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1 GOP/ a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil GRUPO IX ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS DO NOVO SISTEMA INTEGRADO DE SUPERVISÃO E CONTROLE DE FURNAS Alberto de Oliveira Bayma Carlos Alberto Ferrara Carlos Alberto Silva Francisco Javier Illarri Sanz José Henrique Clapauch FURNAS Centrais Elétricas S. A. José Mauro Moraes Silva Luiz Mauro Gomes Silveira Mario Edison Mendes de Oliveira Ronaldo Leite de Almeida Pitta (*) Sergio Luiz Rohenkoln Teresa Cristina P. Nicolau FURNAS Centrais Elétricas S. A. RESUMO Este trabalho aborda os aspectos tecnológicos inovadores do novo Sistema Integrado de Supervisão e Controle da Operação de Sistemas Elétricos, desenvolvido por FURNAS para implantação nos seus Centros de Operação e no Centro Regional de Operação Sudeste (COSR-SE) do Operador Nacional do Sistema (ONS). O artigo descreve a arquitetura de hardware e software do sistema, e enfoca as principais características técnicas das áreas de Banco de Dados, Comunicação de Dados, Interface Homem-Máquina (IHM),e Acionamentos e Supervisão Local. As principais diferenças em relação aos demais sistemas deste tipo são realçados. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas de Supervisão e Controle, Centros de Operação, Operação de Sistemas Elétricos, Banco de Dados, Interface Homem-Máquina Estrutura operacional do sistema elétrico de FURNAS A operação do sistema elétrico de FURNAS é feita através de uma estrutura hierárquica em que o Centro de Operação do Sistema é responsável pela análise e supervisão global da operação do seu sistema elétrico e os Centros Regionais de Operação são os responsáveis pela supervisão local e pelas ordens de manobras para as usinas e subestações. Com o início da operação do ONS, este incorporou o Centro de Operação do Sistema de FURNAS, que passou a ser denominado Centro Regional de Operação Sudeste (COSR-SE). Considerando as novas responsabilidades de FURNAS quanto ao desempenho de suas instalações e equipamentos elétricos, a empresa criou um Centro de Operação da Transmissão (COT) para atuar em conjunto com seus Centros Regionais de Operação (COR), de forma a garantir o cumprimento dos contratos de prestação de serviços de transmissão e de fornecimento de energia para as empresas de energia elétrica e grandes consumidores INTRODUÇÃO (*) Rua Real Grandeza, 219 Bloco E sala 306 Botafogo Rio de Janeiro CEP: Telefone: 0XX Fax: 0XX

2 Tanto o COT, como os 4 COR de FURNAS (Rio, Minas, Goiás e São Paulo), estão equipados com um Sistema de Supervisão e Controle (SSC). Os COR recebem as informações coletadas em tempo real por unidades terminais remotas (UTR) instaladas em cada usina e subestação de sua área de atuação. Estas informações são retransmitidas tanto para o COT quanto para o COSR-SE. A FIGURA 1 ilustra a interligação dos Centros Atualização tecnológica dos Centros de Operação Os Sistemas de Supervisão e Controle de FURNAS que estão sendo substituídos foram projetados na década de 80 e entraram em operação comercial no segundo semestre de Os SSC dos COR utilizavam tecnologia distinta do SSC do Centro de Operação do Sistema de FURNAS. A decisão de desenvolver novos sistemas para seus Centros de Operação permitiu a FURNAS adotar uma única tecnologia, tanto para os COR como para o COT. Fixou-se como premissa básica que a substituição teria que ser feita sem interrupção da disponibilidade dos SSC nos Centros de Operação da empresa. Assim sendo, optou-se por uma solução que permitisse uma eficiente interligação entre os SSC novos e antigos, para garantir que na fase final de desenvolvimento e testes dos novos sistemas, estes operassem em paralelo com os antigos. Desta forma seria possível a substituição progressiva de cada um deles pelo novo SSC, sem qualquer descontinuidade operativa ou dificuldade para os operadores de sistema elétrico. O sistema que substituirá o atual COSR-SE será semelhante ao adotado para o COT, com exceção de aplicações para atender às necessidades específicas de cada centro, tais como o Controle Automático de Geração e as funções de Análise de Redes CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO NOVO SISTEMA DE SUPERVISÃO E CONTROLE Introdução Os novos SSC tiveram sua arquitetura de hardware e software projetadas de tal forma que todas as especificações funcionais e de desempenho exigidas do SSC antigo fossem não só atendidas, como superadas pela adoção de soluções técnicas modernas, baseadas nos novos conceitos de redes de comunicação de dados, Banco de Dados relacionais, e nas facilidades de processamento gráfico disponíveis nos microcomputadores de última geração. Foi adotado o modelo cliente-servidor com hardware e sistemas operacionais distintos e mais adequados às funcionalidades de cada camada. Para os servidores, optou-se por máquinas ALPHA da COMPAQ e sistema operacional OpenVMS, por suas características já amplamente comprovadas de robustez, desempenho e adequação a sistemas de tempo real. Para os clientes, que constituem as consoles de operação, foram utilizados microcomputadores com Windows NT, por sua adequação ao desenvolvimento de interface gráfica. A seguir, são descritas as arquiteturas de hardware e de software adotadas, sendo que esta última está subdividida em quatro subsistemas: Banco de Dados, Comunicação de Dados, Acionamentos e Supervisão Local, e Interface Homem-Máquina Arquitetura de Hardware Após a avaliação de diversas configurações de hardware chegou-se a uma configuração composta por servidores ALPHA e sistema operacional OpenVMS, formecidos pela COMPAQ. Estes servidores operam em cluster, com dois controladores de discos e um conjunto de discos magnéticos dispostos em um disk array configurado com espelhamento.

