DISPOSITIVO DE CONTROL PARA REDES DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA RESUMEN DEL PROYECTO

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1 I DISPOSITIVO DE CONTROL PARA REDES DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA Autor: Juárez Montojo, Javier. Director: Rodríguez Mondéjar, José Antonio. Entidad Colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia Comillas RESUMEN DEL PROYECTO El objetivo del proyecto es desarrollar una librería para construir dispositivos de control y supervisión de elementos eléctricos mediante la aplicación de la norma IEC sobre un sistema de comunicaciones determinado mediante el uso exclusivo de recursos Open Source. Las subestaciones eléctricas, son sistemas complejos con gran variedad de dispositivos heterogéneos. La norma IEC busca conseguir la interoperabilidad entre los distintos equipos electrónicos inteligentes (IED, Intelligent Electronic Device) que forman parte del sistema de automatización de una subestación eléctrica (SAS, Substation Automation System). Se entiende por IED a todo dispositivo electrónico inteligente con uno o más microprocesadores con capacidad para intercambiar datos con una fuente externa. En general, la norma busca que IEDs de distintos fabricantes sean capaces de intercambiar procesos y datos entre ellos mediante la abstracción de la información necesaria, de manera que los niveles inferiores del sistema de comunicaciones sean transparentes. La norma posee una extensión de aproximadamente 1400 páginas, lo que hace que la implantación sea laboriosa. Ante esto, surge la necesidad de crear una serie de librerías y herramientas que faciliten su desarrollo. La norma define el modelo de datos y los servicios de manera abstracta, lo que hace necesario realizar un mapping a un sistema de comunicaciones concreto. Uno de los objetivos principales de este proyecto ha sido independizar el sistema de comunicaciones y la parte de protocolos, de las funciones propias del dispositivo. Con ello se consigue abaratar el desarrollo de dispositivos y aumentar la fiabilidad, al trabajar con un módulo independiente. En general utiliza distintos tipos de sistemas de comunicaciones según el tipo de mensajes que sea necesario intercambiar. En este proyecto, se ha realizado el desarrollo de la arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo de comunicaciones MMS (Manufacturing

2 II Message Specification). Esta arquitectura está basada en el mecanismo Cliente/Servidor. El protocolo MMS se apoya sobre el modelo de comunicaciones OSI, cuya estructura está basada en siete niveles o capas. En la actualidad se utiliza TCP/IP como arquitectura de uso, de manera que es necesario que las capas superiores del modelo OSI, operen sobre TCP/IP. En la Figura 1 se muestra la pila de comunicaciones utilizada. Figura 1 Pila de comunicaciones empleada El conjunto de protocolos TCP/IP son parte del núcleo del sistema operativo, y se accede a él mediante una serie de funciones (BSD socket API). El resto de capas han tenido que ser implantadas en este proyecto, siguiendo los correspondientes estándares: 1- La capa RFC1006, que es una capa intermedia para la simulación de la capa de transporte OSI sobre TCP/IP. 2- La capa de transporte de OSI (ISO 8073). 3- La capa de sesión de OSI (ISO 8326, ISO 8327). 4- La capa de presentación de OSI (ISO 8823). Lenguaje ASN.1 (ISO 8825).

3 III 5- La capa de aplicación MMS (ISO 9506) y ACSE (ISO 8650) (para el control de la asociación). MMS propone unos objetos y servicios, que se adaptan perfectamente a la base del modelo IEC Los servicios MMS definen el formato, contenido y procedimiento de intercambio de mensajes entre dispositivos de control industrial heterogéneos. 6- ACSI de IEC El ACSI (Abstract Communication Service Interface) es la interfaz de comunicaciones donde la norma especifica los servicios abstractos de comunicación necesarios para el intercambio de datos en el modelo de información. Se han realizado múltiples pruebas de interoperatividad. Entre ellas, una con una protección de ABB basada en el estándar IEC con resultados de total interoperatividad. Como prueba de ello, en la Figura 2 se presenta uno de los mensajes intercambiados, concretamente la respuesta de la protección ante la petición del servicio Identify, en el que indica el nombre del fabricante, modelo y versión. Los mensajes han sido analizados mediante el programa Wireshark, que es un analizador de protocolos en redes de comunicaciones. Figura 2 Mensaje identify En esta figura pueden observarse los diferentes protocolos de comunicaciones implementados en el proyecto.

4 I CONTROL DEVICE FOR ELECTRICAL DISTRIBUTION NETWORKS Author: Juárez Montojo, Javier. Manager: Rodríguez Mondéjar, José Antonio. Collaborating entity: ICAI-Universidad Pontificia Comillas ABSTRACT The objective of this project is to develop a library to construct devices of control and supervision of electric devices by means of the application of the norm IEC on a communication system by means of the exclusive use of resources Open Source. The electrical substations are complex systems with a huge variety of different devices. The standard IEC search to obtain the interoperability between the different intelligent electronic devices (IED) that are part of the substation automation system (SAS). An IED is any device incorporating one or more processors with the capability to receive or send data from or to an external source. In general, the standard tries to assure that IEDs of different manufacturers are capable of exchanging processes and information through the abstraction of the necessary information, so that the low levels of the communication systems are transparent. The standard has an extension of approximately 1400 pages, which does that the implantation is laborious. Because of this, is necessary creating a series of tools that facilitate the development. The standard defines the model of information and services in an abstract way, which it makes necessary to create a mapping for a concrete system of communications. The first objective was to separate the communication systems and the protocols of the functions device. With it one manages to cheapen the development of devices and to increase the reliability on having worked with an independent module. In general, it uses different types of systems of communications according to the type of messages that it is necessary to exchange. In this project, it has been developed an architecture of communications based on the protocol of communications MMS (Manufacturing Message Specification). This architecture uses the client/server mechanism.

5 II The MMS protocol is based on the communication model OSI, whose structure is based on seven levels or layers. Currently, TCP/IP is the stack used, so that it is necessary that the high layers of OSI run on TCP/IP. The Figure 1 shows the protocol stack used in this project. Figura 1 Protocol stack The set of protocols TCP/IP are part of the core of the operating system, the access to it is through a series of functions (BSD socket API). The other layers have been implemented in this project, according the next standards: 1- RFC 1006 layer. It is an intermediate layer for the simulation of the transport layer OSI over TCP/IP. 2- Transport layer OSI (ISO 8073). 3- Session layer OSI (ISO 8326, ISO 8327). 4- Presentation layer OSI (ISO 8823). ASN.1 language (ISO 8825). 5- Application layer. MMS protocol (ISO 9506) and ACSE (ISO 8650) (Association Control Service Element). MMS propose a few objects and services which adapt perfectly to the base of the model IEC The MMS services

6 III define the format, content and procedure of exchange of messages between heterogeneous devices of industrial control. 6- ACSI (Abstract Communication Service Interface) layer of IEC The ACSI is where the standard defines the abstract services and the generic class. Multiple tests of interoperability have been realized. Between them, one with a protection of ABB based on the standard IEC with results of total interoperability. The Figure 2 shows an example of one of the interchanged messages, concretely the response before the request of the service Identify, in which it indicates the name of the vendor, model and revision. The messages have been analyzed with Wireshark, which is an analyzer of protocols in networks of communications. Figura 2 Identify message. In this figure can be observed the different protocols of communications implemented in the project.

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