92
ОБОРУДОВАНИЕ
Требования к коммутаторам
для шины процесса
Смирнов
И
.
О
.,
менеджер по продукции «Сетевые технологии» ООО «Феникс Контакт РУС»
ОПИСАНИЕ
ШИНЫ
ПРОЦЕССА
Шина процесса — это локальная
сеть, по которой передаются дан-
ные, сформированные в соответ-
ствии со стандартом МЭК 61850-
9-2 LE. Эти данные называются
SV-потоками. При помощи SV-
потоков передаются мгновенные
значения тока и напряжения.
Данные, передаваемые по шине
процесса, используются для ло-
гики срабатывания терминалов
релейной защиты, и какие-либо
нарушения в этой сети могут при-
вести к ложным срабатывани-
ям или к отказам срабатывания
в случае возникновения коротко-
го замыкания.
Функции обычных промыш-
ленных коммутаторов для шины
процесса недостаточно. Комму-
таторы шины процесса должны
иметь повышенную ЭМС и иметь
дополнительные функции.
В состав этих функций входят:
– аппаратная поддержка PTPv2;
– высокая скорость передачи
данных;
– управление потоками;
– функции безопасности.
АППАРАТНАЯ
ПОДДЕРЖКА
ПРОТОКОЛА
PTPV2
Протокол синхронизации време-
ни PTP позволяет добиться точ-
ности синхронизации — 1 мкс.
Точность 1 мс, которую обеспе-
чивает NTP, недостаточно для
организации шины процесса.
К шине процесса подключаются
измерительные преобразовате-
ли либо MU, с которых передают-
ся значения тока и напряжения
в шину, а также подключаются
терминалы РЗ, которые исполь-
зуют эти данные для реализации
логики защиты. Если использо-
вать для синхронизации NTP,
то есть вероятность получить
ложные срабатывания, напри-
мер, дифференциально-фазной
защиты (ДФЗ) линий. Это про-
изойдет из-за недостаточной
точности синхронизации вре-
мени: на один терминал может
прийти одно измерение тока,
а на второй — измерение тока
за другой промежуток времени,
что может дать разницу фаз этих
токов большую, чем в уставке.
Это вызовет ложное срабатыва-
ние терминала релейной защи-
ты. Поэтому для шины процесса
и важна высокая точность син-
хронизации времени.
В свою очередь нельзя ста-
вить любые коммутаторы в сеть,
где используется синхронизация
времени по PTP, так как каждый
коммутатор, через который про-
ходит пакет синхронизации, дол-
жен добавить в этот пакет ту за-
держку времени, которую он дал
при передаче. Коммутатор без
поддержки PTP этого сделать не
может. Это скажется на точности
синхронизации времени, и до-
биться 1 мкс будет невозможно.
Коммутатор с поддержкой
PTPv2 при приеме пакета синхро-
низации на порт фиксирует метку
времени. Эта метка времени и бу-
дет использоваться для последу-
ющей корректировки задержки,
которую пакет синхронизации по-
лучил на данном коммутаторе.
Коммутаторы могут иметь два
типа поддержки PTPv2:
– программная;
– аппаратная.
При программной поддержке
метка времени проставляется
прошивкой коммутатора. Про-
грамма прошивки работает в ци-
кле. Обработка запроса на про-
ставление метки времени займет
у прошивки несколько циклов,
а не произойдет мгновенно. По-
этому коммутаторы с программ-
ной поддержкой не позволяют до-
биться точности 1 мкс.
Аппаратная
поддержка,
в свою очередь, подразумева-
ет, что сам порт умеет простав-
лять метку времени, что как раз
позволяет добиться точности
1 мкс.
УПРАВЛЕНИЕ
ПОТОКАМИ
Управление потоками реализу-
ется технологиями VLAN и Multi-
cast. VLAN позволяет сегмен-
тировать сеть, разделяя ее на
виртуальные подсети, а под-
держка
Multicast
позволяет
работать с потоками данных.
Под поддержкой Multicast под-
разумевается поддержка про-
токола IGMP. Данные функции
позволяют ограничивать пути
распространения широковеща-
тельных пакетов. Это актуально
для передачи большого количе-
ства SV-потоков.
Промышленный
коммутатор
Phoenix Contact FL SWITCH EP7400
(
вид
со
стороны
LCD)
93
OOO «Феникс Контакт РУС»
119619, г. Москва,
Ново мещерский пр-д, д. 9, стр. 1
Тел.: +7 (495) 933-85-48
Факс: +7 (495) 931-97-22
www.phoenixcontact.ru
Когда могут потребоваться
функции управления потоками?
Каждый SV-поток достаточно тя-
желый — он весит 4–5 Мбит/с.
Если через порт со скоростью
100 Мбит/с передается 20 по-
токов, то этот порт уже не спра-
вится с нагрузкой. Для порта со
скоростью 1 Гбит/с критичным
станет нагрузка в 200 потоков.
