IndustrialIT et CEI 61850

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Revue ABB
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Le secteur de l’électrotechnique ne cesse d’élaborer de nouvelles normes internationales indispensables,
voire incontournables, pour les activités d’ABB aux quatre coins de la planète. Or ces normes sont toujours
un compromis visant la satisfaction tant des fournisseurs que des clients. De plus, elles ont chacune leur
domaine d’application privilégié.
ABB, de son côté, s’efforce de développer en permanence des concepts pointus, tels IndustrialIT, pour
permettre à ses clients de tous horizons d’améliorer leur position concurrentielle et de maximiser
leurs bénéfices. Ce constat soulève une question: quelle est l’interaction entre la normalisation inter-
nationale et les concepts innovants du Groupe ABB? Applicable à l’automatisation des postes électriques,
la nouvelle norme de communication CEI 61850, conforme au concept IndustrialIT d’ABB, apporte une
réponse à la fois claire et prometteuse.
Les postes électriques sont les pièces maîtresses d’un réseau. Situés au
carrefour des flux d’énergie, ils garan-
tissent l’accès du réseau par le système
de conduite et de supervision, et
concentrent la majorité des équipe-
ments de protection. Cette richesse
fonctionnelle explique l’architecture
plus ou moins distribuée d’un système
d’automatisation de postes et le rôle
primordial de la fiabilité dans la gestion
performante du système électrique.
IndustrialIT et CEI 61850:
l’union fait la norme
Lars Andersson, Klaus-Peter Brand, Petra Reinhardt

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3/2003
Traditionnellement, un système d’auto-
matisation de postes électriques se divi-
se en trois niveaux: poste, tranche et
procédé ( ). L’interface avec le pro-
cédé peut être réalisée par câblage clas-
sique en fil à fil ou liaisons série.
L’importance de la communication
dans les postes électriques
La communication est la base de l’auto-
matisation des postes électriques. La
création d’une nouvelle norme dédiée,
la CEI 61850 [1], est donc un fait mar-
quant et ABB a joué un rôle majeur
dans son élaboration. Son principal
objectif est l’interopérabilité, c’est-à-dire
la possibilité pour au moins deux équi-
pements électroniques intelligents
(IED), mono ou multifournisseurs,
d’échanger et d’exploiter des informa-
tions garantissant leur bon fonctionne-
ment, en autonome ou en commun.
Cette finalité impose à l’évidence certai-
nes contraintes à la conception et à
l’ingénierie du système. Mais ABB s’est
lancé un défi encore plus ambitieux:
associer la norme à son engagement de
1
conformité de tous ses systèmes avec le
concept IndustrialIT [2].
La CEI 61850 et l’initiative IndustrialIT
sont l’aboutissement d’une réflexion
poussée sur les nouvelles tendances de
l’automatisation industrielle. Pour bien
saisir leur signification en matière d’auto-
matisation
de postes
électriques,
voici un
tour d’hori-
zon de leurs
caractéris-
tiques réci-
proques.
CEI 61850: une nouvelle
norme pour de nouveaux besoins
de communication
Un des points forts de la nouvelle nor-
me est la dissociation de l’application
et de la communication au moyen
d’une interface abstraite . Un modèle
d’équipement et de données, orienté
objet et spécifique au domaine, décrit
2
les données applicatives et tous les
services utilisés. Les fonctions peuvent
être librement affectées aux différents
équipements .
La pile protocolaire, dérivée de tech-
niques de communication réputées, com-
prend la spécification MMS (Manufactu-
ring Messa-
ge Specifi-
cation) sur
Ethernet
TCP/IP.
Le modèle
objet est
mappé de
façon nor-
malisée sur la couche Application MMS,
tandis que les messages à temps critique
transitent directement par la couche
Liaison d’Ethernet. Des règles d’exten-
sion garantissent l’évolutivité du modèle
en fonction des besoins futurs. Un chan-
gement de technique de communication
ne nécessite qu’un nouveau mappage.
Toutes ces caractéristiques s’ajoutent
pour donner une norme pérenne,
conçue pour protéger les investissements
des acteurs de la filière électrique.
Un langage de configuration normalisé
Qui dit interopérabilité implique une
description normalisée de la topologie
de la communication et son adaptation
à la structure du poste. La solution rési-
de dans un langage descriptif de la
configuration du poste ou SCL (Substa-
tion Configuration description Langua-
ge), basé sur XML. Du coup, tous les
outils d’ingénierie conformes CEI 61850
«parlant» ce même langage sont aussi
interopérables.
Un bus commun
La CEI 61850 ne fait pas la distinction
entre le bus procédé (process bus)
acheminant les mesures échantillonnées
par les capteurs de tension et de cou-
rant, et le bus poste (station bus) qui
véhicule événements, fichiers et com-
mandes. Ces deux fonctionnalités peu-
vent emprunter un même réseau phy-
sique, sur un bus commun. Pour des
raisons de performances et de mainte-
nance, le choix de réseaux physiques
distincts pour les bus poste et procédé
revient à l’exploitant.
4
3
Les trois niveaux de l’automatisation des postes électriques
1
to network level
Bay level
Station level
Station or
interbay bus
Process bus
Process level
Station
gateway
HMI
Station
computer
Process interface
Switchgear
Control Protection Protection
& control Control Protection
Process interface Process interface
La CEI 61850 et l’initiative
IndustrialIT sont l’aboutissement
d’une réflexion poussée sur
les nouvelles tendances
de l’automatisation industrielle.

