02 -topologiasistemasdigitaisautomação_v0

ENGENHEIRO DE

ELTRICA

SISTEMAS

INTEGRADOS DE

AUTOMAO E

PROTEO DE

SUBESTAES

JOS RAIMUNDO LIMA JNIOR

PLANO AULA 2 28/04/2015

Fonte: [1]

Apresentar as principais topologias adotadas em automao e proteo no mbito das subestaes do sistema de transmisso.

Noes de Redes de Computadores

Exemplo de Aplicao de um sistema de automao e proteo

CONFIGURAO DOS SISTEMAS DIGITAIS DE

AUTOMAO

SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO

Fonte: [1]

Os sistemas digitais, para todos os tipos de automao eltrica, so constitudos por subsistemas e mdulos com caractersticas

semelhantes [1].

Sistema Central

Sistema de

Aquisio de Dados

Dispositivos de

Interface


Fonte: [1]

Sistema composto por computadores industriais com redundncia;

Na indisponibilidade de um computador, o outro assume (Hot Stand By);

Os computadores podem ser tambm ligados de maneira distribuda;

CPU 1

CPU 2

Sistema Central

Configurao do sistema central:

Subsistema de base de dados em tempo real (SDTR);

Subsistema de base de dados histrica (SDH);

Subsistema de operao (SO).


Fonte: [1]

Sistema Central

O subsistema de base de dados em tempo real (SDTR) contm as informaes mais imediatas, serve para prover as informaes aos

terminais de operao e executar a troca de informaes com outros

sistemas.

O subsistema de base histrica de dados (SDH) contm o registro das informaes durante um certo perodo de uso do sistema,

(superior a um dia). Atravs deste sistema so feitos os relatrios de

anlise da operao, de desempenho do processo, e do sistema

digital.

O subsistema de operao (SO) contm os terminais de onde os operadores interagem com o processo.


Fonte: [1]

Sistema Central

A topologia dos subsistemas varia enormemente com a complexidade e importncia da subestao;

Em subestaes mais simples, o sistema central pode ser composto de apenas um computador ou dois computadores redundantes;


Fonte: [1]

Sistema Central

Em subestaes de maior porte, com automao completa, podem ser encontrados os seguintes equipamentos:

SDTR: Duas estaes de trabalho em hot stand by. Contm tambm unidades de armazenamento de dados e modens para comunicao com outros sistemas;

SDH: Duas estaes de trabalho com recebimento simultneo de duas informaes (cool stand by). Este sistema caracterizado por manipular arquivos grandes e por isso devem possuir grande capacidade de armazenamento;

SO: podem incluir uma ou mais estaes de trabalho, cada uma com um ou mais monitores coloridos com alta resoluo grfica. Muitos sistemas incluem outras estaes de trabalho, semelhante a este subsistema, com a finalidade de prover recursos para engenharia (preparao de novas telas, novos ajustes do sistema, etc.), ou para treinamento de operadores (utilizando a base de dados atual do sistema, porm com comando cego). Estes terminais (SO) incluem perifricos para a operao como "mouses", e impressoras.


Fonte: [1]

Sistema Central

Sistema de Aquisio de Dados

Sistema composto pelas UAC e por unidades dedicadas (Ex: Rels Digitais, RDP, etc.);

Os dados coletados so:

Tenses e correntes (e grandezas derivadas);

Estado de equipamentos (disjuntores, seccionadoras, atuao de rels, etc.);

Temperatura, umidade relativa do ar;

Em usinas, cota do reservatrio, vazes, presses, etc.;

Em usinas trmicas, fluxos, nvel de combustvel.

As aes de comando e as sinalizaes externas ao sistema digital so feitas ou atravs de mudana de estado de rels (contatos) ou por valores contnuos de ajustes na forma de corrente e tenso contnuas para sinal de referncia (set point) de reguladores e sinalizadores (ampermetros).


Fonte: [1]

Sistema de Aquisio

de Dados

Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)

um IED mircroprocessado;

UCP Unidade central de processamento, onde encontra-se o micrroprocessador que controla e processa as informaes, e o relgio que define o ciclo de processamento;

MEMO Esto os bancos de memria onde se alojam os dados e os programas;

COM Carto para efetuar a comunicao de dados entre a UAC e o sistema central (Fibra tica, cabeao, rdio, etc.).


