I N STYTUT ENERGETYKI I n s t y t u t B a d a w c z y O D D Z I A Ł G D A Ń S K ul. Mikołaja Reja 27 80-870 Gdańsk tel.(+58) 349-82-00 fax (+58) 341-76-85 PN-EN ISO 9001:2009 Certyfikat nr 368/6/2012 w PCBC S.A. LABORATORIUM KOMUNIKACJI W INTELIGENTNYCH SYSTEMACH POMIAROWYCH Spis treści 1 Zakres wykonywanych badań 2 Obecne wyposażenie laboratorium 2.1 Infrastruktura sprzętowa 2.2 Oprogramowanie 2.3 Zakres testów 2.3.1 Testy jakości komunikacji 2.3.2 Testy zgodności ze specyfikacją PRIME 3 Zakres badań w laboratorium 3.1 Testy funkcjonalne przy wykorzystaniu różnych protokołów 3.2 Testy jakości komunikacji 3.3 Testy zgodności ze specyfikacją i/lub normą 3.4 Testy współpracy współdziałania Gdańsk, luty 2014
1 Zakres wykonywanych badań Celowość badań komunikacji (transmisji danych) pomiędzy elementami wchodzącymi w skład inteligentnych systemów pomiarowych wynika z potrzeby zapewnienia: Zgodności stosowanych urządzeń ze specyfikacją lub normą definiującą własności komunikacyjne urządzenia; Zgodności działania urządzeń, tj. wykonywania funkcji stosownie do poleceń otrzymywanych przez określone kanały komunikacyjne. Poprawna i stabilna komunikacja pomiędzy elementami inteligentnego systemu pomiarowego jest podstawowym czynnikiem efektywnego wdrożenia tych systemów, zwłaszcza w rozwiązanych wykorzystujących sieć elektroenergetyczna niskiego napięcia (sieć nn) do transmisji danych. Dlatego też komunikacja ta powinna być testowana przed instalacją urządzeń. Są następujące podstawowe rodzaje testów: 1. Test funkcjonalny polegający na sprawdzeniu, czy dane urządzenie (licznik, koncentrator, system odczytowy) realizuje funkcje zgodnie z opisem urządzenia, dostarczonym przez producenta lub funkcje wymagane przez zamawiającego. Test funkcjonalny jest wykonywany przy wykorzystaniu protokołu warstwy aplikacji testowanego urządzenia i jest jednocześnie testem poprawności implementacji tego protokołu. Przykładem protokołu warstwy aplikacji jest protokół DLMS wykorzystywany do komunikacji ZKB z licznikami lub protokół DCSAP stosowany do komunikacji systemu odczytowego z ZKB). W przypadku liczników ich testy funkcjonalne są przeprowadzane przy wykorzystaniu implementowanego w nich i w ZKB protokołu warstwy aplikacji (np. protokół DLMS). Przykładem testu funkcjonalnego liczników jest test funkcji protokołu DLMS zgodny ze specyfikacją testów opracowaną przez grupę użytkowników DLMS funkcjonalnych.in. test odczytu wielkości pomiarowych, synchronizacji czasu, sterowania stycznikiem, wprowadzania i działania ogranicznika mocy, wymiany (aktualizacji) oprogramowania licznika itp. 2. Test jakości komunikacji (ang. performance test) polegający na określeniu jakości wykonywania usług komunikacyjnych według określonych kryteriów, w określonym środowisku: rzeczywistym lub testowym. 3. Test zgodności mający na celu stwierdzenie, czy testowane urządzenie komunikuje się ze zdefiniowanym podmiotem zgodnie ze specyfikacją protokołu DLM/COSEM oraz DCSAP lub podzbiorem tejże specyfikacji, określonym w dokumentacji urządzenia. Testy zgodności nie są wystarczające do stwierdzenia możliwości współpracy urządzeń. 4. Test współpracy urządzeń (ang. interoperability test) sprawdzający, czy urządzenia od różnych producentów współpracują poprawnie w ramach jednej instalacji ISP. strona 2 z 6
2 Obecne wyposażenie laboratorium 2.1 Infrastruktura sprzętowa Laboratorium zlokalizowane jest w Instytucie Energetyki w Gdańsku w wydzielonym pomieszczeniu z przygotowanymi stanowiskami dla pracy kilku osób. Pomieszczenie ma wydzieloną linię zasilającą 3f oraz dostęp do lokalnej sieci komputerowej z możliwością konfiguracji zdalnego dostępu do urządzeń znajdujących się w laboratorium przez uprawnionych użytkowników zewnętrznych. W skład wyposażenia sprzętowego wchodzą: 1. Zespół 4 stojaków z zamontowanymi na nich zespołami koncentratorowo-bilansującymi (ZKB) i licznikami z możliwością dowolnej konfiguracji poszczególnych zespołów, umożliwiając symulacje warunków sieciowych poprzez dołączanie tłumików sygnałów w paśmie CENELEC A (3 95 khz). 