Протокол OSI был создан Международной организацией по стандартизации (ISO) для обеспечения всемирно признанной структуры обмена данными

Лекция 4. Цифровые каналы связи

Цели применения цифровых каналов связи на объектах электроэнергетики

С развитием компьютерных технологий и приходом цифровых устройств в электроэнергетику появилась возможность использовать и цифровые каналы связи. Основными целями их применения являются:

- повышение надежности;

- удобство эксплуатации;

- снижение материальных затрат на устройство, эксплуатацию и реконструкцию.

Преимущества и недостатки цифровых каналов связи перед аналоговыми

Переход на цифровые каналы связи имеет ряд неоспоримых преимуществ, по сравнению с применением аналоговых каналов, а именно:

- позволяет снизить количество кабелей вторичной коммутации на ПС;

- обеспечивает лучшую помехозащищенность канала связи;

- позволяет снизить время монтажных и пусконаладочных работ;

- исключает проблему излишнего срабатывания дискретных входов терминалов из-за замыканий на землю в цепях оперативного постоянного тока;

- убирает зависимость количества передаваемых сигналов от количества дискретных входов и выходных реле терминалов;

- обеспечивает возможность реконструкции и изменения связей между устройствами РЗА без прокладки дополнительных кабельных связей и повторного монтажа в шкафах;

- позволяет использовать МП терминалы РЗА с меньшим количеством входов и выходов (уменьшение габаритов и стоимости устройства);

- позволяет контролировать возможность прохождения сигнала (увеличивается надежность).

Недостатки применения цифровых каналов связи определяются, в основном, усложнением технологии передачи, приводящей к следующим проблемам:

- проектирование, монтаж, наладку и обслуживание цифровых линий связи может производить только специально обученный персонал высокой квалификации;

- в настоящее время практически нет внедрений решений «горячего» резервирования 100% оборудования, а это значит, что при выходе из строя одного устройства или кабеля пропадает сразу большое количество информации;

- надежность во многом определяется зачастую несовершенным аппаратным и программным обеспечением, а также ошибками на этапе конфигурирования терминалов;

- большое количество сигналов на подстанции и быстротечность электрических процессов определяют высочайшие требования к быстродействию применяемого коммутационного оборудования;

- невозможность применения с аналоговым оборудованием – необходимы устройства согласования с объектом (УСО).

Несмотря на указанные недостатки, можно предсказать дальнейшее активное вытеснение аналоговых каналов связи цифровыми, вплоть до практически полного исключения первых.

Основной проблемой развития цифровых каналов связи в электроэнергетики стала проблема совместимости:

Десятки различных производителей микропроцессорного оборудования изобретали велосипеды, разрабатывая все новые интерфейсы и протоколы для своих устройств.
Программное обеспечение SCADA-системы должно было содержать огромное количество драйверов и протоколов для интеграции всех устройств на ПС
Разработчики стали применять стандартизированные протоколы обмена, такие как Modbus, DNP-3, МЭК 60870-5-101, -103, -104. С развитием сетей Ethernet и семейства протоколов TCP/IP, МЭК разработала и совершенствует относительно новый стандарт «Коммуникационные сети и системы подстанций» - МЭК-61850, активно развивающийся и внедряющийся на подстанциях всего мира, в т.ч. и в РФ. Принцип построения сетей по указанным протоколам будет рассмотрен ниже.

Сетевая модель OSI

Общие положения

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 г.) — абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов.

Цифровые данные передаются посредством серий нулей и единиц, называемых битами. Один символ (буква, цифра или любой другой символ, например, вопросительный знак) передается сериями битов (обычно по 8, в зависимости от используемого протокола), называемыми байтами. Серии байтов отправляются блоками данных, которые содержат сообщение. Это исходные данные, которые необходимо передать. Принцип проиллюстрирован на рис.

В сложных шинных топологиях с обменом данными между равноправными узлами к исходным данным необходимо добавлять достаточно много информации, например, отметку времени, информацию, содержащую более развитое обнаружение и исправление ошибок, информацию контроля передачи данных, информацию протокола, информацию контекста и т.д.

Необходимость добавлять всю эту информацию к исходным данным может привести, и часто приводит, к большой путанице и несовместимости между разными устройствами в сети

Протокол OSI был создан Международной организацией по стандартизации (ISO) для обеспечения всемирно признанной структуры обмена данными.

Модель OSI представляет собой семиуровневый стек, в котором модулируется сообщение (исходные данные). То, как применяются эти семь уровней (не обязательно использовать все семь уровней), определяет выбор протокола обмена данными. Модель OSI проиллюстрирована на рис. 6.9.

Физический уровень

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.