ipRoute erlaubt mit Hilfe der Kommunikationsstandards IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 eine schnelle und kostengünstige Kopplung zwischen Leitstellen und Unterstationen, bei der die weitgehende Kompatibilität der Protokolle auf der Anwendungsschicht genutzt wird.
Folgende Anwendungsbeispiele ipRoute veranschaulichen verschiedene Einsatzmöglichkeiten von ipRoute.
ipRoute ist in Verbindung mit den Hardwaremodellen SEC3 und MEC2 verfügbar. Zur drahtlosen Kommunikation ist die 4G LTE Mobilfunkvariante SEC3M erhältlich.
ipRoute funktioniert nach dem Router Prinzip. Die Datenpakete der Anwendungsschicht (ASDUs = Application Service Data Unit) werden transparent zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern ausgetauscht. Die Funktionen der einzelnen Linkschichten bei IEC 60870-5-101 bzw. Transportschichten bei IEC 60870-5-104 werden dagegen direkt von ipRoute behandelt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die von einer Leitstelle gesendeten Pakete werden in Abhängigkeit von der
Konfiguration entweder an alle oder nur an eine bestimmte Unterstation
durchgeleitet. Umgekehrt werden von einer Unterstation empfangene Datenpakete
entweder an alle oder nur an bestimmte Leitstellen weitergegeben. Die
Entscheidung, an welche Linie die Pakete weitervermittelt werden, wird mit Hilfe
der gemeinsamen ASDU-Adresse getroffen.
Durch die transparente Funktionsweise ist die Integration von Systemen mit Hilfe
von ipRoute sehr einfach und schnell realisierbar. Die Konfiguration beschränkt
sich auf Parameter wie Baudrate bzw. Größe der Informationsobjektadresse.
Einzelne Informationsobjekte werden nicht konfiguriert.
In Richtung Leitstelle (Up-Link) | ||||||||
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||||||||
In Richtung Unterstation (Down-Link) | ||||||||
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ipRoute ist ein sehr mächtiges Werkzeug und bietet standardmäßig viele verschiedene Funktionen, die die Anpassung an spezielle Umgebungen unterstützen.
Transparente ASDU Übertragung |
ipRoute überträgt ASDUs transparent ohne sie zu interpretieren. Dadurch können auch ASDUs aus dem privaten Bereich der Norm vermittelt werden, ohne diese in irgendeiner Form konfigurieren zu müssen. |
Konfiguration verschiedener Adresslängen |
Die Größen der gemeinsamen Adresse der ASDU (CA = Common Address of ASDU), der Übertragungsursache und der Informationsobjektadresse (IOA = Information Object Address) können für jede Übertragungsrichtung unterschiedlich konfiguriert werden und müssen nicht identisch sein. |
Anpassung zwischen IEC 104 und IEC 101 ASDU-Typen |
ipRoute erlaubt die Konvertierung von ASDU-Typen der Überwachungsrichtung mit langem Zeitstempel (M_SP_TB_1, M_DP_TB_1, usw.) in ASDU-Typen mit kurzem Zeitstempel (M_SP_TA_1, M_DP_TA_1, usw.) und umgekehrt. Das gleiche gilt für ASDU-Typen der Steuerrichtung mit langem Zeitstempel (C_SC_TA_1, C_DC_TA_1, usw.), die in ASDU-Typen ohne Zeitstempel (C_SC_NA_1, C_DC_NA_1, usw.) umgewandelt werden können und umgekehrt. Zusätzlich können für jeden Kommunikationskanal unterschiedliche Größen der Originatoradresse eingestellt werden. Damit können die meisten Unterschiede zwischen IEC 60870-5-104- und IEC 60870-5-101-Geräten ausgeglichen werden. |
Intelligente
Datenflusssteuerung und Bandbreitenanpassung |
Um unnötige Pufferung von Daten zu vermeiden, verfügt ipRoute über
eine Datenflusssteuerung. Falls die Verbindung zur Leitstelle abbricht
bzw. der Datenfluss von der Leitstelle angehalten wird, stoppt ipRoute
automatisch den Datenfluss zu allen Verbindungen in Richtung
Unterstation. Dadurch wird die Pufferung soweit wie möglich in die
