Komunikacja pomiarowa: Nie stawiaj na niewłaściwe standardy

Bada rolę obecnych standardów interoperacyjności i kwestionuje, czy są one rzeczywiście interoperacyjne. Bada PRIME, G3-PLC i OSGP i określa, czy interoperacyjność jest rzeczywiście w całym systemie, czy tylko w kilku warstwach referencyjnych całego modelu komunikacji.

Rozwijające się projekty inteligentnych liczników elektrycznych: Szum a rzeczywistość

Liczba projektów pilotażowych z inteligentnymi licznikami elektronicznymi, w których z powodzeniem zastosowano dwustronną komunikację, stale rośnie. Ta rosnąca liczba informacji referencyjnych pozwala nam ocenić zarówno pojedyncze technologie, jak i wymagania dotyczące bardziej złożonych rozwiązań. Nie ma wątpliwości, że powstało wiele ładnie wyglądających papierowych lub elektronicznych prezentacji, w których opisano wyniki tych projektów.

Klienci i użytkownicy końcowi (przedsiębiorstwa użyteczności publicznej) są przekonani, że nie ma potrzeby wymyślania niczego nowego, ponieważ odpowiedź już istnieje i wszystko działa doskonale. W rzeczywistości trudno jest uzyskać rzeczywiste wyniki zrealizowanych projektów i z tego powodu trudno jest je ocenić w rozsądny i możliwy do udowodnienia sposób.

Sektor użyteczności publicznej nieprzygotowany na inteligentne systemy pomiarowe

Przede wszystkim można natknąć się na odkrycie zerowej lub (w lepszym przypadku) bardzo małej gotowości technicznej operatorów systemów dystrybucyjnych. Prawda jest taka, że rozwój w branży energetycznej ewoluował i tradycyjnie był bardzo konserwatywny. Możliwości proponowane przez zautomatyzowany odczyt liczników były sceptycznie przyjmowane przez techników użyteczności publicznej, gdy początkowo zostały przedstawione.

Dziś można powiedzieć, że postęp techniczny złapał ich zupełnie nieprzygotowanych zarówno z technicznego punktu widzenia, jak i z punktu widzenia gotowości do wyboru oferowanych rozwiązań. Decyzje polityczne, które wprowadziły nowoczesne urządzenia ze wszystkimi ich zaletami i wadami do gospodarstw domowych, a także wymagania dotyczące wdrażania inteligentnych liczników (z nowymi technologiami komunikacyjnymi) w celu rozwiązania bilansów mocy, zostały odebrane jako prawdziwy szok dla inżynierów energetyki.

Wydaje się, że w sektorze energetycznym nie ma ekspertów, którzy mogliby naprawdę zrozumieć możliwości techniczne i którzy byliby w stanie zaproponować użyteczne rozwiązanie. W lepszym przypadku zespoły ekspertów były dopiero tworzone.

Menedżerowie z brakiem wiedzy technicznej zaczęli używać jednego słowa, które stało się dla nich mantrą – „interoperacyjność”. Argumentowali to innym sektorem (w tym przypadku telekomunikacyjnym), gdzie standardy są jasno zdefiniowane, a interoperacyjność przynosi niższe ceny i niezależność od dostawców. Nie wzięli jednak pod uwagę tego, co poprzedziło standaryzację w sektorze telekomunikacyjnym.

Błędne podejście do standardów

Na początku było autorskie rozwiązanie, które najpierw zostało dostrojone technicznie, a następnie, jako stabilne rozwiązanie, wypuszczone na rynek. Rozważmy konkurs pojedynczych rozwiązań poprzedzony ostatecznym wyborem tego najlepszego. Co więcej, standard w telekomunikacji rozwiązuje wszystko we wszystkich warstwach modelu komunikacji ISO/OSI. Producenci mają całkowicie jasne instrukcje, a klienci dokładnie opisane procedury, aby sprawdzić, czy rozwiązanie zostało dostarczone zgodnie ze specyfikacją.

Nic takiego nie wydarzyło się w sektorze energetycznym. Jesteśmy jedynie świadkami niezwykłych komunikatów medialnych kilku producentów chipsetów. Gwoli wyjaśnienia: o interoperacyjnym rozwiązaniu możemy mówić tylko pod warunkiem, że pojedyncze działania w poszczególnych warstwach modelu ISO/OSI są precyzyjnie opisane. To zbyt mało, by opisywać je normą, która podaje jedynie graniczne zalecenia lub opisuje wymianę danych w najwyższej warstwie (tj. siódmej-aplikacyjnej). Niestety, tak zdefiniowany „standard” nie jest wystarczający dla pełnej interoperacyjności; jest to jedynie rozwiązanie połowiczne.

Co jest nie tak ze standardami?

Obecnie istnieją trzy tak zwane „ustandaryzowane” rozwiązania, które powinny być interoperacyjne, w oparciu o oświadczenia producentów. Są to: PRIME, G3-PLC oraz OSGP. Dwa pierwsze rozwiązania bazują na nowoczesnej modulacji OFDM i obiecują wysoką szybkość transmisji. Ale zaraz, entuzjazm uspokaja się zaraz po tym, jak dowiadujemy się, że protokół DLMS jest wykorzystywany w warstwie aplikacji, co jest takim samym nonsensem, jak sytuacja, w której Ferrari Formuły 1 ciągnie 30-tonową naczepę.