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L’automatisation des postes électriques
normalisée CEI 61850
Le contrôle-commande des postes élec-
triques a toujours été hiérarchisé en
trois niveaux: poste, tranche et procé-
dé. Les échanges sont donc verticaux
et font la part belle à l’architecture
client-serveur. Une communication
d’égal à égal pour des fonctions auto-
matiques comme le verrouillage sont
assurées par des messages GOOSE
(Generic Object Oriented Substation
Events). Les échantillons analogiques
synchrones de tension et de courant
sont transmis de façon cyclique. La
nouvelle norme CEI 61850 gère toutes
ces caractéristiques de transmission, à
tous les niveaux du poste.
IndustrialIT : une nouvelle vision de
l’automatisation
La révolution des technologies de l’infor-
mation a généré d’énormes quantités de
données en constante progression. Ces
données ont bien sûr un intérêt variable
selon l’utilisateur. Celles provenant, par
exemple, d’un système d’automatisation
de postes ne sont pas seulement utiles à
la télécommande, mais aussi à la gestion
économique des actifs.
ABB fournit des systèmes d’automatisa-
tion à tous les secteurs industriels.
L’interconnexion de ces équipements
est déjà un défi en soi, mais le problè-
me se corse quand, par exemple, un
système de contrôle-commande de
réseau ABB est relié à un ERP SAP. Le
point de vue du client est clair: il lui
faut une communication transparente de
bout en bout, de l’exploitation temps
réel à l’informatique de gestion.
Cet impératif exige une bonne modéli-
sation objet et un consensus sur l’infra-
structure de communication qui, dans
IndustrialIT, repose sur MMS et TCP/IP.
Plusieurs bus de terrain orientés cap-
teurs, E/S déportées… sont aussi pris
en compte .
L’architecture objets d’ABB
Tous les actifs du réseau (disjoncteurs,
moteurs…) sont modélisés dans Indus-
trialIT sous la forme d’objets et de
caractéristiques ou «aspects» regroupant
l’ensemble des informations requises
5
2
pour gérer ces entités réelles. L’architec-
ture IndustrialIT utilise la plate-forme
d’intégration commune AIP (Aspect Inte-
grator Platform) autorisant les échanges
temps réel entre équipements. Celle-ci
fournit l’environnement exécutif des
applications certifiées IndustrialIT et
assure l’intégration des systèmes
d’aspects et des outils de connectivité.
Trois structures
Pour garder la trace de tous les objets
constituant le site et le procédé, à divers
niveaux de détail, IndustrialIT les organi-
se en «structures» qui sont fonction, par
exemple, du déroulement logique du
procédé, de l’agencement physique du
site ou du système de contrôle-comman-
de. On distingue ainsi trois types de
structure:
La structure fonctionnelle indique
l’endroit d’un objet donné dans une
optique fonctionnelle.
La structure géographique repère
l’emplacement physique d’un objet.
La structure de contrôle-commande
localise une fonction logicielle ou un
matériel dans le système de contrôle-
commande.
Des structures spécifiques à l’utilisateur
peuvent facilement compléter ce trio.
Quatre niveaux de certification
ABB a mis en place un programme
de certification IndustrialIT Enabled à
quatre niveaux (0 à 3), chacun d’eux
s’appuyant sur le précédent pour appor-
ter un «plus». Les installations existantes
peuvent ainsi gravir progressivement les
échelons de la certification IndustrialIT :
Niveau 0 – Information: les produits
certifiés à ce niveau sont dotés d’aspects
de base sous forme électronique:
caractéristiques techniques, schémas,
manuels, classification produit,
codage…
Niveau 1 – Connectivité: les produits
certifiés «niveau 1» peuvent se raccorder
Cloisonnement application/communication: l’approche CEI 61850 (à gauche) et celle
de l’IndustrialIT d’ABB (droite)
2
Application
Objects services
Aspect
Object model
IEC 61850
SA
domain
Abstract comm. services interface Aspect framework interface
ABB
IIT
domain
SCSM
Stack interface
SA events
U,I samples
MMS
TCP/IP
Stack specific mapping Connector/OPC
Ethernet
Field
buses
MMS
TCP/IP
Ethernet

