O documento discute protocolos e tecnologias de comunicação industrial, incluindo: 1. Protocolos abertos como 4-20mA, Modbus e protocolos seriais para comunicação assíncrona de longa distância; 2. Protocolos industriais como Profibus, Foundation Fieldbus e DeviceNet para comunicação em barramento de campo; 3. Protocolo IEC 61850 para comunicação TCP/IP em redes elétricas.

1. Interoperabilidade
Confiabilidade (detecção e correção de erros)
Resiliência (falhas topológicas)
1. IEC 60870-101, 103, 104
2. DNP3
3. Modbus
4. IEC 61850
5. Foundation Fieldbus
6. Profibus
7. Devicenet
8. Interbus
9. ASI
10. Hart
Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos
eletrônicos
Camada Física
Ethernet
Camada Física
Serial
TCP/IP
Internet

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 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.
Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos
eletrônicos
Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função

4. 1. IED1. IED’’s que trocam alguns bits em milissegundos (vs que trocam alguns bits em milissegundos (váálvulaslvulas OnOn/off, chaves de/off, chaves de
nníível,vel, pressostatospressostatos, etc.): protocolos do tipo, etc.): protocolos do tipo SensorBusesSensorBuses . Exemplo. Exemplo ––
DevicenetDevicenet
2. IED2. IED’’s que trocam informas que trocam informaçções de alguns bytes em dezenas de milissegundosões de alguns bytes em dezenas de milissegundos
(transmissores de pressão, vazão, temperatura, v(transmissores de pressão, vazão, temperatura, váálvulas de controle, etc.):lvulas de controle, etc.):
protocolos tipoprotocolos tipo FieldBusesFieldBuses. Exemplo:. Exemplo: ProfibusProfibus PA, Hart,PA, Hart, FieldbusFieldbus FoundationFoundation
H1;H1;
3. IED3. IED’’s que trocam vs que trocam váários blocos de bytes em dezenas ou centenas derios blocos de bytes em dezenas ou centenas de
milissegundos (relmilissegundos (reléés inteligentes, balans inteligentes, balançças,as, remoteremote IO, etc.): protocolos tipoIO, etc.): protocolos tipo
DeviceBusesDeviceBuses. Exemplo:. Exemplo: ProfibusProfibus DP,DP, ControlNetControlNet ee DeviceNetDeviceNet;;
4. IED4. IED’’s que trocam vs que trocam váários dezenas de blocos ou arquivos em segundos (rios dezenas de blocos ou arquivos em segundos (UTRsUTRs,,
CLPs,CLPs, SDCDsSDCDs, etc.): Protocolos do tipo, etc.): Protocolos do tipo DataBusesDataBuses. Exemplo Ethernet TCP/IP,. Exemplo Ethernet TCP/IP,
ProfinetProfinet..
Diferentes tipos de protocolos emDiferentes tipos de protocolos em
funfunçção da quantidade de dados transmitidos:ão da quantidade de dados transmitidos:

5. Protocolos de Comunicação Abertos
Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos
4 a 20 mA.
Protocolos seriais.
IEC 60870 101
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),
orientado a objetos.
Profibus
Foundation
DeviceNet
Modelo Mestre / Escravo
Modelo de Rede Multcast

6. A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO
Telessinal Ponto Simples
0 Aberto
1 Fechado
Telessinal Ponto Duplo
0 0 Em trânsito
0 1 Aberto
1 0 Fechado
1 1 Estado Proibido
Telecomando
Simples
0 Abrir
1 Fechar
Posição Seccionadora ou Disjuntor Telecomando
A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS
Processo Elétrico
Fiação – Relação TP TC
Trandutores 4 A 20 mA
IED ou UTR
Conversores A/D
Banco de Dados
Protocolo de Comunicação
Configuração do Protocolo
Centro de Operação
Banco de Dados
Cliente da UTR
Servidor do Aplicativo Gerencial
Telecomando Duplo
0 0 Comando Proibido
0 1 Abrir
1 0 Fechar
1 1 Comando Proibido
Medição KV, A, MW, MVar, Hz
Conversor de12 bits
Conversor de 16 bits
Inteiro
Ponto Flutuante
Escalas de
Engenharia
Relações de TP e TC
Conversores A / D
Byte
Word
Long Word
Aplicativo Gerencial
Softwares Visuais

