DLMS/COSEM – открытый протокол для обмена данными с приборами учета. Часть 1: краткий обзор

В современных приборах учета (счетчики электрической энергии, тепла, воды, газа), как правило, для передачи данных используют проприетарные протоколы. В результате чего, приборы учета разных производителей становятся несовместимыми, а это не только усложняет модернизацию систем, внедрение инноваций, но и лишает рынок систем учета энергоресурсов «свободной» конкуренции. Решением данной проблемы является применение открытых протоколов, например, протоколов, соответствующих стандарту IEC 62056 (DLMS/COSEM).

Общие сведения о стандарте IEC 62056 (DLMS/COSEM)

DLMS/COSEM это стек-ориентированный протокол базирующийся на концепциях модели OSI, регламентирующий обмен данными между приборами учета и системами сбора данных, в основе которого лежит клиент-серверная архитектура. Основополагающими спецификациями в этом стандарте являются DLMS и COSEM. Ниже приводится краткая характеристика этих спецификаций.

DLMS расшифровывается как Distribution Line Message Specification и представляет собой спецификацию прикладного уровня, которая не зависит от более низких уровней и как следствие от коммуникационных каналов. Эта спецификация была разработана для стандартизации сообщений, передаваемых по распределительным линиям. В такой нотации этот стандарт опубликован за номером IEC 61334-4-41. В последствии концепция DLMS претерпела изменения, а аббревиатура DLMS стала расшифровываться как Device Language Message Specification. Целью изменений стало обеспечение единой среды для структурного моделирования и обмена данными с приборами учета. В нынешнем виде, стандартом регламентируются: дистанционное считывание показаний с приборов учета, дистанционное управление, а также дополнительные сервисы для измерения любого вида энергоресурса (электричество, вода, газ, тепло).

COSEM расшифровывается как COmpanion Specification for Energy Metering и представляет собой спецификацию в которой отражена интерфейсная модель приборов учета, обеспечивающая представление их функциональных возможностей. Интерфейсная модель использует объектно-ориентированный подход.

В соответствии с COSEM, прибор учета представляет собой физическое устройство, состоящее из логических устройств. Каждое логическое устройство имеет уникальный идентификатор (в мировом масштабе), называемый логическим именем устройства. Информация, содержащаяся в каждом логическом устройстве, доступна посредством интерфейсных объектов. В свою очередь, доступ к интерфейсным объектам в рамках логического устройства осуществляется через объекты ассоциации. Объект ассоциации предоставляет информацию о ресурсах, имеющихся в логическом устройстве в зависимости от прав доступа.

Каждый интерфейсный объект состоит из атрибутов и методов. В атрибутах содержится информация об объекте и том функционале который он представляет. Например, для объекта, представляющего функционал «Измерение частоты электрической сети», в атрибутах будет отображаться информация о значении частоты (например, 50) и единице измерения (например, Гц). Методы, в свою очередь, позволяют изменять или просматривать значения. Например, можно сбросить значения определённых атрибутов использую метод Reset(), если таковой имеется в соответствующем интерфейсном объекте. Методы необязательно присутствуют в интерфейсных объектах.

Интерфейсные объекты, имеющие общие характеристики (одни и те же атрибуты и методы) составляют интерфейсный класс. Также справедливо и обратное, интерфейсные объекты являются экземплярами интерфейсного класса. Интерфейсный класс идентифицируется через два параметра: идентификатор класса (class_id) и версия (version). Стоит отметить что каждый интерфейсный объект, в рамках логического устройства является уникальным и однозначно идентифицирует информацию, независимым от производителя прибора учета способом, представленную этим объектом с помощью логического имени (первый атрибут любого интерфейсного объекта), идентификатора класса и его версии.

Стандарт DLMS/COSEM полностью описывается в так называемых четырех цветных книгах:

• В голубой книге описывается объектная модель COSEM прибора учета и система идентификации объекта;
• В зеленой книге описываются архитектура и протоколы;
• В желтой книге рассматриваются все вопросы касающиеся тестирования на соответствие стандарту;
• В белой книге содержится глоссарий терминов.