Unterstation verlagert. Falls Leitstellenverbindungen langsamer sind als Unterstationsverbindungen, bremst ipRoute automatisch die Unterstationsverbindungen mittels Datenflusssteuerung aus, um einen Pufferüberlauf zu vermeiden. Die flexibel konfigurierbare ASDU-Lebenszeitüberwachung sorgt dafür, dass bei Verbindungsausfällen keine unnötigen Daten an die Leitstelle und – besonders wichtig bei Befehlen – an die Unterstation übertragen werden. Die exakte Überwachung der bestätigten ASDUs sorgt dafür, dass bei kurzzeitigen Verbindungsausfällen bzw. bei Kommunikationsstörungen keine Datenpakete verloren gehen. Unquittierte ASDUs werden bei erneutem Verbindungsaufbau wiederholt gesendet, auch wenn sie bereits vorher übertragen worden sind. |
ASDU Filterung | ipRoute erlaubt die Filterung der ASDUs sowohl in Steuer- als auch in Überwachungsrichtung entsprechend der ASDU-Adresse (gemeinsame ASDU-Adresse). In Steuerrichtung können ASDUs wahlweise entweder an alle oder nur an bestimmte ASDU-Adressen gesendet werden. Broadcast-ASDUs werden an alle angeschlossenen Geräte vermittelt. In Überwachungsrichtung werden die ASDUs in der Regel an alle übergeordneten Systeme gesendet. Mittels Konfiguration kann aber auch für jede Uplink-Verbindung ein Filter eingestellt werden, so dass nur bestimmte ASDUs hier weitergereicht werden. |
Generalabfrage | Da die Leitstelle nicht direkt mitbekommt, wenn eine Unterstationsverbindung ausgefallen ist, erlaubt ipRoute das automatische Auslösen einer Generalabfrage an Unterstationen bei erneutem Verbindungsaufbau. |
Virtuelle RTU | Zusätzlich kann der Status der Unterstationsverbindung mittels einer virtuellen RTU an die Leitstelle gemeldet werden. Dabei verhält sich ipRoute selbst wie eine vollwertige IEC-101/104 Unterstation. |
Zeitsynchronisation | ipRoute erlaubt die Synchronisation der Uhrzeit von Unterstationen. Dazu kann die interne Uhr von ipRoute mittels NTP-Protokoll oder über das IEC-Protokoll synchronisiert werden. Nachdem die eigene Uhrzeit synchron ist, wird in der nächsten Stufe die Uhrzeit der angeschlossenen Unterstationen synchronisiert. |
Redundanz | Um auch erhöhten Sicherheitsansprüchen zu genügen, ist ipRoute mit Einsatz eines zweiten Gerätes (siehe Anwendungsbeispiele ipRoute) voll redundanzfähig. Die Redundanzkopplung erfolgt entweder über eine serielle Verbindung oder über Ethernet. Zum Anschluss von seriellen Kommunikationsleitungen an beide Geräte wird das Gerät CS verwendet. |
Die Konfiguration des Systems erfolgt komplett über einen Webbrowser. Keine weiteren speziellen Konfigurationstools sind erforderlich, außer einem normalen Notebook mit Netzwerkschnittstelle und einem Webbrowser.
Die Hauptnavigation erlaubt den Zugriff auf alle relevanten Funktionen von ipConv und zeigt auf einen Blick den Zustand des Systems.
Folgende Funktionen stehen hier zur Verfügung:
Die Konfiguration des Systems beschränkt sich auf einige wenige Parameter. Neben den allgemeinen Parametern, die das gesamte System betreffen, müssen die einzelnen Link- und Tranportmodule entsprechend der Übertragungsrichtung konfiguriert werden.
Da ipRoute die ASDUs transparent durchreicht, müssen einzelne Informationsobjekte nicht direkt konfiguriert werden.
Die folgende Abbildung zeigt die Konfigurationsseite des IEC104Server-Moduls. Neben allgemeinen IEC 870-5-104-Parametern werden hier auch die IP-Adressen der Clients konfiguriert, die in der Lage sein sollen, mit ipRoute zu kommunizieren.
Die folgende Grafik zeigt die Konfigurationsseite des IEC101Balanced-Moduls.
Die Diagnoseanzeige bietet schnellen und detaillierten Überblick über den Zustand der Kommunikation auf den einzelnen Verbindungen.
