Komunikace s měřiči: Nesázejte na špatné standardy

Zkoumá úlohu současných standardů interoperability a zpochybňuje, zda jsou skutečně interoperabilní. Zkoumá PRIME, G3-PLC a OSGP a určuje, zda je interoperabilita skutečně v celém systému, nebo jen v rámci několika referenčních vrstev celého komunikačního modelu.

Rostoucí projekty inteligentních elektroměrů: Hype vs. realita

Počet pilotních projektů s inteligentními elektronickými měřiči, kde byla úspěšně použita oboustranná komunikace, stále roste. Tyto rostoucí referenční informace nám umožňují vyhodnocovat jak jednotlivé technologie, tak požadavky na komplexnější řešení. Není pochyb o tom, že vznikla spousta pěkně vypadajících papírových nebo elektronických prezentací, kde byly popsány výsledky těchto projektů.

Zákazníci a koncoví uživatelé (utility) jsou přesvědčeni, že není třeba vymýšlet nic nového, protože odpověď již existuje a vše funguje perfektně. Ve skutečnosti je těžké získat skutečné výsledky realizovaných projektů a kvůli tomu je těžké je rozumně a průkazně vyhodnotit.

Sektor veřejných služeb nepřipraven na inteligentní měření

Především se setkáváme s nulovou nebo (v lepším případě) velmi malou technickou připraveností provozovatelů distribučních soustav. Pravdou je, že rozvoj v energetice se vyvíjel a tradičně byl velmi konzervativní. Možnosti, které nabízel automatizovaný odečet elektroměrů, přijímali technici rozvodných závodů v době, kdy byly zpočátku předkládány, skepticky.

Dnes můžeme říci, že je technický pokrok zastihl naprosto nepřipravené jak z technického hlediska, tak z hlediska připravenosti na výběr z nabízených řešení. Politická rozhodnutí, která přinesla do domácností moderní spotřebiče se všemi jejich výhodami i nevýhodami, a požadavky na nasazení inteligentních elektroměrů (s novými komunikačními technologiemi), aby se vyřešila energetická bilance, byla pro energetiky přijata jako skutečný šok.

Zdá se, že v energetice nejsou odborníci, kteří by skutečně rozuměli technickým možnostem a byli schopni navrhnout užitečné řešení. V lepším případě se teprve vytvářely týmy odborníků.

Manažeři s nedostatkem technických znalostí začali používat jedno slovo, které se pro ně stalo mantrou – „interoperabilita“. Argumentovali jiným odvětvím (v tomto případě telekomunikacemi), kde jsou standardy jasně definovány a interoperabilita přináší nižší ceny a nezávislost na dodavateli. Nevzali však v úvahu, co předcházelo standardizaci zjištěné v telekomunikačním sektoru.

Chybný přístup k normám

Na začátku bylo proprietární řešení, které bylo nejprve technicky vyladěno a následně jako stabilní řešení uvedeno na trh. Zmoudřeme soutěž jednotlivých řešení, která předcházela konečnému výběru toho nejlepšího. Navíc norma v telekomunikacích řeší vše ve všech vrstvách komunikačního modelu ISO/OSI. Výrobci mají naprosto jasné instrukce a zákazníci přesně popsané postupy, aby si mohli ověřit, že řešení bylo dodáno podle zadání.

V energetice se nic takového nestalo. Jsme pouze svědky pozoruhodných mediálních sdělení několika výrobců čipových sad. Jen pro upřesnění: o interoperabilním řešení můžeme hovořit pouze za předpokladu, že jsou přesně popsány jednotlivé činnosti v jednotlivých vrstvách modelu ISO/OSI. Je jich příliš málo na to, aby je popisovala norma, která dává pouze limitní doporučení nebo popisuje výměnu dat v nejvyšší vrstvě (tj. sedmé aplikační). Takto definovaná „norma“ bohužel nestačí pro plnou interoperabilitu; je to pouze poloviční řešení.

Co je s normami špatně?

V současné době jsou požadována (spíše nabízena) tři takzvaná „standardizovaná“ řešení, která by měla být na základě prohlášení výrobců interoperabilní. Jsou to: PRIME, G3-PLC a OSGP. První dvě řešení jsou založena na moderní modulaci OFDM a slibují vysokou přenosovou rychlost. Ale počkejte, nadšení opadne ihned poté, co zjistíme, že na aplikační vrstvě je použit protokol DLMS, což je stejný nesmysl jako situace, kdy Ferrari formule 1 táhne 30tunový návěs.

PRIME

Datagram je rozložen mezi všechny subnosné. Pokud jich několik chybí, není doručen celý datagram a vše se musí opakovat. Pokud nastavíte nejvyšší rychlost modulace, procesor není schopen opravovat chyby (korektor FEC je vypnutý), což má za následek velmi nízkou rychlost komunikace a celkovou nespolehlivost.

