Protocolos de Comunicação Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos

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

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 Aquisição dos Dados TPs, TCs, Transdutores circuitos de corrente 4 a 20 ma para informações analógicas. Par de fios p/ posição aberto/fechado Atuações no processo - Circuitos de corrente e contatos aberto/fechado. 2. Barramentos de Campo Proprietários ou Abertos. Profibus, Foundation 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 Mensagens - estrutura e tamanho, para atender aos requisitos de tempo dos processos industriais milisegundos ). ( HSE 10/100 Megabits/s). Macrocycle 2.4. Comunicação Síncrona Outros DeviceNet, ASI, Interbus, Hart.

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 , MODBUS. 4. Protocolos TCP/IP IEC 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 Diferentes tipos de protocolos em função da quantidade de dados transmitidos: 1. IED s s que trocam alguns bits em milissegundos (válvulas On/off, chaves de nível, pressostatos,, etc.): protocolos do tipo SensorBuses. Exemplo Devicenet 2. IED s s que trocam informações de alguns bytes em dezenas de milissegundos (transmissores de pressão, vazão, temperatura, válvulas v de controle, etc.): protocolos tipo FieldBuses.. Exemplo: Profibus PA, Hart, Fieldbus Foundation H1; 3. IED s s que trocam vários v blocos de bytes em dezenas ou centenas de milissegundos (relés s inteligentes, balanças, as, remote IO, etc.): protocolos tipo DeviceBuses.. Exemplo: Profibus DP, ControlNet e DeviceNet; 4. IED s s que trocam vários v dezenas de blocos ou arquivos em segundos (UTRs( UTRs, CLPs, SDCDs,, etc.): Protocolos do tipo DataBuses.. Exemplo Ethernet TCP/IP, Profinet.

5 Protocolos de Comunicação Abertos Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos 4 a 20 ma. Protocolos seriais. IEC DNP3 Modbus Comunicação Assíncrona Modelo Mestre / Escravo Protocolo Setor Elétrico com arquitetura de Redes (LAN/WAN), orientado a objetos. IEC Protocolos Industriais com arquitetura de Redes (LAN/WAN), orientado a objetos. Profibus Foundation DeviceNet Modelo de Rede Multcast

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

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 , DNP3 100 Mbps IEC TCP/IP 2. Eficiência do Protocolo Overhead Número total de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados. IEC , DNP3, Modbus otimizados para mínimo overhead IEC 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 , 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 . n Exemplos S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação S/E BAN UTR 60 km Centro de Operação do Sistema Informação 1 - Disjuntor está fechado 1 bit 0 aberto 1 fechado 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 ).

10 . n Exemplos S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação S/E BANUTR 60 km Centro de Operação do Sistema O N S Protocolo DNP 3, IEC 101 Linha Serial Informação 1 - Disjuntor está fechado 1 bit 0 aberto 1 fechado 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 ).

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

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 São Paulo Modem Comunicação Analógica Modem RELÉ Brasília

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

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

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

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) Rx (3) RTS (4) CTS (5) DSR (6) Gnd (7) DCD (8) DTR (20) Tx (2) Rx (3) RTS (4) CTS (5) DSR (6) Gnd (7) DCD (8) DTR (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 Não usar ANEL

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 Blindagem Dado + Dado Comum (GND) 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 LAN WAN SWITCH (HUB) ROTEADOR WAN LAN 1 LAN 3 TABELA ROTEAMENTO ARP IPADDRES LAN 2

22 Frame 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 TCP Datagrama bytes IP Quadro 1500 Bytes MAC Rede Aplicação TCP Datagrama bytes IP Quadro 1500 Bytes MAC Mensagem com 4000 Bytes Desencapsular - RX Encapsular - TX Endereço MAC Endereço IP

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, , 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, , 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 :00:20:a7:41:23 IP MAC :00:20:f2:e7:fa IP MAC :20:af: f2:e7:f1

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

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

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 ) : em diante (ex: 30015) Transmissão: = 14 = 0x0E Função 0x03 ( Read Holding Register ) : em diante (ex: 40002) Transmissão: = 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? Atenuação Dissipação da energia na impedância do cabo Casamento de Impedância Terminadores Atenuação - Onda Estacionária Circuito Aberto Onda Refletida Onda Eletromagnética propagando num par de fios Área Classificada Segurança Intrínseca À prova de explosão FISCO Fieldbus Intrinsically Safe Concepty Ignition Curves

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 (Sensor) Controlador (PID) Atuador (Posicionador da Válvula) Posição da Válvula Realimentação Processo Limites Parâmetros Nível Controle Objetivo Transmissâo contínua Acesso esporádico Processo

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 90 USER LAYER DD IEC USER LAYER DD IEC FMS 90 IEC FMS IEC FMS FMS 90 Desencapsular Encapsular DLL FMS 90 IEC DLL IEC DLL DLL FMS 90 DLL FMS 90 IEC kbit/s H1 Camada Física IEC kbit/s H1 DLL FMS 90

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

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 Subcamada de Acesso ao Barramento Fieldbus Access Sublayer

