Markkinoilta löytyy muutamia käytännön sovelluksia suojareleiden Web-sovelluksista, mutta hyvin usein ne ovat rajoittuneita eli uuden sovellusympäristön mahdollisuuksia ei ole täysin hyödynnetty. Tähän voivat vaikuttaa monet tekijät: Web-teknologioiden kehitys on nopeaa, mutta toisaalta sähkönjakeluverkon automaatiojärjestelmissä käytettyjen laitteiden elinkaaret ovat erittäin pitkiä, jopa kymmeniä vuosia. Sähkölaitosmarkkinoilla toimivat yritykset ovat usein melko konservatiivisia käytettyjen tekniikoiden suhteen.
Sähkötekniikan ja suojareleiden parissa suoritettavissa suunnittelutehtävissä voidaan suunnittelu perustaa olemassa oleville standardeille sekä tunnetuille ilmiöille. Web- teknologiat tarjoavat tässä suhteessa hyvin erilaisen haasteen: käytettävissä olevia teknologioita on kymmenittäin. Osa näistä on standardoitu, osa on suosituksia ja osa vain yleisesti hyväksyttyjä käytäntöjä. Teknologioiden toimivuus tai sopivuus erilaisissa käyttöympäristöissä ei ole varmaa, vaikka kyseessä olisi standardoitu teknologia. Käyttäjät osaavat nykyisin vaatia sovelluksilta tietyn tason toiminnallisuutta ja pitäytyminen täysin yhteensopivissa ratkaisuissa ei välttämättä mahdollista niitä. Tiettyjä kompromisseja on usein pakko tehdä käytettävyyden ja yhteensopivuuden kustannuksella.
Tämän työn pohjalta saatiin kokemusta Web-sovelluksen toteuttamisesta vaativiin sulautettuihin järjestelmiin. Perinteisestä laitteessa dynaamisesti tuotettujen HTML-sivujen käytöstä luovuttiin kokonaan ja sovelluksen pohjaksi valittiin Ajax-teknologia. Tämän teknologian avulla voidaan tehokkaasti välttää aikaisemmin sulautettuja järjestelmiä vaivanneet ongelmat, koska selaimessa suoritettava sovellus voidaan toteuttaa kokoelmana staattisia JavaScript-, XSLT-, CSS- ja XHTML-dokumentteja. Selainsovelluksesta tulee enemmän oikean sovelluksen kaltainen ja sen toteuttaminen ei ole riippuvainen palvelimeen valitusta teknologiasta. Web-palvelimen vaatima suoritusaika ja muistintarve vähenevät, koska selaimessa ajettavan sovelluksen lataamisen jälkeen HTTP-pyyntöihin vastataan yksinkertaisilla XML-dokumenteilla. Näissä on mukana vain tarpeellinen data eikä mitään esitystapaan liittyvää. Tämä mahdollistaa erittäin hyvin kehitystyön hajauttamisen, koska selaimella käytettävä osuus ei ole riippuvainen palvelinohjelmiston
toteutustekniikasta. Yksinkertaisimmillaan suunnittelijat voivat sopia HTTP-protokollan avulla siirrettävät pyynnöt ja niihin vastauksena saatavat XML-dokumentit, jonka jälkeen varsinaiset toteutukset voidaan helposti tehdä toisistaan riippumatta.
Laitetoimittajat tuovat IEC 61850 standardin mukaisia laitteita ja järjestelmiä näkyvästi esille, mutta ei voida kuitenkaan olla täysin varmoja kuinka halukkaita käyttäjät ovat siirtymään niiden käyttöön. Tähän vaikuttaa oleellisesti uusien laitteiden liitettävyys olemassa oleviin järjestelmiin sekä käyttöönoton vaivattomuus. Web-pohjaiset sovellukset saattavat kuitenkin madaltaa kynnystä siirtyä uuteen teknologiaan. IEC 61850 standardi tuo mukanaan täsmällisen tavan mallintaa suojareleiden ominaisuuksia. Standardin soveltaminen sisällön tuottamisessa todettiin mahdolliseksi ja jopa välttämättömäksi tuotteistusprosessin hallitsemiseksi. Erilaisten tuotevariaatioiden ylläpitäminen manuaalisesti ei ole käytännössä järkevää.
