ipConv · Module, ähnlich einem Baukasten-System, ergänzt werden können. Informationsflusses....
Transcript of ipConv · Module, ähnlich einem Baukasten-System, ergänzt werden können. Informationsflusses....
DIE MOTIVATION
DIE LÖSUNG
Leitstelle OPC-Client
Leitstelle OPC-Client
ipConv
Unterstation 1 Unterstation 3
OPC-Server Front-End Gateway
Leitstelle
ipConv
Unterstation Unterstation 2
Protokoll B
Protokoll A
Protokoll B Protokoll D
Protokoll C
Die Nachfrage am Markt hat uns veranlasst, ipConv zu entwickeln.
Ziel bei der Entwicklung von ipConv war es, den Kundennutzen in den
Vordergrund zu stellen, wie z. B. sichere Inbetriebnahme, schnelle
Fehlerbeseitigung, einfache Erweiterbarkeit sowie ein optimales
Preis-Leistungs-Verhältnis.
Anpassungen und Ergänzungen können während und nach der
Inbetriebnahmephase sowohl vor Ort als auch von Fern (Modem/
Telefonleitung) auf einfachste Art und Weise vorgenommen werden.
Mit Hilfe intelligenter Softwaretools wird die Inbetriebnahme wesentlich
vereinfacht, beschleunigt und kalkulierbar, d. h. die Inbetriebnahmekosten
werden auf ein Minimum reduziert und die Terminplanung des Kunden
sichergestellt.
Hard– und Software sind so konzipiert, dass bei Bedarf die einzelnen
Module, ähnlich einem Baukasten-System, ergänzt werden können.
ipConv ist ein Kommunikationssystem, das die übermittelten Prozessdaten
der Fernwirkgeräte aufnimmt, bei Bedarf konvertiert und zur Daten-
verarbeitung an das übergeordnete Leitsystem verteilt.
Konvertierung und Verteilung der Daten machen ipConv als Gateway und/
oder Fernwirkkopf / Front-End Rechner zum idealen Bindeglied zwischen
Leitstellen und Fernwirkgeräten.
Darüber hinaus eignet sich ipConv für den Einsatz als Gateway, Router,
Bridge und Datenkonzentrator.
ipConv, bestehend aus Hard– und Softwarekomponenten, bietet somit ein
universelles System zur Lösung von Kommunikationsaufgaben. Damit wird
ein vollkommen neuer Weg zur Reduktion der Kosten im Bereich der
Kommunikation beschritten.
DER EINSATZBEREICH Anwendung findet ipConv überwiegend bei Energieversorgungs-
unternehmen, auf dem industriellen Sektor, wie z. B. in der
chemischen Industrie und Automobilindustrie, im Bahnbereich
und in allen anderen Bereichen, in denen eine Kopplung von
Kommunikationsgeräten stattfindet.
ipConv kann für zahlreiche Netztopologien eingesetzt werden.
DIE SOFTWARE
Interne Softwarestruktur
In vielen Bereichen der Wirtschaft müssen Daten zwischen zueinander
inkompatiblen Kommunikationsendeinrichtungen ausgetauscht werden.
Diese Geräte verfügen zwar über entsprechende Datenkanäle zur
Außenwelt, verwenden aber meistens unterschiedliche Kommunikations-
protokolle.
Die Anzahl der verschiedenen Protokolle auf dem Markt - insbesondere im
Energieversorgungsbereich bzw. im Bereich der Prozesssteuerung und
Prozessüberwachung - ist entwicklungsbedingt sehr groß.
Dementsprechend groß ist der Bedarf an Geräten, die es erlauben,
Kommunikationsprobleme dieser Art zu lösen.
Die Anforderungen können dabei sehr stark variieren. Im einfachsten Fall
sind nur zwei Geräte miteinander zu verbinden, wobei lediglich eine
Konvertierung von einem Protokoll auf das andere zu erfolgen hat.
Schwieriger wird es, wenn die Daten mehrerer, eventuell unterschiedlicher
Unterstationen gesammelt, verarbeitet und an eine oder mehrere
Überwachungs– bzw. Leitstationen weitervermittelt werden müssen.
