Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos
eletrônicos
Interoperabilidade
Confiabilida...
Protocolos de Comunicação
 Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos
      Cada Tecnologia a seu te...
Protocolos de Comunicação
  Regras que governam a comunicação entre dispositivos
                      eletrônicos
    Cad...
Diferentes tipos de protocolos em
                   função da quantidade de dados transmitidos:

1. IED’s que trocam algu...
Protocolos de Comunicação Abertos
Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos
    4 a 20 mA.
    Prot...
A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO
                           A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS




 ...
Agilidade na Comunicação (Throughput)
Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a atuação de
       uma saída baseada...
INFORMAÇÃO – 2 Tipos

1. Não necessita referência externa : Meu
endereço é Rua Dourada 1000, CEP 13.211-111,
Jundiaí/SP-Br...
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
     Informação 1 - Disjuntor está fechado
     Informação 2 – BAN está recebendo 600 ...
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
     Informação 1 - Disjuntor está fechado
     Informação 2 – BAN está recebendo 600 ...
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
     Informação 1 - Disjuntor está fechado
     Informação 2 – BAN está recebendo 600 ...
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
              Informação 1 - Disjuntor está fechado
              Informação 2 – BAN e...
Interface RS 232
   Conector DB25 – 25 pinos - SERIAL
          Bits de dados -12 V = 1 ou Alto, +12V = 0 ou baixo
       ...
Interface RS 232
                            Ligação Ponto a Ponto
• DCE – Data Communication Equipment – Modem
• DTE - Da...
Exercício 1
       Diagrama de um Cabo Cruzado
           DTE                       DTE
  Tx (2)                          ...
Exercício 1

         DTE                 DTE
Tx (2)                        Tx (2) CT 103
  Rx (3)                      Rx...
Exercício 2
Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground),
jumpers nos conectores 4 com 5 e...
Exercício 2
Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground),
jumpers nos conectores 4 com 5 e...
RS 485 (Recomended Standard )
 EIA 485 ( Electronic Industry Association )
        Half duplex, Multiponto ( 32 nós ), 120...
CABO para RS 485 (Recomended Standard )
   EIA 485 ( Electronic Industry Association )
Deve ser blindado
Recomenda-se util...
LAN – WAN – SWITCH (HUB) ROTEADOR
               WAN
LAN 1                           LAN 3

           TABELA
           R...
Frame 802.3 MAC e Fragmentação
Sincronização   Destino   Origem   CP LLC SNAP    Dados – 38 a 1500 bytes          CRC
    ...
Modelo OSI      7 Camadas
                 Modelo TCP/IP   4 Camadas
                 Modelo          5 Camadas

7. Aplica...
ARP – Address Resolution Protocol
                                                       IP            MAC
               ...
ARP – Address Resolution Protocol
          O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo

IP                 MAC      ...
ARP – Address Resolution Protocol
O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo
     IP             MAC                ...
PROTOCOLO MODBUS

Desenvolvido pela Modicon, década de 1970, é uma das
primeiras implementações de protocolos seriais, con...
Modelo do Protocolo MODBUS
                                        Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu

      Co...
Resumo da Funções MODBUS

0x03: READ HOLDING REGISTER
0x04: READ INPUT REGISTER
0x05: FORCE SINGLE COIL
0x06: PRESET SINGL...
MODBUS
          DÚVIDA FREQUENTE
          QUESTÃO DO MAPA DE ENDEREÇOS
          Função 0x04 ( Read Input Register ) : 3...
Como Funciona o Meio de Transmissão ?
                                    Casamento de Impedância
Atenuação – Dissipação d...
REQUISITOS SISTÊMICOS FUNDAMENTAIS
1. O DADO SÓ TEM IMPORTÂNCIA NA HORA QUE FOI GERADO.
REDE CONFIÁVEL. RETRANSMISSÕES NÃO...
AUTOMAÇÃO                 COMUNICAÇÃO
                Transferir a informação de um ponto a outro
                        ...
Camada de Enlace de
                   Dados – DLL Data
                   Link Layer




para compelir os
Camada de Enlace de
Dados – DLL Data
Link Layer




                      Estou Vivo
                      Varredura a cad...
Subcamada de Acesso ao
Barramento – Fieldbus
Access Sublayer
PROCESSO DE CONTROLE CONTÍNUO - CASCATA
                      O controle está distribuído na rede, não depende de um
     ...
Temporização do controle
 em cascata - Macrocycle
CONTROLE EM CASCATA
                           Falha no SENSOR DE TEMPERATURA
                           Falha no SENSOR D...
CONTROLE DISCRETO


Processo de enchimento de galões com líquido, sobre uma esteira rolante
Redes de Campo – FF
    Schedule Building Tool
Software Configurador de Rede
Network Segment Execution Time
   Macrocycle - Orientações da Norma

Deixar 50% da banda (tempo) para Unscheduled.
Deixar ...
PROFIBUS

1. Profibus = Process Field Bus
2. Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e
    Klockner-Moeller em 1987
3. No...
Redes de Campo – ProfiBus DP
PROFIBUS
PROFIBUS
PROFIBUS
PROFIBUS

  - DP




- PA
Redes de Campo
                       Device Coupler

                   Tronco

 Device Coupler             Derivação (Sp...
Redes de Campo
                             Device Coupler
                   Tronco
                                     ...
Redes de Campo
                            Device Coupler
                                Circuito de Auto Terminação – Li...
Redes de Campo
                  Device Coupler
                            Circuito de Auto Terminação – Desligado
      ...
DeviceNet
Conceitos Fundamentais
 Planejamento e Instalação
 CAN – Controller Area Network
 CIP – Commom Industrial Protoc...
DEVICENET RESUMO

•   Desenvolvida pela ALLEN BRADLEY em 1994 e é
    baseada no protocolo CAN dos anos 80.