Yksi alkuperäisistä tavoitteista oli rakentaa sovelluksesta sellainen, että sen avulla voitaisiin korvata joko osittain tai kokonaan suojareleen asetteluun ja konfigurointiin käytettävät PC-työkalut. Ajatuksena on, että suojarele tarjoaa riittävät työkalut, joilla sen konfigurointi on mahdollista. PC-työkalujen ongelmana ovat tyypillisesti olleet erilaiset yhteensopivuusongelmat koskien suojareleiden eri sukupolvia ja toisaalta PC-ympäristöjä, joissa mm. käyttöjärjestelmien vaihtuminen on saattanut aiheuttaa ongelmia. Käyttäjän kannalta ongelmallista on PC-työkalujen määrä eli eri tuotekehitysyksiköt ovat tuottaneet erilaisia työkaluja laitteisiin, joita asennetaan samoihin kohteisiin.
Edellä asetetussa tavoitteessa on mahdollista onnistua ainakin osittain. Tämän työn tekemisen yhteydessä kävi selväksi, että jo nykyisiä Web-teknologioita hyödyntämällä on mahdollista toteuttaa hyvin monipuolisia sovelluksia, joiden käyttötuntuma saadaan hyvin lähelle ns. aitoa ohjelmaa. Työkalun yhteensopivuuden laitteen kanssa tämä toteutustapa varmistaa käytännössä aukottomasti. Varsinaiset ongelmat tulevat esille laitteiden pitkän elinkaaren kautta. On erittäin todennäköistä, että vuosien kuluessa Web-teknologiat kehittyvät edelleen ja hyvin todennäköisesti käyttäjien käsitys hyvästä käyttöliittymästä tulee muuttumaan. Käyttöliittymät kokevat jatkuvaa evoluutiota ja sellainen käyttöliittymä,
joka tuntui muutamia vuosia sitten modernilta, saattaa tänään vaikuttaa kömpelöltä ja hankalakäyttöiseltä. Asennettuihin ja käytössä oleviin tuotteisiin ei sähkölaitosmaailmassa yleensä haluta tehdä muutoksia tai päivityksiä ellei siihen ole erittäin painavia perusteita.
Laitteiden päivittäminen sähköasemalla on käytännössä erittäin hankalaa ja hidasta. Tämä johtuu siitä, että päivitettävät laitteet halutaan yleensä kytkeä turvallisuussyistä pois
aktiivisesta sähköverkon valvonnasta ja ohjauksesta.
Edellä mainittu saattaa johtaa siihen, että samalla sähköasemalla on esimerkiksi laajennusten vuoksi useita eri laitesukupolvia, jotka taas voivat sisältää erilaiset Web- käyttöliittymät. Merkittävämpi ominaisuus saattaa tulevaisuudessa olla suojareleen Web
pal veluj en liittäminen suoraan asiakkaan omiin järjestelmiin. Tämä voidaan helposti mahdollistaa XML-pohjaisilla Web-palveluilla. Työn yhteydessä toteutetun kyselytutkimuksen perusteella tätä ei vielä osata vaatia, mutta toisaalta tämän mahdollisuuden tarjoavia suojareleitä ei vielä toistaiseksi ole saatavilla. Tutkimuksen perusteella oli kuitenkin selvää, että Web-sovellusten liittäminen osaksi suojareleen toiminnallisuutta nähdään käyttäjien keskuudessa tärkeänä. Ensimmäisen sukupolven Web- sovellusten avulla tullaan hakemaan laajempaa käyttäjäkokemusta, jonka perusteella sovelluksia voidaan kehittää paremmin käyttäjien toiveita vastaaviksi.