MEMO

(memria)

UCP

(Processamento)

COM

(comunicao)

Sistema de Aquisio

de Dados


ED neste carto so ligadas as entradas digitais (contatos) passando por acopladores pticos e protees (varistores).

.


MEMO

(memria)

UCP

(Processamento)

COM

(comunicao)

ED

(Entradas Digitais)

Sistema de Aquisio

de Dados


SD este carto aloja as sadas digitais, cada qual contendo tambm um endereo na UAC. Quando num endereo est o dgito '1', na

correspondente sada digital surgir uma corrente que poder ser

enviada ao campo para comando.


MEMO

(memria)

UCP

(Processamento)

COM

(comunicao)

ED

(Entradas Digitais)

SD

(Sadas Digitais)

Sistema de Aquisio

de Dados


EA este carto aloja as entradas analgicas de tenso e corrente


MEMO

(memria)

UCP

(Processamento)

COM

(comunicao)

ED

(Entradas Digitais)

SD

(Sadas Digitais)

EA

(Entradas Analgicas)

Sistema de Aquisio

de Dados


SA este carto aloja as sadas analgicas.


MEMO

(memria)

UCP

(Processamento)

COM

(comunicao)

ED

(Entradas Digitais)

SD

(Sadas Digitais)

EA

(Entradas Analgicas)

SA

(Sadas Analgicas)

Sistema de Aquisio

de Dados


Esquema convencional de telecomando e superviso:


Sistema de Aquisio

de Dados


Esquema digital de telecomando e superviso:


Sistema de Aquisio

de Dados

As UAC e unidades dedicadas so projetadas para coletar dados, que chegam na forma de sinal padro (por exemplo correntes CC na faixa 4-20 mA ou tenso CC de 10 V). Nem sempre o sinal do processo se enquadra neste padro.

As sadas das UAC para o processo so tambm padronizadas e nem sempre tm a capacidade (potncia) para acionar os equipamentos (disjuntores por exemplo).

A adaptao dos sinais do processo de forma a torn-los compatveis com a UAC feita pelos dispositivos de interface, podendo ser listados:

Transformadores de corrente (TC); Transformadores de potencial (TP); Transdutores; Rels de interface.


Fonte: [1]

Dispositivos de

Interface

Transformadores de Corrente

O TC um transformador no qual passa a corrente de linha (centenas de ampres) e no seu secundrio aparece corrente da ordem de 5 A (relao de

transformao tpica 2000-1000/5 A).

A relao de transformao N/5 Ampre escolhida em funo do que vai ser ligado no secundrio:

Se for um medidor, o valor de N escolhido de forma que a maior corrente passante no primrio seja 70 a 80% de N. Nesta situao o ponteiro do medidor ficar a 70-80% do

valor de fim de escala, ponto onde tem a maior preciso de leitura.

Se o secundrio for utilizado para proteo, ento N escolhido de forma que a corrente de curto circuito mxima seja inferior ao limite de saturao do TC, da ordem

de 20N. Em se fazendo desta forma resulta que a corrente no secundrio (no rel) seja

proporcional corrente no primrio, sem harmnicas e distores oriundas de

saturao do TC.


Fonte: [1]

Dispositivos de

Interface

Transformadores de Potencial

O TP reduz o valor de tenso do sistema a valor na faixa 110 V. Normalmente so providos com dois enrolamentos secundrios um sendo ligado em delta e

outro em Y aterrado, resultando pois numa relao de transformao por fase do

tipo:


Fonte: [1]

Dispositivos de

Interface

NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES


Fonte: [1]

0 termo "Rede de Computadores" tem sido utilizado para designar a interconexo de computadores autnomos, ou seja computadores

que executam programas independentes.

Classificam-se em:

LAN (Local Area Network)

WAN (Wide Area Network)

MAN (Metropolitan Area Network)


LAN (Local Area Network)

So redes privadas contidas em um prdio ou em um campus com

alguns quilmetros de extenso. A tecnologia de transmisso quase

sempre consiste em um cabo, aos quais todas as mquinas esto

conectadas e apresentam uma velocidade que pode variar de 10 a

1000 Mbps, tendo um baixo retardo (Ethernet, tokenRing, TokenBus).


MAN (Metropolitan Area Network)

uma verso ampliada da LAN, com extenses at centenas de

quilmetros com uma velocidade de at centenas de Mbps


WAN (Wide Area Network)

Redes de longo alcance:

so aquelas que interligam equipamentos entre cidades ou mesmo pases diferentes;

possuem taxas de transmisso de dados menor que 1 Mbps;

so de acesso aberto, no existindo uma classe especfica de dados que circulam nessas redes;

na maioria dos casos no possvel identificar um proprietrio da rede propriamente dita, j que

em geral utilizam recursos pblicos (cabos

telefnicos, e outros) e esto sujeitas

legislaes especficas dos pases conectados.