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. 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. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
S/E BAN UTR
Centro de Operação do Sistema
60 km
Informação
01001010
01001010
01001010
01001010
11110010
00011010
01001010
Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do
SSC ( COS ).
0 aberto
1 fechado
n
.
23
24
28
29
30
26
27
25

10. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
S/E BANUTR Centro de Operação do Sistema
O N S
60 kmInformação
01001010
01001010
01001010
01001010
11110010
00011010
01001010
Protocolo DNP 3, IEC 101
Linha Serial
Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do
SSC ( COS ).
0 aberto
1 fechado
n
.
23
24
28
29
30
26
27
25

11. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Centro de Operação do Sistema
60 kmInformação
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. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de
XAV
Centro de Operação do Sistema
60 kmInformação
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 ).
IEC 61850
Rede TCP/IP

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
1 Start
Bit
1 2 3 4 5 6 7 8
2 stops
bits
MSB Data Byte LSB
Onda Eletromagnética – 300.000 km/segundo
9600 BPS - Bits por Segundo – 873 Bytes por seg
Mensagem de 100 Bytes – 115 ms
Internet Mega BPS / Giga BPS
DCE
1 - CD
2 - TXD
3 - RXD
4 - DTR
5 - terra
6 - DSR
7 - RTS
8 - CTS
9 - RI
DB9 Femea
DTE
1 - CD
2 - RXD
3 - TXD
4 - DTR
5 - terra
6 - DSR
7 - RTS
8 - CTS
9 - RI
DB9 Macho
Modem
Relé de Proteção
PC ou Micro
Cabo Multipares
COMUNICAÇÃO
ASSÍNCRONA

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
PC RELÉModem Modem
Comunicação
AnalógicaSão Paulo Brasília
Comunicação digital Comunicação digital

15. Exercício 1
Diagrama de um Cabo Cruzado
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE

16. Exercício 1
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2) CT 103
Rx (3) CT 104
RTS (4) CT 105
CTS (5) CT 106
DSR (6) CT 107
DCD (8) CT 109
DTR (20) CT 108
Gnd (7) CT 102
DTE DTE

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.
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE

18. Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE
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.

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
Daisy Chain
ESTRELA
ANEL
Não usar

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
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
Dado +
Dado –
Comum
(GND)
Blindagem

21. LAN – WAN – SWITCH (HUB) ROTEADOR
ARP
IPADDRES
TABELA
ROTEAMENTO
LAN 1 LAN 3
LAN 2
WAN

22. Frame 802.3 MAC e Fragmentação
CP LLC SNAP Dados – 38 a 1500 bytes CRCOrigem
Aplicação
TCP
Datagrama
65535 bytes
IP
Quadro
1500 Bytes
802.3 MAC
Mensagem com 4000 Bytes
802.3 MAC
IP
Quadro
1500 Bytes
TCP
Datagrama
65535 bytes
Aplicação
Encapsular - TXDesencapsular - RX
Rede
Sincronização
1500
1500
1000
Destino
LLC – Logic Link Control
SNAP –Subnetwork Access Control
Ethertype
Endereço IPEndereço MAC

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. ARP – Address Resolution Protocol
IP MAC
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1
IP MAC
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
IP MAC
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa

25. ARP – Address Resolution Protocol
O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo
IP MAC
10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
IP MAC
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1
IP MAC
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
Há uma troca automática
de mensagens
e a Tabela ARP é montada

