Aplicação de SNMP no Centro de Controle da Automação da Eletrosul. Brasil

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1 Aplicação de SNMP no Centro de Controle da Automação da Eletrosul Pablo Humeres Flores Eletrosul Brasil Diogo Vargas Marcos Eletrosul RESUMO O trabalho apresenta uma aplicação do protocolo SNMP na gerência dos sistemas de supervisão e controle da Eletrosul para permitir a melhoria na disponibilidade dos equipamentos e sistemas computacionais envolvidos. Será apresentada uma visão geral da supervisão e controle do sistema elétrico nos seus diversos níveis, e da implantação de um centro de controle da automação para a gerência e manutenção dos sistemas. Como principais ferramentas para esta gestão serão utilizadas o SNMP e o SAGE (sistema de supervisão). Serão apresentados resultados relacionados às estatísticas de falha, tempos de reparo e disponibilidade. PALAVRAS CHAVE Automação, Telecontrole, Sistemas Digitais, SAGE, SCADA, SNMP. Pablo Humeres Flores, ELETROSUL Centrais Elétricas S.A, Rua Deputado Antônio Edu Vieira, 999, Pantanal, CEP: , Florianópolis SC, Telefone: (48) , hpablo@eletrosul.gov.br

2 1. INTRODUÇÃO As empresas de energia elétrica no Brasil tem realizado grandes investimentos nos últimos 15 anos na digitalização dos processos de supervisão, controle, medição e proteção do sistema elétrico. Equipamentos eletromecânicos e fios elétricos foram substituídos por multimedidores, relés digitais, unidades de aquisição e controle, sistemas computacionais de suspervisão e controle scada, switches, e muitas soluções em rede. As exigências de disponibilidade das informações do sistema elétrico também mudaram. Existem mais agentes a quem os dados devem ser fornecidos: subestações, centros de telecontrole, centros de operação, áreas de manutenção e estudos, e outras empresas do setor. Os dados tem que ser entregues com grande disponibilidade e qualidade. A Eletrosul Centrais Elétricas SA abrange uma grande área territorial estando presente nos estados de Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná e Matogrosso do Sul onde ela atua como principal agente de transmissão do sistema elétrico em 500, 230 e 138 kv. No caso da Eletrosul além dos investimentos nos equipamentos e sistemas diretamente responsáveis pela supervisão e controle do sistema elétrico foram feitos investimentos no suporte a estes sistemas. Dentro deste conceito foi montado o Centro de Controle da Automação, que consiste numa estrutura em rede para acesso direto aos equipamentos em campo. O objetivo é permitir as intervenções para alterações e correções com maior velocidade, segurança e disponibilidade, além de supervisionar a saúde dos sistemas e gerar estatísticas de disponibilidade. Para fazer o acompanhamento do desempenho dos sistemas e equipamentos envolvidos foi escolhido utilizar o protocolo SNMP (do inglês Simple Network Management Protocol - Protocolo Simples de Gerência de Rede). Os principais equipamentos envolvidos são microcomputadores tipo servidor e desktop, switches e terminal servers. O ambiente de sistema operacional é Linux, tendo assim facilidade para gerar condições de agente SNMP. 2. O SISTEMA DE SUPERVISÃO E CONTROLE DIGITAL Os principais elementos num sistema de supervisão e controle digital podem ser agrupados da seguinte maneira: Fig. 1 Representação do sistema de supervisão e controle digital A interface com o processo considerando instalações existentes é normalmente uma lógica cablada, com relés e conexões elétricas à base de fiação. Os sinais aquisitados de campo como grandezas elétricas devem ser convertidas em sinais digitais. O responsável por esta função é a Unidade Terminal Remota, UTR. Em instalações mais novas isto pode estar de forma distribuída tendo uma Unidade Concentradora da Subestação, UCS e unidades de aquisição e controle, UAC e Relés digitais. Através de algum protocolo de comunicação, os dados são aquisitados por um sistema computacional de supervisão e controle, SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), que os disponibiliza para o operador numa interface homem máquina, IHM, a partir da qual é realizada toda a supervisão e controle da instalação. A arquitetura típica de um sistema de supervisão e controle esta apresentada na figura 2. 2