•   Protocolo...
DEVICENET RESUMO

•   É uma rede de comunicação de baixo custo
    idealizada para interligar equipamentos industriais
   ...
DEVICENET RESUMO
CONEXÕES SELADAS




                  Terminal “T”


Conectores                        Segmentos da linha tronco
da linha...
CONEXÕES SELADAS




                                                          Tronco
Tronco




                    Deriv...
DEVICENET
                Dispositivo 2                Dispositivo 1
             Aparece no visor e          Valor Medido...
INTERBUS
1. Desenvolvido pela Phoenix Contact, da Alemanha
2. Várias outras empresas fabricam produtos
   compatíveis
3. E...
INTERBUS
INTERBUS
INTERBUS




FRAME DE DADOS - INTERBUS
ASI
1. Actuator/Sensor Interface (AS-I)
2. Desenvolvida por um consórcio de 11 empresas em
1992 lideradas pela Siemens, Fe...
ASI


Standard PLC and
 standard master
                                      Safety monitor         Safe emergency       ...
ASI
ASI
Os chips para a versão 2.1 da rede ASI
são produzidos por dois consórcios       AS-Interface-conector vampiro
distinto...
Protocolo HART
Protocolo HART
HART funcionamento
WIRELESS - Acesso a informações antes
 inacessíveis por critérios econômicos
LAN Wireless                             LAN – Cabo UTP

        Meio físico único, onde todo                 Meio físico ...
Modelo do Protocolo
                                          Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu

      Coloca ...
Camada de Aplicação

                    Inicio (68H)

                         L
                         L

            ...
Comando de Interrogação Geral
                           Tipo = 100

                      Estrutura variável= 1

        ...
Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo
Informações de Processo
Direção de Monitoração


<1>:= Ponto simples         ...
Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo
Informações de Processo
Direção de Controle

  <45>:=Comando simples         ...
IEC 60870 104

ASDUs do IEC 101         ASDUs do IEC 101   Encapsular

                                                   ...
DNP3.0
DNP - Distributed Network Protocol - GE Harris
Utiliza camada de enlace do IEC 60870-5-2
Transferido para o grupo D...
Modelo do Protocolo                                               1
                                            Objeto de ...
Estrutura Simplificada de um Protocolo


  ID        Destino        Origem                  Dados Úteis                   ...
Visão panorâmica do DNP3
                                               Exemplo
     Camadas
                             ...
Tipos de Leituras de Dados

Quiescent Operation
  Escravo envia dados espontaneamente. Mestre não faz
  varredura
Unsolici...
Níveis no DNP V3.00


Nível 1
  Descreve os requisitos mínimos do protocolo para
  comunicação entre uma estação mestre e ...
Exemplo               Application
                                                             FIN 81 = Response
         ...
Objeto

Objeto – Indica o tipo de dados
 Binary Input
 Binary Output
 Analog Input
 Analog Output
 Counters
Estrutura do Biblioteca DNP


Binary Input – Objetos de 1 - 9
Binary Output – Objetos de 10 - 19
Counters – Objetos de 20 ...
Variação


É a forma como são transmitidos os dados.
 Valor Analógico 16 bits
 Valor Analógico 32 bits
 Ponto Digital sem ...
Camada de Aplicação - Qualifier
Como o campo Range será interpretado

Pergunta 1 – Forneça      Resposta 1 –   25 01 02 03...
Comentários Gerais Protocolos Seriais
  IEC 60870 101 - DNP 3 - MODBUS
 Custos altos nos processos de engenharia. Cada pro...
GOMSFE - Generic Object Model Substation Feeder Equip.
     MMS - Manufacturing Message Specification
                   D...
IEC 61850
    FAQs – Perguntas frequentes
Esta tecnologia vai se tornar realidade ou é mais um vaporware ? Asset
Managemen...
IEC 61850 Conceitos Essenciais
Automação da Subestação é uma rede de computadores. Relés de
proteção, oscilógrafo, control...
Arquitetura Tradicional
   Seccionadora, Disjuntor, Transformador
440 KV

                                    Proteção da ...
Nova Arquitetura Hardware/Topologia de Rede
  Seccionadora, Disjuntor, Transformador
     440 KV
                         ...
Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados

  440 KV
    TP
                TVTR           GGIO
    TC              ...
IEC 61850-7: Mensagem
            para abrir/fechar um disjuntor
BAN01/Q0CSWI1.Pos.ctlVal


                        Nome d...
IEC 61850 – Conceito GOOSE
 O dispositivo envia informação em multcast
 O assinante (subscriber) recebe esta mensagem. Não...
Tagged Internet Frame
         Quadro de Internet com TAG de
                   Prioridade

                  TAG         ...
Comparação entre Protocolos - * R=Redes                                             *B=Bit+byte+packet *TR=Tempo Real
CAMA...
Comparação Topologias - Barramento – Estrela – Anel
                        Camada                Barramento              ...
COMPARAÇÃO DE TOPOLOGIAS
             Barramento – Estrela – Anel
               Barramento      Estrela             Anel
...
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Basico de protocolos_2009