26. ARP – Address Resolution Protocol
O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo
IP MAC
10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1
10.12.123.3 08:00:20:f2e7fa
10.12.123.2 01:00:5e:a7:41:23
10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a
IP MAC
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.3 08:00:20: f2:e7:fa
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1
10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a
IP MAC
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.2 08:00:20a7:41:23
10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1
10.12.123.4 01:00:ce:a2:3a
Há uma troca automática de mensagens
e a Tabela ARP é montada
Adiciono um 4º computador
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

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. Modelo do Protocolo MODBUS
Aplicação
Físico
Aplicação
Físico
Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu
MODBUS - Funções e Mapas de Memória
Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0
B 7 0
B 7 0
Encapsular
Coloca a informação
na Tela do Operador
na S/E ou no COS
1
2
B 7 0
B 7 0
Desencapsular
Origem - S/E BandeirantesDestino – COS
End crc
End crc

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. 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. Como Funciona o Meio de Transmissão ?
Onda Eletromagnética
propagando num par de fios
Circuito Aberto
Onda Refletida
Casamento de Impedância
Terminadores
Atenuação - Onda Estacionária
Atenuação – Dissipação da energia
na impedância do cabo
Área Classificada
Segurança Intrínseca
À prova de explosão
FISCO – Fieldbus Intrinsically
Safe Concepty
Ignition Curves

32. Aplicação Típica - Malha de controle
Transmissor
(Sensor)
Controlador
(PID)
Atuador
(Posicionador
da Válvula)
Nível
Posição
da Válvula
Entrada Controle Saída
ProcessoProcesso
Realimentação
Nível
Objetivo
Parâmetros
Controle
Limites
Transmissâo contínua
Acesso esporádico
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

33. IEC 61158
@ 31.25 kbit/s
IEC 61158 - DLL
IEC 61158 - FMS
H1
USER LAYER
DD – IEC 61804-2
AUTOMAÇÃO COMUNICAÇÃO
Transferir a informação de um ponto a outro
IEC 61158
@ 31.25 kbit/s
IEC 61158 - DLL
IEC 61158 - FMS
H1
USER LAYER
DD – IEC 61804-2
1. Vazão 90 cm3/seg
90
90FMS
90FMSDLL
90FMSDLL
Camada
Física
Encapsular
2. Vazão 90 então abre a válvula
90
90
90
90FMSDLL
FMSDLL
FMS
Desencapsular
Objeto de Dados

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

35. Estou Vivo
Varredura a cada 150 ms
3 falhas sai da Live List
( 450 ms )
Camada de Enlace de
Dados – DLL Data
Link Layer

36. Subcamada de Acesso ao
Barramento – Fieldbus
Access Sublayer

37. Trocador de Calor
1. Vapor flui pela
tubulação espiral,
inserida num recipiente,
onde passa o fluído
do processo.
2. Objetivo é aquecer o
fluido do processo
até uma temperatura
definida.
PROCESSO DE CONTROLE CONTÍNUO - CASCATA
O controle está distribuído na rede, não depende de um
processador central. Conceito de Macrocycle
Um único
barramento
Fluxo
de Vapor
Fluido
do Prpcesso

38. Temporização do controle
em cascata - Macrocycle

39. SENSOR DE
TEMPERATURA
Dispositivo inteligente,
emite um “bad status”,
passa controle para
manual.
Envia mensagem para
o supervisório.
SENSOR DE
FLUXO
Posiciona a Válvula de
acordo com critérios de
segurança
pré- estabelecido.
Abre totalmente
Fecha totalmente
Mantém a última posição
CONTROLE EM CASCATA
Falha no SENSOR DE TEMPERATURA
Falha no SENSOR DE FLUXO
Um único
barramento
CONCEITO DE SEGURANÇA DE REDE
FAIL SAFE FAULT STATE
Fluxo
de Vapor
Fluido
do Prpcesso