G3-PLC

Nižší počet subnosných vede k mírně stabilnějšímu systému, ale proklamovaná komunikační rychlost je (pokud jste pozorně četli dokumenty od výrobce) garantována ve frekvenčním pásmu 10 – 500 kHz. V pásmu CENELEC (10 – 150 kHz) dosahuje komunikační rychlost pouze 4,5 kB/s! Pokud k tomu přidáte požadavek na DLMS, zjistí i diletant, že tudy cesta nevede. Jeden z projektů G3-PLC odhaluje konečnou komunikační rychlost 2,5 B/s (nejedná se o překlep).

OSGP

Toto řešení vůbec nevykazuje vysokou míru komunikace. Je velmi stabilní a počet instalovaných elektronických měřičů je opravdu impozantní. Tím však pozitiva končí. Aplikační vrstva sice obsahuje interoperabilní protokol OSGP (a dostanete k němu veškerou možnou podporu), ale pokud chcete komunikovat, nezbývá vám nic jiného než si zakoupit čipovou sadu od jediného výrobce na světě.

Všechny informace potřebné pro podporu komunikace nejsou veřejné a některé z nich jsou chráněny patentem. Pokud se požadavky zákazníka na jedné straně a nabídka výrobce na straně druhé vzájemně potkávají, je vše v pořádku. Pokud ne, máte smůlu.

Souhrn

Shrneme-li to, můžeme dojít k následujícímu (nepříliš povzbudivému) závěru: všechny interoperabilní systémy jsou založeny na jediném výrobci čipových sad. Zdání vyššího počtu výrobců je pouze iluzorní, protože alternativní řešení jsou založena na stejném signálovém procesoru (z cenového hlediska nekonkurenceschopném).

Tyto systémy jsou navíc navrženy jako systémy AMM a nejsou schopny integrovat nové požadavky chytrých sítí (decentralizace řízení, garance časové odezvy, významná podpora řešení pro více utilit atd.). Je tedy nutné vrátit se na začátek a navrhnout řešení, které bude v souladu s technikou.

Binární data a potřeba efektivity

Rozsviťme si světlo do hloubky celého problému a podívejme se na následující malou analýzu: na úrovni e-metru jsou naměřená data uložena v registru, který je přítomen v binárním systému. Pro ilustraci, číslo 999,999,999 (v e-metru neexistuje vyšší číslo) lze prezentovat pomocí 4 bajtů (tj. 32 bitů).

Kódovací systém	Počet bytů potřebných k prezentaci
Binární systém	4
Kód ASCII	9
UNICODE	18
Wide UNICODE	36

Pokud chceme toto číslo zobrazit ve starším systému ASCII, budeme potřebovat více než dvojnásobek místa. Pokud použijeme znaky Wide UNICODE, počet bajtů se zvýší desetkrát. Amatér si může říci, že je to zanedbatelné, ale musíme si uvědomit, že data se v sériovém režimu přenášejí po jednotlivých bitech!

V minulosti bylo nutné udělat pořádek v hodnotách, aby si distributoři energie rozuměli. Proto byly navrženy kódy OBIS a systém COSEM. Adresní prostor kódu OBIS má podobnou strukturu jako internetová adresa, je definován na 6 bytů, což dává adresní prostor 248, (číslo 281 474 976 710 656). Přesto je třeba z elektronického měřiče získat maximálně 100 registrů!

Cesta vpřed pro inteligentní sítě

Je zřejmé, že strukturovaný přístup definovaný v rámci COSEM a OBIS je velmi transparentní a na papíře vypadá opravdu dobře. Pokud je takový systém navržen a používán velkými spotřebiteli, kde jsou náklady na vybudování a provoz komunikačního kanálu zanedbatelné, není důvod jej rušit. Ovšem v situaci, kdy se jedná o obsluhu milionů míst a kdy není možné (ať už z nákladových, nebo technických důvodů) využít vysokorychlostní spojení, není možné předstírat, že to takto půjde dobře.

Definujme požadavky, které řeší potřeby distributorů energie, zdůrazňují požadavky na kybernetickou bezpečnost, zapojují koncového zákazníka a (v neposlední řadě) akceptují vlastnosti přenosového kanálu. Zlaté pravidlo říká, že systém je tak silný, jak silný je jeho nejslabší článek. A vzhledem k tomu, že Smart Grids zahrnují všechna energetická zařízení, lze podobnou analýzu použít i pro řídicí systémy distribučních sítí.

Chcete se seznámit s našimi komunikačními řešeními pro měření?