Особенности и преимущества протокола МЭК 101

По сравнению с протоколом Modbus RTU протокол МЭК 101 имеет следующие преимущества и особенности:

• В разы меньший объём передаваемых данных по протоколу МЭК 101, чем по Modbus. Это обеспечено наличием в протоколе МЭК 101 режима спорадической передачи, который отсутствует в Modbus.
• Высокая достоверность передаваемых данных. В структуре блоков данных прикладного уровня (ASDU) протокола МЭК 101 имеется байт «описателя качества», который сообщает получателю информации о достоверности/недостоверности полученных данных.
• Широкий выбор блоков данных прикладного уровня (ASDU) с:

— разными структурами блоков данных;

— описателем качества;

— разными форматами данных;

— меткой времени.

 

Спорадическая передача – передавать данные только когда это необходимо

Возможность установки апертур для каждого параметра позволяет управлять объемом передаваемых данных для формирования оптимального трафика передачи.

Спорадический метод передачи может быть реализован одним из следующих способов:

1. Передача только последних значений измеренных параметра на момент формирования кадра. В этом случае происходит потеря измеренных значений при быстром их изменении.

2. Использование очереди изменившихся значений измеренных параметров. Может привести к увеличению динамической ошибки за счёт необходимости передачи всех изменений параметров. Метод также трудно реализуем программно.

В ПИМ ЕТ реализован спорадический метод передачи путем передачи последнего значения измеренного параметра на момент формирования кадра (способ 1). При этом значение измеренного параметра будет передаваться только в случае, если оно превысило значение ранее переданного на величину, превышающую значение апертуры для данного параметра.

Таким образом, при незначительном изменении измеряемых параметров, их значения не передаются. Правильный выбор апертур позволяет минимум в 6 раз уменьшить объём передаваемых с ПИМ ЕТ телеизмерений.

Это делает протокол МЭК 101 в разы «легче», чем Modbus.

То есть за 1 сек можно передать (считать) информацию с большего количества ЕТ по протоколу МЭК 101, чем по Modbus.

 

Широкий выбор блоков данных прикладного уровня (ASDU)

В базовой комплектации ПИМ ЕТ имеет протокол МЭК 870-5-101 и программные часы реального времени (RTC).

Это дало возможность реализации в приборе различных блоков данных прикладного уровня (ASDU).

RTC позволяют присваивать измеренным параметрам метки времени с дискретностью 1 мсек на уровне преобразователя.

 

1. Структуры блоков данных

Используемые в преобразователе ЕТ ASDU предусматривают две структуры блоков данных: структура -1 и структура -2.

В структуре -1 каждый измеренный параметр имеет отдельный адрес (2 байта) и метку времени (3 или 7 байт) для ASDU, где предусмотрена метка времени.

В структуре-2 все измеренные параметры представляют собой один объект, который имеет единый адрес (2 байта) независимо от количества измеренных параметров, и единую метку времени на все параметры.

ПИМ поддерживает передачу как стандартных (в рамках стандарта МЭК), так и новых (нестандартизованных) типов ASDU, рекомендованных отраслевым стандартом СО 34.48.160-2004 «Унифицированные протоколы информационного обмена. Общие технические требования».

Стандартные ASDU: 9, 10, 11, 12, 13, 14, 21, 34, 35, 36.

Новые ASDU: 143, 144, 145.

Основное отличие новых ASDU от стандартизованных в том, что есть возможность использовать структуру-2 с меткой времени. В то время как в стандартизованных ASDU предусматривалась метка времени только для структуры-1.

Реализованные в ПИМ ЕТ ASDU 143, 144, 145 очень существенно укорачивают длину передаваемого пакета. Например, при 10 передаваемых параметрах с 7-байтной меткой времени длина пакета будет короче на 63 байта за счёт единой метки времени и на 19 байтов за счёт единого адреса по сравнению с ASDU 34, 35, 36.

 

2. Описатель качества

Описатель качества — это специальный байт, содержащий набор атрибутов, которые несут следующую информацию:

• атрибут OV — о наличии переполнения, то есть о выходе за пределы рабочего диапазона измерений:

— для Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic, Uab, Ubc, Uca рабочий диапазон – 0…1,2*Uном (0…6000 ед.);

— для ПИМ с питанием от измерительной сети рабочий диапазон Uab, Ubc, Uca — от 0,8*Uном до +1,2*Uном (от 4000 до 6000 ед.);

— для F — это диапазон от 45 до 55 Гц (4500…5500 ед).

 

• атрибуты BL совместно с SB — несут информацию о том, что передаётся не измеренный параметр, а параметр заданный вручную, например, при проведении замещения измеряемого параметра при настройке конфигурации измерительной системы. То есть при поступлении параметра с такими атрибутами получатель видит, что получено не измеренное значения параметра, а замещённое (тестовое) значение.