40. CONTROLE DISCRETO
Processo de enchimento de galões com líquido, sobre uma esteira rolante

41. Redes de Campo – FF
Schedule Building Tool
Software Configurador de Rede

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. 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).
PROFIBUS

44. Redes de Campo – ProfiBus DP

45. PROFIBUS

46. PROFIBUS

47. PROFIBUS

48. - PA
- DP
PROFIBUS

49. Redes de Campo
Device Coupler
Device Coupler
TRUNKGUARD
Proteção Contra
Curto Circuito
Dispositivo
Logica
LED
OFF
LED
ON
Derivação (Spur)
Tronco
Dispositivo consome a
Corrente Normal, a chave está
Fechada, a derivação está ativa
LED VERDE ON
LED VERMELHO OFF

50. Redes de Campo
Device Coupler
Device Coupler
TRUNKGUARD
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
Logica
FALHA
Device
Tronco

51. Redes de Campo
Device Coupler
Device Coupler
TRUNKGUARD
Auto Terminação
Circuito de Auto Terminação – Ligado
Ultima caixa do Segmento
SAÍDA
DO
TRONCO
ENTRADA
DO
TROCO
Logica
TERMINATOR
LED

52. Redes de Campo
Device Coupler
Device Coupler
TRUNKGUARD
Auto Terminação
Circuito de Auto Terminação – Desligado
Segmento com mais dispositivos
Logic
TERMINATOR
LED
Segment Communications
ENTRADA
DO
TROCO
SAÍDA
DO
TRONCO

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. • 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.
DEVICENET RESUMO

55. • 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
DEVICENET RESUMO

56. DEVICENET RESUMO

57. Terminal múltiplo
Terminal “T”
Segmentos da linha tronco
-conectores moldados
Derivações
- conetores
moldados
- 0 a 20 ft.
Conectores
da linha tronco
instalados no
campo
- rosqueados
- prensados
CONEXÕES SELADAS

58. Tronco
Tronco
Derivações
Derivações
Terminais podem ser montados em
painéis ou caixas de junção
Derivações com
comprimento zero
Suporte a conexões
temporárias
CONEXÕES SELADAS

59. Dispositivo 1
Valor Medido = Peso1
Um objeto do modelo CIP
Peso1
CIP
CAN
Peso1
CAN
TRATRA
Peso1TRA
Meio Físico
DeviceNet
Cabo com 2 pares + 1 condutor blindagem :
1 par para Comunicação e outro para a Fonte de Alimentação
CAN
TRA
CIP
EncapsularDesencapsular
Peso1TRACAN
Peso1TRA
Peso1
Aparece no visor e
Armazena em Banco de Dados
Dispositivo 2
Camada
Física
Camada
Física
DEVICENET

60. 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
INTERBUS

61. INTERBUS

62. INTERBUS

63. FRAME DE DADOS - INTERBUS
INTERBUS

64. 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.
ASI

65. Standard PLC and
standard master
Safety monitor Safe emergency
stop button
ASi
power unit
Safe
position switch
Safe light
barrier
Standard
module
Safe
module
Standard
module
ASI

66. ASI

67. AS-Interface-conector vampiro
Os chips para a versão 2.1 da rede ASI
são produzidos por dois consórcios
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.
ASI

68. Protocolo HART

69. Protocolo HART

70. HART funcionamento

71. WIRELESS - Acesso a informações antes
inacessíveis por critérios econômicos

72. LAN Wireless
HUB, SWITCH
CSMA/CD - ETHERNET
MODULAÇÃO BANDA BASE
MAC ADDRESS, ARP.
Física
Enlace
TCP/IP
Aplicação
LAN – Cabo UTP
Meio físico único, onde todo
mundo fala. Necessita de um
mecanismo para organizar a
sequência de quem fala.
CSMA/CA
OFDM*/QAM
FHSS/DSSS
*Diferencia os usuários pelas
frequências (grupos) ortogonais.
(equivalente ao MAC Address).
Meio físico único, onde todo
mundo fala. Necessita de um
mecanismo para organizar a
sequência de quem fala.
2,4GHZ
Enlace
**
**STAR, MESH, CLUSTER TREE
Física

