name tagged

information2000+ name tagged

information

Was?Was?

IED Description



Einladung zum ZVEI-Workshop am 22. Februar 1996Beschreibungsmethoden für Geräte und Funktionen

in der Automatisierungstechnik

...

Nach der Feldbusdekade (1985 - 1995) stehen nun Feldgeräte und -funktionen, de-ren Zusammenwirken in verteilten Automatisierungssystemen und die Einbindungin die übergeordnete Informationstechnik beziehungsweise das Engineeringim Vordergrund des Interesses. Zur Frage, wie das Zusammenspiel von Gerätenund Funktionen technologieneutral beschrieben und projektiert werden kann, sindweltweit in einer Vielzahl von Projekten und Normungsgremien neue Lösungen inDiskussion.

...

Diese gegenläufigen Trends (kommunikationsneutrale oder auf ein Feldbussy-stem bezogene Beschreibung) haben erheblichen Einfluß auf die Strukturen zu-künftiger Automatisierungssysteme, deren Projektierung und ...

GA IK 1996



Von der Vielzahl ...

DNP LON 60870-5-101/4

60870-5-103

FIELDBUSMODBUS PROFIBUS

Kombi-Gerät

Schutz 1 Schutz 1Schutz 2 Schutz 2

Stations Gateway

ZentraleFunktionen

HM I

Prozessinterface Prozessinterface Prozessinterface

MVB,CAN

sonstige

Quelle: RWE, ABB, Alstom, Siemens (HMI 2002)



... zur Einzahl

IEC 61850:Communication networks and

systems in substations

1995 - 2003



Die Antwort: Hannover Messe 2002

IEC 61850:one worldone technologyone standard

Quelle: RWE, ABB, Alstom, Siemens (HMI 2002)

AEP



System Aspects1 Introduction and Overview [Technical Report]2 Glossary [Draft]3 General Requirements [IS]4 System and Project Management [IS]5 Communication Requirements for Functions and Device Models [FDIS]

Configuration6 Configuration Language for electrical Substation IEDs (SCL) [CDV]

Modelling Introduction7-1 Principles and Models [FDIS]

Information Models 7-4 Compatible Logical Node Classes and Data Classes [FDIS]7-3 Common Data Classes [FDIS]

Information Exchange Methods7-2 Abstract Communication Services [approved FDIS]

Mapping to real Comm. Networks (SCSM)8-1 Mappings to MMS (ISO/IEC 9506-1/-2) and to ISO/IEC 8802-3 [CDV]9-1 Sampled values over serial unidir. multidrop point to point link [FDIS]9-2 Sampled values over ISO/IEC 8802-3 [CDV]Testing10 Conformance Testing [CD]

IEC 61850IEC 61850



IEC 61850 für SchaltanlagenControlCenter HM

IEngineering

EthernetSwitch

Router

Station Bus

Relay A

Bay Controlle

r

Modern Switchgear

ModernCT / VT's

Relay B

Relay A

Bay Controlle

r

Modern Switchgear

ModernCT / VT's

Relay B

ProcessBus

otherdevicsother

devicsotherdevics



otherdevicsother

devicsotherdevics

EthernetSwitch

Relay A

Bay Controller

Modern Switchgear

ModernCT / VT

Relay B

Relay A

Bay Controller

Modern Switchgear

ModernCT / VT

Relay B

13

2

HMI

53

Engineering

45

3

ControlCenter

Router

6

sampled value exchange (1), fast exchange of I/O data (2), control and trip signals (3), engineering and configuration (4), monitoring and supervision (5), control-center communication (6)

sampled value exchange (1), fast exchange of I/O data (2), control and trip signals (3), engineering and configuration (4), monitoring and supervision (5), control-center communication (6)

IEC 61850 Substation



IEC 61850 Models

90 Standard LN Models (PDIS, XCBR, ...) mit

Auszug:

http://www.nettedautomation.com/qanda/iec61850/information-service.html#

10 Standard Comm.-Service ModelsMV, WYE, ...

30 Standard Common Data Classes

500 Standard Data (Pos, ...) mitOPC: Item

100 Standard Data Attributes (stVal, q, ...) in

OPC: Properties



Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Application

InformationIEC 61850

Information exchangeIEC 61850sampled

values GOOSE

Ethertype

9-19-2

TCP

IP

Ethernet, ...

Physical

ASN.1

IEC 61850/ISO 9506

RFC 1006

Session

IETF

IEC 61850-8-1

IEC 61850 Models

IEC 61400-25: - 61850-8-1 - IEC 60870-5-101/104 - OPC XML-DA - DNP3.0



• Datenmodelle für Schaltanlagen (80+)(Schützen, Steuern, Überwachen, ...)

Zusammenfassung IEC 61850

• Konfiguration der Geräte

• Kommunikation für Schaltanlagen, ...

• Weltweite Unterstützung

• Veröffentlichung IS in 2002/2003

• Durchgängige Anwendung



IEC TC 88 Project 25

IEC 61400-25:Communications

for monitoring and control of wind power plants

Im weitesten Sinne des Wortes,

im Nah- und Fernbereich

“für” im Sinne von“zur Unterstützung von

jeglicher Art von”

Jede Art von on-lineund off-line Überwachung

“of” im weitesten Sinne - nicht nur “mit” oder “zwischen”,sondern auch “innerhalb”



IEC 61850

Substations (HV, MV)SCADA

IEC 61400-25Wind Power

Wiederverwendung

IEC 6??Solar, Fuel Cell, ... ?