Über den Button DIAGNOSTICS auf der ersten Seite, können die Diagnoseinformationen abgerufen werden. Hier werden in einer klar gegliederten Form die wichtigsten Informationen im Klartext mit Uhrzeit angezeigt. Durch farbliche Hinterlegung wird signalisiert, ob der Zustand normal ist oder nicht.
Die Informationen werden entsprechend der Kommunikationsverbindung gegliedert. Neben Informationen, die den Zustand der Kommunikation auf die entsprechenden Link- bzw. Transportebenen darstellen, werden auch statistische Informationen angezeigt. Dazu gehört die Anzahl der ASDUs, die pro Minute auf einer Verbindung übertragen werden. Für Verbindungen in Richtung Leitstelle wird auch der Pufferfüllstand angezeigt. Damit lassen sich eventuelle Engpässe in der Kommunikation schnell aufspüren.
Bei Kommunikationsanwendungen ist es wichtig, jederzeit feststellen zu können, welche Daten über das Protokoll übertragen werden und wie die Daten von einem Protokoll in das andere konvertiert werden. Es ist umso wichtiger, wenn Probleme bei der Übertragung auftreten. ipRoute verfügt über Fähigkeiten, alle Daten mitzuschreiben und diese zu archivieren.
Zur Verfolgung des Systemzustands und des Informationsflusses innerhalb des Konverters bietet ipRoute die Möglichkeit, alle bei den einzelnen Modulen anfallenden Informationen mitzuschreiben und für eine bestimmte Zeit zu archivieren. Folgende Daten können protokolliert werden:
Der Umfang der Daten, die protokolliert werden, wird durch die Loggingebene festgelegt, die dynamisch (zur Laufzeit) oder statisch (in der Konfiguration) pro Modul verändert werden kann.
Die Loggingebene legt fest, in welcher Form die gesendeten und empfangenen Daten dargestellt werden. Man kann die Daten sowohl in Rohform (d. h. Hexdarstellung) als auch in dekodierter, symbolischer Form anzeigen lassen oder beides. Das folgende Beispiel zeigt den Inhalt einer Logdatei, erzeugt vom IEC104Server-Modul.
2020/07/06 11:25:00.013 [2/1] connection established with 172.16.240.13:41587 (2): >> 00.014 [2/1] LEN=4 STARTDT ACT (2): << 00.015 [2/1] STARTDT CON (2): >> 00.019 [2/1] LEN=14 I-FRAME NS=0 NR=0 DATA=<64 01 06 00 FF FF 00 00 00 14> 2020/07/06 11:25:00.020 [1/1] path connected ! 2020/07/06 11:25:00.020 [1/1] connection established with 172.16.240.11:42488 (2): >> 00.021 [1/1] LEN=4 STARTDT ACT (2): << 00.021 [1/1] STARTDT CON (2): >> 00.026 [1/1] LEN=14 I-FRAME NS=0 NR=0 DATA=<64 01 06 00 FF FF 00 00 00 14> (2): << 00.031 [2/1] I-FRAME NS=0 NR=1 DATA=<1E 01 03 00 85 00 B6 58 33 01 48 D7 18 8B 46 07 14> (2): << 00.031 [2/1] I-FRAME NS=1 NR=1 DATA=<1E 01 03 00 85 00 50 CD 68 01 BA DB 18 8B 46 07 14> (2): << 00.031 [2/1] I-FRAME NS=2 NR=1 DATA=<1E 01 03 00 85 00 A5 F6 AF 01 FF DB 18 8B 46 07 14> (2): << 00.031 [2/1] I-FRAME NS=3 NR=1 DATA=<1E 04 03 00 02 00 6A 00 00 01 95 8B 18 8B 26 07 14 6B 00 00 01 95 8B 18 8B 26 07 14 6C 00 00 01 96 8B 18 8B 26 07 14 6D 00 00 01 96 8B 18 8B 26 07 14> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=4 NR=1 DATA=<1E 02 03 00 02 00 68 00 00 01 63 93 18 8B 26 07 14 69 00 00 01 63 93 18 8B 26 07 14> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=5 NR=1 DATA=<1F 01 03 00 02 00 72 00 00 02 37 9B 18 8B 26 07 14> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=6 NR=1 DATA=<1E 03 03 00 02 