73. Modelo do Protocolo
Aplicação
Enlace
Físico
Aplicação
Enlace
Físico
Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu
Objeto IEC Classe 1 Tipo 30 Conteúdo
Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0
B 7 0
B 7 0ENL
Encapsular
Coloca a informação
na Tela do Operador
na S/E ou no COS
1
2
B 7 0
B 7 0
ENL
Desencapsular
Origem - S/E BandeirantesDestino – COS

74. Dados de
Aplicação
Inicio (68H)
L
Controle
Fim (16H)
Checksum
L
Inicio (68H)
Endereço (opc.)
Dados
Application
Service
Data
Unit (ASDU)
Link
Service
Data
Unit (LSDU)
Protocol
Data
Unit (PDU)
Camada de Aplicação

75. Comando de Interrogação Geral
Tipo = 100
Estrutura variável= 1
Endereço do objeto de informação = 0
Causa (6=ativação, 7=confirmação)
Endereço comum da ASDU = 1
Qualificador da Interrogação = 20 (global)
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
ASDU
LSDU
PDU

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. 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. ASDUs do IEC 101
e complementares
4.Aplicação
3.Transporte-TCP
2.Internet-IP
1.Física
ethernet-MAC add
ASDUs do IEC 101
e complementares
4.Aplicação
3.Transporte-TCP
2.Internet-IP
1.Física
ethernet-MAC add
LAN
CAV_Dj1_0_1
TCP
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
TCPIP
TCPIPMAC
Encapsular
IEC 60870 104

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. Modelo do Protocolo
Aplicação
Transporte
Enlace
Físico
Aplicação
Transporte
Enlace
Físico
Objeto de dados Ex: S/E Cabreúva Disjuntor 1 abriu
DNP 3 - Objeto 1 Variação 2 Qualificador 1
Disjuntor 1 Aberto - Informação => C 1 1
C 1 1
C 1 1TRA
C 1 1ENL
Encapsular
Coloca a informação
na Tela do Operador
na S/E ou no COS
1
2
C 1 1
C 1 1
C 1 1
ENL
TRA
TRA
TRA
Desencapsular
Origem - S/E CabreuvaDestino - COS
( fragmentação )

81. Estrutura Simplificada de um Protocolo
ID
x BYTES
Destino
x BYTES
Origem
x BYTES
Dados Úteis
x BYTES
Fim
x BYTES
Formato FT3
Start
05
Start
64
Comprimento
(lenght) DestinoControle Destino OrigemOrigem crc1 crc2
2 bytes 2 bytes
Total = 10 bytes

82. Visão panorâmica do DNP3
Menagem DNP3 com 750 bytes
Aplicação
Camadas
Pseudo Transporte
Enlace
250bytes 250bytes 250 bytesTH TH TH
...
Até 16 blocos com 18
bytes.
O último bloco fica
com o número
de bytes quebrado.Formato FT3
Exemplo
TH
Bloco zero com 10 bytes

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. 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. Exemplo
RX:
05 64 1E 44 00 00 01 00 16 0D E6 E8 81
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
Obs: Objeto 32 variação 2 -> Objeto analógico de 3 octetos
Analógico 16 bits Flag - 01 = on line
Header
TH
IIN OBJ
Application
FIN
FIR
Seq
81 = Response
Qualificador Quantidade
Índice 8 bits
Flag 8 bits
Valor 16 bits

86. Objeto
Objeto – Indica o tipo de dados
Binary Input
Binary Output
Analog Input
Analog Output
Counters

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. 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. Camada de Aplicação - Qualifier
Como o campo Range será interpretado
Pergunta 1 – Forneça
as Medições ( objeto 30
variação 2 ) do
endereço 25 ao
endereço 28.
Pergunta 2 –
A partir do endereço 25
forneça 3 Medições
Pergunta 3 – Forneça
as Medições 25, 28, 47.
Resposta 1 – 25 01 02 03
Resposta 2 – 25 01 02 03
Resposta 3 – 25 01 28 02 47 03