LÄHDELUETTELO
[1] Grigsby, L.L. (2000). The Electric Power Engineering Handbook. CRC Press.
ISBN 0-8493-8578-4.
[2] Suomalaiset ABB-yhtiöt (2000). TTT - Teknisiä Tietoja ja Taulukoita. 9. painos.
ABB, 626 s. ISBN 951-99366-0-2.
[3] Mörsky, J. (1992). Relesuojaustekniikka. Otatieto Oy, 459 s.
ISBN 951-672-143-5.
[4] Brand, K.P., Lohmann, V., Wimmer, W. (2003). Substation Automation
Handbook. Utility Automation Consulting Lohmann, 397 s. ISBD 3-85758-951-5.
[5] Stallings, W. (2001). Operating systems, internals and design principles. 4th edition. Prentice Hall, 777 s. ISBN 0-13-031999-6.
[6] Koskinen, J. (1999). Mikrotietokonetekniikka - sulautetut järjestelmät. Otava, 310 s. ISBN 9511142682.
[7] Stoor, Anders (2005). Henkilökohtainen tiedonanto/keskustelu 5/2005 [8] IEC (2003). Technical report, IEC TR 61850-1, Ist edition 2003-04,
Communication networks and systems in substation Part 1 : Introduction and overview. 44 s. Referenssinumero IEC/TR 61850-1:2003(E).
[9] Schwarz, K. (2005). IEC 61850 The basis for many standards. Julkaistu: PRAXIS Profiline (2005), IEC 61850, Edition July 2005, English/German, 116 s. ISBN 3- 8259-1931-5.
[10] IEC (2003). International standard, IEC 61850-7-1, Ist edition 2003-07, Communication networks and systems in substations Part 7-1: Basic
communication structure for substation and feeder equipment - Principles and models. 110 s. Referensinumero: IEC 61850-7-1:2003(E).
[11] IEC (2003). International standard, IEC 61850-5, 1st edition 2003-07,
Communication networks and systems in substations Part 5: Communication requirements for functions and device models. 131s. Referenssinumero: IEC 61850-5:2003(E).
[12] IEC (2003). International standard, IEC 61850-7-2, 1st edition 2003-05, Communication networks and systems in substations Part 7-2: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Abstract
communication service interface (ACSI). 178 s. Referenssinumero : IEC 61850-7- 2:2003(E).
[13] IEC (2003). International standard, IEC 61850-7-4, 1st edition 2003-05, Communication networks and systems in substations Part 7-4: Basic
communication structure for substation and feeder equipment - Compatible logical node classes and data classes. 104 s. Referenssinumero : IEC 61850-7- 4:2003(E).
[14] Scwarz, K. (2004), IEC 61850 and UCA™ 2.0, Internet lähde (viitattu 19.11.2005): www.nettedautomation.com/download/ Comparison-UCA- 61850_Rl-2_2004-09-08.pdf. 2 s.
[15] IEC (2004). International standard, IEC 61850-8-1, 1st edition 2004-05, Communication networks and systems in substations Part 8-1: Specific
Communication Service Mapping (SCSM) - Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3. 140 s. Referenssinumero : IEC 61850-8-1:2004(E).
[16] IEC (2004). International standard, IEC 61850-6, Ist edition 2004-03, Communication networks and systems in substations Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs.
150 s. Referenssinumero: IEC 61850-6:2004(E).
[17] Comer, D. E., (2000). Internetworking with TCP/IP, principles, protocols and architectures. 4th edition. Prentice Hall, 750 s. ISBN 0-13-018380-6.