3 Cada servidor ALPHA é dotado de uma placa dual de comunicação, para interligação a um anel de fibra ótica (FDDI), operando à velocidade de 100 Mbps. Para garantir a continuidade operacional do anel de fibra ótica, foram inseridos no mesmo dois concentradores de comunicação, através dos quais são conectados microcomputadores. Cada micro é conectado por uma placa dual de comunicação aos dois concentradores, garantindo que o anel continuará operacional mesmo se os micros forem desligados. Dois hubs, conectados através de fibra ótica ao anel FDDI, são utilizados para a interligação da LAN do SSC aos demais sistemas de supervisão e controle e à rede corporativa de FURNAS. Cada hub possui: uma switch responsável pela interligação das diversas redes; um roteador de oito canais responsável pelo roteamento de mensagens através de canais de microondas usados para a comunicação entre os SSC; um servidor de terminais com 32 portas seriais RS232, usado para a interligação de cada UTR ao seu COR. Todas as redes locais usam os protocolos TCP/IP, NETBEUI, IPX e DECNET. Os roteadores usam os protocolos TCP/IP e DECNET. A duplicação dos hubs e seus componentes garante elevados índices de confiabilidade e disponibilidade para a WAN que interliga as diversas LAN dos SSC dos centros de microcomputadores e sistema operacional Windows NT. Cada micro pode ter um ou dois monitores de vídeo de 21 com resolução de 1024X768 pixels, e se conecta aos concentradores através de um cartão de interface dual de rede de fibra ótica. Clientes adicionais, fora da sala de controle, podem se conectar à rede LAN dos SSC através de cartão de interface de rede Ethernet. Clientes remotos também podem ser conectados à LAN do SSC através de um modem ligado a uma porta serial do Servidor de Terminais instalado nos hubs. O protocolo de rede empregado para a ligação de um cliente à LAN é o TCP/IP, embora também estejam disponíveis nos clientes os protocolos DECNET, NETBEUI e IPX Arquitetura de Software Subsistema de Banco de Dados Ao analisar possíveis alternativas de um Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) para o projeto do novo Sistema de Supervisão e Controle, optou-se pela adoção do ORACLE, um SGBD comercial de uso geral e consagrado no mercado. Esta solução, tradicionalmente considerada inviável para utilização em tempo real, revelou-se adequada para este fim nos extensivos testes de avaliação efetuados. Este SGBD mostrou-se adequado, do FIGURA 2 operação da empresa. A FIGURA 2 apresenta um esquema simplificado da configuração básica de hardware dos novos SSC de FURNAS. ponto de vista de performance e confiabilidade, para ser adotado como solução única, tanto para dados cadastrais e históricos, quanto para tempo real. As Consoles de Operação são constituídas por 2

4 Outro aspecto considerado decisivo na adoção do ORACLE foi a disponibilidade da opção Parallel Server, que permite que vários servidores em cluster compartilhem o mesmo banco de dados. A opção Parallel Server permite um alto grau de disponibilidade do sistema, admitindo a perda de um ou mais servidores. Além disso, aumenta quase linearmente, por número de servidores, o desempenho global do sistema em termos de velocidade de acesso ao banco de dados. A possibilidade de usar pré-compiladores para linguagens de terceira geração, como o Pro*C e o Pro*Fortran, permitiu que os aplicativos pudessem ser desenvolvidos nestas linguagens, mais adequadas para este tipo de sistema. Através desses pré-compiladores, os comandos SQL (Structured Query Language) de acesso ao banco de dados são incorporados aos aplicativos de forma natural e eficiente. O ajuste individual da performance de cada comando SQL usado pelas aplicativos deve ser obtido através da simulação das diversas alternativas possíveis disponíveis em uma linguagem SQL e é fundamental para um bom desempenho. O ORACLE permitiu também que a maior parte do trabalho de consistência e relacionamento de dados, tradicionalmente feita pelos aplicativos, pudesse ser transferida para o SGBD, proporcionando maior agilidade no desenvolvimento do sistema. Foi também necessário um criterioso ajuste da performance do Banco de Dados. Fundamental para viabilizar a utilização do ORACLE para tempo real foi o ajuste do tamanho do cache de memória (SGA), para minimizar o acesso a dados armazenados