بروتوكولات الاتصال الدعم (سمارت غريد) و(أيوت) التكامل

التعريف بالشبكة الدولية للإحصاء 61158 ودورها في مهرجانات الذكاء والفولط

ويقتضي التطور السريع لنظم الطاقة وجود معايير اتصال قوية قادرة على سد الفجوة بين التشغيل الآلي الصناعي والنظم الإيكولوجية الرقمية الحديثة، وتشكل سلسلة بروتوكولات الاتصالات التي وضعتها اللجنة الاقتصادية الدولية في عام 61158 إطارا أساسيا لهذا التحول، مما يتيح التكامل السلس بين الشبكات الذكية وشبكة الإنترنت للأشياء، وتوفر هذه المعايير نهجا منظما لتبادل البيانات عبر مختلف الأجهزة، من أجهزة الاستشعار على المستوى الميداني إلى نظم التحكم المتقدمة، بما يكفل الاعتماد على الطاقة، والأمن، والبنى التحتية.

وتعتمد الشبكات الذكية على الاتصالات الثنائية الاتجاه بين توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها ونقاط الاستهلاك، وتولد أجهزة التوحيد القياسي مثل القياسات الذكية، والرصد البيئي، والمراقبين المنطقيين القابلين للبرمجة كميات كبيرة من البيانات التي يجب معالجتها في الوقت الحقيقي، وبدون بروتوكولات موحدة، تنشأ مسائل تتعلق بالقابلية للتشغيل المتبادل، مما يؤدي إلى تعطل البيانات وعدم الكفاءة.

بروتوكولات الاتصالات

(أ) إن الـ 61158 من الـمسلسل المعياري الدولي الذي يحدد بروتوكولات الاتصالات الخاصة بنظم التشغيل الآلي الصناعي والتحكم، التي وضعتها اللجنة الدولية للكهرباء، تغطي مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية ذات الأهمية البالغة وغير الحرجة من حيث التوقيت، وتُنظَّم هذه المعايير إلى أجزاء متعددة تحدد طبقة الربط بين البيانات، وطبقة التطبيقات، ومجموعة من ملامح الاتصالات المعروفة باسم أنواع الـ (فيلد فيلدبوست)

يقوم هيكل المعايير على أساس إطار يدعم نماذج التحكم المركزية والموزعة، ويحدد نماذج البيانات والخدمات وحزم الاتصالات التي تضمن السلوك المحدد وتبادل البيانات في الوقت الحقيقي، وبالنسبة لتكامل تكنولوجيا المعلومات، يوفر المركز الدولي للحساب الإلكتروني بوابة بين شبكات تكنولوجيا المعلومات العملية وبيئات التكنولوجيا التشغيلية، مما يتيح تدفق بيانات الاستشعار بحرا إلى منابر السحاب وأجهزة تصنيع يدوية أخرى.

أهم أنواع دعم الخضرة ودمج المثليين

وتتضمن بروتوكولات اللجنة الانتخابية المستقلة 61158 عدة سمات تجعلها مثالية لبيئة الشبكتين الذكية والبيئات المتولدة عن اليوت، وتعالج هذه السمات التحديات الأساسية لنظم الطاقة الحديثة، بما في ذلك قابلية التشغيل المتبادل، والقدرة على التصعيد، والأداء في الوقت الحقيقي، والأمن، ويتضح ذلك من تحليل مفصل لهذه القدرات.

قابلية التشغيل البيني

والقابلية للتشغيل المتبادل هي حجر الزاوية لأي نشر ناجح للشبكة الذكية، حيث تضمن اللجنة الأوقيانوغرافية الحكومية الدولية 61158 إمكانية التواصل دون هوادة مع الأجهزة المصنعة المختلفة، بصرف النظر عن التكنولوجيا الأساسية، ويتم ذلك من خلال مجموعات موحدة للبيانات، وملامح الاتصالات، وإجراءات اختبار الامتثال، فعلى سبيل المثال، يمكن لمشغلة شبكة ذكية من أحد البائعين أن ترسل بيانات استهلاكية إلى نظام لمراقبة المرافق من بائع آخر باستخدام بروتوكول مشترك مثل IEC 6185، وهو نظام قائم على مبادئ المنافسة