А такая нагрузка на магистраль
шины процесса крупного объек-
та, например ТЭЦ, вполне реали-
стична.
Справиться с подобными на-
грузками и распределить нагруз-
ку по сети помогают как раз ин-
струменты управления потоками.
Каждый SV-поток передается как
multicast-трафик, и при помощи
протокола IGMP можно ограни-
чить распространение данного
трафика только теми узлами, ко-
торым эти пакеты необходимы.
Или же потоки можно разделить
по разным VLAN’ам, что дает воз-
можность определить, куда по-
токи могут быть переданы. Обе
технологии помогают значитель-
но разгрузить сеть.
ПЕРЕДАЧА
ДАННЫХ
СО
СКОРОСТЬЮ
ДО
10
ГБИТ
/
С
Как было изложено выше, SV-
потоки достаточно требователь-
ны к пропускной способности
сети и передача даже 20 пото-
ков через коммутатор, скорость
портов которого 100 Мбит/с, яв-
ляется проблемой. На крупном
энергетическом объекте таких
потоков может быть достаточно
много. И если использование
технологий VLAN и IGMP и за-
мена 100-Мбитных коммутато-
ров на гигабитные для шкафов
присоединения еще может быть
решением, то для организа-
ции магистралей потребуют-
ся большие скорости, нежели
1 Гбит/с. Именно поэтому сейчас
становятся актуальными ком-
мутаторы с наличием каналов
передачи данных со скоростью
10 Гбит/с.
Более того использование ско-
рости 10 Гбит/с для организации
магистрали сети позволяет зна-
чительно повысить пропускную
способность ЛВС. Это значит, что
можно использовать одну сеть
для передачи и MMS, и GOOSE-
сообщений, и SV-потоков.
ФУНКЦИИ
БЕЗОПАСНОСТИ
Шина процесса используется
для передачи важнейших дан-
ных, без которых невозможна
релейная защита. Как уже упо-
миналось выше, любые воздей-
ствия на эту сеть могут сказаться
либо ложными срабатываниями,
либо отказами срабатывания ре-
лейной защиты. Чтобы защитить
шину процесса от любых зло-
умышленных воздействий, не-
обходимо использовать функции
информационной безопасности.
На коммутаторе для этого мож-
но настроить MAC-based Security.
Данная функция позволяет на
каждый порт определить список
MAC-адресов, которые могут
иметь доступ к нему. Также мож-
но использовать функцию ACL.
Данная функция позволяет соз-
давать более сложные правила
доступа к коммутатору и опре-
делять списки параметров для
доступа. То есть определять, кто
и что могут делать с данными.
КАКИЕ
КОММУТАТОРЫ
МОЖНО
ИСПОЛЬЗОВАТЬ
ДЛЯ
ОРГАНИЗАЦИИ
ШИНЫ
ПРОЦЕССА
?
Phoenix Contact выпускает новую
линейку модульных коммута-
торов для шины процесса — FL
SWITCH EP7400. Данные комму-
таторы поддерживают все необ-
ходимые функции:
– PTP v2 (IEEE 1518);
– возможность
конфигури-
рования и диагностики по
SNMP, CLI, Web-интерфейса,
Syslog’а;
– горячая замена модулей рас-
ширения;
– горячая замена модулей пита-
ния;
– RSTP/MSTP/PVRST+;
– BPDU Guard, Root Guard, Loop
Guard, BPDU Filter;
– VLAN;
– IGMP;
– VRRP v2/v3;
– Access Control List (L2/L3);
– MAC-based Security;
– ЭМС, соответствующая IEEE
1613 и IEC 61850-3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К коммутаторам, которые исполь-
зуются для создания ЛВС ЦПС,
предъявляются серьезные требо-
вания, и необходимо, чтобы дан-
ные коммутаторы поддерживали
специфичные IT-функции. Как
мы увидели, данные требования
являются не безосновательны-
ми и более того, эти требования
растут и в будущем потребуются
еще более сложные коммутаторы
для создания полнофункциональ-
ной ЦПС. Phoenix Contact предла-
гает Вам широкий выбор сетево-
го оборудования, которое может
быть использовано и в текущих
проектах, и обеспечит полностью
весь необходимый функционал
для Ваших будущих проектов
ЦПС.
Р
Промышленный
коммутатор
Phoenix Contact FL SWITCH EP7400
(
вид
со
стороны
TB)
№
6 (57) 2019
Оригинал статьи: Требования к коммутаторам для шины процесса
Шина процесса — это локальная сеть, по которой передаются данные, сформированные в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2 LE. Эти данные называются SV-потоками. При помощи SV-потоков передаются мгновенные значения тока и напряжения. Данные, передаваемые по шине процесса, используются для логики срабатывания терминалов релейной защиты, и какие-либо нарушения в этой сети могут привести к ложным срабатываниям или к отказам срабатывания в случае возникновения короткого замыкания.