em disco. O projeto cuidadoso da base de dados, algumas vezes não seguindo todas as formas recomendadas de normalização de dados em prol do melhor desempenho, a utilização criteriosa de comandos SQL otimizados nos programas, e o ajuste global constante do Banco de Dados foram sem dúvida decisivos para o sucesso desta alternativa. Outros benefícios importantes a destacar, viabilizados por um SGBD comercial do porte do ORACLE, são a existência de ferramentas para backup e restabelecimento de bancos de dados, bem como para acesso e gerência remota dos bancos de dados dos diversos sistemas Subsistema de Comunicação de dados O Sistema de Comunicação de Dados (COD) é responsável pela aquisição de dados de tempo real e sua distribuição aos SSC local e remotos. Permite também que seja acionado o comando de controle supervisório de um dispositivo do sistema elétrico, a partir de qualquer SSC que supervisione esse ponto. Além disso recebe e armazena sequências de eventos e gera resultados estatísticos de desempenho de remotas. A arquitetura do COD permite que qualquer dado de tempo real disponível em um SSC (nele aquisitado ou não) seja enviado a qualquer outro SSC, através de mera configuração no Banco de Dados dos SSC envolvidos. Esta característica torna o SSC extremamente flexível quanto ao aspecto de inclusão ou alteração de dados supervisionados, e se adequa às necessidades do novo modelo de operação do sistema elétrico brasileiro. Outra característica importante diz respeito à aquisição de dados de qualquer tipo de remota ou dispositivo semelhante. Embora a quase totalidade das remotas dos SSC de FURNAS utilize o protocolo REDAC, da Westinghouse, qualquer outro tipo de remota pode ser incluído no sistema, bastando para isso desenvolver-se um driver de interface entre a nova remota e o processo de gerência da comunicação e distribuição de dados (GCDD). Os dados de tempo real, desde sua aquisição pela UTR até sua atualização no banco de dados de um SSC de destino, são tratados em sequência por três processos executados nos servidores ALPHA. O processo de Aquisição de Dados (driver de interface com a UTR) é responsável pela obtenção dos dados enviados pela UTR de acordo com o protocolo de comunicação adotado, e sua disponibilização para o processo GCDD local. O processo de Gerência da Comunicação e Distribuição de Dados (GCDD) é responsável pela gerência de todos os processos de aquisição de dados (criação, eliminação e reinicio), pelo recebimento e verificação de integridade dos dados desses processos, pela conexão e envio dos dados selecionados aos destinos preestabelecidos (processador de dados de tempo real local e processos GCDD de sistemas remotos) e pelo envio do conjunto completo de dados para verificação de integridade. O Processador de Dados de Tempo Real (PDTR) recebe todos os dados enviados pelos processos GCDD do mesmo SSC. É responsável pela conversão de medidas analógicas para unidades de engenharia, pela emissão de alarmes e pela atualização dos dados de tempo real e seus atributos no Banco de Dados. Sempre que um dado é entrado manualmente, retirado ou recolocado em varredura através das Consoles de Operação, o PDTR é notificado pelo software de IHM e sinaliza ao GCDD local correspondente para que envie o valor manual ou o novo atributo do dado aos SSC de nível superior que supervisionam este dado. O PDTR se comunica também com aplicativos para notificá-los da variação de dados que necessitem ou para receber pedidos de verificação de mudança da região de operação de grandezas elétricas, para eventual emissão de alarmes Subsistema de Acionamentos e Supervisão

5 Local Este subsistema suporta várias funções do SSC, tais como: acionamento do painel mímico, acionamento dos mostradores digitais, controle do sincronismo horário, acionamento dos registradores gráficos digitais, envio de pulsos para o Controle Automático de Geração (CAG) e supervisão da temperatura da sala de equipamentos. O painel mímico exibe, além da topologia do sistema elétrico, macro-informações com as quais é possível monitorar linhas de transmissão e transformadores em sobrecarga ou fora de serviço, usinas e subestações com alarmes não reconhecidos ou com grandezas fora dos limites estabelecidos, e informações sobre UTRs em falha. Nos mostradores digitais é possível exibir quaisquer