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> VIII SIMPASE – 13 e 14 de Agosto de 2009 – Mini-Curso – Tecnologias de Sistemas SCADA e Tendências Futuras

Evolução de Protocolos de Comunicação

Sérgio Yoshio [email protected]

Ethan [email protected]

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Agenda do Mini-Curso

Evolução de protocolos de comunicação:

Protocolos proprietários

IEC-870-5-101/102/103/104, DNP3.0

ELCOM-90 (TASE.1) e ICCP (TASE.2)

IEC-61850


Introdução à Comunicação

Transmissor Receptor

Fibra ótica, Cabo OPGW

Rádio

OPLAT

Satélite



Fonte: PUC-PR



Fonte: RuggedCom



Frame-Relay, ISDN ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados), ATM (AsynchronousTransfer Mode), VPNs(Virtual Private Network), etc.

Voz sobre IP, Videoconferência, TV interativa, Ensino à Distância, Realidade Virtual, etc.

Fonte: Prof. Moreira



Fonte: Prof. Moreira


Por que é Necessário Protocolo?


Protocolos de Comunicação

Protocolos:Inteligentes

De Processo

Otimizado

Fácil configuração

Velocidade

...

PROPRIETÁRIO !!!



HART (Highway Addressable Remote Transducer) -Comunicação digital simultânea com o sinalanalógico de corrente 4-20mA.

Fonte: Prof. Walmy



Fonte: Prof. Walmy

RockwellDeviceNet, ControlNet, Ethernet/IP

SiemensASI, Profibus DP, PA, FMS, Profinet

SchneiderModbus, Modbus Plus, Modbus TCP

Fieldbus FoundationFoundation Fieldbus H1, H2 e HSE.

OutrosSeriplex, Interbus, CAN, SDS,

WorldFIP, DNP3, LonWorks, SwifNet,ARCNet



ModbusCriado em 1979 para comunicação entre controladores da

MODICON (Schneider).

Fácil operação e manutenção.

Conseqüências: Padrão “de fato” ao ser adotado por vários fornecedores.

Adotado em vários níveis de aplicações, inclusive sistemasde supervisão.


Tipos de Protocolo Modbus

Fonte: Prof. Walmy


Outros Protocolos

Fonte: Prof. Walmy

ProfiNet (Profibus for Ethernet) Comunicação entre CLPs e PCs usando

Ethernet/TCP-IP

Profibus FMS (Fieldbus MessageSpecification) Comunicação entre CLPs e PCs.

Profibus DP (Decentralized Peripherals) Comunicação com drives, dispositivos

E/S, transdutores, analisadores e etc.

Profibus PA (Process Automation) Comunicação com transmissores de

pressão, nível, vazão e temperatura eválvulas de controle.

AS-I (Actuator Sensor Interface) Sensores e Atuadores ON-OFF


Protocolos – Setor Elétrico

Monitoração Valores de medições realizadas (tensão,

corrente, potências, fator de potência)

Estado dos disjuntores e chavesseccionadoras

Proteção Manobra de dispositivos para proteger os

geradores, transformadores e linhas detransmissão na ocasião de anomalias dosistema.

Comando Manobra de equipamentos a critério do

operador

Alarme Notifica o operador de ocorrência de

alteração da configuração da rede elétricaou irregularidade funcional de algumequipamento


Protocolo DNP3.0

DNP3 ou Distributed Network ProtocolPadrão para sistemas SCADA

Define a comunicação entre Estações Mestre, UTRs e IEDs

Criado pela divisão Harris Controls da GE

Em 1993, foi criado o DNP3 User Group, com aplicações emconcessionárias de óleo e gás, água, saneamento esegurança

Predominante no mercado americano


DNP3.0 - Características

Endereçamento para mais de 65 mil dispositivos com até 65mil pontos

Pedir e responder múltiplos tipos de dados em uma mesmamensagem

Quebrar mensagens em pacotes múltiplos para garantir umaexcelente detecção de erro (Report by Exception)

Incluir apenas dados modificados numa resposta Dar prioridades a itens de dados Responder sem ser solicitado Sincronização automática dos relógios dos dispositivos Eventos com etiqueta de tempo (Unsolicited Messages)



Prioridade:Classe 1 “Changed Data” – Prioridade Alta

Classe 2 “Changed Data” – Prioridade Média

Classe 3 “Changed Data” – Prioridade Baixa

Classe 0 “Static Data” – Todos os dados

Transferências de dados:Varredura não periódicas - Classe 0

Varredura periódicas - Classe 2 e 3.