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Basico de protocolos_2009

  1. 1. Protocolos de Comunicação Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos Interoperabilidade Confiabilidade (detecção e correção de erros) Resiliência (falhas topológicas) 1. IEC 60870-101, 103, 104 Camada Física 2. DNP3 Serial 3. Modbus 4. IEC 61850 5. Foundation Fieldbus Camada Física 6. Profibus Ethernet 7. Devicenet 8. Interbus TCP/IP 9. ASI 10. Hart Internet
  2. 2. Protocolos de Comunicação Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função 1. 4 a 20 mA, analógicos. 1.1. Aquisição dos Dados – TPs, TCs, Transdutores – circuitos de corrente 4 a 20 mA para informações analógicas. Par de fios p/ posição aberto/fechado. 1.2. Atuações no processo - Circuitos de corrente e contatos aberto/fechado. 2. Barramentos de Campo – “Proprietários” ou “Abertos”. Profibus, Foundation. 2.1. Comunicação - 31,25 KHZ com par de fios (barramento), níveis de tensão e corrente no barramento (casamento de impedância, reflexão de ondas eletromagnéticas, atenuação, ruído). 2.2.Critérios de alimentação - Segurança intrínseca, áreas classificadas. FISCO Fieldbus Intrinsicaly Safe Concepty. 2.3. Mensagens - estrutura e tamanho, para atender aos requisitos de tempo dos processos industriais – milisegundos ). ( HSE – 10/100 Megabits/s). Macrocycle 2.4. Comunicação Síncrona. 2.5. Outros – DeviceNet, ASI, Interbus, Hart.
  3. 3. Protocolos de Comunicação Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função 3. Protocolos Seriais – Comunicações Remotas, “100Km” ou o limite do link de comunicação. Comunicação Assíncrona. DNP3, IEC 60870-101, MODBUS. 4. Protocolos TCP/IP – IEC 61850 - Rede Mundial, Internet, Ethernet. 5. Ethernet Industrial – Tecnologia TCP/IP. Requisitos de hardware. Determinismo. Redes Privativas isoladas ou com Servidor NAT/Firewall. 6. OPC – Interoperabilidade, conectividade aberta, entre automação industrial e os sistemas empresariais. Conjunto de padrões para interface entre softwares.
  4. 4. Diferentes tipos de protocolos em função da quantidade de dados transmitidos: 1. IED’s que trocam alguns bits em milissegundos (válvulas On/off, chaves de nível, pressostatos, etc.): protocolos do tipo SensorBuses . Exemplo – Devicenet 2. IED’s que trocam informações de alguns bytes em dezenas de milissegundos (transmissores de pressão, vazão, temperatura, válvulas de controle, etc.): protocolos tipo FieldBuses. Exemplo: Profibus PA, Hart, Fieldbus Foundation H1; 3. IED’s que trocam vários blocos de bytes em dezenas ou centenas de milissegundos (relés inteligentes, balanças, remote IO, etc.): protocolos tipo DeviceBuses. Exemplo: Profibus DP, ControlNet e DeviceNet; 4. IED’s que trocam vários dezenas de blocos ou arquivos em segundos (UTRs, CLPs, SDCDs, etc.): Protocolos do tipo DataBuses. Exemplo Ethernet TCP/IP, Profinet.
  5. 5. Protocolos de Comunicação Abertos Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos 4 a 20 mA. Protocolos seriais. IEC 60870 101 Modelo Mestre / Escravo DNP3 Modbus Comunicação Assíncrona Protocolo Setor Elétrico com arquitetura de Redes (LAN/WAN), orientado a objetos. IEC 61850 Protocolos Industriais com arquitetura de Redes (LAN/WAN), Modelo de Rede Multcast orientado a objetos. Profibus Foundation DeviceNet
  6. 6. A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS Aplicativo Gerencial Protocolo de Comunicação Softwares Visuais Configuração do Protocolo IED ou UTR Centro de Operação Processo Elétrico Conversores A/D Banco de Dados Fiação – Relação TP TC Banco de Dados Cliente da UTR Trandutores 4 A 20 mA Servidor do Aplicativo Gerencial Posição Seccionadora ou Disjuntor Telecomando Telessinal Ponto Simples Telessinal Ponto Duplo Telecomando Telecomando Duplo Simples 0 Aberto 0 0 Em trânsito 0 0 Comando Proibido 1 Fechado 0 1 Aberto 0 Abrir 0 1 Abrir 1 0 Fechado 1 Fechar 1 0 Fechar 1 1 Estado Proibido 1 1 Comando Proibido Medição KV, A, MW, MVar, Hz Conversor de12 bits Inteiro Escalas de Byte Engenharia Word Conversor de 16 bits Ponto Flutuante Relações de TP e TC Long Word Conversores A / D
  7. 7. Agilidade na Comunicação (Throughput) Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a atuação de uma saída baseada em uma decisão lógica. •1. Taxa de Transmissão •1,2 à 19,2 KBps – IEC 60870101, DNP3 •100 Mbps – IEC 61850 – TCP/IP •2. Eficiência do Protocolo – Overhead – Número total de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados. •IEC 60870 101, DNP3, Modbus – otimizados para mínimo overhead •IEC 61850 TCP/IP – pouco otimizado em função das larguras de banda disponíveis atualmente •3. Modelo da Rede •3.1. ORIGEM / DESTINO •3.2. PRODUTOR / CONSUMIDOR ( Publisher / Subscriber ) ( Publicador / Assinante ) IEC 61850
  8. 8. INFORMAÇÃO – 2 Tipos 1. Não necessita referência externa : Meu endereço é Rua Dourada 1000, CEP 13.211-111, Jundiaí/SP-Brasil. 2. Necessita referência externa : Meu nome é Paulo Oliveira e meu endereço está na lista telefônica. No caso 2 a referência externa é a Lista Telefônica, que necessito consultar para achar o endereço do meu amigo. Indexação externa.
  9. 9. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação 60 km . n S/E BAN UTR 23 Centro de Operação do Sistema 24 01001010 25 01001010 Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit 26 01001010 0 aberto 27 01001010 1 fechado 28 11110010 Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV 29 00011010 2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A 30 01001010 Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).
  10. 10. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação 60 km . n S/E BANUTR Centro de Operação do Sistema 23 Protocolo DNP 3, IEC 101 ONS 24 01001010 Linha Serial 25 01001010 Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit 26 01001010 0 aberto 27 01001010 1 fechado 28 11110010 Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV 29 00011010 2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A 30 01001010 Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).
