Axon Exchange 3.10 | Шлюз подстанции DNP3, МЭК 60870-5-104, МЭК 61850, Modbus

Что такое Axon Exchange?

Axon Exchange — это программный коммуникационный шлюз и концентратор данных подстанции, разработанный компанией Axon Group (Колумбия). Основная функция продукта — служить платформой агрегации данных на уровне подстанции: собирать данные реального времени от разнородных ИЭУ (интеллектуальных электронных устройств), выполнять конвертацию между несколькими протоколами телемеханики и передавать консолидированные данные в SCADA-системы или диспетчерские центры (ДЦ/EMS).

В архитектуре автоматизации энергетики Axon Exchange занимает критически важный уровень шлюза подстанции — промежуточный уровень между полевыми ИЭУ (устройствами РЗА, УСО, счётчиками) и SCADA диспетчерского центра. Вместо того чтобы SCADA напрямую общалась с каждым ИЭУ по разным протоколам, Axon Exchange агрегирует данные со всех полевых устройств и представляет их в SCADA через единый унифицированный протокольный интерфейс.

Axon Exchange входит в программный комплекс автоматизации энергетики Axon Group наряду с:

Axon Builder — SCADA/HMI-система для диспетчерского управления
Axon Test 5 — симулятор протоколов для ФАТ/САТ испытаний
AT61 — симулятор МЭК 61850 клиент/сервер и GOOSE
Axon Comtrade — автоматический сбор файлов аварийных осциллограмм в формате COMTRADE

Кто использует Axon Exchange?

Энергетические компании, эксплуатирующие подстанции передачи и распределения электроэнергии, которым требуется централизованный сбор данных от разнородного парка ИЭУ
Системные интеграторы АСУ ТП, создающие системы автоматизации подстанций (СА ПС) для энергетических заказчиков
Операторы промышленных предприятий с распределёнными сетями управления, которым необходим шлюз между полевыми устройствами и диспетчерскими системами
SCADA-инженеры, которым нужен гибкий программно-конфигурируемый шлюз на стандартном серверном оборудовании без привязки к проприетарному RTU-железу
Архитекторы систем управления, проектирующие резервированную высокодоступную коммуникационную инфраструктуру подстанций

Поддерживаемые протоколы

Axon Exchange поддерживает широкий набор протоколов телемеханики и промышленной автоматизации как на стороне сбора данных (полевой/нижний уровень, роль мастера), так и на стороне передачи в SCADA (верхний уровень, роль подчинённого):

Протоколы телемеханики

МЭК 60870-5-104 — телемеханика по TCP/IP (доминирует в энергетике России, СНГ, Европы)
МЭК 60870-5-101 — последовательная телемеханика (устаревшие объекты и удалённые каналы связи)
DNP3 LAN/WAN — DNP3 по Ethernet (широко применяется в СНГ и глобально)
DNP3 Serial — DNP3 по последовательным каналам RS-232/RS-485
МЭК 61850 MMS — современный стандарт автоматизации подстанций для взаимодействия с ИЭУ
ICCP (TASE.2) — для обмена данными между диспетчерскими центрами

Промышленные протоколы

Modbus TCP/IP — по Ethernet
Modbus Serial (RTU/ASCII) — по RS-232/RS-485

OPC

OPC DA — интеграция с OPC-совместимыми SCADA и историческими базами данных

Каждый протокол может быть настроен как в роли мастера/клиента (Axon Exchange опрашивает полевые устройства), так и в роли подчинённого/сервера (Axon Exchange передаёт данные в SCADA).

Архитектура системы

Нижний уровень — сбор данных с полевых устройств

Axon Exchange выступает мастером/клиентом по отношению к полевым ИЭУ:

Подключение к устройствам РЗА, УСО, счётчикам и другим ИЭУ по последовательным каналам (RS-232/RS-485) и Ethernet
Опрос или подписка на данные от ИЭУ по их собственным протоколам (МЭК 61850 MMS, DNP3, МЭК 60870-5-104, Modbus)
Сбор: дискретные входы (состояния), дискретные выходы (положения), аналоговые входы (измерения), аналоговые выходы (уставки), события с метками времени (СО — последовательность событий)

Уровень обработки данных и логики

Между сбором данных снизу и передачей вверх Axon Exchange обрабатывает «сырые» данные:

Конвертация протоколов — трансляция объектов данных МЭК 61850 в точки данных DNP3 или регистры Modbus в информационные объекты МЭК 60870-5-104 и т.д.
Функции манипуляции сигналами — предустановленные функции для типовых преобразований:
- Масштабирование аналоговых значений (перевод в инженерные единицы)
- Булева логика для дискретных входов (И/ИЛИ/НЕ-комбинации)
- Фильтрация по зоне нечувствительности (передача только изменений, превышающих порог)
- Обработка счётчиков и накопителей
Пользовательские скрипты — расширенная логика через CFC (Continuous Function Chart) в интеграции с Codesys МЭК 61131-3 для программируемого управления поведением системы
Управление качеством данных — сквозная трансляция признаков качества МЭК (хорошее/недостоверное/сомнительное) при конвертации протоколов

حتما بخوانید: ETAP 24.0.3 — Полное руководство по моделированию и анализу электроэнергетических систем

Верхний уровень — передача данных в SCADA/ДЦ

Axon Exchange выступает подчинённым/сервером по отношению к SCADA/EMS:

Предоставление консолидированных конвертированных данных в диспетчерский центр как единого целостного источника
Поддержка нескольких одновременных подключений верхнего уровня — передача одних и тех же данных в несколько SCADA-систем или резервных диспетчерских центров одновременно
Формирование спонтанных (несинхронизированных) сообщений при изменении дискретных входов или выходе аналоговых входов за зону нечувствительности
Ответ на общий опрос от SCADA с полным снимком текущих значений

Ключевые возможности

Одновременная работа с несколькими протоколами

Axon Exchange поддерживает несколько протокольных подключений одновременно на обоих уровнях — взаимодействие с ИЭУ по МЭК 61850 при одновременной передаче данных в основную SCADA по МЭК 60870-5-104 и в резервный диспетчерский центр по DNP3 — всё это выполняется параллельно на одном сервере.

Axon Exchange Viewer — мониторинг в реальном времени

Axon Exchange Viewer — инструмент оперативного мониторинга, работающий независимо от среды конфигурирования:

Таблица сигналов в реальном времени — все настроенные сигналы с текущим значением, признаком качества и меткой времени
Статус подключений — текущее состояние всех активных подключений мастер/клиент и подчинённый/сервер
Принудительная установка значений — ручное переопределение значений сигналов для испытаний без изменения фактических данных ИЭУ (необходимо при пусконаладке)
Управление коммуникациями — запуск, останов или перезапуск отдельных протокольных подключений без влияния на остальные
Выполнение команд — отправка команд непосредственно из Viewer для верификации
Журнал команд — обнаружение ошибок конфигурации при обработке команд

Резервирование

Axon Exchange реализует две модели резервирования для высокодоступных применений:

Горячий резерв (Active/Passive — Hot Standby):

Два экземпляра работают одновременно (основной и резервный)
Только основной экземпляр активно передаёт данные в SCADA
Резервный мониторит основной; при отказе основного автоматически принимает управление
Переключение прозрачно для SCADA — переподключения не требуется

Hot-Hot (Active/Active):

Оба экземпляра — основной и резервный — одновременно принимают данные от подключённых ИЭУ
Оба синхронизируются в реальном времени
При отказе основного резервный продолжает работу без перерыва — без задержки переключения
Максимальная доступность для ответственных приложений автоматизации подстанций

Поддержка PRP (Параллельный резервный протокол)

Axon Exchange включает дополнительный модуль PRP — поддержку МЭК 62439-3 Parallel Redundancy Protocol, обеспечивающего резервирование с нулевым временем восстановления на уровне сети Ethernet. PRP работает путём одновременной передачи идентичных кадров по двум независимым сетевым путям; при отказе одного пути второй продолжает работу без потери пакетов и без переключения.

Управление шаблонами проектов

Для инжиниринговых компаний, обслуживающих несколько однотипных подстанций:

Создание шаблонов проектов с типовыми конфигурациями (типовые схемы подстанций, стандартные типы ИЭУ и наборы сигналов)
Использование шаблонов как отправной точки для новых проектов с последующей адаптацией под конкретный объект
Значительное сокращение времени конфигурирования для повторяющихся проектов с аналогичной архитектурой

Последовательность событий (СО/SOE)

Настройка регистрации СО для записи изменений дискретных входов с метками времени в локальный файл
Записи СО включают: имя сигнала, изменение значения, метку времени (с миллисекундным разрешением от временны́х меток ИЭУ), признак качества
Вывод в виде текстовых файлов для интеграции с инструментами анализа событий и расследования аварий

SCL Explorer (МЭК 61850)

Для объектов на базе МЭК 61850 в Axon Exchange включён инструмент SCL Explore для анализа файлов конфигурации подстанции (SCL):

Импорт и просмотр файлов SCL/SCD/ICD от ИЭУ и конфигураций подстанций
Навигация по иерархии модели данных МЭК 61850 без загрузки в шлюз
Выбор необходимых объектов данных и их организация по категориям ИЭУ
Экспорт выбранных данных в форматах CSV, XLS или TXT
Ускоряет процесс маппинга сигналов МЭК 61850 при конфигурировании проекта