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à d’autres produits IndustrialIT et échan-
ger des données élémentaires.
Niveau 2 – Intégration: les produits
de ce niveau peuvent échanger des
informations plus pointues (état, mainte-
nance…) avec d’autres équipements.
Niveau 3 – Optimisation: les produits
de niveau 3 possèdent des aspects évo-
lués pouvant interagir avec d’autres
constituants pour optimiser leur système
d’accueil.
Cette certification IndustrialIT garantit
l’accès à toutes les informations requises
de même que l’intégration transparente
aux systèmes.
IndustrialIT et CEI 61850 font bon
ménage
Pour comprendre comment la CEI 61850
et IndustrialIT s’accordent parfaitement
dans le domaine de l’automatisation des
postes électriques d’ABB, il est bon de
comparer leurs principes fondamentaux:
types d’équipements, caractéristiques de
transmission, modèle objet, informations
techniques et règles de certification.
Le réseau de communication défini par
la CEI 61850 est un réseau local perfor-
mant doté de toutes les fonctionnalités
d’un réseau de contrôle-commande
IndustrialIT. Dans une optique compara-
tive, on peut dire que la CEI 61850 est
un réseau de contrôle-commande certi-
fié IndustrialIT. Mieux, tous les appareils
ABB du système d’automatisation de
postes répondent aux exigences de
l’interopérabilité CEI 61850 et de la
certification IndustrialIT de niveau 3.
Types d’équipements
Les appareils de protection, de conduite
et de surveillance déployés dans l’auto-
matisation de postes s’apparentent
beaucoup aux équipements du réseau
de contrôle-commande IndustrialIT. De
nos jours, les systèmes de protection
distribués, comme la protection de jeux
de barres, tendent à être regroupés en
un seul équipement du réseau de
contrôle-commande. Il sera bientôt pos-
sible de fédérer chaque constituant du
système, grâce à la norme CEI 61850, en
Modèle de données et d’équipement de la CEI 61850
3
Common
Physical device (server)
Logical device
Logical node
Data (object)
Attribute
Common
LLN0
Nameplate
Vendor
etc
Control
Switch control
Position
Control value
Status value
Protection
Overcurrent
Start/pick-up
Operate/trip
LLN0
LLN0
Pos ctlVal stVal
Control
CSWI
LLN0
Str Op
Protection
PTOC

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un seul appareil du réseau de contrôle-
commande spécifique.
Infrastructure et services de
communication
IndustrialIT hiérarchise ses réseaux de
communication en bus de terrain, réseau
d’atelier, réseau de contrôle-commande
et réseau serveur. La communication
CEI 61850, pour sa part, peut se définir
comme un réseau à deux niveaux, pro-
cédé et poste. Ces deux approches per-
mettent de combiner ces réseaux: par
exemple, les réseaux contrôle-comman-
de et serveur IndustrialIT peuvent consti-
tuer le même réseau local physique tout
comme les réseaux de niveau poste et
procédé CEI 61850 peuvent constituer le
même réseau reliant le poste complet.
(A noter que la norme stipulant l’inter-
opérabilité du poste complet, elle ne
définit en aucun cas l’intégration des bus
de terrain.)
Les architectures de communication de
la CEI 61850 et du réseau de contrôle-
commande IndustrialIT sont donc en
phase. Les piles, identiques jusqu’à la
couche 7, sont toutes deux basées sur
Ethernet TCP/IP et coiffées par MMS.
La pile supplémentaire de la CEI 61850,
réduite, accédant directement à la cou-
che liaison d’Ethernet, sert à l’accès
temps réel aux mesures analogiques
échantillonnées et aux événements sur-
venant dans tout le système. Pour des
raisons de performances, ces données
ne peuvent transiter par les outils logi-
ciels Aspect Framework d’ABB. Si l’inté-
grateur AIP
en a be-
soin, elles
doivent
être collec-
tées et
rendues
accessibles
par un
équipe-
ment du
réseau de contrôle-commande pour être
ensuite transférées à AIP sous forme de
données brutes.
Au-dessus de la couche 7, une interface
abstraite et une couche d’adaptation se
chargent de dissocier la communication
de l’application. Dans la CEI 61850,
cette interface s’appelle ACSI (Abstract
Communications Services Interface) et
la couche d’adaptation SCSM (Specific
Communication Services Mapping).
Côté IndustrialIT, il s’agit de l’interface
Aspect Framework tandis que la couche
d’adaptation correspond au serveur
OPC (OLE for Process Control). Ces
interfaces offrent deux garanties: les
modifica-
tions
et/ou
ajouts
concer-
nant la
communi-
cation
n’auront
pas d’effet
sur les
applications; la CEI 61850 et la commu-
nication IndustrialIT sont bien intégrées.
Modélisation objet de l’application
La CEI 61850 définit un modèle applica-
tif constitué d’équipements physiques,
La solution née de la convergence
CEI 61850-IndustrialIT offre des
avantages manifestes pour
l’intégration du système dans
l’automatisation de postes.
Réseaux séparés ou communs pour le bus procedé et le bus poste.
4
Control center HMI
Gateway
Switches Switch
Switches
Bay 1 Bay n
Actuator Sensor Actuator Sensor
Switches
Bay
controller
Bay
protection
Bay
controller
Bay
protection
Actuator Sensor Actuator Sensor
Control center HMI
Gateway
Bay 1 Bay n
Bay
controller
Bay
protection
Bay
controller
Bay
protection