Table of Contents

Toggle

مقدمه:

در دنیای هوشمندسازی زیرساخت‌های انرژی، نیاز به یک زبان استاندارد برای ارتباط با کنتورهای هوشمند ضروری است. پروتکل DLMS (Device Language Message Specification) دقیقاً برای پاسخ به این نیاز توسعه یافته و امروز به یکی از پرکاربردترین استانداردهای جهانی در زمینه خواندن و مدیریت داده‌های مصرفی تبدیل شده است. در این مقاله، نگاهی جامع به ساختار، مزایا، تفاوت‌ها و ویژگی‌های فنی این پروتکل خواهیم داشت.

DLMS (Device Language Message Specification) پروتکلی استاندارد شده است است که به طور گسترده در صنعت انرژی برق، آب، و گاز به کار می‌رود. هدف از ایجاد آن ارائه یک روش استاندارد برای خواندن داده‌ها از انواع مختلف اطلاعات قابل اندازه­گیری و تولیدکنندگان مختلف انواع کنتورهاست. یکی از مزایای اصلی استفاده از DLMS این است که این استاندارد ارتباطی میان مشتریان و کنتورها فراهم می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که آن­ها از یک “زبان” مشترک استفاده می­کنند.

چالش مواجهه با کنتورهای مختلف با پروتکل‌های ارتباطی متفاوت نیاز به استانداردی مانند DLMS را به وجود آورد. بدون یک استاندارد مشترک، سازمان‌ها مجبورند با پیاده‌سازی سیستم‌های گردآوری اطلاعات متعدد روبرو شوند که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد. نگهداری در این شرایط چالش برانگیز است و تبدیل داده به یک فرمت یکنواخت برای مقایسه واحدها مسأله‌ای پیچیده می‌شود. علاوه بر این، محدود شدن به یک تولیدکننده خاص کنتور، امکان تغییر به مدل‌های دیگر را دشوار می‌کند.

DLMS این مشکلات را با ارائه یک چارچوب استاندارد حل می‌کند. گواهینامه‌دهی یک جنبه اساسی از DLMS است که اطمینان حاصل می‌کند که کنتورها با استاندارد سازگار هستند. کنتورهای گواهی شده تطابق بهتری دارند چرا که با دقت مشخصات خاصی را رعایت می‌کنند. تغییرات کوچک بین کنتورها ممکن است باعث مشکلات ارتباطی شود و گواهینامه‌دهی به حل این مشکلات کمک می‌کند.

خلاصه

 1. DLMS چیست و چرا توسعه یافت؟

• تعریف DLMS

• مشکل تنوع پروتکل‌ها در کنتورها

• هدف از ایجاد زبان استاندارد برای تجهیزات اندازه‌گیری

 2. مزایای استفاده از DLMS

• حذف وابستگی به تولیدکننده خاص

• سازگاری میان سیستم‌ها

• کاهش هزینه و پیچیدگی نگهداری

 3. استانداردهای بین‌المللی مرتبط با DLMS

• معرفی IEC 62056-21 تا 62

• OBIS، COSEM و ساختار لایه‌ای پروتکل

 4. استانداردهای ملی DLMS

• IS 15959 هند

• UNI/TS ایتالیا

• DL/T698.45 چین

 5. تفاوت DLMS با Modbus و Fieldbus‌ها

• حجم داده‌های تبادلی

• تفاوت در ساختار دستورات (نمونه دستورات Modbus و DLMS)

• تفاوت در کاربرد صنعتی

 6. احراز هویت و امنیت در DLMS

• سطوح مختلف دسترسی

• احراز هویت، رمزنگاری، و ترکیب آن‌ها

• مزیت در ارتباطات بی‌سیم

 7. نام‌های منطقی، رابط‌ها، آدرس کلاینت/سرور

• تعریف رابط‌های مشترک بین تولیدکننده‌ها

• پشتیبانی از تعویض سازنده کنتور

• آدرس کلاینت و سرور و تأثیر آن بر ارتباط

 8. فریم‌ها، PDU و محدودیت حافظه

• نحوه تقسیم داده‌ها برای انتقال

• مدیریت داده‌ها در ارتباط بی‌سیم

• مثال عددی برای درک بهتر

 

استاندارد DLMS بر اساس چندین استاندارد IEC تعریف شده است، از جمله:

