Kurs EdgeLink cz. 7 - IEC 60870-5-104

Wprowadzenie do protokołu IEC 60870-5-104

IEC 60870-5-104 to protokół komunikacyjny, który został opracowany przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) w celu zapewnienia standardowego sposobu przesyłania informacji w systemach kontroli procesów przemysłowych, a zwłaszcza w sektorze energetycznym. Protokół ten został opracowany jako ulepszona wersja starszego protokołu IEC 60870-5-101, który był stosowany do transmisji danych w systemach nadzoru i sterowania siecią energetyczną.

Rysunek nr 1. Protokół IEC 60870-5-104

Działanie

Protokół IEC 60870-5-104 umożliwia przesyłanie informacji między urządzeniami sterowania i monitorowania procesów przemysłowych, takich jak automatyka przemysłowa, systemy nadzoru i kontrola procesów. Protokół ten opiera się na protokole TCP/IP i zapewnia niezawodną i bezpieczną transmisję danych.

W ramach protokołu IEC 60870-5-104, informacje są przesyłane w postaci zdefiniowanych wiadomości, które zawierają dane o stanie urządzeń, alarmy, pomiary i inne informacje związane z procesem przemysłowym. Protokół ten umożliwia zdalne sterowanie i monitorowanie systemów przemysłowych, co jest niezbędne w przypadku długodystansowych sieci energetycznych i innych systemów rozproszonych.

Wady i zalety

Zalety

1. Wysoka niezawodność: IEC 60870-5-104 zapewnia niezawodny i bezpieczny transfer danych, co jest niezwykle ważne w sektorze elektroenergetycznym, gdzie błędy w przesyłaniu informacji mogą prowadzić do poważnych awarii i wypadków.

2. Szybka transmisja danych: IEC 60870-5-104 pozwala na szybką transmisję dużych ilości danych, co jest ważne w przypadku systemów, które wymagają przetwarzania dużej ilości informacji w czasie rzeczywistym.

3. Uniwersalność: IEC 60870-5-104 jest szeroko stosowany w sektorze elektroenergetycznym na całym świecie, co oznacza, że ​​jest dostępny dla wielu producentów sprzętu i oprogramowania.

Wady

1. Wysokie koszty implementacji: Implementacja standardu IEC 60870-5-104 może być kosztowna, ponieważ wymaga odpowiedniego sprzętu, oprogramowania i szkolenia personelu.

2. Złożoność: Standard IEC 60870-5-104 jest stosunkowo złożony, co oznacza, że ​​wymaga specjalistycznej wiedzy i umiejętności w zakresie programowania i konfiguracji.

3. Brak wsparcia dla protokołów internetowych: IEC 60870-5-104 nie zapewnia natywnej obsługi protokołów internetowych, co może stanowić problem w przypadku aplikacji wymagających integracji z Internetem.

4. Bezpieczeństwo: IEC 60870-5-104 nie zapewnia natywnych funkcji bezpieczeństwa, co oznacza, że ​​mogą być wymagane dodatkowe środki bezpieczeństwa, aby zapobiec atakom i nieautoryzowanemu dostępowi do systemów.

Bezpieczeństwo

Zasady bezpieczeństwa określone są w części 1 standardu IEC 60870, która zawiera ogólne wymagania dotyczące systemów telemechanicznych w elektroenergetyce, w tym wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Każdy z protokołów, w tym IEC 60870-5-104, dodatkowo precyzuje te wymagania i definiuje szczegółowe procedury bezpieczeństwa, które muszą być spełnione w celu zapewnienia bezpiecznej i niezawodnej komunikacji między urządzeniami.

Różnice między DNP3 i IEC-60870-5-104

Zarówno DNP3 jak i IEC-60870-5-104 powstały z myślą o branży energetycznej, jednak główna różnica między tymi protokołami polega na tym, że DNP3 został zaprojektowany z myślą o systemach rozproszonych, gdzie wiele urządzeń działa na odległościach ponad 10 kilometrów. Protokół DNP3 ma także bardziej rozbudowane funkcje związane z bezpieczeństwem i diagnostyką niż protokół IEC 60870-5-104.