Die professionelle Konvertierung erfordert eine universelle
Softwarestruktur, mit der alle gängigen Protokolle ohne großen
Aufwand eingebunden werden können.
Eine wichtige Rolle spielt hierbei der Knotenprozess.
Seine Aufgabe ist es, die Informationen von einem Protokoll zu
empfangen, zu verarbeiten und gegebenenfalls an andere
Protokolle zu vermitteln. Alle Informationen vom und zum Knoten
werden in normierter Form bei Wert– oder Statusänderung
transferiert.
Dieser Prozess ermöglicht somit die Kopplung beliebiger
Protokolle auf einfachste Art und Weise.
Konfiguration
Knoten
Monitor
Protokoll A
Protokoll C Protokoll D
Protokoll B
Transparenz
Sowohl während der Inbetriebsetzungsphase als auch im
anschließenden Betrieb ist es von großem Nutzen, anfallende
Störungen schnell diagnostizieren zu können.
Zu diesem Zweck erlaubt jedes Protokoll das Verfolgen des
gesamten Kommunikationsverkehrs mit seiner Gegenstelle auf
unterschiedlichen Abstraktionsebenen, angefangen von den
Rohdaten (Telegramme in Hex-Darstellung) bis hin zur
dekodierten Telegrammdarstellung (Klartextform).
Der Vermittlungsknoten erlaubt ebenfalls das Verfolgen des
Informationsflusses. Hier kann man feststellen, von welchem
Modul die Information kommt, welchen Wert und Status sie hat
und wohin sie weiter vermittelt wird.
Die so gewonnenen Informationen können über einen längeren
Zeitraum archiviert werden, wodurch sich auch selten auftretende
Probleme diagnostizieren lassen.
Das Monitor-Programm ermöglicht die interaktive Verbindung
mit dem Knoten. Aktuelle Informationswerte können somit gezielt
abgefragt werden. Darüber hinaus können Informationen in den
Knoten eingespeist und somit Datensätze simuliert werden.
Alle Informationswerte und –zustände lassen sich jederzeit
überprüfen und bei Bedarf (z. B. während der Testphase) sofort
verändern.
Betriebssystem
ipConv stellt eine universelle Betriebssystem– und Hardwareschnittstelle zur
Verfügung, wodurch die Anwendung von der verwendeten Plattform unabhängig wird.
ipConv wird standardmäßig für die Betriebssysteme LINUX und Windows angeboten.
Hardware
Schnittstellen *) Kurzbeschreibung
Ethernet V.24
1 4 -
SEC2:
PC-basierter embedded Controller, konzipiert für
industrielle Anwendungen. Er verfügt über keine
rotierenden Teile. Ein Lüfter ist aufgrund des
geringen Leistungsbedarfs nicht erforderlich.
1 4 -
Hutschienen Embedded Controller
(HECPM / HECPS):
Kompakter Controller zur Hutschienenmontage
mit Profibus-DP, Master bzw. Slave Schnittstelle.
2 4 -
Midrange Embedded Controller (MEC):
Der MEC ist für die Montage auf einer DIN-
Schiene konzipiert.
Passive Kühlung und eine CompactFlash als
Massenspeichermedium ermöglichen eine
Bauweise ohne bewegliche Teile.
max. 8 max.16 19“ Industrie PC IPC191:
Robuster und flexibler Industrie PC in einer sehr
flachen Bauform. Als Massenspeicher wird eine
CompactFlash verwendet.
- 3 - -
Channel Switch (CS):
Kanalumschalter zur Kopplung zweier
redundanter Geräte an eine Kommunikationslinie.
- 1 - -
Fernwirkumsetzer (FWU):
Fernwirkumsetzer für beliebige Puls-Code und
Puls-Dauer modulierte Protokolle.
*) Andere Ausführungen auf Anfrage
Das Gateway ist mit RS-232 Schnittstellen ausgerüstet, die nur
asynchronen (UART-konformen) Datenverkehr erlauben. Zur
Kopplung andersartiger Protokolle, z. B. „freie“ PCM (Puls-Code-
Modulation) oder PDM (Puls-Dauer-Modulation) Protokolle, wird
der Fernwirkumsetzer eingesetzt.