1. IEC 62056-21: تبادل داده محلی مستقیم
2. IEC 62056-42: خدمات و روش‌های لایه فیزیکی برای تبادل داده‌های غیرهمزمان
3. IEC 62056-46: لایه دیتا لینک با استفاده از پروتکل HDLC
4. IEC 62056-47: لایه‌های ترانسپورت COSEM برای شبکه‌های IPv4
5. IEC 62056-53: لایه برنامه‌های کاربردی COSEM
6. IEC 62056-61: سیستم شناسایی شیء OBIS
7. IEC 62056-62: شیء‌های رابط

DLMS  از زیراستانداردها در سطح ملی نیز برخوردار است. هدف از این زیراستانداردها حذف قسمت‌های غیرضروری و ساده‌تر کردن پیاده‌سازی و افزایش استحکام می‌باشد. در زیر، چندین زیراستاندارد ملی DLMS ذکر شده‌اند:

1. India Standard 15959 (Part-1) 2011: تبادل داده برای خواندن برق، تعرفه و کنترل بار: مشخصات همراه.
2. India Standard 15959 (Part-2) 2016: تبادل داده برای خواندن برق، تعرفه و کنترل بار: مشخصات همراه جهت کنتور هوشمند.
3. Italy Standard UNI/TS 11291-11-2
4. Chinese Standard DL/T698.45

DLMS به دلیل ماهیت و اهداف متفاوت با فیلد‌بازها (Fieldbuses) قابل مقایسه مستقیم نیست. در حوزه اندازه‌گیری انرژی، اطلاعات بسیار جزئی‌تر و جمع‌آوری داده‌های بیشتری نیاز است. این موارد باعث پیچیدگی بیشتر در پروتکل‌هایی مانند DLMS می‌شود.

برخلاف فیلد‌بازها که معمولاً برای خواندن مقادیر ثبت‌ها استفاده می‌شوند و اندازه داده‌های آنها کوچک است (به عنوان مثال، یک آدرس ثبت 16 بیتی)، در DLMS نیاز به جزئیات دقیق‌تر و حجم داده‌های بزرگ‌تر وجود دارد. این امر برای مدیریت هوشمند انرژی و کنترل دقیق تر فرآیندهای مصرف انرژی بسیار مهم است.

DLMS یک استاندارد مؤثر است که برای موارد مختلفی از جمله اندازه‌گیری برق، گاز و آب به کار می‌رود و امکان ارتباط با انواع مختلف تجهیزات و تولیدکنندگان را فراهم می‌کند.

درخواست Modbus RTU برای خواندن 2 رجیستر:

01 03 02 58 00 02 44 60

در حالی که درخواست DLMS برای خواندن 2 رجیستر به شکل زیر است:

7E A0 24 03 21 5A 5C F0 E6 E6 00 C0 03 C1 02 00 03 01 01 15 19 00 FF 02 00 00 05 01 00 1F 04 00 FF 02 00 31 8E 7E

اختلاف اصلی بین این پروتکل‌ها در حجم داده است. در حالی که فیلدباس‌ها عمدتاً برای اندازه‌گیری داده‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند، استاندارد DLMS برای تبادل داده‌های پیچیده‌تر و جامع‌تر در حوزه انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پروتکل DLMS  یک استاندارد باز و انعطاف‌پذیر در صنعت اندازه‌گیری ابزارهای انرژی است. این پروتکل به عنوان یک زبان مختصر برای ارتباط با اندازه‌گیرها عمل می‌کند و عملکرد دقیق یک اندازه‌گیر را تعیین نمی‌کند؛ بلکه تنها روش ارتباطی با اندازه‌گیرها را توصیف می‌کند. اندازه‌گیرها متنوع هستند؛ آن‌ها می‌توانند انواع مختلفی از اندازه‌گیری‌ها را انجام دهند و از کانال‌های ارتباطی متنوعی استفاده کنند. برخی از اندازه‌گیرها تعداد کمی اطلاعات را اندازه‌گیری می‌کنند و برخی دیگر ممکن است صدها پارامتر را اندازه‌گیری کنند؛ اما ممکن است همه آن‌ها گواهی DLMS داشته باشند. این وابستگی به نوع اندازه­گیری مورد نیاز کاربر است.