grandezas selecionadas a partir das Consoles de Operação. Em futuro próximo este painel será substituído por um sistema de retro-projeção de imagens de alta definição. O Sistema MultiVídeo, composto por um conjunto de registradores gráficos digitais, exibe e grava em disco o gráfico de tendência de quaisquer grandezas elétricas selecionadas através das Consoles de Operação. Os servidores ALPHA são sincronizados através de um GPS que corrige periodicamente o horário dos servidores e das Consoles de Operação. Os servidores mantém um serviço de hora certa com o qual é possível ajustar o horário de qualquer microcomputador ligado à LAN do SSC. O processo que controla o GPS também é responsável pela reprogramação automática da hora do sistema em função do horário de verão. O CAG aquisita informações de intercâmbio e freqüência através de um conversor digital de telemedição e utiliza um controlador lógico programável (CLP) específico para enviar pulsos de raise/lower ao sistema de controle das usinas. A temperatura da sala de equipamentos e outras informações de infra-estrutura, tais como alimentação do prédio (UPS), podem ser monitoradas diretamente nas Consoles de Operação, sendo a aquisição de dados realizada através de CLPs conectados ao sistema Subsistema de Interface Homem-Máquina As consoles de operação localizadas na sala de controle do COT e dos COR são clientes do ORACLE instalado nos servidores ALPHA. A tecnologia empregada nos microcomputadores clientes das Consoles de Operação é a ACTIVE-X. O programa SOL é um EXESERVER instalado em cada microcomputador cliente, e é o principal componente da IHM. O SOL é responsável pela conexão (LOGIN) com os servidores ALPHA; pela distribuição de dados oriundos dos servidores ALPHA para todos os programas executáveis no micro cliente; pela ativação e controle da exibição dos displays utilizados por todas as funções e aplicativos implementados no SSC; pela ativação de outro EXESERVER de comunicação entre processos residentes nos servidores ALPHA e nos micros clientes; pelo ativação de um programa responsável pelo tratamento de alarmes sonoros; e pelo atendimento de várias outras funções da IHM descritas mais adiante. Através do SOL, após entrar sua identificação, senha e modo de operação, o usuário pode conectar sua Console de Operação aos servidores ALPHA do SSC local, ou a qualquer servidor ALPHA de um SSC remoto, através da WAN que interliga todos os SSC de FURNAS. Estão disponíveis diversos modos de operação, caracterizados por subconjuntos de displays e direitos diferenciados. As Consoles de Operação se conectam ao Banco de Dados de acordo com uma lista preferencial, configurada localmente, de servidores ALPHA. Caso o servidor preferencial, a qualquer instante, não esteja disponível, o cliente é automaticamente conectado ao primeiro servidor disponível, de acordo com a lista configurada para aquela Console. Os displays são programas executáveis que rodam nas Consoles de Operação. São gerados a partir do Visual Basic 6.0, incorporando uma série de objetos do tipo COM (Component Object Model), alguns desenvolvidos especificamente para este projeto, e outros disponíveis no mercado. Os arquivos correspondentes aos displays residem primariamente nos servidores ALPHA. Uma cópia automática para a console é disparada quando o display é solicitado, e for detetado que a cópia do cliente está desatualizada ou inexiste. A chamada de displays pode ser feita por nome, por menu de grupos funcionais, por menu de displays preferidos, por menu de últimos displays exibidos, por um árvore de displays, por sequência de encadeamento circular de displays ou por pokepoints. Podem ser exibidos simultaneamente até quatro displays em uma Console, cada um em uma janela própria,. Atributos de zoom, pan, posição, tamanho de janela e nível de detalhe podem ser definidos para cada janela. Um display chamado em uma janela anteriormente utilizada por outro display herda as características deste último. Qualquer janela pode ser impressa, bastando para isso que a janela seja a janela ativa no momento do pedido de impressão. O intervalo de atualização dos dados mostrados em um display pode ser definido para cada objeto. O intervalo típico adotado é de 5 segundos. Os atributos dos pontos de tempo real (medidas e estados digitais) podem ser facilmente visualizados ou modificados, bastando para isso clicar o mouse sobre o ponto selecionado e atuar sobre um menu