PRIME

Datagram jest rozłożony na wszystkie podnośne. Jeśli brakuje kilku z nich, cały datagram nie jest dostarczany i wszystko musi zostać powtórzone. Jeśli ustawisz najwyższą szybkość modulacji, procesor nie jest w stanie naprawić błędów (korektor FEC jest wyłączony), co skutkuje bardzo niską szybkością komunikacji i ogólną zawodnością.

G3-PLC

Mniejsza liczba podnośnych prowadzi do nieco bardziej stabilnego systemu, ale deklarowana szybkość komunikacji jest (jeśli uważnie przeczytać dokumenty od producenta) gwarantowana w paśmie częstotliwości 10 – 500 kHz. W paśmie CENELEC (10 – 150 kHz) szybkość komunikacji osiąga zaledwie 4,5 kB/s! Jeśli dodamy do tego wymóg DLMS, nawet dyletant przekona się, że nie jest to właściwa droga. Jeden z projektów G3-PLC ujawnia końcową szybkość komunikacji wynoszącą 2,5 B/s (nie jest to błąd w pisowni).

OSGP

Rozwiązanie to nie wykazuje wcale wysokiego wskaźnika komunikacji. Jest bardzo stabilne, a liczba zainstalowanych liczników jest naprawdę imponująca. Na tym jednak pozytywy się kończą. Warstwa aplikacji zawiera interoperacyjny protokół OSGP (i otrzymasz do niego wszelkie możliwe wsparcie), ale jeśli chcesz się komunikować, nie ma innego sposobu niż zakup chipsetu od jedynego producenta na świecie.

Wszystkie informacje niezbędne do obsługi komunikacji nie są publiczne, a niektóre z nich są chronione patentem. Jeśli wymagania klienta z jednej strony i podaż producenta z drugiej strony spełniają się nawzajem, wszystko jest w porządku. Jeśli nie, to masz pecha.

Podsumowanie

Podsumowując, możemy wyciągnąć następujący (niezbyt zachęcający) wniosek: wszystkie interoperacyjne systemy są oparte na jednym producencie chipsetów. Pojawienie się większej liczby producentów jest iluzoryczne tylko dlatego, że alternatywne rozwiązania oparte są na tym samym procesorze sygnałowym (niekonkurencyjnym z cenowego punktu widzenia).

Co więcej, systemy te zostały zaprojektowane jako systemy AMM i nie są w stanie zintegrować nowych wymagań Smart Grid (decentralizacja sterowania, gwarancja odpowiedzi czasowej, znaczące wsparcie rozwiązań multi-utility itp.) Konieczny jest zatem powrót do początków i zaproponowanie rozwiązania, które będzie zgodne z technikami.

Dane binarne i potrzeba wydajności

Zapalmy światło na głębię całego problemu i spójrzmy na następującą małą analizę: na poziomie licznika elektronicznego dane pomiarowe są przechowywane w rejestrze, który jest obecny w systemie binarnym. Dla przykładu, liczba 999,999,999 (nie ma wyższej liczby w liczniku elektronicznym) może być przedstawiona za pomocą 4 bajtów (tj. 32 bitów).

System kodów	Liczba bajtów niezbędnych do prezentacji
System binarny	4
Kod ASCII	9
UNICODE	18
Wide UNICODE	36

Jeśli chcemy zobaczyć tę liczbę w starszym systemie ASCII, będziemy potrzebować ponad dwa razy więcej miejsca. Jeśli użyjemy szerokich znaków UNICODE, liczba bajtów wzrośnie dziesięciokrotnie. Amator może powiedzieć, że to błahostka, ale musimy pamiętać, że dane są przesyłane w trybie szeregowym bit po bicie!

W przeszłości konieczne było uporządkowanie wartości, aby dystrybutorzy energii mogli się wzajemnie zrozumieć. Dlatego zaproponowano kody OBIS i system COSEM. Przestrzeń adresowa kodu OBIS ma strukturę podobną do adresu internetowego, jest zdefiniowana na 6 bajtów, co daje przestrzeń adresową 248, (liczba 281,474,976,710,656). Należy jednak odebrać maksymalnie 100 rejestrów z licznika elektronicznego!

Droga naprzód dla inteligentnych sieci

Oczywiste jest, że ustrukturyzowane podejście zdefiniowane w COSEM i OBIS jest bardzo przejrzyste i naprawdę dobrze wygląda na papierze. Jeśli taki system jest proponowany i używany przez dużych odbiorców, gdzie koszty budowy i obsługi kanałów komunikacyjnych są znikome, nie ma powodu, aby go anulować. Jednak w sytuacji obsługi milionów miejscowości, przy braku możliwości (ze względów kosztowych lub technicznych) wykorzystania szybkich łączy, nie można udawać, że w ten sposób wszystko pójdzie dobrze.

Zdefiniujmy wymagania dotyczące potrzeb dystrybutorów energii, podkreślając wymogi cyberbezpieczeństwa, angażując klienta końcowego i (co nie mniej ważne) akceptując charakterystykę kanału transmisyjnego. Złota zasada mówi, że system jest tak silny, jak jego najsłabsze ogniwo. A ponieważ inteligentne sieci obejmują wszystkie urządzenia energetyczne, podobną analizę można zastosować również do systemów sterowania siecią dystrybucyjną.

Chcesz poznać nasze rozwiązania do komunikacji z licznikami?