Scalability

كما أن شبكات الذكاء يجب أن تستوعب عددا متزايدا من الأجهزة من ملايين الأجهزة الذكية السكنية إلى آلاف أجهزة الاستشعار الصناعية، كما أن بروتوكولات اللجنة الأوقيانوغرافية الحكومية الدولية 61158 مصممة بقدر من التصعيد في الاعتبار، ودعم البنى التي تتراوح بين الشبكات المحلية الصغيرة والنظم الموزعة الكبيرة، واستخدام وسائل الاتصال الهرمية وتجزئة الشبكات يتيح لمشغلي شبكات جديدة دون تعطيل العمليات القائمة.

تبادل البيانات في الوقت الحقيقي

فالتواصل في الوقت الحقيقي أمر أساسي لتحقيق استقرار الشبكة والاستجابة لها، حيث يحدد المجلس التنفيذي رقم 61158 آليات الاتصال الحاسمة التي تضمن تقديم البيانات في غضون فترة زمنية صارمة، وهذا أمر مهم بصفة خاصة بالنسبة لتطبيقات مثل الكشف عن الأخطاء، وإعادة الشحن الوقائي، والاستجابة للطلب، وفي شبكة ذكية، يجب إبلاغ مركز المراقبة عن التنبيهات بالجملة التي يكتشفها جهاز الاستشعار في غضون ثوانٍ من أجل بدء إجراءات تصحيحية.

الأمن

ومع زيادة الربط بين الشبكات الذكية، تزداد التهديدات المتعلقة بالأمن السيبراني، حيث تضم اللجنة الدولية المعنية بالبحوث الدولية 61158 تدابير أمنية قوية لحماية سلامة البيانات وسريتها وتوافرها، وتشمل آليات التوثيق، وبروتوكولات التشفير، وقوائم مراقبة الدخول، وفيما يتعلق بتكامل تكنولوجيا المعلومات، يحدد المعيار الطبقات الأمنية التي تتسق مع أطر الصناعة مثل اللجنة الانتخابية الدولية 62443، وهذا يكفل أن تكون الأجهزة مقاومة للوسائل غير المأذون بها التي تعرض لها والتي تقدم خدمات مراجعة الحسابات

How IEC 61158 Enhances Smart Grid and IoT Integration

ومن خلال توفير إطار موحد للاتصالات، يتيح البرنامج المتكامل 61158 استخدام أجهزة متنوعة بكفاءة، وهذا التشغيل المتبادل حيوي لإدماج أجهزة الاستشعار من نوع إيوت، والمقاييس الذكية، ونظم المراقبة في شبكة الطاقة، مما يؤدي إلى تحسين الرصد والتشغيل الآلي وإدارة الطاقة.

فعلى سبيل المثال، النظر في مزرعة للطاقة المتجددة مع التوربينات الريحية وألواح الطاقة الشمسية، ولكل توربين أجهزة استشعار متعددة ترصد سرعة الرياح، وأجهزة التعبئة، وفولاذ المولدات، وباستخدام بروتوكولات IEC 61158، يمكن لهذه أجهزة الاستشعار أن تنقل البيانات إلى جهاز مراقبة مركزي يكيف العمليات في الوقت الحقيقي، ويمكن أن يتواصل النظام نفسه مع محطات الطقس ووحدات تخزين الطاقة، ويمكِّن من إنتاج وتخزين الطاقة على النحو الأمثل.

وعلاوة على ذلك، تدعم البروتوكولات نشر تحليلات متقدمة وحسابات تعلم الآلات بضمان تدفق البيانات بصورة متسقة، مما يتيح لمشغلي الشبكات التنبؤ بالأخطاء، وتحقيق الحد الأمثل من توزيع الطاقة، وتنفيذ استراتيجيات الاستجابة للطلب على نحو فعال، ومن ذلك مثلا تحليل أنماط الاستهلاك من قياسات الشبكة الذكية، يمكن للمرافق تحديد فترات الذروة في الطلب وإرسال إشارات إلى أجهزة ذكية لخفض الحمولات.