О режиме «замещения» подробнее можно прочитать в статье>>

 

• атрибут IV — несёт информацию о недействительности/действительности переданного значения. Значение действительно, если правильно получено. Бит «недействительно» используется для указания получателю, что значение величины может быть неправильным и им нельзя пользоваться. Используется для указания, что значение параметра находится в установленной зоне нечувствительности и передается как ноль.

Все указанные биты можно сделать не активными (устанавливаются равными 0) с помощью программы конфигурации «EMaster Net».

 

3. Форматы передаваемых данных

Формат масштабированных значений ( 2 байта) – самый универсальный. Применяется для передачи всех электрических параметров — тока, напряжения, мощности, частоты. Рекомендуется для всех способов передачи – спорадической, циклической, периодической, по запросу. Диапазон представления значений измеренных параметров в ПИМ ЕТ ±6000 единиц. Для частоты от 45 000 до 55 000.

Достоинства формата – длина всего 2 байта. Недостаток – требует введения дополнительных коэффициентов для представления измеренных значений в их физических единицах.

Формат нормализованных значений. Диапазон передаваемых значений от -1 до +1-2^-15. Отрицательные значения – в дополнительном коде. Рекомендуется применять при циклическом методе передачи. Данный формат имеет узкую область применения по сравнению с форматом масштабированных значений и не имеет перед ним видимых преимуществ.

Короткий формат с плавающей запятой. Диапазон значений от ± 2^-127 до ± 2¹²⁸ х1,999978.

Рекомендуется применять при спорадическом методе передачи (причина передачи — 3), при выполнении функции «Общий опрос» (причина передачи — 20, 21, 22) и при выполнении функции «Запрос данных» (причина передачи — 5).

Достоинство формата — возможность представления измеренных величин в их физических единицах в самом преобразователе ЕТ, который учитывает коэффициенты трансформации по току и напряжению.

Недостаток – длина 4 байта.

 

4. Метки времени

В ПИМ ЕТ в протоколе МЭК 101 реализованы разнообразные типы ASDU по признаку наличия или отсутствия в них метки времени.

Метка времени может отсутствовать, а может иметь короткий формат СР24Время2А (3 байта) или длинный формат СР56Время 2а (7 байт).

Формат метки времени 3-х байтный содержит информацию о миллисекундах, секундах и минутах измеренного параметра.

Метка времени в 7-и байтном формате содержит полную информацию, включая дополнительно к 3-х байтной метке времени информацию о часах, днях недели, днях месяца и годе.

Достоинство 3-х байтной метки времени в том, что для её передачи в УСД или КП ТМ требуется меньше времени.

А при ограниченности времени опроса (1 сек) и длине кадра (255 байт) при использовании 3-х байтной метки времени можно:

— опросить больше ЕТ за 1 сек;

— передать больше измеренных параметров в кадре;

— больше ЕТ подключить на один шлейф.

Недостаток 3-х байтной метки времени в необходимости восстановления полного времени измеренного параметра в УСД или КП ТМ.

Достоинство 7-и байтной метки времени в том, что она содержит полную информацию о времени измерения.

Недостаток 7-и байтной метки времени – требует больше времени на опрос ЕТ и уменьшает:

— допустимое количество передаваемых в кадре измеренных измеренных параметров в кадре;

— количество ПИМ ЕТ, подключаемых на один шлейф.

 

Все характеристики ASDU, реализованныых в ПИМ ЕТ, приведены в таблице.

 

№ ASDU и формат данных	К-во байт на параметр		Описатель качества (ОК)	Структура 1	Структура 2	Метка времени
	2	4				МВ3 (3 байта)	МВ7 (7 байтов)
ASDU 9 нормализованное	+		+	+	+
ASDU 10 нормализованное	+		+	+		+
ASDU 11 масштабированное	+		+	+	+
ASDU 12 масштабированное	+		+	+		+
ASDU 13короткий формат с плавающей запятой		+	+	+	+
ASDU 14короткий формат с плавающей запятой		+	+	+		+
ASDU 21 нормализованное	+			+	+
ASDU 34 нормализованное	+		+	+			+
ASDU 35 масштабированное	+		+	+			+
ASDU 36короткий формат с плавающей запятой		+	+	+			+
ASDU 143 нормализованное	+		+		+		+
ASDU 144 масштабированное	+		+		+		+
ASDU 145короткий формат с плавающей запятой		+	+		+		+

Возможность передачи необходимого количества измеренных параметров напрямую зависит от пропускной способности канала связи.

Широкий набор ASDU, реализованных в ПИМ ЕТ, позволяет обеспечить оптимальное использование пропускной способности канала связи при необходимом и достаточном объёме передаваемых измеренных параметров.