6 de contexto que é prontamente exibido ao lado do ponto. Através deste menu é possível efetuar comando supervisório, alterar o estado/valor de tempo real (entrada manual), retirar/recolocar em varredura, habilitar/desabilitar alarme, e visualizar um quadro com todos os atributos do ponto naquele momento. Para a permitir a rápida confecção de displays, foi desenvolvido um Editor de Diagramas Unifilares (EDU), que agrega objetos usados em diagramas elétricos. O desenvolvimento de novos objetos para uso no EDU pode ser feito de maneira simples e prática, permitindo assim utilizá-lo para preparar outros tipos de displays, como, por exemplo, para supervisão do próprio sistema computacional. O processamento de Alarmes do novo SSC é parte integrante do IHM, e compreende três processos: o Definidor de Alarmes, o Exibidor de Alarmes e o Servidor de Alarmes. A anunciação de alarmes se faz através dos alto-falantes dos micros de cada Console de Operação e do piscamento e mudança de cor de siglas de macro-alarmes exibidas na barra de comandos do SOL. A anunciação sonora de alarmes pode ser habilitada/desabilitada em cada Console. O processo Definidor de Alarmes tem por objetivo prover os meios necessários para a definição dos alarmes do SSC de FURNAS, de maneira simples e amigável. Toda ação de Adicionar, Remover e Aplicar uma definição de alarme é efetuada através de recursos do SOL nas Consoles de Operação. O processo Exibidor de Alarmes é acionado pelo SOL quando é exibido o display ALARMES nas Consoles de Operação. Através do Exibidor de Alarmes é possível a visualização da Lista Geral de Alarmes; a seleção de Filtros de Alarmes, que permitem a criação de sub-listas de alarmes (subconjuntos da Lista Geral) e a execução das funções de Reconhecimento e Eliminação de Alarmes. Todas as ações de reconhecimento e eliminação de alarmes executadas através das Console de Operação são transmitidas ao Servidor de Alarmes. supervisório somente é efetuada por meio de senha. Se for feita qualquer troca de display, ou tenha decorrido um período de três minutos sem execução de um comando, o modo comando supervisório é automaticamente desativado CONCLUSÕES A adoção do ORACLE como solução única de Banco de Dados foi um sucesso do ponto de vista de performance, confiabilidade, disponibilidade e funcionalidade. Este sucesso deveu-se tanto aos recursos do SGBD adotado, como à sua criteriosa utilização em todas as etapas do desenvolvimento do sistema. A decisão de usar o Windows NT como sistema operacional das Consoles de Operação proporcionou uma enorme facilidade de integração e acesso a todas as aplicações comumente usadas em microcomputadores. O desenvolvimento de interfaces padrão Windows consolidou a Interface Homem-Máquina de tal forma que o usuário não tem a menor dificuldade em usar o SOL.. A utilização de micros nas consoles de operação proporcionou o acesso à rede corporativa da empresa e aos seus aplicativos. Da mesma forma, é possível instalar o SOL em qualquer micro (com Windows NT ou Windows 9x), que esteja conectado à rede corporativa da empresa, e fazer dele uma Console de Operação remota de qualquer Centro de Operação de FURNAS. O novo SSC, inteiramente desenvolvido por equipe própria de FURNAS, já se encontra em operação no COT e nos COR de FURNAS, apresentando um excelente desempenho. Além disso, encontra-se em fase final de desenvolvimento e instalação no COSR-SE, do ONS. 4.0 BIBLIOGRAFIA (1) SANZ, F.J.I. e outros. Novo Sistema Integrado de Supervisão e Controle de FURNAS; IV SIMPASE. Brasil. O terceiro processo, Servidor de Alarmes (ALARMESERV), é executado nos servidores ALPHA, e trata todos os alarmes gerados pelos subsistemas e aplicativos do SSC, sejam eles alarmes decorrentes de condições do sistema elétrico ou de qualquer outro evento supervisionado pelo SSC. O ALARMESERV é o executor de todas as ações de inserção, reconhecimento e eliminação de alarmes. O Comando Supervisório pode ser ativado a partir do SOL, e possibilita abrir e fechar chaves/disjuntores, tirar e recolocar remotas de/em serviço, efetuar controles do Link de Corrente Contínua e ativar/desativar set points de síncronos. Para garantir um alto nível de segurança, a ativação do modo de comando