Zaman hassasiyetinin yüksek olduğu uygulamalardan biri olan trafo merkezi otomasyon ağlarının yapısı, baştan sona fiziksel bağlantılı bir yapıdır. Bu özelliği, tüm haberleşmenin gerçek zamanlı yapılmasını ve hızlı cevap alınmasını sağlar. Ancak, haberleşme sistemi Ethernet tabanlı bir ağ oluşturacak biçimde güncellendiğinde, tüm uç cihazlar Ethernet anahtarı veya router gibi Ethernet cihazlarına bağlanır. Bu durum, ağ topolojilerindeki değişiklikler, trafik tıkanıklığı veya paket önceliklendirme gereksinimi gibi nedenlerle haberleşmenin gecikmesi riskini ortaya çıkarır. Yeni PRP/HSR yedeklilik protokolünü kullanan ağların sıfır kesinti süresi avantajı ise, bu önemli riski ortadan kaldırır.
Kritik görevli veya zaman hassasiyeti olan uygulamalarda milisaniyelik ağ kesintileri bile, sistem işletimini önemli ölçüde etkileyebileceğinden veya saha personelinin güvenliğini riske atabileceğinden hoş görülemez. IEC 62439 standardı, acil eyleme geçilmeden (ivedi durdurma, geri çekilme modu vb.) santralin devreye girişe tanıyabileceği sürenin 10 ms’den daha az olması gerektiğini belirtir. IEC 61850 nüsha 2’de ise, trafo merkezi otomasyon sistemlerinde GOOSE ve SMV protokollerinin haberleşme devreye giriş süresinin (recovery time) kesintisiz olması gerektiği açıkça ifade edilir.
PRP/HSR Nedir?
IEC 62439-3’te tarif edilen “Paralel Yedeklilik Protokolü” (Parallel Redundancy Protocol, PRP) ve “Yüksek Elverişli Sorunsuz Yedeklilik” (High-availability Seamless Redundancy, HSR) protokolleri, tek bir kesinti noktasından sorunsuz yük devri sağlayan iki teknolojidir. PRP, paralel işleyen iki bağımsız ağ üzerinden paket kopyalama yoluyla aktif ağ yedekliliği sağlarken, HSR ise asıl olarak halka topolojileri için tasarlanmıştır. Bu iki kesintisiz yedeklilik protokolüne dayalı bir “yedeklilik kutusu” (redundancy box, RedBox), HSR veya PRP dışında olan, ancak HSR veya PRP ağlarına bağlanan uç cihazları sıfır devir süresiyle seri bir biçimde etkinleştirebilir. Trafo merkezi otomasyon sistemi haberleşmesinde yer alan kritik görevli uygulamalar, ağ güvenilirliğini güvenceye almada bu yedeklilik teknolojilerinden fayda sağlayabilir.
Karşılaşılan Zorluklar
1. Yedekli ağ denetimi ve sorun giderme
Çeşitli ağ cihazlarını ve ağları kontrol etmede genellikle yönetim birimleri olarak MAC ve IP adresleri kullanılır. Ancak PRP/HSR, paketleri bağlantı katmanında aynı MAC adresi kullanarak kopyalayan, böylece bir haberleşme sorunu ortaya çıktığında dahi paketlerin istemci tarafına ulaşacağı güvencesini veren, oldukça yeni bir teknolojidir. Ne yazık ki mevcut ağ yönetim sistemi paketin kopyalanıp kopyalanmadığını tespit edemediğinden, kullanıcı her iki paketin de ulaşıp ulaşmadığını göremez. Her iki paketin de ulaşıp ulaşmadığının tespit edilmesi ise, bağlantının kalitesi ve ne kadar sağlıklı bir yedekli ağ kurulmuş olduğuna dair önemli bilgiler verir. Bu nedenle, PRP/HSR ağlarını yönetmek ve denetlemek, sistem yöneticileri yedekli ağın gerçek zamanlı durumunu bilemeyeceği için, zordur. Kesintiye uğrayan yedek kanalda sorun giderme, ağdaki kesinti noktası bilinmediğinden bir başka büyük zorluk ortaya koyar.
2. Ayrık cihaz ve ağ denetimi ara yüzü
“Üretici Mesaj Belirleme” (Manufacturing Messaging Specification, MMS) IEC 61850 uyumlu sistemlerde haberleşmede kullanılan ana denetleme ve ileti protokolüdür. Öte yandan gittikçe artan sayıda ağ cihazı IEC 61850 sistemine dâhil ediliyor olsa da, MMS çalıştırmayan endüstriyel Ethernet anahtarları ve gömülü bilgisayarlar gibi cihazlar da haberleşme ve kontrol için önemli bir yere sahiptir. IEC 61850 cihazlarının tersine, günümüzde IT donanımlarını yönetmede kullanılan protokol, MMS’ten tamamen farklı bir protokol olan ve tamamen farklı bir mantıksal yapı üstüne kurulu “Basit Ağ Yönetim Protokolü”dür (Simple Network Management Protocol, SNMP). PRP/HSR cihazları cihaz yönetimi için bir denetim çerçevesi (Supervision Frame) kullandığından, bu iki sistemi denetim ve yönetim için entegre etmek oldukça zordur.