حتما بخوانید: BowTieXP 12 — Визуальный анализ рисков методом Bowtie для HSE и ОПБ

Кибербезопасность

Управление доступом — несколько профилей пользователей с различными уровнями привилегий
Аудиторский журнал — регистрация всех действий пользователей для проверки соответствия требованиям
Шифрованные коммуникации — там, где поддерживается протоколом
Разработан с учётом требований инфраструктурной кибербезопасности (NERC CIP, МЭК 62351)

Типовой рабочий процесс конфигурирования

Шаг 1 — Создание нового проекта

Запустите Axon Exchange Config и создайте новый проект:

Наименование и описание проекта
Идентификация шлюзового сервера/аппаратного обеспечения
Определение каналов связи (интерфейсы Ethernet, последовательные порты)

Шаг 2 — Настройка нижнего уровня (полевые устройства)

Для каждого подключаемого ИЭУ:

Добавьте новое устройство-мастер/клиент с соответствующим протоколом (МЭК 61850, DNP3, МЭК 60870-5-104, Modbus)
Настройте параметры подключения: IP-адрес и порт (Ethernet) или COM-порт и скорость (последовательный)
Определите список сигналов — назначьте имена, описания, адреса/ссылки на данные и типы данных
Для МЭК 61850: используйте SCL Explore для импорта определений сигналов из файла ICD/CID ИЭУ

Шаг 3 — Настройка обработки сигналов (при необходимости)

При необходимости конвертации протоколов или манипуляции сигналами:

Маппинг сигналов нижнего уровня на внутренние точки обработки
Применение функций масштабирования, зоны нечувствительности или логических преобразований
Настройка блоков логики CFC/Codesys для сложного поведения (опционально)

Шаг 4 — Настройка верхнего уровня (SCADA/ДЦ)

Для каждого подключения SCADA или диспетчерского центра:

Добавьте новое устройство-подчинённый/сервер с протоколом SCADA
Настройте параметры подключения
Выполните маппинг внутренних сигналов в адресное пространство верхнего уровня

Шаг 5 — Настройка резервирования (при необходимости)

Определите основной и резервный экземпляры шлюза
Настройте параметры синхронизации между экземплярами
Настройте PRP-интерфейсы для аппаратного резервирования (при использовании)

Шаг 6 — Развёртывание и мониторинг

Передайте конфигурацию на шлюзовой сервер
Запустите сервис Axon Exchange
Контролируйте активные подключения и данные сигналов через Axon Exchange Viewer
Используйте принудительную установку значений для верификации корректности передачи данных в SCADA

Axon Exchange против конкурирующих шлюзов подстанций

Функция	Axon Exchange	GE/Alstom D25	SEL-3505	Шнейдер ION Gateway
Только программное обеспечение (без проприетарного железа)	✅	❌ Аппаратный комплекс	❌ Аппаратный комплекс	❌ Аппаратный комплекс
Поддержка МЭК 61850 MMS	✅	✅	✅	✅
DNP3 мастер/подчинённый	✅	✅	✅	Ограниченно
МЭК 60870-5-104	✅	✅	✅	✅
МЭК 60870-5-101 (последовательный)	✅	✅	✅	Ограниченно
Modbus TCP/Serial	✅	✅	✅	✅
ICCP (TASE.2)	✅	✅	❌	❌
OPC DA	✅	Ограниченно	❌	✅
Hot-Hot резервирование	✅	✅	✅	Ограниченно
Поддержка PRP	✅ (доп. модуль)	✅	✅	Ограниченно
Логика CFC/МЭК 61131	✅ (Codesys)	✅	✅	Ограниченно
SCL Explorer	✅	❌	❌	❌
Windows-развёртывание	✅	❌ Встроенный Linux	❌ Встроенная RTOS	❌ Встроенный
Нативная интеграция с Axon Builder SCADA	✅	❌	❌	❌
Нативная интеграция с Axon Test (ФАТ/САТ)	✅	❌	❌	❌

Ключевое преимущество Axon Exchange: решение является чисто программным и работает на стандартных Windows-серверах — без проприетарного аппаратного комплекса. Это обеспечивает аппаратную независимость: развёртывание на предпочтительном серверном оборудовании заказчика, виртуальных машинах или существующей серверной инфраструктуре SCADA. В сочетании с нативной интеграцией с Axon Builder и Axon Test, Axon Exchange формирует целостную программно-определяемую платформу автоматизации подстанций.