2. Generator sztucznej sieci 3. Autotransformator 3-fazowy (np. do zastosowania w czasie testów przy obniżonym poziomie napięcia sieciowego). 4. Miernik/rejestrator/analizator sygnałów o częstotliwości 0 150 khz przystosowany m.in. do analizy/rejestracji całego spektrum zakłóceń w paśmie 3 150 khz jednocześnie na trzech fazach niskiego napięcia (230 V) oraz rejestracji spektrogramu (charakterystyki amplitudowej sygnałów użytecznych oraz zakłóceń w funkcji częstotliwości w zakresie od 3 do 150 khz) - wykonanie własne IEn z wykorzystaniem kart pomiarowych firmy National Instruments. 5. Generator zakłóceń w paśmie CENELEC A, wyposażony w sprzęg z siecią 3-fazową. 6. Urządzenia do analizy komunikacji zgodnej ze specyfikacją PRIME: Sniffer dla dekodowania ramek, Emulator węzła podstawowego (Base Node), Emulator węzła usługowego (Service Node). Fot. 1 Liczniki różnych producentów na stanowisku testowym w laboratorium IEnG strona 3 z 6
Schemat wyposażenia i współpracy urządzeń służących do testów zgodności przedstawia rys. 1. DATA Licznik PC ST7590 Power Line Modem USB N A B C Rys. 1. Schemat wyposażenia i współpracy urządzeń służących do testów zgodności zwe specyfikacją PRIME 2.2 Oprogramowanie W laboratoriom wykorzystywane jest, opracowane przez IEn, oprogramowanie: 1. generujące skrypty procedury testowej wykonywanej cyklicznie przez ZKB Current. (treść pliku.xml). Konieczna jest automatyzacja tego procesu ze względu na konieczność zebrania w czasie wykonywania testów dużej liczby wyników, umożliwiającej obliczenie wartości przyjętych kryteriów jakości komunikacji ZKB z licznikami (taki sposób przeprowadzenia testów wynika ze sposobu oprogramowania ZKB przez jego producenta). 2. służące do komputerowej do analizy treści plików wynikowych testów cyklicznych i obliczania wartości ustalonych kryteriów jakości komunikacji ZKB z licznikami. 3. umożliwiające przeprowadzenie testów zgodności zgodnie z procedurami testowymi (Test Cases) korespondującymi ze specyfikacją testową Prime Alliance (wersja 1.2). 2.3 Zakres testów W laboratorium istnieje możliwość wykonywania testów jakości komunikacji oraz testów zgodności ze specyfikacją PRIME. Planowana jest również rozbudowa infrastruktury laboratorium (głównie oprogramowania) umożliwiająca wykonywanie testów funkcjonalnych przy wykorzystaniu różnych protokołów oraz testów współdziałania (współpracy) urządzeń od różnych producentów. 2.3.1 Testy jakości komunikacji Wykonywany w warunkach laboratoryjnych, jak i na obiektach, test jakości komunikacji polega na ocenie jakości transmisji pomiędzy ZKB a licznikami dla zdefiniowanych scenariuszy testowych. Możliwymi kryteriami oceny jakości transmisji pomiędzy ZKB a licznikami mogą być np.: Iloraz liczby poprawnych odczytów zadanych wielkości odczytowych do liczby zadanych odczytów w zadanym przedziale czasu. Średni czas opóźnienia odczytu zadanej wielkości odczytowej. Średni czas opóźnienia odbioru zdarzeń zarejestrowanych przez liczniki w zadanym przedziale czasu. strona 4 z 6
2.3.2 Testy zgodności ze specyfikacją PRIME Testy zgodności (conformance testing) polegają na stwierdzeniu zgodności działania liczników i ZKB ze specyfikacją PRIME. Dokonuje się tego w środowisku testowym za pomocą odpowiedniego sprzętu i oprogramowania, realizującego tzw. PRIME Test Cases, tj. zdefiniowane testy, wynikające ze specyfikacji PRIME lub wprost z dokumentów normatywnych, opisujących zakres testów zgodności. Testy wykonywane są z wykorzystaniem certyfikowanego przez PRIME Alliance urządzenia ST7590, realizującego komunikację PLC zgodnie ze specyfikacją PRIME. Oferowane przez urządzenie tryby pracy umożliwiają dokładne śledzenie ruchu telekomunikacyjnego w sieci PLC, jak też wysyłanie do segmentu sieci określonych ramek, zawierających pożądane rozkazy i dane, zgodne z protokołem PRIME. a) Tryb sniffer - przechwytywanie i interpretacja kompletnego strumienia danych, obserwowanego przez układ ST7590 w danym segmencie sieci; b) Tryb host interface MAC layer odczyt i zapis do segmentu sieci PLC danych w warstwie MAC; c) Tryb host interface CL432 layer odczyt i zapis do segmentu sieci PLC danych w warstwie CL432. Przykładowa lista wykonywanych testów zgodności