„Bit-Synchrone“ Protokolle können mit dem Fernwirkumsetzer
übertragen werden.
Das synchrone Übertragungsverfahren, bei dem die Baudrate über
die Einspeisung eines externen Taktsignals vorgegeben wird, wird
dagegen nicht unterstützt.
Fernwirkumsetzer (FWU)
Durch den Einsatz industrieller SolidStateDisks (CompactFlash) als Massen-
speichermedium werden eine hohe Datenintegrität (MTBF ≥ 1.000.000) und
Schockbelastbarkeit gewährleistet.
Der „Intelligenz“ des Controllers ist es zu verdanken, dass die Betriebszeiten der
verwendeten Speicherkarten - selbst für das Windows Betriebssystem - weit über der
üblichen Einsatzdauer der Endgeräte liegt. Der Controller kennt die Anzahl der
Schreib– bzw. Löschvorgänge, die jeder Speicherzelle zu Grunde liegen. Die
Optimierung des Speichervorgangs ist hierdurch sichergestellt.
Selbst bei Stromausfall während des Schreibvorgangs bleiben die Daten erhalten.
Massenspeichermedium
Generalabfrage
Da die Leitstelle keine direkten Informationen über eine
ausgefallene Fernwirklinie erhält, erlaubt ipConv das
automatische Auslösen einer Generalabfrage der
Fernwirkgeräte bei erneutem Verbindungsaufbau.
Zeitsynchronisation
ipConv erlaubt die Synchronisation der Uhrzeit der
angeschlossenen Fernwirkgeräte. Zur Synchronisation
der internen Uhr von ipConv stehen verschiedene
Möglichkeiten zur Verfügung:
1. Zeitsynchronisation über das NTP-Protokoll
2. Manche Kommunikationsprotokolle, wie z. B.
IEC 60870-5-104, erlauben die Übermittlung eines
Zeitstempels.
3. Zeitsynchronisation über einen angeschlossenen
GPS oder DCF77-Empfänger
Nach Synchronisation der ipConv-Uhrzeit wird in der
nächsten Stufe die Uhrzeit der Fernwirkgeräte
synchronisiert.
Passwortschutz
Der Zugang zu allen Administrationskanälen ist
passwortgeschützt und verhindert somit unberechtigten
Zugang.
DER FUNKTIONSUMFANG
Front-End Prozessor / Fernwirkkopf
DIE HARDWARE
Plattformen
Abhängig von den Anforderungen und Wünschen des Kunden steht eine breite
Palette unterschiedlichster Hardware zur Verfügung.
Eine entscheidende Rolle bei der Wahl der Hardware spielen folgende Kriterien:
Anzahl der zu übertragenden Datenpunkte
Art der Kommunikationsschnittstelle
Anzahl der Kommunikationsschnittstellen
Wahl des Betriebssystems
Eine eigene Hardwareentwicklung garantiert die optimale Abstimmung unserer
Produkte für jede Anwendung und gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit, lange
Lebensdauer und Nachlieferbarkeit.
ipConv kann die Aufgabe eines Front-End Prozessors
(Fernwirkkopf) übernehmen. Durch das Baukastenprinzip
können beliebig viele Stationen an das übergeordnete
Leitsystem angebunden werden. ipConv sammelt die
Daten der angeschlossenen Fernwirkgeräte und verteilt
diese entsprechend der Konfigurationsdaten an eine oder
mehrere Leitstellen.
Aus Sicht des Betriebssystems wird die SolidStateDisk genauso
wie eine Festplatte behandelt.
Die SolidStateDisk kann frei gezogen und gesteckt werden ohne
auch nur eine Schraube zu lösen. Dadurch ist ein schneller
Hardwareaustausch ohne ein erneutes Einspielen der Software
und Konfiguration möglich. Das Umstecken der Flash-Karte
genügt.
Die Diagnose zeigt auf einen Blick den Zustand
der Kommunikation auf allen Schnittstellen an.
Im Diagnosemenü werden alle Informationen in
einer klar gegliederten Form angezeigt. Durch
farbliche Hinterlegung des Textes ist der
Zustand jeder Meldung sofort erkennbar.
