Evolução de Protocolos de Comunicação

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1 Evolução de Protocolos de Comunicação Sérgio Yoshio Fujii Ethan Boardman

2 Agenda do Mini-Curso Evolução de protocolos de comunicação: Protocolos proprietários IEC /102/103/104, DNP3.0 ELCOM-90 (TASE.1) e ICCP (TASE.2) IEC

3 Introdução à Comunicação Satélite Fibra ótica, Cabo OPGW Transmissor Rádio OPLAT 3 Receptor

4 Introdução à Comunicação Fonte: PUC-PR 4

5 Introdução à Comunicação Fonte: RuggedCom 5

6 Introdução à Comunicação Fonte: Prof. Moreira Frame-Relay, ISDN ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados), ATM (Asynchronous Transfer Mode), VPNs(Virtual Private Network), etc. Voz sobre IP, Videoconferência, TV interativa, Ensino à Distância, Realidade Virtual, etc. 6

7 Introdução à Comunicação Fonte: Prof. Moreira 7

8 Por que é Necessário Protocolo? 8

9 Protocolos de Comunicação Protocolos: Inteligentes De Processo Otimizado Fácil configuração Velocidade... PROPRIETÁRIO!!! 9

10 Protocolos de Comunicação HART (Highway Addressable Remote Transducer) Comunicação digital simultânea com o sinal analógico de corrente 4-20mA. Fonte: Prof. Walmy 10

11 Protocolos de Comunicação Rockwell DeviceNet, ControlNet, Ethernet/IP Siemens ASI, Profibus DP, PA, FMS, Profinet Schneider Modbus, Modbus Plus, Modbus TCP Fieldbus Foundation Foundation Fieldbus H1, H2 e HSE. Fonte: Prof. Walmy Outros Seriplex, Interbus, CAN, SDS, WorldFIP, DNP3, LonWorks, SwifNet, ARCNet 11

12 Protocolos de Comunicação Modbus Criado 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 sistemas de supervisão. 12

13 Tipos de Protocolo Modbus Fonte: Prof. Walmy 13

14 Outros Protocolos ProfiNet (Profibus for Ethernet) Comunicação entre CLPs e PCs usando Ethernet/TCP-IP Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Comunicação entre CLPs e PCs. Profibus DP (Decentralized Peripherals) Comunicação com drives, dispositivos E/S, transdutores, analisadores e etc. Profibus PA (Process Automation) Fonte: Prof. Walmy Comunicação com transmissores de pressão, nível, vazão e temperatura e válvulas de controle. AS-I (Actuator Sensor Interface) Sensores e Atuadores ON-OFF 14

15 Protocolos Setor Elétrico Monitoração Valores de medições realizadas (tensão, corrente, potências, fator de potência) Estado dos disjuntores e chaves seccionadoras Proteção Manobra de dispositivos para proteger os geradores, transformadores e linhas de transmissão na ocasião de anomalias do sistema. Comando Manobra de equipamentos a critério do operador Alarme Notifica o operador de ocorrência de alteração da configuração da rede elétrica ou irregularidade funcional de algum equipamento 15

16 Protocolo DNP3.0 DNP3 ou Distributed Network Protocol Padrão 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 em concessionárias de óleo e gás, água, saneamento e segurança Predominante no mercado americano 16

17 DNP3.0 - Características Endereçamento para mais de 65 mil dispositivos com até 65 mil pontos Pedir e responder múltiplos tipos de dados em uma mesma mensagem Quebrar mensagens em pacotes múltiplos para garantir uma excelente 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) 17

18 DNP3.0 - Características 18

19 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 19

20 Protocolos IEC IEC Refere-se a coleção de padrões abertos Produzidos pela Comissão Internacional de Eletrotécnica, ou IEC Descrições funcionais detalhadas para tele-controle de sistemas SCADA Direcionado para aplicação SCADA de sistemas elétricos Predominante no mercado europeu 20

21 Protocolo IEC Similaridades com DNP3 Alta 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 21

22 Protocolo IEC Diferenças com DNP3 Maior 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 22

23 Protocolos IEC / IEC IEC [IEC103] Padrão de comunicação entre um sistema de controle de subestação e equipamentos de proteção IEC [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 com conectividade LAN (Local Area Network) e roteadores para conexão com WAN (Wide Area Network) 23

24 Protocolo UCA2 UCA Conjunto de padrões para dispositivos de monitoração e controle para interoperar com aplicações típicas de concessionárias, em um ambiente de múltiplos fornecedores É um sistema que define quais dados relevantes de cada dispositivo (válvula, transformador, religador) devem ser automaticamente transferidos aos sistemas SCADA da concessionária. Em 1999 foi publicado como um padrão IEEE. 24

25 IEC IEC Criado a partir do UCA 2.0 Conjunto de funções que podem interoperar em forma distribuída, em diferentes dispositivos físicos, conectados em rede Define três mecanismos para a elaboração da automação de um sistema elétrico: modelos de objetos serviços de comunicação linguagem SCL (Substation Configuration Description Language) 25

26 IEC IEC é comum para a IEC e ANSI 26

27 IEC

28 IEC

29 IEC Designador de Grupo 29

30 IEC Classes de Nós Lógicos 30

31 IEC Classes de Dados 31

32 IEC Classes de Dados 32

33 IEC Arquitetura Típica Arquitetura Distribuída SCADA IEC Ethernet IEC IEC MiCOM C264 MiCOM P 33

34 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 34

35 TASE WG7: Telecontrol protocols compatible with ISO Standards and ITU-T recommendations Foco: protocolos WAN para interconectar centros de controle com bases de dados e aplicações EMS heterogêneas. Objetivo: desenvolver protocolos e serviços utilizando ao máximo os padrões ISO. TASE.1 Inclui funcionalidades avançadas Objetivo principal: prover operação sobre protocolo ELCOM-90 existente em camadas OSI A interface do programa de aplicação do TASE.1 foi mantida como definido nos documento do protocolo ELCOM-90 para facilitar a substituição do ELCOM-90 pelo TASE.1. 35

36 TASE WG7: Telecontrol protocols compatible with ISO Standards and ITU-T recommendations TASE.2 Principais objetivos: aumento de funcionalidades e maximizar a utilização dos protocolos existentes, especificamente o MMS (Manufacturing Messaging Standard) Adicionalmente, também disponibiliza troca de mensagens de informação (ASCII) e objetos de dados estruturados Também é conhecido, não oficialmente, como ICCP (InterControl Center communications Protocol), nome dado ao projeto EPRI que patrocinou o desenvolvimento da especificação inicial 36

37 Comparação - Geral 37

38 Comparação Descrição de Dados de Processo 38

39 Comparação Serviços de Operação 39

40 Comparação Arquitetura e Comunicação 40

41

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