w odniesieniu do warstwy DATA obejmuje: 1. Sprawdzenie obecności urządzeń PRIME w sieci poprzez funkcję Get RegisteredDevices List ; 2. Zestawienie połączenia przez Service Node i Base Node; 3. Wymiana danych w trybie punkt punkt (ang. unicast communication); 4. Zamknięcie połączenia przez Service Node i Base Node. Przykładowa lista wykonywanych testów zgodności w odniesieniu do warstwy MAC obejmuje: 1. Obsługę komunikatu MAC Establish i MAC Release otwarcie i zamknięcie łącza w warstwie MAC; 2. Obsługę komunikatu MAC Join podłączenie węzła do grup broadcast i multicast; 3. Obsługę komunikatu MAC Data transfer danych użytecznych; 4. Obsługę komunikatu MAC List pobranie listy zarejestrowanych urządzeń i aktywnych połączeń; 5. CL 432 zarządzanie warstwą konwergencji; 6. DL Data / DL Reply przesyłanie danych zgodnie ze normą IEC 61334-4-32. strona 5 z 6
3 Zakres badań w laboratorium Z punktu widzenia działania systemu ISP istotne są testy funkcjonalne, testy jakości komunikacji, testy zgodności na poziomie protokołów komunikacyjnych warstwy drugiej (np. PRIME) oraz współpracy urządzeń. 3.1 Testy funkcjonalne przy wykorzystaniu różnych protokołów Podstawą funkcjonalności liczników jest zdefiniowany w ich dokumentacji licznika opis interfejsów komunikacyjnych oraz specyfikacja obiektów danych implementowanych w liczniku. Dokument taki specyfikuje m.in. 1. Profile komunikacyjne np. DLMS/COSEM; 2. Model danych licznika zawierający: Specyfikację stref taryfowych i ogranicznika mocy obejmującą sterowanie stycznikiem, specyfikację okresów rozliczeniowych i profili zużycia energii elektrycznej, specyfikację sposobu obsługi błędów i alarmów oraz obsługi zarejestrowanych zdarzeń, stany liczydeł energii i wartości rozliczeniowe, moc średnią i maksymalną, profile energii, mocy maksymalnej, napięć i prądów, wartości chwilowe oraz jakość energii, obiekty danych reprezentujące parametry komunikacyjne, obiekty danych związane z komunikacją z siecią HAN. W laboratorium przewiduje się wykonywanie testów funkcjonalnych, specyficznych dla systemów ISP, przy założeniu różnych protokołów komunikacji ZKB z licznikami, w szczególności takich protokołów jak: DLMS, CNP/OSGP, DCSAP. Przykładowo testowanie protokołu DLMS, a ściślej konkretnej implementacji tego protokołu, polega m.in. na sprawdzeniu poprawności: Synchronizacji czasu, Odczytu wielkości rozliczeniowych, Odczytu wszystkich informacji o zdarzeniach, Odczytu profili obciążania. Za testy funkcjonalne uważa się również badanie poprawności rejestracji przez licznik zdarzeń zachodzących poza nim. Może to być m.in. rejestracja oddziaływania pól magnetycznych, rejestracja przerw w zasilaniu, rejestracja obniżenia napięcia itp. 3.2 Testy jakości komunikacji Testy jakości komunikacji w ogólności polegają na określeniu jakości komunikacji (w sensie określonych kryteriów obejmujących poprawność komunikacji, czas opóźnienia transmisji, utratę przesyłanych informacji itp.) związanej z przesłaniem zdefiniowanego zbioru informacji, określonych mianem zbioru informacji referencyjnych. Są to np. dane zbierane w długim cyklu (ang. long cycle) np. profil obciążenia, czy np. dane zbierane w krótkim cyklu (ang. short cycle) - np. pojedynczy odczyt energii. Oceny jakości zazwyczaj podawane są w wartościach względnych w odniesieniu do wszystkich transakcji komunikacyjnych w określonym przedziale czasu. 3.3 Testy zgodności ze specyfikacją i/lub normą Testy zgodności (ang. conformance testing) polegają na stwierdzeniu zgodności działania liczników i koncentratorów (ZKB) PRIME ze specyfikacją. Dokonuje się tego w środowisku testowym za pomocą odpowiedniego sprzętu i oprogramowania, realizującego tzw. PRIME Test Cases, tj. zdefiniowane wcześniej testy, wynikające ze specyfikacji PRIME lub wprost z dokumentów normatywnych opisujących zakres testów zgodności. Jednym ze szczególnie ważnych testów jest sprawdzenie poprawności zdalnej zmiany oprogramowania urządzenia. 3.4 Testy współpracy współdziałania Wynik testu współpracy rozstrzyga o możliwości stosowania urządzeń pochodzących od różnych producentów w ramach jednej instalacji. strona 6 z 6