  11. 11. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação 60 km Centro de Operação do Sistema Informação 1 - Disjuntor está fechado BAN / XCBR1.Pos.stVal Vai a informação completa, sem necessidade de referência externa. Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computador do COS. Simplifica trabalho de configuração. Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV BAN / MMXU / F21A Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).
  12. 12. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de Informação 60 km XAV IEC 61850 Rede TCP/IP Centro de Operação do Sistema Informação 1 - Disjuntor está fechado BAN / XCBR1.Pos.stVal Vai a informação completa, sem necessidade de referência externa. Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computador do COS. Simplifica trabalho de configuração. Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV BAN / MMXU / F21A Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).
  13. 13. Interface RS 232 Conector DB25 – 25 pinos - SERIAL Bits de dados -12 V = 1 ou Alto, +12V = 0 ou baixo Bits dentro do Byte transmite primeiro o MSB e depois o LSB Cada Byte começa com 1 Start Bit Alto e termina com 0 a 2 Stops Bits Baixos Desocupada a linha esta Baixa 2 stops Onda Eletromagnética – 300.000 km/segundo 1 Start bits Bit 9600 BPS - Bits por Segundo – 873 Bytes por seg Mensagem de 100 Bytes – 115 ms 1 2 3 4 5 6 7 8 Internet Mega BPS / Giga BPS MSB Data Byte LSB DTE DCE COMUNICAÇÃO 1 - CD 1 - CD 2 - TXD ASSÍNCRONA 2 - RXD 3 - TXD 3 - RXD 4 - DTR Relé de Proteção Modem 4 - DTR 5 - terra PC ou Micro 5 - terra 6 - DSR 6 - DSR Cabo Multipares 7 - RTS 7 - RTS 8 - CTS 8 - CTS 9 - RI 9 - RI DB9 Macho DB9 Femea
  14. 14. Interface RS 232 Ligação Ponto a Ponto • DCE – Data Communication Equipment – Modem • DTE - Data Terminal Equipment – Relé ou PC-Microcomputador • Hardware Handshake – se não usado só são necessários 3 sinais •TXD, RXD e Terra. Jumpeados 4 com 5; 6,8 com 20. •CD – Carrier Detected – avisa o PC que o modem tem uma boa conexão •CTS – Clear To Send – Modem está pronto para receber do PC •DSR – Data Set Ready – avisa o PC que o modem está pronto •DTR – Data Terminal Ready – avisa modem que o PC está pronto •RTS – Request to Send – avisa o modem que o PC quer mandar dados •RI – Ring Indicator – Modem detetou um sinal do outro modem Comunicação digital Comunicação digital PC Modem Modem RELÉ Comunicação São Paulo Analógica Brasília
  15. 15. Exercício 1 Diagrama de um Cabo Cruzado DTE DTE Tx (2) Tx (2) Rx (3) Rx (3) RTS (4) RTS (4) CTS (5) CTS (5) DSR (6) DSR (6) Gnd (7) Gnd (7) DCD (8) DCD (8) DTR (20) DTR (20)
  16. 16. Exercício 1 DTE DTE Tx (2) Tx (2) CT 103 Rx (3) Rx (3) CT 104 RTS (4) RTS (4) CT 105 CTS (5) CTS (5) CT 106 DSR (6) DSR (6) CT 107 Gnd (7) Gnd (7) CT 102 DCD (8) DCD (8) CT 109 DTR (20) DTR (20) CT 108
  17. 17. Exercício 2 Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5 e 6,8 com 20. DTE DTE Tx (2) Tx (2) Rx (3) Rx (3) RTS (4) RTS (4) CTS (5) CTS (5) DSR (6) DSR (6) Gnd (7) Gnd (7) DCD (8) DCD (8) DTR (20) DTR (20)
  18. 18. Exercício 2 Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5 e 6,8 com 20. DTE DTE Tx (2) Tx (2) Rx (3) Rx (3) RTS (4) RTS (4) CTS (5) CTS (5) DSR (6) DSR (6) Gnd (7) Gnd (7) DCD (8) DCD (8) DTR (20) DTR (20)
  19. 19. RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Association ) Half duplex, Multiponto ( 32 nós ), 1200 metros. Velocidade de 100 K a 10 MBps. Única CPU, diversos IHM endereçáveis, compartilham o mesmo cabo. Conversor RS232 para 485, isolamento ótico. Redes locais muito baratas, multidrop. Prover “Rejeição de Modo Comum” com par trançado, e blindagem. Topologia recomendada – Daisy Chain Outras Topologias BARRAMENTO Funciona mas não é o ideal ESTRELA Daisy Chain ANEL Não usar
  20. 20. CABO para RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Association ) Deve ser blindado Recomenda-se utilizar 3 vias e blindagem – até 1200 m Dado + Dado – Comum (GND) Blindagem Com 2 vias para curtas distâncias – poucos metros Função do COMUM – equalizar o potencial dos equipamentos conectados à Rede Função da BLINDAGEM : proteção contra Ruídos externos Não utilizar a BLINDAGEM como COMUM, pois colocaria o Ruído existente como referência
  21. 21. LAN – WAN – SWITCH (HUB) ROTEADOR WAN LAN 1 LAN 3 TABELA ROTEAMENTO ARP IPADDRES LAN 2
  22. 22. Frame 802.3 MAC e Fragmentação Sincronização Destino Origem CP LLC SNAP Dados – 38 a 1500 bytes CRC Ethertype LLC – Logic Link Control SNAP –Subnetwork Access Control Aplicação Aplicação Mensagem com 4000 Bytes TCP TCP Datagrama Datagrama 65535 bytes 65535 bytes 1500 1500 IP IP 1000 Quadro Quadro 1500 Bytes 1500 Bytes Rede 802.3 MAC 802.3 MAC Desencapsular - RX Encapsular - TX Endereço MAC Endereço IP
  23. 23. Modelo OSI 7 Camadas Modelo TCP/IP 4 Camadas Modelo 5 Camadas 7. Aplicação : HTTP, Browser, Internet Explorer (Windows), MozillaFirefox (Linux); IPhone, Ipod (Apple); FTP, Telnet, SNMP, Email, PING; SSC Spin, SSC Sage; Softwares proprietários de Relés de Proteção ABB, SIEMENS, AREVA, SEL para Análise de Perturbação 4. Transporte : TCP, UDP 3. Rede : IP ( IPv4, IPv6), ARP, RARP, ICMP 2. Enlace : Ethernet, 802.11, WiFi, HDLC, Token Ring, FDDI, Frame Relay, USART 1. Física : Modem, RS232, RS485, DB 9, DB 25, EIA 422, Bluetooth, USB, UTP, RJ 45
  24. 24. ARP – Address Resolution Protocol IP MAC IP MAC 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23 IP MAC 10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1
  25. 25. ARP – Address Resolution Protocol O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo IP MAC IP MAC 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23 10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1 Há uma troca automática IP 10.12.123.1 MAC 00:20:af:f2:e7:f1 de mensagens 10.12.123.3 10.12.123.2 08:00:20:f2:e7:fa 08:00:20:a7:41:23 e a Tabela ARP é montada