Эти книги доступны всем членам DLMS UA (User Association). Пользователям, которые не являются членами DLMS UA доступны выдержки из этих книг, которые можно получить здесь.

Отличие стандарта DLMS/COSEM от других стандартов обмена данными с приборами учета

Наиболее часто используемым стандартом для обмена данными с приборами учета является протокол FLAG, стандартизированный для целей учета электроэнергии как IEC 61107. Также существуют и другие, широко используемые стандарты:

• Протокол Euridis используемый в основном во Франции и ориентированный на передачу информацию по витой паре. Данный протокол стандартизован для применения в области электроэнергетики, стандарт IEC 62056-31:1999;
• Протокол MBUS для учета тепла, стандартизованный CEN TC 294 как EN1434-3:1997;
• Протокол IEC 60870-5-102:1996 для передачи суммарных интегрированных значений, стандартизированный IEC TC 57;
• Протоколы ANSI C12.18 (optical port), С12.19 (utility tables), C12.21 (communication trough telephone modems) используемые в Северной Америке.

Здесь мы не будем делать детальное сравнение стандартов, а остановимся лишь на тех основных моментах, которые позволяют стандарту DLMS/COSEM в полной мере удовлетворить потребности либерального энергетического рынка.

Во-первых, DLMS/COSEM определяет интерфейсную модель, действительную для любого типа энергоресурса (электричество, газ, вода, тепло и др.). Каждый интерфейсный объект имеет стандартизованный уникальный идентификатор, по которому идентифицируются данные. Эта модель полностью независима от тех уровней протокола, которые осуществляют транспортировку данных. Вследствие чего система, построенная на базе протокола DLMS/COSEM открыта для расширения путем добавления новых интерфейсных классов и версий без изменения сервисов обеспечивающих доступ к интерфейсным объектам, сохраняя тем самым функциональную совместимость.

Во-вторых, определения интерфейсных классов стандартизуют ряд широко используемого функционала прибора учета: регистрация потребления (электроэнергии, тепла, воды, газа), тарифное планирование (реализация многотарифных приборов учета), измерение качества электроэнергии и др. Однозначная интерпретация данных гарантируется тем, что в атрибутах интерфейсного класса используются четко определенные типы (array, structure, boolean, integer, long и др.) информация о которых, если это необходимо, передается вместе с данными.

В-третьих, DLMS/COSEM обеспечивает контролируемый и безопасный доступ к информации внутри прибора учета для различных участников рынка энергоресурсов. DLMS/COSEM определяет три уровня доступа к прибору учета, открытый доступ (none), доступ по паролю (low level) и доступ с аутентификация (high level). Кроме того, информация, передаваемая по коммуникационным линиям может быть зашифрована, это также регламентируется стандартом.

В-четвертых, поскольку интерфейсная модель полностью независима от коммуникационной среды, то можно использовать широкий выбор интерфейсов для передачи данных, не меняя при этом интерфейсную модель и механизм управления данными в системах сбора данных. На сегодняшний день поддерживаются последовательные интерфейсы и передача данных по сети Internet.

В-пятых, в отличии от более старых протоколов, где (например, в случае использования IEC 61107) на каждый новый измерительный прибор были необходимы специальные драйверы для систем сбора данных, DLMS/COSEM позволяет создавать унифицированные драйверы, посредством которых, становится возможным связываться с приборами учета разных типов от различных производителей.

Эти уникальные сочетания особенностей, недоступные в любых других протоколах, известных в настоящее время, позволяют в полной мере реализовать идею либерального энергетического рынка, сделать его конкурентным и открытым к внедрению инноваций, а также упростить модернизацию систем.

Алексей Мамаев

Ведущий инженер ЗАО "Радио и Микроэлектроника"

Первоисточник: habrahabr.ru