Topologias das redes de computadores

IRREGULAR:

Cada n de comunicao ou estao pode ser conectado as outras

estaes numa estrutura irregular de interconexo. Esta topologia ,

geralmente, empregada em redes de computadores longa distncia.



ESTRELA:

Na topologia em estrela, cada estao est ligada a estao central.

No h problema de acesso pois as vias so de uso dedicado, no sendo compartilhadas com outras estaes.

A comunicao ocorre aos pares e vrios pares podem se comunicar ao mesmo tempo.

Todas as decises de roteamento se concentram no n central. Assim, normalmente este deve apresentar uma maior capacidade de processamento.



ANEL:

A topologia em anel relativamente simples e facilmente adaptada s redes locais de computadores onde o fluxo de comunicao entre as estaes tende a ser descentralizado. Caracteriza-se por:

No h problema de roteamento, as mensagens so enviadas do transmissor ao destinatrio passando unidirecionalmente pelos ns intermedirios de comunicao.

Cada n de comunicao deve analisar os endereos das mensagens que circulam na rede, retirando de circulao as que tiverem seu prprio endereo e passando ao n seguinte as que tiverem endereo diferente do seu.



BARRAMENTO:

Na topologia em barramento, o meio fsico de transmisso composto por um

nico segmento de transmisso multiponto,


Protocolos

No processo de automao de subestao, necessrio monitorar e controlar as grandezas eltricas, o que inclui a comunicao destas

grandezas entre os IEDs;

Para se efetivar esta comunicao, existe o que se convencionou chamar de protocolos de comunicao;

Pode-se entender os protocolos de comunicao como as regras que governam a comunicao destes dispositivos;


Protocolos TCP/IP

Dados 45 a 1500 bytes

65 kbytes 65 kbytes 65 kbytes 65 kbytes

Camada de aplicao

Camada de transporte

TCP 65 kbytes TCP 65 kbytes ...

1,5 k TCP IP 1,5 k TCP IP

1,5 k TCP IP MAC 1 MAC 2

Camada de enlace

Camada fsica (ethernet)


Protocolos TCP/IP

Quadro Ethernet

MAC de origem

MAC de destino

No existem dois MAC iguais.

Quem gerencia os MACs?

O protocolo ARP (Address Resolution Protocol)

1,5 k TCP IP MAC 1 MAC 2

MAC 1

MAC 2


Protocolos TCP/IP

O protocolo ARP funciona da seguinte forma:

Quando ligamos o PC, este publica na rede, atravs do protocolo ARP uma mensagem do seguinte tipo:

Eu sou o MAC 12F4E3, existe mais algum na rede?

Todos publicam e todos leem as mensagens, Em milissegundos a tabela de origem e destino est montada.


Protocolos TCP/IP

HUB X SWITCH

Enviam o frame ethernet apenas para o computador de destino;

Elegem prioridades das mensagens;

Autodiagnose;

Possibilidade de gerenciamento;

Utiliza o procedimento CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces / Colision Detect);

Meros replicadores de informao;

H colises entre informaes;

Grande latncia em caso de colises;

No adequado proteo.

EXEMPLO DE APLICAO

(SISTEMA VITAL)

SISTEMA VITAL (CHESF)

Objetivos do VITAL

1. Integrar em rede WAN os Dispositivos de PCR (Proteo, Controle e Regulao)

2. Realizar coleta automtica dos registros internos de falta (Eventos e Oscilografia)

3. Permitir a realizao de alteraes de parmetros remotamente

4. Realizar automaticamente auditorias peridicas nas configuraes de parmetros dos Dispositivos de PCR

5. Realizar monitorizao automtica do estado das portas de comunicao de manuteno dos Dispositivos de PCR

6. Possibilitar superviso das condies ambientais (temperatura e umidade) e transmisso de vdeo das salas que abrigam os Dispositivos de PCR


AQUISIO E ANLISE DE DADOS

RELS DIGITAIS isolados: (Acesso Local Manual)

RELS DIGITAIS COM PORTAS DISTINTAS (Servio e Supeviso)

