El mensaje de valores muestreados de IEC 61850-9-2 lleva una o varias unidades de datos (ASDU) dentro de una trama Ethernet. Cada ASDU trae el identificador del flujo, el contador de muestra (smpCnt), la revisión de configuración (confRev), la bandera de sincronización, la tasa de muestreo y las muestras del conjunto de datos. Un bloque de control, multicast o unicast, define qué se envía, cuándo se habilita y qué campos opcionales incluye. La parte 9-1 hace lo mismo sobre un enlace serie.
Qué dice la norma y para qué sirve
La parte 7-2 de IEC 61850 define de forma abstracta cómo se transmiten los valores muestreados: un publicador toma muestras de corrientes y tensiones, las coloca en un búfer y la red las entrega a uno o varios suscriptores. Las partes 9-1 y 9-2 explican cómo se codifica ese búfer en una trama real. Esta guía describe el formato del mensaje y su bloque de control, según la edición 1 (2003 y 2004). No repite el perfil de implementación 9-2LE ni la arquitectura de bus de proceso, que están en la guía de valores muestreados y en la de unidad de fusión.
Conocer el formato sirve para configurar un relé como suscriptor, interpretar una captura, diagnosticar un flujo que se pierde y comprobar en pruebas FAT/SAT que los campos coinciden con lo que declara el fabricante.
El modelo de transmisión
La parte 7-2 describe el modelo así:
- Los datos del conjunto de datos son de la clase de dato SAV (valor analógico muestreado).
- El intercambio es de publicador a suscriptor: el publicador escribe en un búfer local; el suscriptor lee de un búfer local; el sistema de comunicación actualiza los búferes.
- Cada valor lleva estampa de tiempo para que el suscriptor verifique su vigencia.
- El modelo procura que el efecto combinado de la variación en el muestreo y en la transmisión sea mínimo, de modo que haya una asignación inequívoca de muestras, tiempos y secuencia.
- El suscriptor debe poder detectar muestras perdidas. Si la red no entrega las muestras, el publicador las descarta.
Existen dos métodos: multicast, para uno a varios, y unicast, entre dos partes.
Bloque de control multicast (MSVCB)
Reside en el nodo LLN0 del dispositivo lógico y su referencia tiene la forma LD/LLN0.<nombre>. Cualquier cliente puede leer sus atributos y los clientes autorizados pueden modificarlos. En la parte 9-2 el bloque se predefine por configuración o se mapea a un objeto MMS con restricción funcional MS.
| Atributo | Función |
|---|---|
| MsvCBNam y MsvCBRef | Nombre y referencia del bloque |
| SvEna | Habilita (verdadero) o deshabilita el envío |
| MsvID | Identificador único del búfer de valores |
| DatSet | Conjunto de datos que se transmite |
| ConfRev | Contador de cambios de configuración |
| SmpRate | Muestras por periodo nominal |
| OptFlds | Campos opcionales: tiempo de refresco, muestreo sincronizado, tasa de muestreo |
Con el envío habilitado, la norma no permite cambiar atributos del bloque salvo para deshabilitarlo.
ConfRev. Cuenta los cambios: eliminar un miembro del conjunto de datos, reordenarlos, cambiar el valor de un atributo de configuración de los miembros o cambiar un atributo del bloque. Se incrementa en cada cambio, el valor 0 queda reservado y un reinicio del IED no lo borra. Los cambios que cuentan son los hechos por medios locales, como la configuración del sistema.
SmpRate. Se expresa en muestras por periodo nominal. Esa unidad es la que usan los perfiles de implementación al definir cuántas muestras por ciclo se transmiten.
Bloque de control unicast (USVCB)
Es igual al multicast, con la sigla US como restricción funcional y un atributo más: Resv. Si un cliente lo pone en verdadero, el bloque queda reservado en exclusiva para él. Los servicios de lectura y escritura de los valores del bloque se mapean a los servicios de lectura y escritura de MMS (cliente-servidor de la parte 8-1). El envío del mensaje en sí va directo sobre la capa de enlace.
El mensaje: campos y significado
El formato abstracto de la parte 7-2 tiene los campos siguientes, que la parte 9-2 codifica con las reglas básicas de codificación de ASN.1 (BER).
| Campo | Contenido |
|---|---|
| svID | Identificador del flujo (tomado de MsvID o UsvID); debería ser único en todo el sistema |
| datSet | Referencia del conjunto de datos (opcional) |
| smpCnt | Contador de muestra, 2 octetos |
| confRev | Revisión de configuración, 4 octetos |
| refrTm | Hora de refresco del búfer (opcional) |
| smpSynch | Verdadero si el muestreo está sincronizado por una señal de reloj (por defecto falso) |
| smpRate | Tasa de muestreo, 2 octetos (opcional) |
| sample | Lista de valores de los miembros del conjunto de datos |
Los campos refrTm, smpSynch y smpRate son opcionales y se incluyen según el atributo OptFlds del bloque. La parte 9-2 aclara que, como la codificación ya los marca como opcionales, no hace falta transmitir OptFlds en sí.
smpCnt
Se incrementa cada vez que se toma una nueva muestra y se conserva el orden de las muestras. Cuando el muestreo se sincroniza con una señal de reloj, el contador vuelve a cero al llegar el pulso; la norma precisa que el valor 0 corresponde al conjunto de datos cuya muestra de corriente primaria coincide con el pulso de sincronización. Si las unidades de fusión se sincronizan con pulsos, el contador se reinicia con cada pulso. El perfil 9-2LE fija una convención concreta, descrita en la guía de valores muestreados.