Neben reinen Meldungen und Messwerten
können auch Steuerbefehle, wie z. B. die
Generalabfrage über graphische Elemente,
ausgelöst werden.
REDUNDANZ
Konfiguration
Mit Hilfe eines integrierten Webservers kann die Konfiguration sehr einfach mittels
Webbrowser, wie z. B. Microsoft Internet Explorer oder Mozilla Firefox über die Ethernet-
Schnittstelle durchgeführt werden. Es ist keine zusätzliche Konfigurationssoftware
erforderlich.
HAUPTMENÜ
Das Hauptmenü
erlaubt den Zugriff
auf alle relevanten
Funktionen von ipConv:
Sicherung und Wiederherstellung der
kompletten Konfiguration
Softwareupgrade
Bearbeitung der Konfigurationsparameter
Import von Konfigurationsinformationen aus
Tabellen
Starten und Stoppen des Systems
Zugriff auf Diagnoseinformationen
Zugriff auf das Prozessabbild und Simulation von Daten
Zugriff auf aktuelle Logdateien
PARAMETRIERUNG
Zur schnellen und effektiven Parametrierung der Anwenderdaten bietet ipConv die Möglichkeit - insbeson-
dere bei großen Datenmengen -, diese aus Tabellen zu importieren.
Die Tabellen werden aus Vorlagen erstellt und können mit Tabellenkalkulationsprogrammen
(z. B. MS-Excel) bearbeitet werden. Durch Verwendung von Algorithmen (Formeln) wird die einzugebende
Datenmenge auf ein Minimum reduziert.
KONFIGURATIONSBEISPIEL
Das Konfigurationsbeispiel zeigt den Linklayer des IEC 60870-5-104 Slave Protokollstacks.
Diagnose
DIAGNOSE
Die Logging-Funktion bietet die Möglichkeit, Infor-
mationen mitzuschreiben und diese für eine gewis-
se Zeit zu archivieren.
Folgende Daten können protokolliert werden:
alle gesendeten und empfangenen Daten
Systemmeldungen, d. h. Verbindungsabbrü-
che, Kommunikationsfehlermeldungen etc.
Konfigurations– und Softwarefehler-
meldungen
Die Logging-Funktion
ist vor allem für die
Inbetriebnahmephase
von großem Nutzen.
LOGGING
Logging
Es werden alle Parameter mit den eingestellten Werten, den dazugehörigen Maßeinheiten und einer Kurzbeschreibung
angezeigt. Zur Parametrierung werden alle notwendigen Parameter eingeblendet.
Eine Plausibilitätsprüfung schützt vor unbeabsichtigten Fehleingaben.
Redundanz
Um auch erhöhten Sicherheitsansprüchen zu genügen, ist ipConv mit Einsatz eines
zweiten Gerätes voll redundanzfähig. Die Redundanzkopplung erfolgt entweder über eine
serielle Verbindung oder über Ethernet. Zum Anschluss von seriellen Kommunikations-
leitungen an beiden Geräten wird unser hauseigener Channel Switch (CS) verwendet.
Leitstelle
Telefonleitung zur Fernwartung
Notebook zur Parametrierung
NTP-Time Server
ipConv #2 ipConv #1
CS CS
RTU RTU
Ethernet
ISDN-Router
Neben der Logging-Funktion können alle
Signale in einfacher, projektbezogener Form
dargestellt und simuliert werden. Dies ist
besonders hilfreich während der Inbetrieb-
nahme.
Daten und Befehle können direkt vom Web-
browser simuliert werden.
Die Simulationsfähigkeit ist besonders
interessant für Vorabtests, bei denen die
Kommunikationsstrecke nicht oder nur zum
Teil aufgebaut ist.
Simulation
SIMULATION
Beispiel 1:
Im Gasbereich der Mainova AG sollen verschiedene Unterstationen direkt
über das Netzwerk gesteuert werden können. Zur Kopplung der
Unterstationen mit den übergeordneten, redundanten Leitstellen werden 20
Gateways, einer in jeder Station, als Knotenrechner eingesetzt.
Die Kommunikation zu den übergeordneten Leitstellen erfolgt über das
Protokoll IEC 60870-5-104.