COMUNICAO COM PORTAS SERIAIS (Instvel e com travamentos)

DISPOSITIVOS SUPERVISIONADOS (Eventos e Sadas Digitais Limitados)

SE SEM SISTEMA DIGITAL (Acesso Local Manual - Uso compartilhado)

SE COM SISTEMA DIGITAL (Acesso Remoto Manual - IHM Engenharia)

AGILIZAR ALTERAO PARAMETRIZAO (SITUAES EMERGNCIAS)

CONFERNCIA PARAMETRIZAO (Comparao visual de textos ou Manual)

ARQUIVOS PARAMETRIZAO (Armazenagem e integridade dos Dados)


Abrangncia

SUBESTAES CONTEMPLADAS

40 SEs 50 % CHESF

DISPOSITIVOS SUPERVISIONADOS

700 Dispositivos de PCR

SUBESTAES COM SISTEMA DIGITAL

13 SEs 16% CHESF

SISTEMA VITAL (CHESF) ARQUITETURA COMPLETA


Mdulo de Coleta Automtica

Mdulo de Gerncia do Concentrador (Local)

Mdulo de Transmisso de Dados

Realiza coleta automtica dos registros de falta e parametrizao

Comunicao com os dispositivos, via software do fabricante

Comunicao realizada com auxlio de software rob

Monitoramento e alarme dos processos ativos locais

Realiza superviso e registro das informaes coletadas

Permite configurao remota dos processos ativos locais

Realiza transmisso dos dados coletados

Transmisso realizada via servio FTP

Estao Local

Mdulo de Gesto Ambiental Superviso das condies ambientais (temperatura e umidade)

Transmisso vdeo de salas de comando e cabana de rels


Firewall

Segurana

Controle de Fluxo (Cmera)

Concentrador com Drivers

Software Fabricante Rob

Oscilografia

BD Eventos

Parametrizao

Terminal Server Inteligente

4 portas seriais (RS 232 ou 485)

6 entradas digitais sincronizadas por GPS

(sinalizao de trigger OSC dos IED)

Isolao ptica

Sem partes mveis

Distribudo pelos painis


Oscilografia, Eventos e

Parametrizao

Oscilografia -> COMTRADE

Eventos -> TXT

Parametrizao -> TXT e proprietrio

Mensagens no-solicitadas

Aquisio otimizada atravs da sinalizao da entrada digital do Terminal Server

Software de varredura genrico

e flexvel

Monitotarao automtica do estado das portas de comunicao de manuteno

Varredura peridica

Estao LOCAL Substao n

Concentrador Local DIO

Rede Local Fibra ptica entre cabanas


Mdulo de Auditoria

Mdulo de Gerncia da Estao Central

Realiza comparao dos parmetros dos Dispositivos com OA

Gera arquivo texto apontando divergncias

Realiza superviso do status dos Concentradores Locais

Monitoramento e alarme dos processos ativos na Estao Central

Estao Central

Mdulo de Integrao SMS e E-Mail Envia mensagem de alarme para usurios pr-definidos

Mdulo de Interface de Pesquisa e Acesso Remoto Disponibiliza interface de pesquisa ao BD via Browser

Disponibiliza interface de acesso remoto aos Dispositivos


Mdulo de Validao e Consistncia de Dados

Mdulo de Banco de Dados

Realiza anlise de consistncia dos dados recebidos na

Estao Central

Distribui dados recebidos para respectivas pastas

Armazena todos os dados do sistema (Parmetros, eventos, logs,

histrico de auditoria)

Espelhamento dos Servidores Primrio e Secundrio

Mdulo de Administrao Administra Banco de Dados Dual do Sistema

Disponibiliza recursos para configuraes gerais do Sistema

Permite desabilitar dispositivos por indisponibilidade

Estao Central


WAN

CHESF


Desenvolvimento do Sistema VITAL (plataforma DOAL)

REFERNCIAS

[1] Sistemas Eltricos de Potncia: Automao, Jos Antnio Jardini;

[2] Apostila de Fundamentos e Prticas em Redes de Computadores,

Mrcio Luiz Machado Nogueira , Verso 1.0

[3] Tecnologia Ethernet e sute de protocolos TCP/IP, O Setor Eltrico,

Edio Maro 2010.

[4] Sistema vital de Integrao de Dispositivos de Proteo, controle e

regulao, CHESF / ECIL

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