00 6D 00 00 00 1C 9F 18 8B 26 07 14 6C 00 00 00 EA A6 18 8B 26 07 14 6D 00 00 01 EB A6 18 8B 26 07 14> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=7 NR=1 DATA=<25 01 03 00 02 00 9C 00 00 C9 DD 00 00 0A 00 00 80 00 00 00 00> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=8 NR=1 DATA=<1F 05 03 00 02 00 72 00 00 01 A5 B2 18 8B 26 07 14 74 00 00 02 8E B6 18 8B 26 07 14 75 00 00 02 8F B6 18 8B 26 07 14 73 00 00 01 45 C2 18 8B 26 07 14 74 00 00 01 17 CA 18 8B 26 07 14> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=9 NR=1 DATA=<25 06 03 00 02 00 97 00 00 B2 DD 00 00 13 00 00 80 00 00 00 00 98 00 00 33 DE 00 00 14 00 00 80 00 00 00 00 99 00 00 22 DE 00 00 03 00 00 80 00 00 00 00 9A 00 00 AA DE 00 00 0B 00 00 80 00 00 00 00 9B 00 00 5F DE 00 00 00 00 00 80 00 00 00 00 9C 00 00 CA DD 00 00 0B 00 00 80 00 00 00 00> (2): << 00.032 [2/1] I-FRAME NS=10 NR=1 DATA=<1E 01 03 00 02 00 6D 00 00 00 E3 D1 18 8B 26 07 14> (2): << 00.033 [2/1] I-FRAME NS=11 NR=1 DATA=<1F 01 03 00 02 00 76 00 00 02 CA D5 18 8B 26 07 14> (2): >> 00.035 [2/1] LEN=4 S-FRAME NR=12 (2): << 00.036 [2/1] I-FRAME NS=12 NR=1 DATA=<64 01 07 00 85 00 00 00 00 14> (2): << 00.036 [2/1] I-FRAME NS=13 NR=1 DATA=<01 08 14 00 85 00 B5 01 1B C0 B6 58 33 01 5B 0A 64 C0 50 CD 68 01 FD 41 76 C0 FE 41 76 C0 FF 41 76 C0 A5 F6 AF 01>
Die Daten werden direkt im lesbaren ASCII-Format abgelegt. Die Logdateien können über das Webinterface angezeigt, durchsucht und zur Offline-Diagnose heruntergeladen werden.
Alle protokollierten Daten werden zyklisch archiviert. Damit lässt sich die Kommunikation über Tage bzw. sogar über Wochen (in Abhängigkeit vom Datenaufkommen) verfolgen.
Um eine erfolgreiche Integration von IEC 870-5-101/104 Systemen zu gewährleisten, müssen die im Folgenden beschriebenen Voraussetzungen erfüllt sein.
Um auch erhöhten Sicherheitsansprüchen zu genügen, ist ipRoute mit Einsatz eines zweiten Gerätes voll redundanzfähig.
Bei redundant ausgeführten Protokollkonvertern kann die Ausfallsicherheit nach dem "hot-standby" Prinzip sichergestellt werden. Dabei übernimmt jeweils nur ein Gerät die aktive Rolle, während das passive Gerät das aktive überwacht und bei dessen Ausfall die Initiative übernimmt.
Dadurch können beispielsweise Ausfallzeiten durch Wartungsarbeiten, oder Ausfälle von Komponenten und Schnittstellen minimiert werden.
Die Redundanzkopplung kann sowohl über Ethernet, als auch über serielle Verbindungen erfolgen. Sollen einzelne serielle Kommunikationsverbindungen an beide redundante Geräte angeschlossen werden, kommt der Kanalumschalter CS (Channel Switch) zum Einsatz.
Modularer Midrange Embedded Controller zur Hutschienenmontage
Leistungsstarker Midrange Embedded Controller mit einem GPRS/UMTS Mobilfunkmodem-Modul (optional)
4 kV galvanisch getrennter RS-232 Transceiver gemäß IEC 61850-3 Norm zum Schutz vor äußeren Einflüssen
Produkte: ipRoute
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ipConv
ipRoute
Protokollstacks:
IEC 60870-5-104, Master
IEC 60870-5-104, Slave
SNMP, Client
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ipConv
ipRoute
Protokollstacks:
OPC DA 3.0, Server
IEC 60870-5-104, Slave
IEC 60870-5-101, Master
IEC 60870-5-104, Master
SNMP, Client
Produkte: ipRoute
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