Lokal und somit auch bei Ausfall der Netzwerkverbindung kann die
Steuerung der Unterstationen zusätzlich über einen angeschlossenen
Stationsleitrechner erfolgen.
Die Kommunikation zwischen dem Gateway und dem Stationsleitrechner
erfolgt plattformunabhängig über OPC DAXML. Auf dem
Stationsleitrechner wird hierzu die Visualisierung sphinx open der Firma
in-integrierte informationssysteme GmbH verwendet.
Betriebssystem, sowohl für den Knotenrechner als auch für den
Stationsleitrechner, ist LINUX.
Die Übermittlung der Daten zwischen Gateway und den Unterstationen
erfolgt mittels SEAB 1F, IEC 60870-5-101 und MODBUS RTU.
Die SEAB 1F Daten der Unterstationen MODICON A120 von AEG werden
mittels Wechselstrom-Telegraphie (WT-Modems, AEG UEM 201)
übertragen.
DIE PROJEKTE
Ethernet TCP/IP
SEAB 1F
ipConv
(Knotenrechner)
OPC DAXML
Stationsleitrechner
(Visualisierung)
WT-Modem (UEM 201)
IEC
60
87
0-5
-101
MO
DB
US
R
TU
Knotenstation
Leitstelle Leitstelle
MODICON A120 Unterstationen
IEC 60870-5-104
Bei diesem Projekt sollen die AC-Netzwerke von Victoria und Tasmanien
verbunden werden. Die Verbindung von Tasmanien zum australischen
Festland erfolgt dabei über ein Unterwasserhochspannungskabel.
Die Protokollkonvertierungssoftware wurde auf die von Siemens
beigestellte Hardware installiert. Die Umsetzung erfolgt von dem Siemens
proprietären SIMATIC TDC Protokoll auf DNP 3.0. Die Kommunikation
zwischen Gateway und dem redundanten Stationsleitsystem wird über ein
gedoppeltes LAN abgewickelt. Zu den Leitstellen erfolgt die Kopplung über
zwei unabhängige RS-232 Linien.
Die Zeitsynchronisation des Gateways erfolgt über das SNTP Protokoll.
Beispiel 2:
Stationsleitsystem
ipConv Gateway
Zu den übergeordneten Leitstellen
Multiplexer RS-232
TDC-Protokoll
DNP 3.0 WinCC
Ethernet TCP/IP
Fernwartung
WinCC
Beispiel 3:
Die nebenstehende Anlage ist im schweizerischen Lötschberg-Basistunnel
in Betrieb. Der Lötschberg-Basistunnel mit einer Länge von 34,6 km ist
weltweit einer der längsten Eisenbahntunnels und verbindet Frutigen
(Kanton Bern) mit Raron (Kanton Wallis). Betreiber der Lötschbergbahn ist
die BLS Lötschbergbahn AG (BLS = Bern-Lötschberg-Simplon).
Zur Überwachung der Anlage setzt die IPCOMM GmbH drei Produkte ein:
das Gateway ipConv, den Router ipRoute-IEC101/104 und den
Schnittstellenwandler ipEther232.
Die Zentralleitgeräte (ZLG) verfügen nur über serielle RS-232
Schnittstellen. Mit Hilfe des Schnittstellenwandlers werden die Daten vom
IEC 60870-5-101 in TCP/IP-Pakete gepackt und an der Ethernet-
Schnittstelle zur Verfügung gestellt. In einem Zwischenschritt werden nun
die Daten mit dem Router von IEC 60870-5-101 in das Protokoll
IEC 60870-5-104 transparent (1 : 1) umgesetzt.
Diese transparente Datenübermittlung ist Voraussetzung für die
Kommunikation mit dem HS-Management.
Die Anbindung der übergeordneten Leitstellen (TLS-Nord, TLS-Süd und
BSV) übernimmt unser Gateway ipConv. TLS-Nord und TLS-Süd werden
über die OPC-Schnittstelle mit Daten versorgt. Die Übermittlung der Daten
an die Leitstelle BSV erfolgt mit IEC 60870-5-104.
Alle Systeme sind redundant ausgelegt.