Muestras y tipos de dato
Las muestras llevan la codificación de los tipos básicos de la parte 9-2: enteros en orden de bytes de mayor a menor (big endian), números de coma flotante según IEEE 754 de 32 o 64 bits, booleanos de 8 bits y estampas de tiempo de 64 bits, entre otros. Los datos de tipo cadena tienen tamaños fijos en esa tabla.
Cómo se arma la trama
Una trama de valores muestreados lleva una unidad de datos de protocolo (APDU) con:
- el número de ASDU que contiene (entre 1 y 65535);
- un campo de seguridad reservado para firma digital;
- la secuencia de ASDU.
La norma permite concatenar varios ASDU en una sola trama. El número se configura, se relaciona con la tasa de muestreo y no cambia dinámicamente, para reducir la complejidad. Cuando hay varios, el ASDU con las muestras más antiguas va primero. La frecuencia con que se transmite la trama es entonces la tasa de muestreo dividida por el número de ASDU. No se concatenan actualizaciones de varios búferes en una trama ni se segmenta una actualización en varias, porque la longitud máxima de la trama basta.
La trama se mapea directamente a la capa de enlace con Ethertype 0x88BA, etiqueta de prioridad 802.1Q y dirección multicast de destino, como se explica en la guía de la pila de comunicación. La dirección MAC, el APPID, la prioridad y el identificador de VLAN se describen en los archivos de configuración (SCL) como parámetros de dirección.
La parte 9-1: enlace serie
La parte 9-1 define el mismo servicio sobre un enlace serie unidireccional punto a punto, compatible con IEC 60044-8, entre la unidad de fusión de transformadores electrónicos y los equipos de bahía. Solo soporta el modo multicast, con el bloque de control implícito, y no soporta los servicios de lectura y escritura del bloque. Define dos conjuntos de datos: el universal, compatible con IEC 60044-8, y las indicaciones de estado. Las diferencias de codificación son que el número de ASDU y la longitud van como campos de dos octetos, que ConfRev ocupa un octeto y SmpRate un octeto, con 0 como «no definido» y de 1 a 255 muestras por ciclo; RefrTm no se mapea. En las entradas no usadas del conjunto universal se transmiten ceros con los bits de dato inválido activados. La norma deja a 9-2 los casos de mayor tasa de muestreo, comunicación entre bahías y sincronización.
Cómo se aplica
- Configuración del suscriptor: debe coincidir svID, DatSet, ConfRev y SmpRate con lo que publica la unidad de fusión; un confRev distinto indica una configuración cambiada.
- Captura y diagnóstico: el Ethertype, el svID y la continuidad de smpCnt permiten ver pérdidas y saltos; la guía de análisis con Wireshark lo muestra.
- Dimensionamiento: el ancho de banda depende de la tasa de muestreo, del número de ASDU y de las magnitudes por flujo; vea ancho de banda de SV y GOOSE.
- Pruebas FAT/SAT: se comprueban los campos del mensaje, la continuidad del contador y el comportamiento cuando se pierde la sincronización.
Qué dice IEC 61869
La tasa de muestreo y la calidad de las muestras se explican en guías propias.
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Referencias
- IEC 61850-7-2, edición 1 (2003): cláusula 16, modelo de transmisión de valores muestreados.
- IEC 61850-9-2, edición 1 (2004): cláusulas 5, 7, 8 y 10.
- IEC 61850-9-1, edición 1 (2003): cláusulas 5 y 7.
- IEC 60044-8: transformadores electrónicos de medida (citada por la parte 9-1).
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre el bloque de control multicast y el unicast?
El multicast (MSVCB) envía las muestras a varios suscriptores sin que ellos lo pidan; el unicast (USVCB) las envía a un solo suscriptor y agrega el atributo de reserva, por el cual un cliente lo toma de forma exclusiva. Ambos comparten los atributos de habilitación, identificador, conjunto de datos, revisión de configuración y tasa de muestreo.
¿Para qué sirve el contador smpCnt?
Numera cada muestra tomada, en orden. Si la toma de muestras se sincroniza por una señal externa, el contador se pone en cero con cada pulso de sincronización. Así el receptor ordena las muestras, detecta las perdidas y alinea las de distintas unidades de fusión.
¿Qué indica la revisión de configuración confRev?
Cuenta las veces que cambió la configuración del bloque de control: eliminar o reordenar miembros del conjunto de datos, cambiar un atributo de configuración de sus miembros o cambiar un atributo del bloque. Un suscriptor que ve un valor distinto al esperado sabe que el contenido ya no es el que configuró.