IEC 60870-5-101

Das Protokoll IEC 60870-5-101 (auch bekannt unter der Bezeichnung IEC 870-5-101) ist ein internationaler Standard und wurde Anfang der 90er Jahre von IEC (International Electrotechnical Comission) freigegeben. Das Protokoll fand eine weite Verbreitung im Energieversorgungsbereich und wird heute noch sehr häufig eingesetzt. Es basiert auf der so genannten EPA-Architektur (Enhanced Performance Architecture) und definiert entsprechend dem OSI-Schichtenmodell lediglich die Bitübertragungsschicht, Sicherungsschicht und Anwenderschicht.

IEC 60870-5-101 wird hauptsächlich auf  relativ langsamen Übertragungsmedien unter Benutzung der asynchronen V.24-Schnittstelle eingesetzt. Die Norm spricht hier von Baudraten bis 9600, wobei in der Praxis auch erheblich höhere Baudraten (< 115200) zum Einsatz kommen. Der in der Norm ebenfalls definierte Einsatz der X.24/X.27-Schnittstelle mit Baudraten bis zu 64000 bit/s hat sich in der Praxis nicht durchgesetzt und findet kaum Verwendung.

Die Norm IEC 60870-5-101 ist ein "Companion Standard" und wird durch folgende weitere Normen ergänzt:

  • IEC 60870-5-1
    Hier werden unterschiedliche Frameformate definiert, wobei bei IEC 60870-5-101 lediglich das Format FT1.2 zum Einsatz kommt
  • IEC 60870-5-2
    definiert die Übertragungsverfahren der Sicherungsschicht
  • IEC 60870-5-3
    beschreibt den grundsätzlichen Aufbau der Anwenderdaten
  • IEC 60870-5-4
    definiert die Kodierung von Informationselementen
  • IEC 60870-5-5
    beschreibt grundlegende Funktionen der Anwenderschicht
  • IEC TS 60870-5-601
    beschreibt die "Conformance Test Cases" für IEC 60870-5-101

Die Norm IEC 60870-5-101 wurde im Jahr 2001 durch das Amendment 2 wesentlich erweitert und präzisiert.

Die Interoperabilität zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller wird mittels der so genannten "Interoperability" Liste, deren Aufbau in der Norm definiert ist, sichergestellt. Hier wird für jedes Gerät durch Ankreuzen der Funktionsumfang festgelegt. Die Schnittmenge zwischen den Listen verschiedener Hersteller begrenzt den möglichen Funktionsumfang.

Die ursprüngliche Norm ließ sehr viel Interpretationsspielraum. Dadurch existierten und existieren sehr viele Implementierungen auf unterschiedlichsten Geräten, die nicht unbedingt zueinander kompatibel sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, haben große Energiekonzerne (z. B. RWE, Bayernwerke (E.ON)) eigene Standards basierend auf der IEC 60870-5-101 Norm entwickelt. Besonders weite Verbreitung fand im skandinavischen Raum die "Norwegian IEC 870-5-101 User Convention", die insbesondere die Linienredundanz regelt.

Im Jahr 2006 ist zusätzlich die (längst fällige) technische Spezifikation IEC TS 60870-5-601 erschienen, die detailliert die zur Konformität mit IEC 60870-5-101 erforderlichen Testfälle beschreibt.

Ein großer Vorteil von IEC 60870-5-101 ist die Robustheit der Sicherungsschicht und die einfache Struktur der Anwenderschicht. Der Fokus wurde bei der Definition auf die Performance gelegt, wodurch gewisse Informationen, die zur Dekodierung der Daten erforderlich sind, nicht übertragen werden. Die Dekodierung der Daten ist nur bei richtig eingestellten Parametern möglich, wie Größe der Informationsobjektadresse, Größe der ASDU Adresse etc. In der Praxis ist der Abgleich von Parametern zwischen Komponenten mit Hilfe der Interoperability-Liste leicht möglich und stellt kein großes Problem dar.

Nachteilig wirken sich oft die Lücken in der Definition des Protokolls aus. Besonders im Bezug auf die Linienredundanz existieren viele verschiedene Implementierungen. Hier sind projektbezogene Klärungen erforderlich.

Neben den Standardprotokollfunktionen bietet IEC 60870-5-101 Erweiterungsmöglichkeiten für proprietäre, herstellerspezifische Funktionen. Obwohl davon nicht allzu häufig Gebrauch gemacht wird, besteht hier immer eine Gefahr von Inkompatibilität.