در واقع، این استاندارد باز به کاربران امکان می‌دهد تا اندازه‌گیرهایی را انتخاب کنند که با نیازهای خاص خود هماهنگ هستند، حتی اگر اندازه‌گیرها پارامترها و کارکردهای مختلفی داشته باشند. این انعطاف زیاد به کاربران امکان انتخاب بهترین اندازه‌گیر برای نیازهای خاص آن‌ها را می‌دهد.

استفاده از گواهی DLMS اطمینان ایجاد می‌کند که اندازه‌گیرها با استاندارد DLMS سازگار هستند و این سازگاری را در سیستم‌هایی که این پروتکل را پشتیبانی می‌کنند، تضمین می‌کند. استانداردسازی DLMS مهم است زیرا در مواردی که انواع مختلف اندازه‌گیرها از تولیدکنندگان مختلف درگیر هستند، یکپارچگی در سیستم به وجود می‌آید.

در پروتکل DLMS، سطوح مختلف احراز هویت وجود دارند که در بسیاری از fieldbuses معمولاً وجود ندارند. هر سطح احراز هویت، کنترل متفاوتی برای اندازه‌گیر فراهم می‌کند. با استفاده از سطوح احراز هویت، مشتری می‌تواند بخواند که چقدر گاز مصرف شده است، اما اجازه بستن متر را ندارد.

بدون احراز هویت، مشتری معمولاً می‌تواند مقادیری را از کنتور بخواند. با احراز هویت کم، مشتری می‌تواند زمان را تنظیم کند و با احراز هویت بالا، مشتری می‌تواند هر کاری انجام دهد، از جمله به‌روزرسانی نرم‌افزار، بازنشانی کنتور و غیره.

واضح است که در یک سیستم بسته و Fieldbuseها، نیازی به سطوح احراز هویت وجود ندارد، اما در DLMS باید قبل از خواندن هرچیزی از کنتور، با آن ارتباط برقرار کرد.

همچنین ارتباطات پیش‌تعیین شده وجود دارند که نیازی به احراز هویت ندارند و مشتری می‌تواند مقداری را به‌طور مستقیم از کنتور بخواند.

در Fieldbuses نیاز واقعی به ارتباط امن وجود ندارد، اما این مورد زمانی که داده‌ها از طریق ارتباط بی‌سیم مانند LoRa یا شبکه‌های Mesh ارسال می‌شوند، اجباری است. پروتکل DLMS سه روش مختلف برای امن‌سازی داده‌ها پشتیبانی می‌کند:

1. احراز هویت (Authentication): تایید هویت مشخص می‌کند که دستگاه مقصد واقعی است.
2. رمزنگاری (Encryption): داده‌ها با استفاده از یک کلید رمزنگاری مخصوص، مخفی شده و تنها توسط دستگاه مقصد می‌توانند باز شوند.
3. احراز هویت و رمزنگاری (Authentication and Encryption): از هر دو ویژگی برای ایجاد اتصال امن بهره می‌برد.

این امکانات از اهمیت بسیاری برخوردارند زیرا در محیط‌های بی‌سیم، حفاظت از داده‌ها در مقابل از دست دادن یا تغییر توسط اشخاص غیرمجاز بسیار حیاتی است.

نام منطقی و رابط‌ها

در پروتکل‌های Fieldbus باید اطاعات آدرس ثبت‌شده برای خواندن مقادیر کنتور مشخص باشد. اگر آدرس صحیح باشد، کنتور یک مقدار بازمی‌گرداند. اگر مدل یا نوع کنتور تغییر کند، آدرس ثبت‌نامی نیز متفاوت خواهد بود و باید به‌روزرسانی شود.

در DLMS رابط­‌هایی وجود دارد که توصیف می‌کنند چه نوع داده‌هایی می‌خواهید از کنتور دریافت کنید. ایده این است که تمام سازندگان کنتور باید از همان واسط‌ها و نام‌های منطقی استفاده کنند. این امکان فراهم می‌شود که کنتور را با کنتور جدید جایگزین کرد در حالی که کنتورهای مختلف از همان واسط‌ها و نام‌های منطقی استفاده می‌کنند. ویژگی یاد شده این امکان را فراهم می‌کند که حتی مدل و سازنده کنتور تغییر کند.