  26. 26. ARP – Address Resolution Protocol O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo IP MAC IP MAC 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23 10.12.123.3 08:00:20: f2:e7:fa 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1 10.12.123.2 08:00:20a7:41:23 10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a 10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1 10.12.123.4 01:00:ce:a2:3a IP MAC 10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23 10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1 Adiciono um 4º computador IP MAC 10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1 Há uma troca automática de mensagens 10.12.123.3 08:00:20:f2e7fa 10.12.123.2 01:00:5e:a7:41:23 e a Tabela ARP é montada 10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a
  27. 27. PROTOCOLO MODBUS Desenvolvido pela Modicon, década de 1970, é uma das primeiras implementações de protocolos seriais, continua em utilização. Modelo mais simples. Não define tipo de dados ou codificação da informação. Não define mapeamento padrão. Não possui estampa de tempo nativa. Mestre/Escravo, 1 mestre e até 247 escravos.
  28. 28. Modelo do Protocolo MODBUS Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu Coloca a informação MODBUS - Funções e Mapas de Memória Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0 1 2 na Tela do Operador na S/E ou no COS Aplicação B70 Aplicação B70 End B70 crc End B70 crc Físico Físico Desencapsular Encapsular Destino – COS Origem - S/E Bandeirantes
  29. 29. Resumo da Funções MODBUS 0x03: READ HOLDING REGISTER 0x04: READ INPUT REGISTER 0x05: FORCE SINGLE COIL 0x06: PRESET SINGLE REGISTER 0x16: PRESET MULTIPLE REGISTER 0x07: READ EXCEPTION STATUS Existem funções proprietárias Existem funções que suportam broadcast (todos os escravos a processam)
  30. 30. MODBUS DÚVIDA FREQUENTE QUESTÃO DO MAPA DE ENDEREÇOS Função 0x04 ( Read Input Register ) : 30001 em diante (ex: 30015) Transmissão: 30015 –30001 = 14 = 0x0E Função 0x03 ( Read Holding Register ) : 40001 em diante (ex: 40002) Transmissão: 40002 –40001 = 01 = 0x01 IMPORTANTE Não há confirmação de recebimento de dados nativa Não existe padronização no formado de dados Não existe padronização no mapa de memória
  31. 31. Como Funciona o Meio de Transmissão ? Casamento de Impedância Atenuação – Dissipação da energia Terminadores na impedância do cabo Atenuação - Onda Estacionária Circuito Aberto Onda Refletida Área Classificada Onda Eletromagnética Segurança Intrínseca propagando num par de fios À prova de explosão FISCO – Fieldbus Intrinsically Safe Concepty Ignition Curves
  32. 32. REQUISITOS SISTÊMICOS FUNDAMENTAIS 1. O DADO SÓ TEM IMPORTÂNCIA NA HORA QUE FOI GERADO. REDE CONFIÁVEL. RETRANSMISSÕES NÃO SÃO A SOLUÇÃO. DETERMINISMO. 2. INDEPENDÊNCIA DE FORNECEDOR COMO NA TECNOLOGIA 4 A 20 mA Aplicação Típica - Malha de controle Entrada Controle Saída Nível Transmissor Controlador Posição (Sensor) (PID) da Válvula Atuador (Posicionador da Válvula) Realimentação Limites Parâmetros Nível Controle Objetivo Processo Processo Transmissâo contínua Acesso esporádico
  33. 33. AUTOMAÇÃO COMUNICAÇÃO Transferir a informação de um ponto a outro Objeto de Dados 2. Vazão 90 então abre a válvula 1. Vazão 90 cm3/seg USER LAYER USER LAYER 90 90 DD – IEC 61804-2 DD – IEC 61804-2 IEC 61158 - FMS IEC 61158 - FMS FMS 90 FMS 90 Desencapsular Encapsular DLL FMS 90 IEC 61158 - DLL IEC 61158 - DLL DLL FMS 90 IEC 61158 IEC 61158 DLL FMS 90 @ 31.25 kbit/s @ 31.25 kbit/s DLL FMS 90 Camada H1 Física H1
  34. 34. Camada de Enlace de Dados – DLL Data Link Layer para compelir os
  35. 35. Camada de Enlace de Dados – DLL Data Link Layer Estou Vivo Varredura a cada 150 ms 3 falhas sai da Live List ( 450 ms )
  36. 36. Subcamada de Acesso ao Barramento – Fieldbus Access Sublayer
  37. 37. PROCESSO DE CONTROLE CONTÍNUO - CASCATA O controle está distribuído na rede, não depende de um processador central. Conceito de Macrocycle Trocador de Calor 1. Vapor flui pela tubulação espiral, inserida num recipiente, onde passa o fluído do processo. Um único 2. Objetivo é aquecer o barramento fluido do processo até uma temperatura definida. Fluxo Fluido de Vapor do Prpcesso
  38. 38. Temporização do controle em cascata - Macrocycle
  39. 39. CONTROLE EM CASCATA Falha no SENSOR DE TEMPERATURA Falha no SENSOR DE FLUXO CONCEITO DE SEGURANÇA DE REDE FAIL SAFE FAULT STATE SENSOR DE TEMPERATURA Dispositivo inteligente, emite um “bad status”, passa controle para manual. Envia mensagem para o supervisório. SENSOR DE FLUXO Um único Posiciona a Válvula de barramento acordo com critérios de segurança pré- estabelecido. Fluxo Fluido Abre totalmente de Vapor do Prpcesso Fecha totalmente Mantém a última posição
  40. 40. CONTROLE DISCRETO Processo de enchimento de galões com líquido, sobre uma esteira rolante
  41. 41. Redes de Campo – FF Schedule Building Tool Software Configurador de Rede
  42. 42. Network Segment Execution Time Macrocycle - Orientações da Norma Deixar 50% da banda (tempo) para Unscheduled. Deixar “spare time” – Totaliza - 70 % para Unscheduled. Constatações Estatísticas – Loop de Controle deve ser 6 vezes mais rápido que o processo. Tempo de um Bloco de Função – Multiplicar por 3.
  43. 43. PROFIBUS 1. Profibus = Process Field Bus 2. Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e Klockner-Moeller em 1987 3. Norma EN 50170/50254 4. Controle de Processos pelo padrão Profibus PA 5. Segurança Intrínseca IEC 61158-2 no padrão PA 6. Tendência de integração de camadas (DP, PA e Profinet).
  44. 44. Redes de Campo – ProfiBus DP
  45. 45. PROFIBUS
  46. 46. PROFIBUS
  47. 47. PROFIBUS
  48. 48. PROFIBUS - DP - PA
  49. 49. Redes de Campo Device Coupler Tronco Device Coupler Derivação (Spur) Dispositivo TRUNKGUARD Logica LED Proteção Contra ON Curto Circuito Dispositivo consome a Corrente Normal, a chave está LED Fechada, a derivação está ativa OFF LED VERDE ON LED VERMELHO OFF
  50. 50. Redes de Campo Device Coupler Tronco FALHA Device Coupler TRUNKGUARD Logica Device Proteção Contra Curto Circuito Circuito Lógico deteta uma falha, abre a chave A carga em falha é desconectada do seguimento LED VERDE OFF LED VERMELHO ON