Kolejną różnicą między tymi protokołami jest sposób, w jaki przekazują dane. Protokół DNP3 używa jednostek danych (ang. data objects), które pozwalają na przesyłanie większej ilości informacji jednocześnie w porównaniu z protokołem IEC 60870-5-104, który używa bardziej podstawowych typów danych.

IEC-60870-5-104 w przeciwieństwie do DNP3 jest również synchroniczny, co znaczy, że synchronizuje swój zegar z innymi urządzeniami.

Ostatecznie, wybór protokołu zależy od potrzeb konkretnego systemu i jego wymagań. Protokół IEC 60870-5-104 jest zazwyczaj stosowany w systemach o mniejszej skali, podczas gdy DNP3 jest bardziej popularny w większych i bardziej złożonych systemach.

Zastosowania protokołu IEC 60870-5-104 w przemyśle

Głównym zastosowaniem protokołu IEC 60870-5-104 jest monitorowanie i kontrola procesów w sektorze energetycznym. Protokół ten umożliwia przesyłanie informacji o stanie sieci elektroenergetycznej, takich jak napięcie, prąd, moc czy parametry pracy urządzeń. Dzięki temu operatorzy systemów elektroenergetycznych mogą skutecznie monitorować i zarządzać siecią, identyfikować awarie oraz podejmować odpowiednie działania naprawcze.

Ponadto, protokół IEC 60870-5-104 znajduje zastosowanie w zarządzaniu procesami produkcyjnymi w przemyśle. Wielu producentów używa tego protokołu do komunikacji między różnymi urządzeniami w fabrykach, takimi jak sterowniki PLC, panele operatorskie czy systemy monitoringu. Protokół ten umożliwia przekazywanie danych o stanie maszyn, parametrach produkcyjnych, alarmach i zdarzeniach, co umożliwia efektywną kontrolę procesów i optymalizację produkcji.

Dodatkowo, protokół IEC 60870-5-104 może być stosowany w systemach monitoringu środowiska, takich jak monitoring wodny czy gospodarka odpadami. Przesyłanie danych o jakości wody, poziomach substancji chemicznych czy informacji o temperaturze i ciśnieniu - to wszystko jest możliwe dzięki temu protokołowi. 

IEC 104 z EdgeLink

Oprogramowanie EdgeLink pozwala na komunikację przy pomocy protokołu IEC 60870-5-104. W tym przykładzie prezentowane jest stanowisko z bramką ECU pracującą jako Master i odczytującą dane przesyłane przez inne urządzenia.

Stanowisko

Stanowisko składa się z następujących elementów:

• brama ECU-1051D

• laptop jako master

• przyciski cyfrowe

• sonda do pomiaru temperatury

• sterownik PLC z panelem HMI Unitronics US5-B5-B1

• Moduł I/O ADAM-6060

• Moduł I/O ADAM-4048+

• Switch przemysłowy ADAM-6520

Rysunek nr 2. Schemat stanowiska testowego dla bramki ECU jako stacji zewnętrznej

Master

Informacje przesyłane przez stację zewnętrzną są odbierane przez nadrzędne urządzenia takie jak SCADA czy RTU.

W prezentowanym przykładzie skorzystano z aplikacji Axon Test symulującej działanie mastera IEC-60870-5-104.

Rysunek nr 3. Odczytywanie przesyłanych danych przy pomocy Axon Test.

Podsumowanie

Protokół IEC 60870-5-104 znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, a w szczególności w sektorze energetycznym. Jest nieco bardziej ograniczony od protokołu DNP3 jeśli chodzi o bezpieczeństwo oraz diagnostykę, a także bardziej podstawowy typ przesyłanych danych. Z tego względu IEC 104 jest przeznaczony do mniejszych i mniej skomplikowanych systemów niż DNP3. Warto też dodać, że oba te standardy mają płatne licencje. Aby uzyskać pełny dostęp do ich specyfikacji zazwyczaj trzeba nabyć licencję od odpowiednich organizacji lub producentow [1].

Chcesz otrzymać instrukcję do tego stanowiska?

Napisz do nas!

e-mail: jaroslaw.molenda@elmark.com.pl

[1] IEC Webstore https://webstore.iec.ch/