آدرس کلاینت

هر سطح احراز هویت یک آدرس کلاینت مخصوص خود دارد. بنابراین، هنگامی که سطح احراز هویت تغییر می‌کند، آدرس کلاینت تغییر می‌کند. تنها زمانی که اتصال بدون احراز هویت انجام می‌شود، یک آدرس کلاینت در استاندارد DLMS تعریف شده است.

به صورت ایده‌آل، تمام سازندگان کنتورهاها از همان آدرس‌های کلاینت استفاده می‌کنند، اما این آدرس‌ها در استاندارد DLMS تعریف نشده‌اند، بنابراین کنتورهای مختلف از مقادیر مختلف استفاده می‌کنند. اگر آدرس کلاینت اشتباه باشد، کنتور پاسخی نمی‌دهد. تنها سازنده کنتور می‌داند کدام آدرس کلاینت می‌تواند استفاده شود.

آدرس سرور

هر کنتور باید آدرس سرور منحصر به فردی داشته باشد. با استفاده از این آدرس، کنتور می‌داند کدام پیام‌ها را باید دریافت کند. همچنین کلاینت می‌داند که فرستنده پیام کدام کنتور است. اگر اتصال با استفاده از اتصال نقطه به نقطه (TCP/IP، پورت سریال و غیره) انجام شود، می‌توان از آدرس سرور پیش‌فرض 1 استفاده کرد. شماره سریال کنتور معمولاً می‌تواند به عنوان آدرس سرور استفاده شود. این امکان فراهم شده است که چندین کنتور در شبکه‌های مختلف (UDP، رادیو، RS-485) همزمان عمل کنند.

اندازه PDU و فریم:

اندازه PDU به ازای هر کنتور متغیر است. اگر کنتور حافظه زیادی نداشته باشد، اندازه PDU کوچکتر است. اندازه فریم به ازای هر کانال ارتباطی متغیر است. به عنوان مثال، اگر کانال ارتباطی TCP/IP باشد، اندازه فریم می‌تواند 1024 بایت باشد. هنگام ارتباط از طریق هوا (Over The Air)، اندازه فریم ممکن است به عنوان مثال 100 بایت باشد.

مثلا فرض شود اندازه داده 1 مگابایت است، اما کنتور تنها 2 کیلوبایت (PDU) حافظه برای ذخیره داده دارد. به علت این موضوع، تمام داده‌ها نمی‌تواند به یکباره خوانده شود. اندازه PDU (2 کیلوبایت) یکباره در حافظه خوانده می‌شود. هنگامی که PDU پر شد، از طریق کانال ارتباطی ارسال می‌شود. اندازه فریم به ازای هر کانال ارتباطی متغیر است. بنابراین ممکن است PDU به 20 فریم تقسیم شود و هر فریم باید قبل از پرسیدن PDU بعدی تحویل داده شود.

نتیجه‌گیری:

پروتکل DLMS با ساختار منسجم، امنیت بالا و قابلیت پشتیبانی از انواع تجهیزات، به استانداردی قابل‌اتکا برای مدیریت مصرف انرژی در دنیا تبدیل شده است. این پروتکل نه‌تنها باعث کاهش وابستگی به سازندگان خاص می‌شود، بلکه امکان پیاده‌سازی ساختارهای یکپارچه، امن و مقیاس‌پذیر را در سامانه‌های هوشمند انرژی فراهم می‌کند. آینده مدیریت انرژی بدون DLMS غیرقابل تصور است.

 سؤالات متداول

 پروتکل DLMS برای چه کاربردهایی استفاده می‌شود؟

برای خواندن و مدیریت داده‌های کنتورهای هوشمند برق، آب و گاز.

 تفاوت DLMS با Modbus چیست؟

DLMS برای داده‌های حجیم و چندلایه با امنیت بالا طراحی شده، در حالی که Modbus ساده‌تر و مناسب برای داده‌های کوچک‌تر صنعتی است.

آیا DLMS نیاز به احراز هویت دارد؟

بله، سطوح مختلفی از احراز هویت را پشتیبانی می‌کند، از دسترسی ساده تا کنترل کامل کنتور.

 آیا DLMS با همه برندهای کنتور سازگار است؟

در صورت گواهی DLMS، کنتورها از یک رابط مشترک استفاده می‌کنند و قابل تعویض هستند.

 آیا DLMS امن است؟

بله، با پشتیبانی از رمزنگاری، احراز هویت و کانال امن انتقال داده.