[18] Fielding, R., Gettys, J., Mogul, J., Fry styk, H., Masinter. L., Leach, P., Berners- Lee, T. (1999). Hypertext Transfer Protocol — HTTP/1.1. Network Working Group RFC 2616. Internet lähde (viitattu 2.2.2006):
http://www.w3 .org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html
[19] Ragget, D., Le Hors, A., Jacobs, I. (1999). HTML 4.01 Specification, W3C Recommendation 24 December 1999. Internet lähde (viitattu 2.2.2006):
http://www.w3 .org/TR/1999/REC-html401-19991224
[20] Pemberton, S., Austin, D., Axelsson, J., Çelik, T.,Dominiak, D.,Elenbaas, H., Epperson, B., Ishikawa, M., Matsui, S., McCarron, S., Navarro, A., Peruvemba, S., Relyea, R., Schnitzenbaumer, S., Stark, P. (2002). XHTML™ 1.0 The Extensible HyperText Markup Language (Second Edition) A Reformulation of HTML 4 in XML 1.0 W3C Recommendation 26 January 2000, revised 1 August 2002. Internet lähde (viitattu 2.2.2006): http://www.w3.org/TR/xhtmll/
[21] Bos, B., Çelik, Т., Hickson, I., Håkon, W. L. (2005). Cascading Style Sheets, level 2, revision 1. CSS 2.1 Specification. W3C Working Draft 13 June 2005. Internet lähde (viitattu 12.3.2006): http://www.w3.org/TR/2005/WD-CSS21-20050613 [22] Quin, L. (2006). The Extensible Stylesheet Language Family (XSL). Internet lähde
(viitattu 13.3.2006): http://www.w3.org/Style/XSL
[23] ECMA (1999). ECMAScript Language Specification. Standard ECMA-262 3rd Edition - December 1999. Saatavilla internetistä: http://www.ecma-
intemational.org
[24] Crane, D., Pascarello, E., James, D. (2006). Ajax in action. Manning Publications Co., 650 s. ISBN 1-932394-61-3.
[25] Mozilla developer center (2006). AJAX:Getting Started. Internet lähde (viitattu 13.3.2006) : http://developer.mozilla.Org/en/docs/AJAX:Getting_Started
[26] Le Hors, A., Le Hégaret, P., Wood, L., Nicol, G., Robie, J., Champion, M., Byrne, S. (2004). Document Object Model (DOM) Level 3 Core Specification Version 1.0. W3C Recommendation 07 April 2004. Internet lähde (viitattu 12.3.2006):
http://www.w3.org/TR/2004/REC-DOM-Level-3-Core-20040407
[27] Booth, D., Liu, C. K. (2006). Web Services Description Language (WSDL) Version 2.0 Part 0: Primer. W3C Candidate Recommendation 6 January 2006.
Internet lähde (viitattu 13.3.2006): http://www.w3.org/TR/wsdl20-primer [28] Boyer, J. M., Landwehr, D., Merrick, R., Raman, T. V. (2005). XForms 1.0
(Second edition). W3C Proposed Edited Recommendation 6 October 2005.
Internet lähde (viitattu 12.3.2006): http://www.w3.org/TR/2005/PER-xforms- 20051006
[29] Manola, F., Miller, E., McBride, B. (2004). RDF Primer. W3C Recommendation 10 February 2004. Internet lähde (viitattu 12.3.2006): http://www.w3.org/TR/rdf- primer
[30] McGuinness, D. L., van Harmelen, F. (2004). OWL Web Ontology Language Overview. W3C Recommendation 10 February 2004. Internet lähde (viitattu 12.3.2006) : http://www.w3.Org/TR/2004/REC-owl-features-20040210
[31] Cleveland, F. (2005). IEC TC57 Security Standards for the Power System's Information Infrastructure - Beyond Simple Encryption. Xanthus Consulting International, 21 s. Saatavilla internetistä:
http://xanthus-consulting. com/index .html.
[32] Berners-Lee, T., Fielding, R., Fry styk, H. (1996). Hypertext Transfer Protocol- HTTP/1.0. Network Working Group RFC 1945. Internet lähde (viitattu
28.2.2006): http://www.w3.org/Protocols/rfcl945/rfcl945. 59 s.
