9 dersten 4.

Telemetri: Yoklama, İstisna ile Raporlama & Ölü Bant

Bir trafo merkezindeki sensör bir gerilimi saniyede birçok kez ölçebilir, ama kontrol odasına giden bağlantı bunun yalnızca küçük bir kısmını taşır. Gönderilen her değer bant genişliğine ve enerjiye mal olur, alınan her değer de operatörün biraz dikkatine; bu yüzden telemetri tasarımının büyük bir kısmı, hangi ölçümlerin gönderilmeye değer olduğuna ve ne zaman gönderileceğine karar vermektir. Klasik SCADA protokolleri buna üç fikirle yanıt verir: yoklama, istisna ile raporlama ve ölü bant.

Yoklama: master sorar

DNP3 protokolü kontrol merkezindeki bilgisayara master, sahadaki cihaza outstation der. Master, outstation'ın değerlerinin kendi kopyasını tutar ve bu kopyayı güncel tutmanın en basit yolu sormaktır: bir istek gönderir, outstation da veri tabanının içeriğiyle yanıt verir. DNP3 başlangıç kılavuzu (primer) buna yoklama (polling) der.

Yoklama basit ve öngörülebilirdir. Her nokta master'ın seçtiği bir hızda yenilenir ve gelmeyen bir yanıt başlı başına bir bilgidir: cihazda ya da bağlantıda bir sorun vardır. Bedeli ise trafiğin, bir şeyin değişip değişmediğine değil, kaç noktanın ne sıklıkla yoklandığına bağlı olması ve bir değişikliğin ancak bir sonraki yoklamada fark edilmesidir.

İstisna ile raporlama: yalnızca değişen

Çoğu zaman, ölçümlerin çoğu önem taşıyacak biçimde değişmez. İstisna ile raporlama (report by exception) bundan yararlanır: outstation her değeri en son raporladığıyla karşılaştırır ve yalnızca bir şey olduğunda bir olay kaydeder. Bir kesici için olay, durum değişikliğidir. Gerilim gibi bir analog değer için DNP3 primer'i olayı, noktanın yapılandırılmış ölü bandından daha fazla değişim olarak tanımlar ve olay türleri arasında bir eşiği aşan değerleri de sayar. Bir noktanın, değişimden farklı olarak, o anki değerine statik veri denir.

Master bu durumda zamanının çoğunu kısa ve çoğu zaman boş olan olayları yoklamakla geçirir ve statik veriyi yalnızca ara sıra, bir bütünlük önlemi olarak ister. Primer'e göre master bu şekilde daha hızlı güncellenir, çünkü yoklamalar arasında az olay birikmiştir ve bu yüzden geri dönmesi gereken veri azdır.

Ölü bant: ne kadar büyük bir değişiklik raporlanmaya değer?

Bir gerilim değeri yalnızca ölçüm gürültüsüyle bile biraz oynar. Outstation her oynamayı raporlasaydı, istisna ile raporlama kılık değiştirmiş bir yoklamadan ibaret olurdu. Bir ölü bant δ eşiği belirler: sensör yeni bir değeri yalnızca, en son gönderdiği değerden en az δ kadar uzaklaştığında gönderir. Araştırma literatürü aynı kurala send-on-delta der.

Kuralın temiz bir özelliği var. Her mesajı anında ileten bir bağlantıda, kontrol merkezinin tuttuğu değer her örnekte sensörün en son ölçümünden δ'dan daha az uzaktadır (gerçek gerilimden değil ölçümden; çünkü gürültü içeride kalır). Ters gitmesinin de iki yolu var. δ gürültüden küçükse sensör kendi gürültüsünü raporlar ve tasarruf ortadan kalkar. δ büyükse, δ'dan küçük kalan yavaş bir değişim ne kadar sürerse sürsün hiçbir mesaj tetiklemez. Bu yüzden ölü bant, sinyalin büyüklüğüne ve üzerindeki gürültüye uygun olarak nokta başına ayarlanır.

Sessizlik belirsiz olduğunda

İstisna ile raporlamanın kör bir noktası vardır. Mesaj gelmemesi hiçbir şeyin değişmediği, bir mesajın kaybolduğu ya da sensörün bozulduğu anlamına gelebilir ve kontrol odası hangisi olduğunu ayırt edemez. Bir gerilim çukurunu bildiren tek mesaj kaybolursa, operatörün görüntüsü başka bir şey olana kadar normal kalır.