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. GOMSFE - Generic Object Model Substation Feeder Equip.
MMS - Manufacturing Message Specification
UCA/IEC 61850
GOMSFE
CASM
MMS
4.Aplicação
3.Transporte-TCP
2.Internet-IP
1.Física
ethernet-MAC add
UCA/IEC 61850
GOMSFE
CASM
MMS
4.Aplicação
3.Transporte-TCP
2.Internet-IP
1.Física
ethernet-MAC add
LAN
CAV_Dj1_0_1
TCP
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
TCPIP
TCPIPMAC
Encapsular
Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados

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. 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. Arquitetura Tradicional
Seccionadora, Disjuntor, Transformador
Fiação de Cobre
Unidade Terminal
Remota
440 KV
138 KV
Ponto a Ponto
Serial
Proteção da Alta
Controle de Bay
Oscilografia
Proteção da Baixa
cos

95. Nova Arquitetura Hardware/Topologia de Rede
Seccionadora, Disjuntor, Transformador
Unidade Terminal Remota
Servidor de Subestação
Supervisório Local
440 KV
138 KV
COS
Ponto a Ponto
Serial
Fibra Ótica
Proteção da Alta
Controle de Bay
Oscilografia
Proteção da Baixa

96. Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados
440 KV
138 KV
TP
TC
TVTR
TCTR
XCBR
ATCC
XSWI
MMXU
PDIS
GGIO
GAPC Ultrapassou Limite
Superior
RFLO
RDRE
Distancia
MW
Registrador
XARC Soma corrente
GGIO - Generic input/Output
GAPC - Automatic Process Control
XARC - Monitoring for arcs
RFLO - Fault Locator
RDRE - Disturbance Recorder
ATCC - Tap changer controller

97. BAN01/Q0CSWI1.Pos.ctlVal
Nome do Dispositivo Lógico (livre)
Prefixo do nome do Nó Lógico (livre)
Nome do Objeto de dados (fixo)
Nome do atributo (fixo)
Classe Nó Lógico (fixo)
Sufixo do nome do nó lógico (livre)
Nome
do Nó
Lógico
IEC 61850-7: Mensagem
para abrir/fechar um disjuntor

98. IEC 61850 – Conceito GOOSE
GOOSE
Sender
Device X
GOOSE
Receiver
Device Y
GOOSE
Receiver
Device Z
Ethernet
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:
GOOSEmessage
GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)