  51. 51. Redes de Campo Device Coupler Circuito de Auto Terminação – Ligado Ultima caixa do Segmento TERMINATOR Device Coupler LED TRUNKGUARD Logica SAÍDA ENTRADA DO DO TRONCO Auto Terminação TROCO
  52. 52. Redes de Campo Device Coupler Circuito de Auto Terminação – Desligado Segmento com mais dispositivos Segment Communications TERMINATOR LED Device Coupler ENTRADA SAÍDA TRUNKGUARD DO Logic DO TROCO TRONCO Auto Terminação
  53. 53. DeviceNet Conceitos Fundamentais Planejamento e Instalação CAN – Controller Area Network CIP – Commom Industrial Protocol Redes Seguras DeviceNet Baseline and Test Report ODVA – Open DeviceNet Vendor Association
  54. 54. DEVICENET RESUMO • Desenvolvida pela ALLEN BRADLEY em 1994 e é baseada no protocolo CAN dos anos 80. • Protocolo CAN foi desenvolvido pela BOSCH, para a indústria automobilística. • Principais Fornecedores de Chip CAN – Intel, Motorola, Philips, Nec, Hitachi, Siemens.
  55. 55. DEVICENET RESUMO • É uma rede de comunicação de baixo custo idealizada para interligar equipamentos industriais utilizando o mesmo meio físico. Um par de fios. – velocidade 500 khz • DEVICENET é um protocolo aberto e difundido pela ODVA • Da mesma família CIP do DeviceNet : • ControlNet – 5 MBits/s – 1997 • EtherNet IP 2000 • Network Safe 2004
  56. 56. DEVICENET RESUMO
  57. 57. CONEXÕES SELADAS Terminal “T” Conectores Segmentos da linha tronco da linha tronco -conectores moldados instalados no campo - rosqueados Derivações Terminal múltiplo - prensados - conetores moldados - 0 a 20 ft.
  58. 58. CONEXÕES SELADAS Tronco Tronco Derivações Derivações Derivações com comprimento zero Suporte a conexões Terminais podem ser montados em temporárias painéis ou caixas de junção
  59. 59. DEVICENET Dispositivo 2 Dispositivo 1 Aparece no visor e Valor Medido = Peso1 Armazena em Banco de Dados Um objeto do modelo CIP Peso1 Peso1 CIP CIP Desencapsular Encapsular TRA Peso1 TRA TRA TRA Peso1 CAN CAN CAN TRA Peso1 CAN TRA Peso1 Camada Camada Física Meio Físico Física DeviceNet Cabo com 2 pares + 1 condutor blindagem : 1 par para Comunicação e outro para a Fonte de Alimentação
  60. 60. INTERBUS 1. Desenvolvido pela Phoenix Contact, da Alemanha 2. Várias outras empresas fabricam produtos compatíveis 3. Está sendo padronizado pela DIM e pela IEC 4. Usado para interligação de sensores e atuadores a um elemento inteligente (CLP, CNC, etc.) 4. Norma DIN 19258 e em 2000 atende a IEC 61158 5. Scaners para PLC ou diretamente em PC através de software específico 6. Única rede com scan de todos os escravos em um único ciclo
  61. 61. INTERBUS
  62. 62. INTERBUS
  63. 63. INTERBUS FRAME DE DADOS - INTERBUS
  64. 64. ASI 1. Actuator/Sensor Interface (AS-I) 2. Desenvolvida por um consórcio de 11 empresas em 1992 lideradas pela Siemens, Festo e Turck. 3. Usada para interligação de elementos binários (sensores, atuadores, botões liga/desl., relés, etc.) a um elemento inteligente (CLP, CNC, PLC, PC, etc.) 4. Norma IEC 50295 e IEC 62026 5. Pode ser interconectada com CAN, Profibus, FIP, Interbus, RS-232, RS-485, etc. 6. Na versão 2.1 conecta até 62 elementos incluindo dados analógicos.
  65. 65. ASI Standard PLC and standard master Safety monitor Safe emergency Safe Standard stop button module module ASi power unit Safe position switch Safe light barrier Standard module
  66. 66. ASI
  67. 67. ASI Os chips para a versão 2.1 da rede ASI são produzidos por dois consórcios AS-Interface-conector vampiro distintos: Siemens e Festo desenvolveram em conjunto o chip SAP4. 1, pino a pino compatível com o chip SAP4, e o consórcio de oito outros membros (Bosch, Hirsch Mann, ifm electronic, Leuze, Lumberg, Klockner Moeller, Pepperl+Fuchs and Schneider Electric) desenvolveu o chip A2SI. Ambos os chips proporcionam todas as funcionalidades da version 2.1.
  68. 68. Protocolo HART
  69. 69. Protocolo HART
  70. 70. HART funcionamento
  71. 71. WIRELESS - Acesso a informações antes inacessíveis por critérios econômicos
  72. 72. LAN Wireless LAN – Cabo UTP Meio físico único, onde todo Meio físico único, onde todo mundo fala. Necessita de um mundo fala. Necessita de um mecanismo para organizar a mecanismo para organizar a sequência de quem fala. sequência de quem fala. 2,4GHZ HUB, SWITCH CSMA/CA CSMA/CD - ETHERNET OFDM*/QAM Aplicação MODULAÇÃO BANDA BASE FHSS/DSSS MAC ADDRESS, ARP. *Diferencia os usuários pelas Enlace Enlace frequências (grupos) ortogonais. TCP/IP (equivalente ao MAC Address). ** Física Física **STAR, MESH, CLUSTER TREE
  73. 73. Modelo do Protocolo Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu Coloca a informação Objeto IEC Classe 1 Tipo 30 Conteúdo Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0 1 2 na Tela do Operador na S/E ou no COS Aplicação B70 Aplicação B70 Enlace Enlace ENL B70 ENL B70 Físico Físico Desencapsular Encapsular Destino – COS Origem - S/E Bandeirantes
  74. 74. Camada de Aplicação Inicio (68H) L L Inicio (68H) Controle Protocol Dados de Data Link Unit (PDU) Aplicação Endereço (opc.) Service Application Data Service Unit (LSDU) Data Dados Unit (ASDU) Checksum Fim (16H)
  75. 75. Comando de Interrogação Geral Tipo = 100 Estrutura variável= 1 Causa (6=ativação, 7=confirmação) Endereço comum da ASDU = 1 Endereço do objeto de informação = 0 Qualificador da Interrogação = 20 (global) PDU LSDU ASDU TX: 68 09 09 68 73 06 64 01 06 01 00 00 14 F9 16 RX: 68 09 09 68 08 06 64 01 07 01 00 00 14 8F 16
  76. 76. Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo Informações de Processo Direção de Monitoração <1>:= Ponto simples M_SP_NA_1 <2> :=Ponto simples com etiqueta de tempo M_SP_TA_1 <3>:=Ponto duplo M_DP_NA_1 <4>:=Ponto duplo com etiqueta de tempo M_DP_TA_1 <5>:=Posição de passo M_ST_NA_1 <6>:=Posição de passo com etiqueta de tempo M_ST_TA_1 <9>:=Medida, valor normalizado M_ME_NA_1 <30>:=Ponto simples, etiqueta CP56Time2a M_SP_TB_1 <31>:=Ponto duplo, etiqueta CP56Time2a M_DP_TB_1