Olağan çare, bütün görüntünün ara sıra kontrol edilmesidir. DNP3'te master arada bir statik veriyi ister; primer'in anlattığı bütünlük önlemi budur (uygulamada buna bütünlük yoklaması, integrity poll denir). Gönderici bunu kendi başına da yapabilir: belirli bir süre sessiz kaldığında mevcut değeri yeniden gönderir. Bu ders ve Sense Lab buna heartbeat der. Her iki durumda da birkaç ek mesaja mal olur ve kontrol odasının ne kadar süre yanlış kalabileceğine bir sınır koyar.

İstek dışı raporlar: yoklamayı beklemeden

İki yoklama arasında bir değişiklik öylece bekler. Bir DNP3 outstation'ı bunun yerine sorulmadan, kendiliğinden bir yanıt gönderebilir; buna istek dışı yanıt (unsolicited response) denir. Her outstation bunu yapamaz. Master'ın bir değişikliği mümkün olan en kısa sürede duyması gereken sistemlere uygundur, ancak primer bu tür kendiliğinden iletimlerin genel olarak seyrek olması gerektiğini söyler: aksi halde ortam için çok fazla çekişme olur ve erişimi yoklamayla denetlemek daha iyi bir seçimdir.

Yoklama (polling)

Master, değişip değişmediklerine bakmadan, kendi seçtiği bir hızla outstation'dan değer ister.

Statik veri

Master outstation'ın bütün veri tabanını istediğinde dönen, bir noktanın o anki değeri.

Olay

Raporlanmaya değer bir değişiklik: bir durum değişikliği ya da ölü bandından daha fazla hareket etmiş bir analog değer.

Ölü bant (send-on-delta eşiği)

Bir analog değerin yeniden raporlanmadan önce, en son raporlanan değerden ne kadar uzaklaşması gerektiği.

Bütünlük yoklaması (integrity poll)

Master'ın görüntüsünün eksiksiz olduğunu doğrulamak için bütün noktaların statik verisinin ara sıra istenmesi.

Heartbeat

Sessizlik sonsuza kadar sürmesin diye, belirli bir sessizlik süresinden sonra yeniden gönderilen mevcut değer.

İstek dışı yanıt (unsolicited response)

Outstation'ın yoklanmayı beklemeden kendi inisiyatifiyle gönderdiği rapor.

Hangi kuralın doğru olduğu göreve bağlıdır

Alıcının veriyle ne yapması gerektiği, neyin göndermeye değer olduğunu belirler. Bir trend ekranı ya da bir durum kestirimcisi değerlerin düzenli bir görüntüsüne ihtiyaç duyar. Bir alarmın yalnızca bir sınırın aşıldığını bilmesi yeterlidir. Değer bir seviyeyi geçtiğinde mesaj gönderen bir kural, yani seviye geçişi örneklemenin (level-crossing sampling) arkasındaki fikir, çok az mesaja ihtiyaç duyar ama alıcıyı aradaki sinyal hakkında zayıf bir görüntüyle bırakır. Bir zamanlayıcı düzenli bir görüntü verir ama iki örnek arasına düşen kısa bir olayı kaçırabilir. Hiçbiri genel olarak daha iyi değildir: adil bir karşılaştırma mesaj sayısını ve bağlantıyı sabitler, sonra her kuralın alıcıya neyi bildirdiğine bakar.

Bunun SCADA'nın ötesinde neden önemli olduğu

Bir akıllı şebeke çok daha fazla algılama noktası ekler: akıllı sayaçlar, Fazör Ölçüm Üniteleri, invertörler ve diğer DER kontrolörleri; hepsi sınırlı kapasiteli ağlar üzerinden raporlar. Hepsi aynı seçimi yapmaz. Bir PMU, bu rotadaki PMU dersinin anlattığı gibi, zaman damgalı fazörleri sabit bir raporlama hızıyla yayınlar; bilinçli seçilmiş düzenli bir görüntü. Diğer noktalar ise istisna ile raporlamaya uygundur. Veri hızı, gecikme ve güvenilirlik gereksinimleri akıllı şebeke uygulamaları arasında çok farklıdır; bu yüzden kopyalanacak tek bir raporlama stratejisi yoktur. Bu, kaybolan ve geç gelen mesajların maliyeti göz önünde tutularak uygulama başına verilen bir tasarım kararıdır.