Интеграция с экосистемой Axon

Axon Exchange спроектирован для нативной работы в составе программного комплекса Axon Group:

Axon Builder (SCADA/HMI): Axon Exchange служит источником данных для визуализации и управления в Axon Builder. Подключение L/R (Местное/Дистанционное) между Axon Exchange и Axon Builder позволяет SCADA отображать данные подстанции в реальном времени и отправлять команды управления через шлюз.

حتما بخوانید: ManageEngine Malware Protection Plus 11 — Полное руководство по защите конечных точек нового поколения

Axon Test 5 (симулятор протоколов): при разработке проекта и пусконаладке Axon Test может имитировать ИЭУ, к которым в дальнейшем будет подключаться Axon Exchange — тестирование конфигурации шлюза до поставки реального оборудования. Axon Test также может имитировать мастер-станцию SCADA для тестирования поведения шлюза на верхнем уровне.

AT61 (симулятор МЭК 61850): для подстанций на базе МЭК 61850 AT61 имитирует клиенты/серверы МЭК 61850 и GOOSE-устройства для тестирования подключения Axon Exchange по МЭК 61850 без физических устройств РЗА.

Системные требования

Компонент	Минимум	Рекомендуется
ОС	Windows 10, Windows Server 2012	Windows Server 2019/2022
ОЗУ	1 ГБ свободной памяти	3 ГБ и более
Дисковое пространство	4 ГБ свободно	SSD с 20 ГБ+
Сеть	Ethernet-адаптер	Два NIC для резервных сетей
Framework	.NET 4.5 SP2	.NET 4.8
Visual C++	VC++ 2010, 2013, 2015	Актуальные redistributable
Дополнительно	WinPCap или NPCAP (для PRP)	—

Для высокодоступных развёртываний с резервированием Hot-Hot необходимы два идентичных сервера — Axon Exchange работает на обоих, конфигурация синхронизируется между ними.

Часто задаваемые вопросы

Может ли Axon Exchange работать на виртуальной машине? Да. Axon Exchange — стандартное Windows-приложение, работающее на VMware, Hyper-V и других гипервизорах. Для сценариев резервирования рекомендуется развёртывать основной и резервный экземпляры на разных физических хостах (а не как ВМ на одном физическом сервере) для обеспечения подлинной отказоустойчивости.

Сколько ИЭУ может подключаться к Axon Exchange одновременно? Поддерживаемое количество одновременных подключений зависит от лицензионного уровня и доступных ресурсов сервера. Axon Group предоставляет масштабируемое лицензирование. Обратитесь с запросом на конкретные требования к ёмкости.

Поддерживает ли Axon Exchange GOOSE МЭК 61850? GOOSE МЭК 61850 обрабатывается отдельным продуктом AT61 в составе комплекса Axon. Axon Exchange работает преимущественно с MMS (Manufacturing Messaging Specification) для клиент-серверного обмена данными по МЭК 61850. Уточните поддержку GOOSE в актуальных примечаниях к релизу Axon Exchange.

Может ли Axon Exchange заменить аппаратный RTU? Да, во многих применениях. Axon Exchange на промышленном ПК выполняет все функции конвертации протоколов и концентрации данных традиционного аппаратного RTU — с большей гибкостью, более простым конфигурированием и упрощённым обновлением протоколов. Компромисс — необходимость промышленного ПК вместо сертифицированного аппаратного комплекса с расширенным температурным диапазоном.

Что такое подключение L/R между Axon Exchange и Axon Builder? Подключение L/R (Местное/Дистанционное) определяет режим управления: локальное управление с панели подстанции или дистанционное управление из диспетчерского центра через SCADA. В окне конфигурации Axon Exchange при нажатии на имя проекта в проводнике проекта отображается свойство для включения SOE (Последовательности событий) и каталога создания файла.

Итог

Axon Exchange — гибкий программно-определяемый шлюз подстанции, устраняющий разрыв между разнородными полевыми ИЭУ и вышестоящими SCADA-системами посредством многопротокольной конвертации, концентрации данных в реальном времени и резервирования с высокой доступностью — при работе на стандартном серверном оборудовании Windows без зависимости от проприетарных аппаратных комплексов.

Для энергетических компаний и системных интеграторов, которым необходимо конфигурируемое масштабируемое шлюзовое решение с глубокой поддержкой протоколов (МЭК 61850, DNP3, МЭК 60870-5-104, Modbus, ICCP, OPC) и бесшовной интеграцией с SCADA Axon Builder и симулятором Axon Test, Axon Exchange обеспечивает целостный программно-ориентированный подход к автоматизации подстанций.

По вопросам лицензирования или поддержки при настройке Axon Exchange обращайтесь в Telegram: t.me/DoCrackMe