ZLG ZLG
BSV
TLS-Nord TLS-Süd
HS- Management
HS- Management
OPC OPC
ipConv Süd
Redundanzkopplung
ipConv Nord
IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-101
ipRoute ipRoute
Ethernet TCP/IP
ipEther232
Primärring West
Primärring Ost
Gundstraße 15 D-91056 Erlangen Telefon: +49 9131 92076-0 Fax: +49 9131 92076-10 [email protected] www.ipcomm.de
Ve
rsio
n 1
.0-0
4/1
2 | Ä
nd
eru
ng
en
vorb
eh
alte
n
Protokoll Ausführung Interface / Profiles Protokoll Ausführung Interface / Profiles
Weitere Protokolle auf Anfrage!
DIE PROTOKOLLÜBERSICHT
Auszug der auf ipConv-Basis realisierbaren Protokolle
3964R master / slave PCM async
ACS master / slave PCM async
ACS 3100 master / slave PCM sync
ADLC link layer PCM async
ADLP 80 master / slave PCM sync
ADLP 180 master / slave PCM async
ANSI X3.28 balanced / master / slave PCM async
CDC Type I / II master / slave PCM sync / async
CETT-20 master / slave PCM async
CETT-50 master / slave PCM async
CETT-80 master / slave PCM async
COMLI master / slave PCM async
Conitel-2020 master / slave PCM sync
DF1 master / slave PCM async
DNP 3.0 master / slave PCM async TCP/IP
EFD300/400 master / slave PDM
ESTEL Version 7 master / slave PCM async
F4F master / slave PCM async
Fuji master / slave PCM sync
FW535/537 master / slave PDM
GEADAT 81 master / slave PCM
GEADAT 90 master / slave PCM async
GEATRANS F202 master / slave PCM
Harris 5000/5500/6000
master / slave PCM async
HDLC link layer PCM sync
Hitachi HC 4300 master / slave PCM sync
HNZ 66 S XX master / slave PCM async
IEC 61850 client / server TCP/IP
IEC 60870-5-101 balanced / unbalanced / master / slave
PCM async
IEC 60870-5-102 master / slave PCM
IEC 60870-5-103 unbalanced / master / slave
PCM async
IEC 60870-5-104 master / slave TCP/IP
IEC 60870-6-XXX TASE.2, ICCP
client / server TCP/IP
Indactic 2033 master / slave PCM sync
Indactic 21 master / slave PCM sync
Indactic 23 master / slave PCM async
Indactic 33/41 master / slave PCM sync
ISO 8073 transport layer Ethernet
Micro-F4 master / slave PCM async
MODBUS ASCII master / slave PCM async
MODBUS RTU master / slave PCM async
MODBUS TCP master / slave TCP/IP
NETCON-8830 master / slave PCM async
Nuovo Pignone P6008
master / slave PCM async
OPC DA client / server TCP/IP
OPC DAXML client / server TCP/IP
Procontrol214 master / slave PCM async
Profibus DP link layer Profibus
Profibus FMS MMS Profibus
Quics II master / slave PCM sync
RECON 1.1 master / slave PCM async
RP 570/571 master / slave PCM async
SC1801 master / slave PCM async
SAT 1703 master / slave PCM async
SEAB 1 F master / slave PCM async
SEAB 1N master / slave PCM async
SEAB 1W master / slave PCM async
Simadyn-D master / slave Sinec-H1
Simatic TDC master / slave TCP/IP
Simatic Fetch/Write
master / slave RFC1006
Sinaut ST1 master / slave PCM async
Sinaut 8FW PDM master / slave PDM
Sinaut 8FW DUST master / slave PCM async
Sinec-H1 Industrial Ethernet
transport layer Ethernet
SISA/QD2 master / slave PCM sync
SNMP client / server Ethernet
SPA-Bus master / slave PCM async
TCP/IP transport layer Ethernet
Telegyr 065 master / slave PCM
Telegyr 709/709S master / slave PCM async
Telegyr 809 master / slave PCM async
Telegyr 8979 master / slave PCM async
Tracec 130 master / slave PCM sync
UCA II MMS TCP/IP / PCM async
Wisp + master / slave PCM asynv
XMAT master / slave Sinec-H1
ZM 20 master / slave PDM