  77. 77. Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo Informações de Processo Direção de Controle <45>:=Comando simples C_SC_NA_1 <46>:=Comando duplo C_DC_NA_1 <47>:=Comando aumentar/diminuir passo C_RC_NA_1 <48>:=Comando set point, valor normalizado C_SE_NA_1 <49>:=Comando set point, valor em escala C_SE_NB_1 <50>:=Comando set point, ponto flutuante C_SE_NC_1 OBS: Estas ASDUS exigem confirmação e devem ser espelhadas na direção de monitoração, com diferentes causas de transmissão.
  78. 78. IEC 60870 104 ASDUs do IEC 101 ASDUs do IEC 101 Encapsular CAV_Dj1_0_1 e complementares e complementares 4.Aplicação 4.Aplicação TCP CAV_Dj1_0_1 3.Transporte-TCP 3.Transporte-TCP 2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP CAV_Dj1_0_1 1.Física 1.Física ethernet-MAC add ethernet-MAC add MAC IP TCP CAV_Dj1_0_1 LAN
  79. 79. DNP3.0 DNP - Distributed Network Protocol - GE Harris Utiliza camada de enlace do IEC 60870-5-2 Transferido para o grupo DNP em 1993 (www.dnp.org) Dominante na América do Norte Conjunto de Documentação DNP V3.0 Data Object Library DNP V3.0 Application Layer Specification DNP V3.0 Transport Functions DNP V3.0 Data Link Layer
  80. 80. Modelo do Protocolo 1 Objeto de dados Ex: S/E Cabreúva Disjuntor 1 abriu DNP 3 - Objeto 1 Variação 2 Qualificador 1 Coloca a informação 2 na Tela do Operador na S/E ou no COS Disjuntor 1 Aberto - Informação => C 1 1 Aplicação C11 Aplicação C11 Transporte TRA C11 TRA C11 Transporte ( fragmentação ) ENL TRA C11 ENL TRA C11 Enlace Enlace Físico Físico Desencapsular Encapsular Destino - COS Origem - S/E Cabreuva
  81. 81. Estrutura Simplificada de um Protocolo ID Destino Origem Dados Úteis Fim x BYTES x BYTES x BYTES x BYTES x BYTES Formato FT3 Start Start Comprimento crc2 (lenght) Controle Destino Destino Origem Origem crc1 05 64 2 bytes 2 bytes Total = 10 bytes
  82. 82. Visão panorâmica do DNP3 Exemplo Camadas Menagem DNP3 com 750 bytes Aplicação TH 250bytes TH 250bytes TH 250 bytes Pseudo Transporte Até 16 blocos com 18 Enlace TH ... bytes. O último bloco fica com o número Bloco zero com 10 bytes Formato FT3 de bytes quebrado.
  83. 83. Tipos de Leituras de Dados Quiescent Operation Escravo envia dados espontaneamente. Mestre não faz varredura Unsolicited Report-by-Exception Operation Espontâneo + Integridade (Classe 0) Polled Report-by-Exception Operation Evento (Classe 1,2,3) + Integridade (Classe 0) Polled Static Integridade (Classe 0)
  84. 84. Níveis no DNP V3.00 Nível 1 Descreve os requisitos mínimos do protocolo para comunicação entre uma estação mestre e um IED Nível 2 Descreve os requisitos do protocolo, ligeiramente maior que Nível 1, que pode ser implementado tipicamente entre uma estação mestre e um grande IED ou UTR Nível 3 Descreve os requisitos do protocolo, maior que Nível 2, que pode ser implementado entre uma estação de mestre e uma UTR mais avançada
  85. 85. Exemplo Application FIN 81 = Response FIR RX: Header Seq TH 05 64 1E 44 00 00 01 00 16 0D E6 E8 81 IIN OBJ 00 00 20 02 17 04 0A 01 2F 0A 00 01 65 03 86 65 06 01 4E 0C 03 01 B0 FD 6C 88 Qualificador Quantidade Índice 8 bits Flag 8 bits Obs: Objeto 32 variação 2 -> Objeto analógico de 3 octetos Valor 16 bits Analógico 16 bits Flag - 01 = on line
  86. 86. Objeto Objeto – Indica o tipo de dados Binary Input Binary Output Analog Input Analog Output Counters
  87. 87. Estrutura do Biblioteca DNP Binary Input – Objetos de 1 - 9 Binary Output – Objetos de 10 - 19 Counters – Objetos de 20 - 29 Analog Input – Objetos de 30 - 39 Analog Output – Objetos de 40 – 49 Time – Objetos de 50 – 59 Class – Objetos de 60 – 69
  88. 88. Variação É a forma como são transmitidos os dados. Valor Analógico 16 bits Valor Analógico 32 bits Ponto Digital sem Estampa de Tempo Ponto Digital com Estampa de Tempo
  89. 89. Camada de Aplicação - Qualifier Como o campo Range será interpretado Pergunta 1 – Forneça Resposta 1 – 25 01 02 03 as Medições ( objeto 30 variação 2 ) do endereço 25 ao endereço 28. Resposta 2 – 25 01 02 03 Pergunta 2 – A partir do endereço 25 forneça 3 Medições Pergunta 3 – Forneça Resposta 3 – 25 01 28 02 47 03 as Medições 25, 28, 47.
  90. 90. Comentários Gerais Protocolos Seriais IEC 60870 101 - DNP 3 - MODBUS Custos altos nos processos de engenharia. Cada protocolo tem a sua própria estrutura de representação de dados. US$ 28 Bi foram gastos no mundo em 1998. Publicação Forrester Inc. Gateways. Muitos protocolos – Limitação da interoperabilidade. Diferentes funcionalidades. Protocolos Proprietários – Dificultam o uso de ferramentas de mercado e do seu desenvolvimento. Diferentes padrões entre América, Europa e Ásia. Perfil do Protocolo – Profile Procedimentos de Certificação Mercado Global requer : Redução de custo e competição. Padrões abertos que protejam os investimentos de obsolescência rápida no futuro.
  91. 91. GOMSFE - Generic Object Model Substation Feeder Equip. MMS - Manufacturing Message Specification Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados UCA/IEC 61850 UCA/IEC 61850 Encapsular GOMSFE GOMSFE CAV_Dj1_0_1 CASM CASM MMS MMS 4.Aplicação 4.Aplicação TCP CAV_Dj1_0_1 3.Transporte-TCP 3.Transporte-TCP 2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP CAV_Dj1_0_1 1.Física 1.Física ethernet-MAC add ethernet-MAC add MAC IP TCP CAV_Dj1_0_1 LAN
  92. 92. IEC 61850 FAQs – Perguntas frequentes Esta tecnologia vai se tornar realidade ou é mais um vaporware ? Asset Management ? Gerenciamento de Ativos ? Por que devemos utilizá-la ? Que vantagens teremos ? Eu entendo de proteção, agora necessito entender de redes de computadores ? Eu entendo de redes de computadores, agora necessito entender de proteção ? O IEC 61850 é um protocolo de comunicações ? Ora, então que o pessoal de comunicações cuide dele. Por que misturar proteção, supervisão, redes ? Estávamos tão bem, cada um no seu mundo. É realmente necessário ? Estamos abrindo um buraco na segurança ? E os algorítimos de proteção, estudos, ordens de ajuste, lógicas de controles e intertravamentos ?