ISO/OSI Modell

7 Anwenderschicht IEC 60870-5-101 Companion Standard
IEC 60870-5-5, IEC 60870-5-4, IEC 60870-5-3
6 Darstellungsschicht N/A
5 Sitzungsschicht N/A
4 Transportschicht N/A
3 Vermittlungsschicht N/A
2 Sicherungsschicht balanced
IEC 60870-5-2
IEC 60870-5-1 (FT 1.2)
unbalanced
IEC 60870-5-2
IEC 60870-5-1 (FT 1.2)
1 Bitübertragungsschicht RS232 (V.24)X.24/X.27

Unterstützte Informationstypen

Steuerrichtung
  • Einzelbefehl
  • Doppelbefehl
  • Sollwert
  • Stufenstellbefehl
Überwachungsrichtung
  • Einzelmeldung [1 Bit] mit Qualitätskennung
  • Einzelmeldung [1 Bit] mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Doppelmeldung [2 Bit] mit Qualitätskennung
  • Doppelmeldung [2 Bit] mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Skalierter Messwert mit Qualitätskennung
  • Skalierter Messwert mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Normalisierter Messwert mit Qualitätskennung
  • Normalisierter Messwert mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Fließkomma Messwert mit Qualitätskennung
  • Fließkomma Messwert mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Bitmuster [32 Bit] mit Qualitätskennung
  • Bitmuster [32 Bit] mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Zählwert mit Qualitätskennung
  • Zählwert mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Stufenstellungsmeldung mit Qualitätskennung
  • Stufenstellungsmeldung mit Qualitätskennung und Zeitmarke
  • Schutzereignis mit Qualitätskennung und Zeitmarke

Protokolleigenschaften

  • Bitübertragungsschicht

    PCM, Voll Duplex Betrieb im balanced Mode, Halb Duplex im unbalanced Mode

  • Sicherungsschicht

    Asymmetrische Übertragung (unbalanced mode): Gemeinschaftsverkehr (Party Line) oder PzP
    Symmetrische Übertragung (balanced mode): Nur PzP ist möglich

  • Anwenderschicht

    Abgefragte Übertragung (z. B. Einzelmeldungen, Messwerte, ...)
    Spontane Übertragung (z. B. Einzelmeldungen mit Zeit, ....)
    Direkte Befehlsübertragung (mit select before operate)
    Zeitsynchronisation
    File Transfer

  • Adressraum

    Gemeinsame Adresse der ASDU (CA): 1..65535
    Informationsobjektadresse: 1..16777215
    Link Adresse: 0..65535

Implementierte Protokollstacks

IEC 60870-5-101, IAWD Master

IEC 60870-5-101, Master

IEC 60870-5-101, Slave

Geeignete Produkte

  • ipRoute
    ipRoute

    Router für die Protokolle IEC 870-5-101 und IEC 870-5-104
    Preis ab 970,- €

  • ipRouteDialup
    ipRouteDialup

    IEC 870-5-101 Router zur Anbindung von RTUs an eine Leitstelle über Wählverbindungen

  • ipConvLite
    ipConvLite

    Preisgünstiger Protokollkonverter für Standardanwendungen

  • ipConvOPC
    ipConvOPC

    Softwarepaket zur Konvertierung zwischen OPC DA 3.0 Server und diversen Standardprotokollen

  • ipConvPBS
    ipConvPBS

    Protokollkonverter mit integrierter PROFIBUS-DP, Slave Schnittstelle

  • ipConvPBM
    ipConvPBM

    Protokollkonverter mit integrierter PROFIBUS-DP, Master Schnittstelle

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    Protokollkonverter mit integrierter PROFINET-IO, Master Schnittstelle

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Referenzen

  • Ballia-Bhiwadi
    Ballia-Bhiwadi, Indien

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: IEC 60870-5-101, Master IEC 60870-5-101, Slave Simatic TDC, Master

  • SEC SVC
    SEC SVC, Saudi Arabien

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: IEC 60870-5-101, Slave IEC 60870-5-104, Slave IEC 61850, Client Simatic TDC, Master

  • I-SHAPE
    I-SHAPE, Thailand

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: IEC 60870-5-101, Slave XMAT, Master

  • BLS AlpTransit - Lötschbergtunnel
    BLS AlpTransit - Lötschbergtunnel, Schweiz

    Produkte: 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

  • Mainova Kommunikationsknoten
    Mainova Kommunikationsknoten, Deutschland

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: OPC DAXML 1.01, Server IEC 60870-5-104, Slave IEC 60870-5-101, Master Modbus, Master SEAB 1F, Master

  • FSC HECHI
    FSC HECHI, China

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: SC1801, Slave IEC 60870-5-104, Slave IEC 60870-5-101, Slave Simadyn-D, Master

  • FRANKENDATA
    FRANKENDATA, Deutschland

    Produkte: ipConv
    Protokollstacks: IEC 60870-5-101, Master SISA, QD2 Slave