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. 2. Objetivo é aquecer o fluido do processo até uma temperatura definida. Fluxo de Vapor Fluido do Prpcesso Um único barramento

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. CONTROLE EM CASCATA Falha no SENSOR DE TEMPERATURA Falha no SENSOR DE FLUXO CONCEITO DE SEGURANÇA DE REDE FAIL SAFE FAULT STATE SENSOR DE FLUXO Posiciona a Válvula de acordo com critérios de segurança pré- estabelecido. Abre totalmente Fecha totalmente Mantém a última posição Fluxo de Vapor Fluido do Prpcesso Um único barramento

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 PROFIBUS 1. Profibus = Process Field Bus 2. Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e Klockner-Moeller em Norma EN 50170/ Controle de Processos pelo padrão Profibus PA 5. Segurança Intrínseca IEC no padrão PA 6. Tendência de integração de camadas (DP, PA e Profinet).

44 Redes de Campo ProfiBus DP

45 PROFIBUS

46 PROFIBUS

47 PROFIBUS

48 PROFIBUS - DP - PA

49 Redes de Campo Device Coupler Tronco Device Coupler TRUNKGUARD Proteção Contra Curto Circuito Derivação (Spur) LED OFF Logica LED ON Dispositivo 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 Tronco FALHA Device Coupler TRUNKGUARD Proteção Contra Curto Circuito Logica Device Circuito Lógico deteta uma falha, abre a chave A carga em falha é desconectada do seguimento LED VERDE OFF LED VERMELHO ON

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

52 Redes de Campo Device Coupler Circuito de Auto Terminação Desligado Segmento com mais dispositivos TERMINATOR Segment Communications Device Coupler TRUNKGUARD Auto Terminação LED ENTRADA DO TROCO Logic 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 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 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 DEVICENET RESUMO

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

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

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

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 e em 2000 atende a IEC 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 INTERBUS

62 INTERBUS

63 INTERBUS FRAME DE DADOS - INTERBUS

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

66 ASI

67 ASI 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. AS-Interface-conector vampiro Ambos os chips proporcionam todas as funcionalidades da version 2.1.

68 Protocolo HART

69 Protocolo HART

70 HART funcionamento

71 WIRELESS - Acesso a informações antes inacessíveis por critérios econômicos

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

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

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

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: F9 16 RX: F 16

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 -- Informações de Processo Direção de Controle ID Tipo <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 IEC ASDUs do IEC 101 ASDUs do IEC 101 Encapsular e complementares e complementares CAV_Dj1_0_1 4.Aplicação 4.Aplicação 3.Transporte-TCP 3.Transporte-TCP TCP CAV_Dj1_0_1 2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP CAV_Dj1_0_1 1.Física ethernet-mac add 1.Física ethernet-mac add MAC IP TCP CAV_Dj1_0_1 LAN

79 DNP3.0 DNP - Distributed Network Protocol - GE Harris Utiliza camada de enlace do IEC 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 1 2 Coloca a informação na Tela do Operador na S/E ou no COS 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 Aplicação Aplicação C 1 1 TRA C 1 1 Transporte Transporte TRA ( fragmentação ) C 1 1 ENL TRA C 1 1 Enlace Enlace ENL TRA C 1 1 Desencapsular Físico Físico Encapsular Destino - COS Origem - S/E Cabreuva

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) Controle Destino Destino Origem Origem crc1 crc2 Total = 10 bytes 2 bytes 2 bytes

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

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 Nível 2 Nível 3 Descreve os requisitos mínimos do protocolo para comunicação entre uma estação mestre e um IED 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 Descreve os requisitos do protocolo, maior que Nível 2, que pode ser implementado entre uma estação de mestre e uma UTR mais avançada

85 RX: Exemplo E D E6 E8 81 IIN OBJ Header A 01 2F 0A E 0C B0 FD 6C 88 Qualificador Quantidade Obs: Objeto 32 variação 2 -> Objeto analógico de 3 octetos Analógico 16 bits Flag - 01 = on line TH Application FIN 81 = Response FIR Seq 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 Counters Objetos de Analog Input Objetos de Analog Output Objetos de Time Objetos de 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 Resposta Resposta

90 Comentários Gerais Protocolos Seriais IEC 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 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 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados UCA/IEC UCA/IEC Encapsular GOMSFE CASM MMS 4.Aplicação 3.Transporte-TCP 2.Internet-IP 1.Física ethernet-mac add GOMSFE CASM MMS 4.Aplicação 3.Transporte-TCP 2.Internet-IP 1.Física ethernet-mac add MAC IP IP TCP TCP TCP CAV_Dj1_0_1 CAV_Dj1_0_1 CAV_Dj1_0_1 CAV_Dj1_0_1 LAN

92 IEC 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 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 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 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

94 440 KV Arquitetura Tradicional Seccionadora, Disjuntor, Transformador Proteção da Alta Controle de Bay Oscilografia Fiação de Cobre cos Unidade Terminal Remota 138 KV Ponto a Ponto Serial Proteção da Baixa

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