  93. 93. IEC 61850 Conceitos Essenciais Automação da Subestação é uma rede de computadores. Relés de proteção, oscilógrafo, controles de bay, supervisório, etc, possuem endereço IP, MAC Address, etc . IEC 61850 codificou a informação. Transporte ficou com TCP/IP. Dispositivo Lógico/Nó Lógico/Objeto de Dados. GOOSE – General Object Oriented Substation Event –TRIP Só na Barramento de Estação local da S/E, entre relés de um esquema de proteção, não roteável, possui requisitos rígidos de velocidade e determinismo. Redes mistas, anel de fibra ótica, com protocolo RSTP para Relés de Proteção, e estrela (switch) concentrando os demais equipamentos. Gerenciamento de Ativos. Asset Management. Projetar/configurar. Ferramentas de software. Configuradores SCL. Arquivos de Configuração - .ssd, .icd, .scd, .cid
  94. 94. Arquitetura Tradicional Seccionadora, Disjuntor, Transformador 440 KV Proteção da Alta Controle de Bay Oscilografia Fiação de Cobre cos Unidade Terminal Remota Ponto a Ponto 138 KV Serial Proteção da Baixa
  95. 95. Nova Arquitetura Hardware/Topologia de Rede Seccionadora, Disjuntor, Transformador 440 KV Proteção da Alta Controle de Bay Oscilografia Unidade Terminal Remota Fibra Ótica Servidor de Subestação Supervisório Local Ponto a Ponto Serial 138 KV COS Proteção da Baixa
  96. 96. Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados 440 KV TP TVTR GGIO TC GAPC Ultrapassou Limite Superior TCTR MMXU MW XCBR XARC Soma corrente PDIS RFLO Distancia XSWI ATCC RDRE Registrador GGIO - Generic input/Output 138 KV GAPC - Automatic Process Control XARC - Monitoring for arcs RFLO - Fault Locator RDRE - Disturbance Recorder ATCC - Tap changer controller
  97. 97. IEC 61850-7: Mensagem para abrir/fechar um disjuntor BAN01/Q0CSWI1.Pos.ctlVal Nome do atributo (fixo) Nome do Objeto de dados (fixo) Sufixo do nome do nó lógico (livre) Nome Classe Nó Lógico (fixo) do Nó Prefixo do nome do Nó Lógico (livre) Lógico Nome do Dispositivo Lógico (livre)
  98. 98. IEC 61850 – Conceito GOOSE O dispositivo envia informação em multcast O assinante (subscriber) recebe esta mensagem. Não assinantes a ignoram. Z é um assinante e recebe a mensagem. Y não é um assinante e a ignora. EXEMPLO: GOOSE Receiver Device Y GOOSE message Ethernet GOOSE Sender Device X GOOSE Receiver Device Z GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)
  99. 99. Tagged Internet Frame Quadro de Internet com TAG de Prioridade TAG CP Pre SFD DA SA ET MAC - Dados FCS Prior TP 7 1 6 6 2 46 – 1500 bytes 4 4 2 •Tag de Prioridade ( Virtual LAN) 2 bytes para identificação do TAG – IEEE 802.1Q Virtual Bridge Local Area Network 2 bytes para informação de controle do TAG • EtherType – 2 bytes para indicação do tipo de protocolo no pacote ethernet
  100. 100. Comparação entre Protocolos - * R=Redes *B=Bit+byte+packet *TR=Tempo Real CAMADA USO CAMADA TEMPO ACESSO CLASSI - REGRA DE FREQ HZ SOE MODELO APLICAÇÃO FÍSICA MENSAG FICAÇÃO DESENVOLV TIPICA NAT PRINCIP troughput troughp. troughput Modbus Scada*TR RS485, 232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Não Mestre/Escr IEC101 SCada*TR RS232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr IEC103Proteção Scada*TR RS232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr IEC104 Scada*TR Ethernet Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr DNP3 Scada*TR RS232 Ether Seg Prot / byte Bal Des L. Banda 9,6 K Sim M/M Mest/Esc IEC 61850 Automação Ethernet Seg, mili, CSMA/CD Arquitetur Simplific. Eng. 100 M Sim Cli/Serv Eth Autom. Substação Scada*TR GOOSE microseg *R *B Automaç Tec. Objetos Proteção Multcast Eth Foundation Controle Barr Campo Dezenas LAS Arquitetur Simplific. Eng. 31,25 K Não Cli/Serv Eth Fieldbus Processo 2 fios milis Automaç Tec. Objetos Multcast LAS *R *B 100 M Profibus DP Controle Barr Campo Dezenas Token Arquitetur Simplific. Eng. 31,25 K Não Cli/Serv Eth Processo 2 fios PA milis Automaç Tec. Objetos Multcast Tok PA Fieldbus *R *B 100 M Devicenet Controle Barr Campo Dezenas CSMA/BA Arquitetur Simplific. Eng. 500 K Não Cli/Serv Eth Manufatura 4 fios milis *R *B Automaç Tec. Objetos Multcast Fieldbus 100 M CSMA/BA Interbus Controle RS485 4 fios Miliseg Prot / bit Protocolo L. Banda 500 K Não Mestre/Escr Manufatura EIA 422 Fieldbus Velocidade ASI Controle Barram Prop Miliseg Prot / bit Protocolo L. Banda 127 K Não Mestre/Escr Manufatura 2 fios Velocidade Hart Supervisão 4 a 20 mA Dezenas Prot / byte Protocool L. Banda 4k Não Mestre/Escr Carrier milis
  101. 101. Comparação Topologias - Barramento – Estrela – Anel Camada Barramento Estrela Anel Física MODBUS ( Full RS 485 - 4 ou 2 Daisy Chain – sem Caso Particular Não aplicável Duplex-4 fios, Half fios, Alim+Sinal derivações–Recom Barrament Deriv. Duplex-2 fios) MODBUS, IEC 101, RS232 Não aplicável Mestre/Escravo Não aplicável 103, DNP - Full, Half USART Computador/UTR IEC 104, DNP3- Ethernet TCP/IP Cabo coaxial -obsoleto Mestre/Escravo Não aplicável TCPIP - LAN TCP/IP é só meio IEC 61850 Autom. Ethernet TCP/IP Cascata de switch Tagged Switches Tagged Switches Substação - LAN Redundância Cabo UTP / Fibra Ót RSTP – Fibra Ótica Foundation 2 fios Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável Fieldbus Alim+Sin juntos Derivações (spurs) Ethernet Profibus DP PA 2 fios Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável Fieldbus Alim+Sin juntos Derivações (spurs) Ethernet Devicenet Field 4 fios / Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável 2 Alim / 2 Sinal Derivações (spurs) Ethernet Interbus Fieldbus 4 fios 2Alim 2Sinal Tronco (trunk) e Caso Particular Não aplicável ASI 2 fios Derivações (spurs) Barrament. Deriv. WIRELESS FHSS / DSSS Não aplicável Ponto de Acesso Malha - Mesh
  102. 102. COMPARAÇÃO DE TOPOLOGIAS Barramento – Estrela – Anel Barramento Estrela Anel Redundância Pior – switches Médio Melhor em cascata Latência Média Melhor Pior Custo Menor Maior – “home Médio run cabling” caro Latência – Tempo de um pacote internet sair de um IED e chegar ao destino. Utilizar Switches com RSTP, VLAN, QoS (prioridade para GOOSE ), Tagged Ethernet, segregação de redes de Alta Prioridade.

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