[33] Von Hoff, T. P., Crevatin, M. (2003). HTTP Digest Authentication in Embedded Automation Systems. 8 s. IEEE julkaisu 0-7803-7937-3/03.
[34] Bangemann, T., Wollschlaeger, M. (2004). Maintenance portals in automation networks - Requirements, structures and mode for Web-based solutions. 7 s. IEEE julkaisu 0-7803-8734-1/04.
[35] Geyer, F., Krumsiek, D., Wilzeck, R., Wollschlaeger, M. (2003). XML-based description model of a Web portal for maintenance of machines and systems. 8 s.
IEEE julkaisu 0-7803-7937-3/03.
[36] Albrecht, H., Grosse-Plankermann, H. (2004). An Infrastructure for browser- locared applications in industrial automation. 4 s. IEEE julkaisu 0-7803-8734- 1/04.
[37] Rosada, M., Watanabe, H., I to, T., Sameda, Y., Minami, Y., Saito, M., Maruyama, S. (2002). Integrated substation systems - harmonizing primary equipment with control and protection systems. 6 s. IEEE julkaisu 0-7803-7525-4/02.
[38] Lacroix, É., St-Denis, R. (2003). Web Technologies in Support of Virtual Manufacturing Environments. 7 s. IEEE julkaisu 0-7803-7937-3/03.
[39] ABB Oy Distribution Automation/Marketing Programs & VaasaEmg (2005).
Marketing Survey on IED Web Interface Functionality. Julkaisematon markkinatutkimus. 16 s.
[40] Hirsjärvi, S., Remes, P., Sajavaara, P. (2000). Tutkija kirjoita. 6. uudistettu laitos.
Kustannusosakeyhtiö Tammi, 430 s. ISBN 951-26-4618-8.
[41] ABB Oy (2004). REF54_, REM54_ Kone- ja kennoterminaalit käyttöohje. Versio C. 31 s. 1MRS750989-MUM.
LIITE 1 : Kyselytutkimuksessa esitetyt kysymykset
In your opinion, how important is it to your customers that the IED provides Web interface functionality within the next two years?
[ ] Not important [ ] Quite important [ ] Very important [ ] Cannot say
In your opinion, how important to your customers are the following functionalities in IED Web interface ?
Not Quite Very Cannot
important important important say
Monitoring of IED [ ] [] [ ] [ ]
Monitoring of process data [ ] [ ] [ ] [ ]
Monitoring of events and alarms [] [ ] [] [ ]
Control of primary equipment (e.g. Breaker, switches)
[] [] [] [ ]
Setting of IED parameters (e.g.
Date, time, IP address)
[ ] [ ] [ ] []
Setting of process object parameters (e.g. protection
Web-pages and views that can be customized by users (e.g. user
[] [ ] [ ] [ ]
defined texts)
In your opinion, how important to end-customers is it that IED Web interface...
Not Quite Very Cannot
important important important say ...identifies the user when
reconnecting to IED.
[] [ ] [ ] []
...should not write on the user's computer.
[] [ ] [ ] [ ]
Are there any other functionalities, that customers think should be provided with the IED Web interface?
What type of a user-level structure should the IED Web interface have (in customers opinion)?
[ ] Read only, Engineering (relay setting), Operator & Administrator [ ] Engineering (relay setting), Operator & Administrator
[ ] Operator & Admininistrator
[ ] Engineering (relay setting) & Administrator [ ] Read only & Administrator
[ ] No user levels (Only one level with full rights)
Which of the following IED Web interface features is most important in your customers opinion?
[ ] Web-services use advanced graphics and functionalities, but the IED Web interface works with only with one or two web-browsers.
[ ] Web-services have a more traditional user-interface with less functionality, but works well with most of the common web-browsers.
