Desarrollo de un Sistema SCADA para controlar un Simulador ...
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Evolução de Protocolos de Comunicação
Sérgio Yoshio [email protected]
Ethan [email protected]
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Agenda do Mini-Curso
Evolução de protocolos de comunicação:
Protocolos proprietários
IEC-870-5-101/102/103/104, DNP3.0
ELCOM-90 (TASE.1) e ICCP (TASE.2)
IEC-61850
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Introdução à Comunicação
Transmissor Receptor
Fibra ótica, Cabo OPGW
Rádio
OPLAT
Satélite
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Introdução à Comunicação
Fonte: PUC-PR
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Introdução à Comunicação
Fonte: RuggedCom
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Introdução à Comunicação
Frame-Relay, ISDN ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados), ATM (AsynchronousTransfer Mode), VPNs(Virtual Private Network), etc.
Voz sobre IP, Videoconferência, TV interativa, Ensino à Distância, Realidade Virtual, etc.
Fonte: Prof. Moreira
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Introdução à Comunicação
Fonte: Prof. Moreira
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Por que é Necessário Protocolo?
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Protocolos de Comunicação
Protocolos:Inteligentes
De Processo
Otimizado
Fácil configuração
Velocidade
...
PROPRIETÁRIO !!!
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Protocolos de Comunicação
HART (Highway Addressable Remote Transducer) -Comunicação digital simultânea com o sinalanalógico de corrente 4-20mA.
Fonte: Prof. Walmy
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Protocolos de Comunicação
Fonte: Prof. Walmy
RockwellDeviceNet, ControlNet, Ethernet/IP
SiemensASI, Profibus DP, PA, FMS, Profinet
SchneiderModbus, Modbus Plus, Modbus TCP
Fieldbus FoundationFoundation Fieldbus H1, H2 e HSE.
OutrosSeriplex, Interbus, CAN, SDS,
WorldFIP, DNP3, LonWorks, SwifNet,ARCNet
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Protocolos de Comunicação
ModbusCriado em 1979 para comunicação entre controladores da
MODICON (Schneider).
Fácil operação e manutenção.
Conseqüências: Padrão “de fato” ao ser adotado por vários fornecedores.
Adotado em vários níveis de aplicações, inclusive sistemasde supervisão.
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Tipos de Protocolo Modbus
Fonte: Prof. Walmy
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Outros Protocolos
Fonte: Prof. Walmy
ProfiNet (Profibus for Ethernet) Comunicação entre CLPs e PCs usando
Ethernet/TCP-IP
Profibus FMS (Fieldbus MessageSpecification) Comunicação entre CLPs e PCs.
Profibus DP (Decentralized Peripherals) Comunicação com drives, dispositivos
E/S, transdutores, analisadores e etc.
Profibus PA (Process Automation) Comunicação com transmissores de
pressão, nível, vazão e temperatura eválvulas de controle.
AS-I (Actuator Sensor Interface) Sensores e Atuadores ON-OFF
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Protocolos – Setor Elétrico
Monitoração Valores de medições realizadas (tensão,
corrente, potências, fator de potência)
Estado dos disjuntores e chavesseccionadoras
Proteção Manobra de dispositivos para proteger os
geradores, transformadores e linhas detransmissão na ocasião de anomalias dosistema.
Comando Manobra de equipamentos a critério do
operador
Alarme Notifica o operador de ocorrência de
alteração da configuração da rede elétricaou irregularidade funcional de algumequipamento
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Protocolo DNP3.0
DNP3 ou Distributed Network ProtocolPadrão para sistemas SCADA
Define a comunicação entre Estações Mestre, UTRs e IEDs
Criado pela divisão Harris Controls da GE
Em 1993, foi criado o DNP3 User Group, com aplicações emconcessionárias de óleo e gás, água, saneamento esegurança
Predominante no mercado americano
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DNP3.0 - Características
Endereçamento para mais de 65 mil dispositivos com até 65mil pontos
Pedir e responder múltiplos tipos de dados em uma mesmamensagem
Quebrar mensagens em pacotes múltiplos para garantir umaexcelente detecção de erro (Report by Exception)
Incluir apenas dados modificados numa resposta Dar prioridades a itens de dados Responder sem ser solicitado Sincronização automática dos relógios dos dispositivos Eventos com etiqueta de tempo (Unsolicited Messages)
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DNP3.0 - Características
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DNP3.0 - Características
Prioridade:Classe 1 “Changed Data” – Prioridade Alta
Classe 2 “Changed Data” – Prioridade Média
Classe 3 “Changed Data” – Prioridade Baixa
Classe 0 “Static Data” – Todos os dados
Transferências de dados:Varredura não periódicas - Classe 0
Varredura periódicas - Classe 2 e 3.
