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IX Pylestras - SmartGrid com Python

I
italomaia

Palestra sobre smart grid com python ministrada no IX Pylestras

1 de 31
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Implementando Smart Grid com Python:
Uma Visão Geral dos desafios e soluções
Quem sou eu?
● Paolo Oliveira
● Engenharia de Telecomunicações – IFCE
● LIT – Laboratório de Inovação Tecnológica
● Usuário python a uma década
Smart Grid
● Aplicação de conceitos de rede eletrica distruibuida
inteligente, que pode monitorar seu próprio fluxo
eletrico e se ajustar as condições adversas,
reconfigurando os dispositivos que a compõe através
da automação e integração de todos os elementos da
rede. E para tal, é necessário haver comunicação
entre elementos que acompoem.
Problemas do Mundo Real
● Infinidade de Protocolos de Comunicação, muitos
deles fechados (embora existam os abertos e bem
conhecidos como DNP3, Modbus e IEC61850);
● Rede Elétrica "analógica" (poucos ou nenhum
equipamento inteligente disponível);
● Conectividade complexa em locais distantes
(geralmente restrito ao GPRS);
● Etc.
Objetivos
● Integração;
● Interoperabilidade;
● Monitoramento;
● Gerenciamento.
SCADA
Supervisory Control And Data Acquisition
● Melhor forma de gerenciar.
Entretanto...
● Licenças “estupidamente” caras e individuais para
cada conexão;
● Só “fala” protocolos conhecidos e/ou abertos.
Solução
● Gateway integrador, decodificando os protocolos,
abertos e fechados, e traduzindo-os entre si,
permitindo interoperabilidade, ao passo em que que
fornece acesso a monitoramento e gerenciamento
industrial através do SCADA, e de forma genérica
através de webservice.
Necessidades na implementação da
Solução
● Garantia na execução de código em intervalos de
tempo finitos bem definidos;
● Facilidade em codificar e decodificar protocolos
proprietarios(parsing e validação de estruturas);
● Gerenciamento eficaz e simples de comunicação
serial e TCP/IP.
Garantia na execução de código em
intervalos de tempo finitos bem
definidos
● Criação de um “watchdog” com a biblioteca thread
● No construtor:
self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT)
self.watchdog.start()
● No método WDT:
def WDT(self):
● self.watchdog.cancel()
(…) # chamadas a serem executadas
self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT)
self.watchdog.start()
Garantia na execução de código em
intervalos de tempo finitos bem
definidos
● Iniciar todos os modulos via thread:
if __name__=='__main__':
threading.Thread(target=thread_modbus).start()
threading.Thread(target=thread_ws).start()
…
● Com isto, eu garantia meu código lendo o pool
Modbus a cada 0.2 segundos, tempo limite para
desarmar a rede elétrica de baixa tensão.
Executar o servidor modbus “fora”
● Implementação simples(<20 linhas de código);
● Quantidade imoral de acessos...
Deixa o S.O.
cuidar dele ;D
Facilidade em codificar e
decodificar protocolos proprietarios
Design de uma forma genérica de escrever protocolos:
● Definir todos os campos do frame como variáveis globais.
● Criar um método encode() que le as variaveis globais e “monta” o
pacote, computando tamanhos e CRC;
● Criar um método decode() que pega um frame e o decodifica,
liberando os valores nas variaveis globais;
● Uso massivo do pack e unpack da bibliteca struct;
● Fácil de trabalhar, fácil de fazer um novo, e sem necessidade de
mexer com o módulo parental, que so se importa em chamar
encode() e decode() dos módulos de cada protocolo.
IX Pylestras - SmartGrid com Python
Gerenciamento eficaz e simples de
comunicação serial e TCP/IP
● Bom, é python... Com os já muito bons modelos de
gerenciamento de conexão, unindo os métodos de
conexão e leitura dentro de um
try/except/else/finally, o sistema fica completamente
estável.
● Lembrar de sempre usar o
allow_reuse_address = True
para evitar dor de cabeça
Nem tudo são flores
● São valores enormes e dados que o python, por
padrão, não sabe lidar. Então mesmo depois de
entender os protocolos, é preciso converter os dados
para usá-los de alguma forma. E, digamos que não é
a coisa mais fácil do mundo...
IX Pylestras - SmartGrid com Python
E ainda assim, tem vezes que o python
sozinho não dá conta, ou demoraria muito
para “pythonizar” a solução.
Para ester momentos, nos temos...
CTYPES + muita coragem
● ctypes é a cola perfeita, mas ainda assim dá muito
trabalho;
● Muita coisa velha é feita em PIC, não existe
documentação do protocolo/funções;
● Converter código de PIC para python doi.
EXEMPLO
IX Pylestras - SmartGrid com Python
GAMBIARRAS!!!1!!
IX Pylestras - SmartGrid com Python
IX Pylestras - SmartGrid com Python
Chega de me envergonhar...
REUSO DA TÉCNICA
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IX Pylestras - SmartGrid com Python