[ ] Does not matter
Do you think that customers want to use IED Web interface only as a browser application or do they want to integrate it to their other systems (e.g. move data from the IED to other softwares they use in their operation)?
[ ] Yes [ ] No
[ ] Cannot say
Do you see any risks associated with web-based usage in protection and control IED? If yes, please specify.
Here we want to ask you something about how the IED information should be handled and presented.
For example:
The IEC 61850 standard defines, among other things how the data is modelled and structured. The IED Web interface can be adapted to follow the modelling and structures of the IEC 61850 standard.
Is the IEC 61850 data model clear enough to display IED information?
[ ] Yes [ ] No
[ ] Cannot say
Are you planning to sell IEC 61850 compliant devices and/or systems within the next two years?
[ ] Yes [ ] Maybe [ ] Cannot say
With the last questions we would like to have your views on what kind of PC- environments your customers are commonly using.
What do you see as the most common operating system used by your customers within the next two years?
[ ] Microsoft Windows [ ] Linux
[ ] Mac OS [ ] Other, what?
What do you see as the most common browser software used by your customers within the next two years?
[ ] Internet Explorer [ ] Netscape
[ ] Opera [ ] Firefox [ ] Other, what?
If you have any additional comments on the IED web interface, please write them here.
LIITE 2: HTTP-palvelinohjelimistöjen ominaisuuksien vertailua
Seuraavat tiedot on kerätty tuotteiden myyntiedustajien toimittamasta materiaalista sekä kyseisten tuotteiden WWW-sivuilta.
• Intemihce NicheStack HTTP S erver (WebPort) http://www.iniche.com
• Allegro Software RomPager http://www.allegrosoft.com
• Quadros Systems Inc. RTXC Quadnet HTTP server http://www.quadros.com
• mbedthis AppWeb HTTP server http://www.mbedthis.com
• Go Ahead Webserver http://www.goahead.com
Taulukko 1 HTTP-palvelinohjelmistojen vertailutaulukko.
Interniche Allegro Quadros mbedthis GoAhead
Protokollat
HTTP 1.0 on on on on on
HTTP 1.1 on on osittain on osittain
server push on on on
istunnon hallinta on on on ohjeistettu
Tietoturva v
RFC1945 on on on on on
RFC2069 on on on on
SSL v30 v30 (saatavilla) v30 v30
IP suodatus on
käyttäjien hallinta on on
Resurssit
ohjelmamuisti 181 Slvü)ëft
osuutta)
30 kB 110 kB 60- 120 kB
käyttö/data muisti 3 - 5 k B/HTTP
pyyntö
• RFC 1945, Basic Authentication
• RFC2069, Digest Access Authentication
LIITE 3: IEC 61850 standardin osat.
IEC numero: Nimi :
IEC TR 61850-1 Part 1 : Introduction and overview IEC TS 61850-2 Part 2: Glossary
IEC 61850-3 Part 3 : General requirements
IEC 61850-4 Part 4: System and project management
IEC 61850-5 Part 5: Communication requirements for functions and device models
IEC 61850-6 Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs
IEC 61850-7-1 Part 7-1: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Principles and models
IEC 61850-7-2 Part 7-2: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Abstract communication service interface (AC SI) IEC 61850-7-3 Part 7-3: Basic communication structure for substation and feeder
equipment - Common data classes
IEC 61850-7-4 Part 7-4: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Compatible logical node classes and data classes IEC 61850-8-1 Part 81: Specific communication service mapping (SCSM)
-Mappings to MMS (ISO/IEC9506-1 and ISO/IEC 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3
IEC 61850-9-1 Part 91: Specific communication service mapping (SCSM) -Sampled values over serial unidirectional multidrop point to point link
IEC 61850-9-2 Part 92: Specific communication service mapping (SCSM) -Sampled values over ISO/IEC 8802-3 2
IEC 61850-10 Part 10: Conformance testing