Farklı cihaz ve ağ yönetim protokollerinin, IEC 61850 kontrol cihazları için MMS ve IT, veya haberleşme cihazları için ise SNMP’nin bulunması gerçeği sonucunda, Enerji SCADA gibi hem kontrol hem de haberleşme cihazlarını merkezden yönetebilmeyi mümkün kılacak merkezi bir yönetim paketi ortaya çıkarılamamaktadır. Piyasadaki çoğu Enerji SCADA paketinin yalnızca MMS protokolüne uyumlu olduğu, SNMP veya Supervision Frame desteklemediği düşünülürse, haberleşme cihazları Enerji SCADA için görünmez olacağından, tek bir Enerji SCADA üzerinden ağ yönetiminin imkânsız olduğu anlaşılacaktır.
Bunun sonucunda, IEC 61850 sistem operatörleri, Enerji SCADA’dan alınan bilgileri kullanarak sistem hatalarını verimli ve etkin biçimde önlemeyi veya düzeltmeyi başaramayabilir.
Önerilen Çözümler
Aşağıda belirtilen çözümler, bir PRP/HSR Trafo Merkezi Otomasyon Ağı’nda verimli ve etkili yönetim sağlamaya yardımcı olacaktır:
- Özgün PRP/HSR trafo merkezi bilgisayarları güvenilirliği yüksek akıllı trafo merkezlerinde önemli rol oynayabilir
Bazı kullanıcılar, herhangi bir bilgisayarı PRP/HSR ağına dâhil etmek için PRP/HSR RedBox kullanmayı denemiştir. Ancak bu, tek bağlantı/nod kesintisi riskini artırabilir. Bunun yerine özgün PRP/HSR bilgisayarları kullanmak, bu riski önlemeye yardımcı olacaktır.
- Kontrol cihazları ve yedekli ağlar tek bir Enerji SCADA platformu ile denetlenebilir
Özgür PRP/HSR trafo merkezi bilgisayarlarını en iyi kullanmanın yolu, PRP/HSR özellikli bir Enerji SCADA yönetim sunucusu kurmaktır. Özel olarak tasarlanmış bir PRP/HSR yönetim ara yazılımı gömülmüş PRP/HSR yönetim sunucusu, Enerji SCADA’nın ham veriyi dağınık durumdaki çeşitli cihazlardan toplayıp analiz edebilmesini sağlar. Mevcut yedekli ağ durumu tamamıyla denetlenebilir ve tek nokta kesintileri anında tespit edilebilir. Bu, gerçek zamanlı sorun gidermeyi basit bir iş haline getirir. PRP/HSR teknolojisi hakkında kısıtlı bilgiye sahip sistem yöneticileri bile kolaylıkla tek bir Enerji SCADA platformu üzerinden PRP/HSR ağını yönetebilir, denetleyebilir ve ağ sorunlarını giderebilir
PRP/HSR yönetim ara yazılımı, farklı haberleşme protokolleriyle çalışan çeşitli trafo merkezi cihazlarını bağlayabilmek için hem SNMP hem de MMS ara yüzlerini destekleyebilmelidir. Ara yazılım ile Enerji SCADA’nın entegrasyonu, tüm verinin rahatlıkla kullanılarak MMS protokolü üzerinden Enerji SCADA ile okunabilmesini sağlayacaktır. Trafo merkezi operatörleri için tüm cihazları Enerji SCADA görsel araçlarıyla PRP/HSR sistemi üzerinde yönetebilmek kolay ve elverişlidir. Buna ek olarak her bir tek kesinti noktası Enerji SCADA üzerinde gösterilebileceğinden, sorun giderme de kolaylaşacaktır. Böylece trafo merkezi otomasyon sistemi veya herhangi bir başka PRP/HSR uygulaması daha dayanıklı ve sağlam hale gelir.
PRP/HSR Ağ Yönetiminin Verimli ve Görsel Olarak Etkinleştirilmesi
PRP/HSR protokolü için birleştirilmiş bir standart olsa da, ağ yönetim ara yüzünde geçerli bir standart yoktur. Yönetim ara yazılımına sahip özgün bir PRP/HSR yönetim sunucusu kullanmak, ham verinin tek bir yönetim platformu üzerinden çeşitli cihazlardan toplanması, analiz edilmesi ve entegrasyonunu mümkün hale getirir. Bunun sonucunda ağ durumu teşhisi, sorun giderilmesi ve cihaz durum denetimi şimdiye kadar olduğundan çok daha kolay hale gelir.
Moxa’nın PRP/HSR teknolojisine yönelik yürüttüğü çalışmalar, baştan sona bir PRP/HSR ağı kurulumunda ihtiyaç duyulacak tüm haberleşme cihazlarını içeren tam bir çözüm ortaya konmasını sağlamıştır. Moxa tarafından Ağustos 2014’te piyasaya sürülen, dünyanın ilk özgün PRP/HSR bilgisayarı özelliğindeki DA-820, ağ üzerinde denetim ve sorun gidermeyi son derece kolay hale getirirken, dünyanın Coupling ve QuadBox içeren ilk entegre PRP/HSR RedBox’ı PT-G503 ile HSR halkaları, yedekli ağları daha çok yönlü hale getirecek biçimde bağlanabilir.