99. Tagged Internet Frame
Quadro de Internet com TAG de
Prioridade
Pre
7
SFD
1
DA
6
SA
6
TAG
Prior
4
ET
2
CP
TP
2
MAC - Dados
46 – 1500 bytes
FCS
4
•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. Comparação entre Protocolos - * R=Redes *B=Bit+byte+packet *TR=Tempo Real
Mestre/EscrNão4 kL. BandaProtocoolProt / byteDezenas
milis
4 a 20 mA
Carrier
SupervisãoHart
Mestre/EscrNão127 KL. Banda
Velocidade
ProtocoloProt / bitMilisegBarram Prop
2 fios
Controle
Manufatura
ASI
Mestre/EscrNão500 KL. Banda
Velocidade
ProtocoloProt / bitMilisegRS485 4 fios
EIA 422
Controle
Manufatura
Interbus
Fieldbus
Cli/Serv Eth
Multcast
CSMA/BA
Não500 K
100 M
Simplific. Eng.
Tec. Objetos
Arquitetur
Automaç
CSMA/BA
*R *B
Dezenas
milis
Barr Campo
4 fios
Controle
Manufatura
Devicenet
Fieldbus
Cli/Serv Eth
Multcast Tok
Não31,25 K
100 M
Simplific. Eng.
Tec. Objetos
Arquitetur
Automaç
Token
*R *B
Dezenas
milis
Barr Campo
2 fios PA
Controle
Processo
Profibus DP
PA Fieldbus
Cli/Serv Eth
Multcast LAS
Não31,25 K
100 M
Simplific. Eng.
Tec. Objetos
Arquitetur
Automaç
LAS
*R *B
Dezenas
milis
Barr Campo
2 fios
Controle
Processo
Foundation
Fieldbus
Cli/Serv Eth
Multcast Eth
Sim100 M
Proteção
Simplific. Eng.
Tec. Objetos
Arquitetur
Automaç
CSMA/CD
*R *B
Seg, mili,
microseg
Ethernet
GOOSE
Automação
Scada*TR
IEC 61850
Autom. Substação
M/M Mest/EscSim9,6 KL. BandaBal DesProt / byteSegRS232 EtherScada*TRDNP3
Mestre/EscrSim9,6 KL. BandaP. DesbalProt / byteSegEthernetScada*TRIEC104
Mestre/EscrSim9,6 KL. BandaP. DesbalProt / byteSegRS232Scada*TRIEC103Proteção
Mestre/EscrSim9,6 KL. BandaP. DesbalProt / byteSegRS232SCada*TRIEC101
Mestre/EscrNão9,6 KL. BandaP. DesbalProt / byteSegRS485, 232Scada*TRModbus
MODELOSOE
NAT
FREQ HZ
TIPICA
troughput
REGRA DE
DESENVOLV
CLASSI -
FICAÇÃO
ACESSO
MENSAG
troughp.
TEMPO
troughput
CAMADA
FÍSICA
USO
PRINCIP
CAMADA
APLICAÇÃO

101. Comparação Topologias - Barramento – Estrela – Anel
Malha - MeshPonto de AcessoNão aplicávelFHSS / DSSSWIRELESS
Não aplicávelCaso Particular
Barrament. Deriv.
Tronco (trunk) e
Derivações (spurs)
4 fios 2Alim 2Sinal
2 fios
Interbus Fieldbus
ASI
Não aplicávelSó para camada física
Ethernet
Tronco (trunk) e
Derivações (spurs)
4 fios / Ethernet
2 Alim / 2 Sinal
Devicenet Field
Não aplicávelSó para camada física
Ethernet
Tronco (trunk) e
Derivações (spurs)
2 fios Ethernet
Alim+Sin juntos
Profibus DP PA
Fieldbus
Não aplicávelSó para camada física
Ethernet
Tronco (trunk) e
Derivações (spurs)
2 fios Ethernet
Alim+Sin juntos
Foundation
Fieldbus
Tagged Switches
RSTP – Fibra Ótica
Tagged Switches
Cabo UTP / Fibra Ót
Cascata de switchEthernet TCP/IP
Redundância
IEC 61850 Autom.
Substação - LAN
Não aplicávelMestre/Escravo
TCP/IP é só meio
Cabo coaxial -obsoletoEthernet TCP/IPIEC 104, DNP3-
TCPIP - LAN
Não aplicávelMestre/Escravo
Computador/UTR
Não aplicávelRS232
USART
MODBUS, IEC 101,
103, DNP - Full, Half
Não aplicávelCaso Particular
Barrament Deriv.
Daisy Chain – sem
derivações–Recom
RS 485 - 4 ou 2
fios, Alim+Sinal
MODBUS ( Full
Duplex-4 fios, Half
Duplex-2 fios)
AnelEstrelaBarramentoCamada
Física

102. COMPARAÇÃO DE TOPOLOGIAS
Barramento – Estrela – Anel
MédioMaior – “home
run cabling” caro
MenorCusto
PiorMelhorMédiaLatência
MelhorMédioPior – switches
em cascata
Redundância
AnelEstrelaBarramento
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.