Informes não solicitados - Classe 1
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Protocolos IEC 60870-5
IEC 60870-5Refere-se a coleção de padrões abertos
Produzidos pela Comissão Internacional de Eletrotécnica,ou IEC
Descrições funcionais detalhadas para tele-controle desistemas SCADA
Direcionado para aplicação SCADA de sistemas elétricos
Predominante no mercado europeu
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Protocolo IEC 60870-5-101
Similaridades com DNP3Alta segurança na transmissão de dados
Operação por polling e RBE
Uso de Mensagens não solicitadas
Definições de objetos de dados adequado para SCADA
Sincronização de Tempo
Etiqueta de Tempo
Congelamento e Zeramento de Contadores
Ação SBO
Grupos de dados e Classes
Download e Upload de Arquivos
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Protocolo IEC 60870-5-101
Diferenças com DNP3Maior faixa de endereçamento
Uso de Mensagens não solicitadas somente ponto a ponto.
Somente um tipo de dados por mensagem.
Não tem procedimentos de testes e certificação.
Objetos de Dados mais simples
Endereçamento mais simples
Configuração de baixo nível mais complexa
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Protocolos IEC 60870-5-103 / IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-103 [IEC103]Padrão de comunicação entre um sistema de controle de
subestação e equipamentos de proteção
IEC 60870-5-104 [IEC104]É uma extensão do protocolo IEC 101 com modificações
nos serviços das camadas física, link, rede e transporte
Utiliza interface padrão TCP/IP para redes comconectividade LAN (Local Area Network) e roteadores paraconexão com WAN (Wide Area Network)
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Protocolo UCA2
UCAConjunto de padrões para dispositivos de monitoração e
controle para interoperar com aplicações típicas deconcessionárias, em um ambiente de múltiplosfornecedores
É um sistema que define quais dados relevantes de cadadispositivo (válvula, transformador, religador) devem serautomaticamente transferidos aos sistemas SCADA daconcessionária.
Em 1999 foi publicado como um padrão IEEE.
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IEC 61850
IEC 61850Criado a partir do UCA 2.0
Conjunto de funções que podem interoperar em formadistribuída, em diferentes dispositivos físicos, conectadosem rede
Define três mecanismos para a elaboração da automaçãode um sistema elétrico:
modelos de objetos
serviços de comunicação
linguagem SCL (Substation Configuration DescriptionLanguage)
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IEC 61850IEC 61850 é comum para a IEC e ANSI
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IEC 61850
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IEC 61850
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IEC 61850 - Designador de Grupo
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IEC 61850 - Classes de Nós Lógicos
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IEC 61850 - Classes de Dados
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IEC 61850 - Classes de Dados
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IEC 61850 - Arquitetura Típica
Arquitetura Distribuída SCADA
IEC870-5-101
IEC 870-5-103
Ethernet IEC 61850
MiCOM C264
MiCOM P
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Protocolos Entre Centros de Operação
TASE (Tele-control Application Service Element)Designação IEC de protocolo padrão internacional para
troca de dados entre Utilities
TASE.1 – baseado no protocolo ELCOM-90
TASE.2 – baseados no protocolo ICCP
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TASE
WG7: Telecontrol protocols compatible with ISO Standardsand ITU-T recommendations
Foco: protocolos WAN para interconectar centros de controlecom bases de dados e aplicações EMS heterogêneas.
Objetivo: desenvolver protocolos e serviços utilizando ao máximoos padrões ISO.
TASE.1 Inclui funcionalidades avançadas
Objetivo principal: prover operação sobre protocolo ELCOM-90existente em camadas OSI
A interface do programa de aplicação do TASE.1 foi mantida comodefinido nos documento do protocolo ELCOM-90 para facilitar asubstituição do ELCOM-90 pelo TASE.1.
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TASE
WG7: Telecontrol protocols compatible with ISOStandards and ITU-T recommendationsTASE.2
Principais objetivos: aumento de funcionalidades emaximizar a utilização dos protocolos existentes,especificamente o MMS (Manufacturing Messaging Standard)
Adicionalmente, também disponibiliza troca de mensagensde informação (ASCII) e objetos de dados estruturados
Também é conhecido, não oficialmente, como ICCP (Inter-Control Center communications Protocol), nome dado aoprojeto EPRI que patrocinou o desenvolvimento daespecificação inicial
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Comparação - Geral
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Comparação – Descrição de Dados de Processo
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Comparação – Serviços de Operação
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Comparação – Arquitetura e Comunicação