التفاصيل التقنية: هيكل البروتوكول ونماذج البيانات

(أ) لا يعتبر المعيار رقم 61158 بروتوكولاً واحداً بل هو أسرة بروتوكولات تستند إلى نموذج التفتيش الموقعي، ويحدد المعيار الطبعة المادية، وطبقة الربط بين البيانات، وطبقة التطبيق، مع بيان الاحتياجات الصناعية المختلفة، وبالنسبة للشبكات الذكية، تشمل أهم البيانات المؤشر IEC 61158 النوع 1 (الضوء الميداني)، والنوع 3 (PROFIBUS)، والنوع 10 (PROFINET)، والنوع 15 (الأغراض المثلى).

وتستخدم نماذج البيانات في اللجنة الدولية للبحوث البحرية 61158 مفاهيم ذات وجهة موضوعية لتمثيل الأجهزة وبارامتراتها، مما يتيح أجهزة للتصنيف الذاتي، مما يعني أنه عندما يكون جهاز استشعار جديد متصلا بالشبكة، فإن المراقب يعترف تلقائيا بقدراته وأنواع بياناته، وهذا السمة المشابهة تحد من الجهد الهندسي وتعجل النشر.

وثمة جانب حاسم آخر هو دعم التزامن الزمني، إذ يتطلب العديد من تطبيقات الشبكة الذكية توقيتا دقيقا لمواءمة بيانات القياس، ويمكن للبروتوكولات رقم 61158 للرقم القياسي IE 1588 وبروتوكول الوقت المناسب لتحقيق التزامن على المستوى الثاني الجزئي، وهذا أمر أساسي لتطبيقات التزامن في منطقة واسعة النطاق، حيث يجب أن تضيق وحدات القياس التدريجي البيانات بدقة عالية.

التطبيقات العملية في نظم الطاقة الحديثة

وقد تم نشر بروتوكولات الوصلات الدولية للشبكة الذكية المختلفة، وتصورات إيوت، تتراوح بين التشغيل الآلي للتوزيع وشحن المركبات الكهربائية، وهناك تطبيق بارز في التشغيل الآلي للمحطة الفرعية حيث يستخدم المركز 61850 للاتصال بين الأجهزة الإلكترونية الذكية، ويعزز المركز الدولي للكهرباء 61850 نفسه المفاهيم من المركز الدولي للكهرباء 61158، مما يوفر وسيلة موحدة لمعدات وخدمات الاستبدال النموذجية، مما يسمح بالعزل الآلي للألباستراد.

وفي مجال إدارة موارد الطاقة الموزعة، تيسر اللجنة الانتخابية المستقلة 61158 الاتصال بين المحولات الشمسية ونظم تخزين البطاريات ومراقبي الشبكات، فعلى سبيل المثال، يمكن للمزارع الشمسية التي تستخدم برنامج " بروفينيت " أن تعدل إنتاج الطاقة بصورة دينامية استنادا إلى إشارات الترددات الشبكية، وتدعم استقرار الشبكات، وترصد أجهزة الاستشعار عن طريق التوحيد في المحولات ومستويات الحمولة، وتحيل البيانات إلى نظم الصيانة التي تصلح بصورة استباقية.

كما أن شحن المركبات الكهربائية التي تشحن الهياكل الأساسية تعود بالفائدة على بروتوكولات اللجنة الانتخابية الدولية رقم 61158، حيث تتواصل محطات الشحن مع الشبكة لإدارة الحمولة وفواتيرها، بينما يمكن لبطاريات المركبات المشاركة في برامج الاستجابة للطلبات، وتؤمن البروتوكولات المعاملات الآمنة والموثوقة، وتسمح بملامح مثل الشحن الذكي الذي يتوافق مع الجيل المتجدد، ومع تزايد عدد المركبات الكهربائية، يصبح هذا التكامل أساسيا لإدارة القدرة على الشبكات.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من مواطن القوة التي يتمتع بها تنفيذ البرنامج المتكامل 61158 في سياقات الذكية والشبكة المتكاملة للمواصلات السلكية واللاسلكية، فإن إحدى المسائل هي تعقيد المعيار الذي يتطلب التدريب المتخصص والخبرة، بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تستخدم النظم القديمة بروتوكولات ملكية لا يسهل تضخيمها على اللجنة الانتخابية الدولية 61158، وهذا يتطلب وجود بوابات أو مكيفات يمكن أن تجمّع مجالات الاتصال المختلفة، مما يضيف تكلفة وحجماً كافياً.