  • 1. Implementando Smart Grid com Python: Uma Visão Geral dos desafios e soluções
  • 2. Quem sou eu? ● Paolo Oliveira ● Engenharia de Telecomunicações – IFCE ● LIT – Laboratório de Inovação Tecnológica ● Usuário python a uma década
  • 3. Smart Grid ● Aplicação de conceitos de rede eletrica distruibuida inteligente, que pode monitorar seu próprio fluxo eletrico e se ajustar as condições adversas, reconfigurando os dispositivos que a compõe através da automação e integração de todos os elementos da rede. E para tal, é necessário haver comunicação entre elementos que acompoem.
  • 4. Problemas do Mundo Real ● Infinidade de Protocolos de Comunicação, muitos deles fechados (embora existam os abertos e bem conhecidos como DNP3, Modbus e IEC61850); ● Rede Elétrica "analógica" (poucos ou nenhum equipamento inteligente disponível); ● Conectividade complexa em locais distantes (geralmente restrito ao GPRS); ● Etc.
  • 6. SCADA Supervisory Control And Data Acquisition ● Melhor forma de gerenciar. Entretanto... ● Licenças “estupidamente” caras e individuais para cada conexão; ● Só “fala” protocolos conhecidos e/ou abertos.
  • 7. Solução ● Gateway integrador, decodificando os protocolos, abertos e fechados, e traduzindo-os entre si, permitindo interoperabilidade, ao passo em que que fornece acesso a monitoramento e gerenciamento industrial através do SCADA, e de forma genérica através de webservice.
  • 8. Necessidades na implementação da Solução ● Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem definidos; ● Facilidade em codificar e decodificar protocolos proprietarios(parsing e validação de estruturas); ● Gerenciamento eficaz e simples de comunicação serial e TCP/IP.
  • 9. Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem definidos ● Criação de um “watchdog” com a biblioteca thread ● No construtor: self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT) self.watchdog.start() ● No método WDT: def WDT(self): ● self.watchdog.cancel() (…) # chamadas a serem executadas self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT) self.watchdog.start()
  • 10. Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem definidos ● Iniciar todos os modulos via thread: if __name__=='__main__': threading.Thread(target=thread_modbus).start() threading.Thread(target=thread_ws).start() … ● Com isto, eu garantia meu código lendo o pool Modbus a cada 0.2 segundos, tempo limite para desarmar a rede elétrica de baixa tensão.
  • 11. Executar o servidor modbus “fora” ● Implementação simples(<20 linhas de código); ● Quantidade imoral de acessos... Deixa o S.O. cuidar dele ;D
  • 12. Facilidade em codificar e decodificar protocolos proprietarios Design de uma forma genérica de escrever protocolos: ● Definir todos os campos do frame como variáveis globais. ● Criar um método encode() que le as variaveis globais e “monta” o pacote, computando tamanhos e CRC; ● Criar um método decode() que pega um frame e o decodifica, liberando os valores nas variaveis globais; ● Uso massivo do pack e unpack da bibliteca struct; ● Fácil de trabalhar, fácil de fazer um novo, e sem necessidade de mexer com o módulo parental, que so se importa em chamar encode() e decode() dos módulos de cada protocolo.
  • 14. Gerenciamento eficaz e simples de comunicação serial e TCP/IP ● Bom, é python... Com os já muito bons modelos de gerenciamento de conexão, unindo os métodos de conexão e leitura dentro de um try/except/else/finally, o sistema fica completamente estável. ● Lembrar de sempre usar o allow_reuse_address = True para evitar dor de cabeça
  • 15. Nem tudo são flores ● São valores enormes e dados que o python, por padrão, não sabe lidar. Então mesmo depois de entender os protocolos, é preciso converter os dados para usá-los de alguma forma. E, digamos que não é a coisa mais fácil do mundo...
  • 17. E ainda assim, tem vezes que o python sozinho não dá conta, ou demoraria muito para “pythonizar” a solução. Para ester momentos, nos temos...
  • 18. CTYPES + muita coragem ● ctypes é a cola perfeita, mas ainda assim dá muito trabalho; ● Muita coisa velha é feita em PIC, não existe documentação do protocolo/funções; ● Converter código de PIC para python doi. EXEMPLO
  • 23. Chega de me envergonhar...
  • 25. Reutilizar a metodologia ● Smart QUALQUERCOISA
  • 27. SCADA