Informes não solicitados - Classe 1


Protocolos IEC 60870-5

IEC 60870-5Refere-se a coleção de padrões abertos

Produzidos pela Comissão Internacional de Eletrotécnica,ou IEC

Descrições funcionais detalhadas para tele-controle desistemas SCADA

Direcionado para aplicação SCADA de sistemas elétricos

Predominante no mercado europeu


Protocolo IEC 60870-5-101

Similaridades com DNP3Alta segurança na transmissão de dados

Operação por polling e RBE

Uso de Mensagens não solicitadas

Definições de objetos de dados adequado para SCADA

Sincronização de Tempo

Etiqueta de Tempo

Congelamento e Zeramento de Contadores

Ação SBO

Grupos de dados e Classes

Download e Upload de Arquivos


Protocolo IEC 60870-5-101

Diferenças com DNP3Maior faixa de endereçamento

Uso de Mensagens não solicitadas somente ponto a ponto.

Somente um tipo de dados por mensagem.

Não tem procedimentos de testes e certificação.

Objetos de Dados mais simples

Endereçamento mais simples

Configuração de baixo nível mais complexa


Protocolos IEC 60870-5-103 / IEC 60870-5-104

IEC 60870-5-103 [IEC103]Padrão de comunicação entre um sistema de controle de

subestação e equipamentos de proteção

IEC 60870-5-104 [IEC104]É uma extensão do protocolo IEC 101 com modificações

nos serviços das camadas física, link, rede e transporte

Utiliza interface padrão TCP/IP para redes comconectividade LAN (Local Area Network) e roteadores paraconexão com WAN (Wide Area Network)


Protocolo UCA2

UCAConjunto de padrões para dispositivos de monitoração e

controle para interoperar com aplicações típicas deconcessionárias, em um ambiente de múltiplosfornecedores

É um sistema que define quais dados relevantes de cadadispositivo (válvula, transformador, religador) devem serautomaticamente transferidos aos sistemas SCADA daconcessionária.

Em 1999 foi publicado como um padrão IEEE.


IEC 61850

IEC 61850Criado a partir do UCA 2.0

Conjunto de funções que podem interoperar em formadistribuída, em diferentes dispositivos físicos, conectadosem rede

Define três mecanismos para a elaboração da automaçãode um sistema elétrico:

modelos de objetos

serviços de comunicação

linguagem SCL (Substation Configuration DescriptionLanguage)


IEC 61850IEC 61850 é comum para a IEC e ANSI


IEC 61850


IEC 61850 - Designador de Grupo


IEC 61850 - Classes de Nós Lógicos


IEC 61850 - Classes de Dados


IEC 61850 - Arquitetura Típica

Arquitetura Distribuída SCADA

IEC870-5-101

IEC 870-5-103

Ethernet IEC 61850

MiCOM C264

MiCOM P


Protocolos Entre Centros de Operação

TASE (Tele-control Application Service Element)Designação IEC de protocolo padrão internacional para

troca de dados entre Utilities

TASE.1 – baseado no protocolo ELCOM-90

TASE.2 – baseados no protocolo ICCP


TASE

WG7: Telecontrol protocols compatible with ISO Standardsand ITU-T recommendations

Foco: protocolos WAN para interconectar centros de controlecom bases de dados e aplicações EMS heterogêneas.

Objetivo: desenvolver protocolos e serviços utilizando ao máximoos padrões ISO.

TASE.1 Inclui funcionalidades avançadas

Objetivo principal: prover operação sobre protocolo ELCOM-90existente em camadas OSI

A interface do programa de aplicação do TASE.1 foi mantida comodefinido nos documento do protocolo ELCOM-90 para facilitar asubstituição do ELCOM-90 pelo TASE.1.


TASE

WG7: Telecontrol protocols compatible with ISOStandards and ITU-T recommendationsTASE.2

Principais objetivos: aumento de funcionalidades emaximizar a utilização dos protocolos existentes,especificamente o MMS (Manufacturing Messaging Standard)

Adicionalmente, também disponibiliza troca de mensagensde informação (ASCII) e objetos de dados estruturados

Também é conhecido, não oficialmente, como ICCP (Inter-Control Center communications Protocol), nome dado aoprojeto EPRI que patrocinou o desenvolvimento daespecificação inicial


Comparação - Geral


Comparação – Descrição de Dados de Processo


Comparação – Serviços de Operação


Comparação – Arquitetura e Comunicação

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