ولا يزال الأمن السيبرى شاغلاً متزايداً، ففي حين أن اللجنة الانتخابية المستقلة 61158 تشمل السمات الأمنية، فإن العديد من عمليات التنفيذ القديمة تفتقر إلى التشفير والتوثيق، كما أن تحسين هذه النظم للامتثال للمعايير الأمنية الحديثة يتطلب الاستثمار، علاوة على ذلك، فإن التكامل مع المنابر السحابية والوسطاء في إيوت يستحدث مساحات هجومية إضافية، مما يجعل من الضروري اتباع نهج متعمق في الدفاع، ويوصى بالتقيد بأطر مثل نظام NISTIR 7628 للأمن السيبراني على الشبكة الذك.

الاتجاهات المستقبلية: IEC 61158 and the next Generation of Smart Grids

ويقود تطور الشبكات الذكية أوجه التقدم في بروتوكولات اللجنة الأوربية الدولية رقم 61158، ويتمثل أحد الاتجاهات في التقارب مع الشبكات التي تستخدم الشبكة الإلكترونية، مثل الربط الشبكي الحساس زمنيا، مما يتيح الاتصال المحدد بالهياكل الأساسية الموحدة للشبكة الكهربائية، مما يتيح توحيد شبكات تكنولوجيا المعلومات وشبكة النقل، وتبسيط النشر، وخفض التكاليف، وثمة اتجاه آخر يتمثل في التكامل مع 5 شبكات من الشبكات، مما يوفر إمكانية الاتصال اللاسلكية للمستشعرين في المواقع النائية(11).

كما أن الحوسبة الحكيمة تتحول إلى كيفية تجهيز البيانات في الشبكات الذكية، إذ يمكن للأجهزة، عن طريق إجراء التحليلات على الحافة، اتخاذ القرارات محليا دون الاعتماد على الربط السحابي، وتدعم هذه المعلومات 61158 من خلال إتاحة وسائل الاتصال المباشرة بعضها ببعض، ووضع مظلة موزعة للتحكم، مما يقلل من الرضا ويعزز القدرة على التكيف، وبما أن المعلومات الاستخبارية والآلات الصناعية أصبحت أكثر انتشارا، فإن البروتوكولات يجب أن تدعم معدلات تحديث البيانات في المستقبل.

وثمة تطور آخر يتمثل في زيادة التركيز على قابلية التشغيل البيني للتشغيل المتبادل، حيث يجري تنسيق معايير مثل نظام مراقبة التشغيل العالمي ورقم 61158 من أجل إنشاء حيز موحد للبيانات للشبكات الذكية، مما يتيح للمرافق الحصول على المعلومات المتعلقة بالأجهزة في شكل متسق، ويتيح تطبيقات شاملة لعدة أقطاب مثل الإدارة المتكاملة للأصول والشبكة المثلى، وتظل الشركات مثل [الصورة الرسمية]] اللجنة الإلكترونية الدولية آخذة في التطور.

خاتمة

وتوفر بروتوكولات الاتصالات IEC 61158 أساسا موثوقا به لتكامل الشبكات الذكية والأجهزة التي تستخدم فيها الطاقة الكهربائية، مما يتيح تبادل البيانات في الوقت الحقيقي بطريقة آمنة وقابلة للتكرار، ودورها في ضمان قابلية التشغيل المتبادل بين مختلف المعدات أمر حاسم لبناء نظم للطاقة قادرة على معالجة مصادر الطاقة المتجددة، وتوليد الطاقة الموزعة، وإدارة الطلب، ومع تطور مشهد الطاقة، فإن التطوير المستمر لهذه البروتوكولات سيدعم الابتكارات مثل التوأم الرقمي، والبنى التحتية المجهرية.

For further reading, consult the IEC 61158 standard series] and the ] Smart Grid Framework. These resources provide detailed technical specifications and implementation guidelines for engineers and decision-makers.