- Wind turbine- Wind generator- Nacelle- Rotor- Gear- Brake- Yaw- ...

- Wind turbine- Wind generator- Nacelle- Rotor- Gear- Brake- Yaw- ...

InformationModels

Informationen (Beispiel)

Drawing developed by the U.S. Department of Energy - Wind Energy Program



LN classes Description

WTUR general wind turbine informationWROT wind rotor informationWTRM wind transmission informationWBRK wind brake informationWGEN wind generator informationWNAC wind nacelle informationWYAW wind yaw informationWTOW wind tower informationWCNV wind converter informationWBEC wind beacon informationWMET wind meteorological information

Informationsmodelle IEC 61400-25



Generator: MeasurandsGenerator speedDuty factor sent to generatorSlipGenerator current (Weier)Generator bearing temperatureGenerator temperatureGenerator 2 temperature

Generator: MeasurandsGenerator speedDuty factor sent to generatorSlipGenerator current (Weier)Generator bearing temperatureGenerator temperatureGenerator 2 temperature

Generator: Status informationThyristor openingGenerator connectedHeat generator (order)Status word from Weier

Generator: Status informationThyristor openingGenerator connectedHeat generator (order)Status word from Weier

Drawing developed by the U.S. Department of Energy- Wind Energy Program

Real Wind GeneratorReal Wind GeneratorModelModel




WROT classAttributeName

Attr.Type

Explanation

LNName Shall be inherited from Logical-Node Class(see IEC 61850-7-2)

DataCommon Logical Node Information... LN shall inherit all Mandatory Data from

Common Logical Node ClassStatus InformationHyPmpPt DPS Status of hydraulic pump for pitch systemStRotBlk SPS Status of rotor blockingVnPosDet INS Detection of vane position for each blade (or

tip-brake)...Measured valuesPtAngRf MV Value of pitch angle for reference blade (1)PtAng2 MV Value of pitch angle for blade 2...ControlsSetRotPos INC Set rotor to certain position...SettingsSetPtAngRf ASG Set target value for pitch angle of reference

blade (1)...


Rotor



IEC TCs mit ähnlichen Anforderungen

TC 57 Power system control and associated communications

TC 82 Solar photovoltaic energy systems

TC 88 Wind turbine systems

TC 105 Fuel cell technologies

IEC 61850,IEC 60870-5, IEC TASE.2, ...

IEC 61400-25



• USA: Anwendung der Norm für Gas und Wasser

Weitere Aktivitäten

• Power Quality Objects -> IEC 61850

• USA: Electricity Innovation Institute - E2I

• USA: Consortium for Electric Infrastructure to Support a Digital Society (CEIDS)

• USA: Distributed Energy Resources (DER) Com-munication Architecture Workshop, 17./18.3. 03, Dallas

• FGH Fachtagung „IEC 61850“ Mannheim, 11./12.03.03 http://www.fgh-ma.de/verein/veranst/progr_Fachtagung_IEC61850_2003_03.htm



Open Communication Architecture for Distributed Energy Resources in Advanced Distribution Automation

CEIDS (USA)CEIDS (USA)



Zusammenarbeit

• IEC 61400-25 könnte die (Basis-)Norm für die dezentrale Energieversorgung werden

• Zusammenarbeit über „Wind“ hinaus

• Internationale Zuarbeiten abstimmen

• Hersteller und Anwender detailliert über CD IEC 61400-25 informieren

Sommer 2003Sommer 2003

• Zusammenarbeit der deutschen Anwender, Hersteller und Systemintegratoren unter dem Dach von DKE K 383 organisieren (AK 383.0.1)

nächste Sitzung

AK 0.1 am

15. Mai 2003

nächste Sitzung

AK 0.1 am

15. Mai 2003



XML (1)

• Eine Lösung für was?

X-beliebige Messages Leicht zu spezifizieren

X-beliebige Messages Leicht zu spezifizieren

• Eine Lösung für (fast) alles!

• Für Geräte-/Datenmodelle

• Für Services (Web services)



XML (2)

• Programmieren von (Web)Services und lokalen Interfaces sehr einfach (z.B. mit ”.Net”)

• Eine Unzahl von Services entsteht zur Zeit. Ein Ende ist nicht abzusehen

• Inseln inkompatibler Services



Ohne Worte!Ohne Worte!

R. Knox: Here's What's Wrong With XML-Defined Standards, Gartner Research, 2002-12



XML (3)

• Syntax Notation wie ASN.1 (BER)

• keine Services !

• keine semantische Festlegungen

• ineffiziente für Prozessdaten

• gut für IED-Beschreibung (on/offline)



Normen: IEC 61850 / 61400-25

• Services

• Semantische Festlegungen

• Mappings

• Netzwerke

• Engineering (online / offline)



Elektronische Kopie der Präsentation:www.nettedautomation.com/download/Neues-aus-der-Normung_ Schwarz_2003-02-26.pps (.pdf)

zvei ga ka, frankfurt/m, 26.02.2003, © karlheinz schwarz, scc seite 1 neues aus der normungswelt...

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