3 Fig. 2 Arquitetura do sistema de supervisão e controle digital de uma subestação Os principais elementos desta arquitetura são: Servidores: São os principais equipamentos da arquitetura, sendo constituídos por computadores com grande capacidade de processamento e hardware projetado para suportar funcionamento em regime contínuo. Disponibilizadas em estrutura compatível com rack 19" para alocação nos painéis. Terminais de Operação (TO): São os equipamentos de contato entre os operadores e o sistema elétrico. São computadores Desktops cuja função é apenas processar e apresentar a interface gráfica do scada, que é disponibilizada via rede pelos servidores. Todos os programas e comandos são efetivamente executados nos próprios servidores. Time Server (gps): Sua função é obter o horário correto via satélite através do sistema GPS e via rede (serviço NTP) manter uma mesma referência de tempo para o sistema. Terminal Server (tsr): Utilizado na comunicação, através da implementação de interfaces seriais que podem ser acessadas remotamente via tcp/ip pelos servidores. Dessa forma, este equipamento funciona como um concentrador no qual são plugados os canais de comunicação assíncronos. Unidade Concentradora da Subestação (UCS): São o gateway de comunicação para o envio das informações para centros os diversos centros: local, controladora, COT, ONS, ou outros agentes. São sempre redundantes e utilizam uma rede de comunicação específica para receber os dados das UAC, relés digitais e unidades concentradoras de proteção. Unidade de Aquisição e Controle (UAC): São o meio de interface direta com o processo controlado, de modo que são esses os elementos que fazem a transformação dos sinais digitais e analógicos obtidos de campo e recebem comandos recebidos dos centros de controle. 3

4 Atualmente o sistema de supervisão e controle da Eletrosul está organizado conforme apresentado na figura 3. Fig. 3 Configuração telecontrole Eletrosul Estas informações são utilizadas por diversos agentes para operar, controlar e supervisionar o sistema elétrico. A figura 4 representa a interligação entre os diversos agentes. ONS COSE CT(1)... CT(k) SE(1) SE(2)... SE(n-1) empresa_y SE(n) empresa_x Fig. 4 Hierarquia agentes sistema elétrico As informações do processo elétrico são distribuídas para diversos agentes do mercado elétrico, o que exige garantia de serviço. Cada um utiliza para intervenção no sistema e/ou supervisão para tomada de decisão. A receita da Eletrosul ocorre em função da disponibilidade do sistema de transmissão, por isso a supervisão é fundamental para diminuir tempos de interrupção. Além disso, a indisponibilidade de informações pode acarretar em multas ou impedir a energização de novas instalações atrasando receitas ou significando penalizações. Na Eletrosul o SCADA utilizado tanto nas Subestações, Centros de Telecontrole e Centro de Operação é o SAGE - Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia, desenvolvido pelo CEPEL (Centro de Pesquisa de Energia Elétrica) da Eletrobrás. Este sistema é o mais utilizado no setor elétrico brasileiro. Ele comunica em diversos protocolos com as unidades terminais remotas, relés, multimedidores, principalmente em DNP, IEC 101, IEC 104, ModBus, IEC Os 4

5 sistemas mais antigos utilizavam comunicação serial RS232. Atualmente a maioria ocorre em TCP/IP. Atendendo as necessidades de gerência dos sistemas foi desenvolvido pelo CEPEL o protocolo SNMP integrado ao SAGE, tanto na função de agente como de gerente SNMP. 3. O CENTRO DE CONTROLE DA AUTOMAÇÃO O Centro de controle da automação CCA foi implantado na sede da empresa com os seguintes objetivos: Permitir o monitoramento de todo o sistema digital de supervisão e controle da eletrosul; Geração de indicadores de desempenho dos sistemas; Permitir o acesso remoto para manutenção; Permitir a operação de emergência de qualquer instalação; Para viabilizar estes objetivos foi necessário criar uma Rede de Gerenciamento Remoto - RGR e implantar uma infra-estrutura computacional no CCA. Para atender ao fluxo de dados de tempo real dos sistemas de supervisão e controle foi implementada uma rede de operação dedicada e fisicamente isolada de outras redes (corporativa). Basicamente é um anel ótico de 2 Mb entre os Centros de Telecontrole e o Centro de Operação e duas rotas ponto a ponto entre o Centro de Telecontrole e suas subestações telecontroladas em 64 kb. A rede de gerenciamento remoto RGR utilizada pelo CCA é outra rede, sendo basicamente um anel de 2 Mb com alguns locais a velocidades mais baixas. A figura 5 ilustra esta rede. lgr pfu yta sta lon ivp are cno jl cba pal blu sede itj Fig. 5 Rede de Gerenciamento Remoto RGR Na sede da empresa foi montada uma sala com os equipamentos para instalação dos equipamentos e sistemas necessários para o Centro de Controle da Automação. Fig. 6 Estrutura do CCA 5

6 Existe um servidor que gerencia o acesso à RGR e onde estão instalados os principais aplicativos. Ele faz o recolhimento de dados seja dos arquivos históricos do SAGE ou do SNMP. Foram instalados três postos de trabalho para acesso remoto, geração de relatórios e eventual operação de emergência. Basicamente existem três sistemas para a gerência do sistema. SAS - Sistema de Acesso Seguro: desenvolvido em Delphi, cria uma interface de onde se pode acessar qualquer instalação escolhendo um acesso em terminal (telnet) ou em interface gráfica (Exceed). Ele facilita o acesso e registra todos em arquivos para auditagem; SAD Sistema de Avaliação de Desempenho: Gerador de estatísticas de desempenho do sistema de supervisão e controle: Faz o recolhimento diário dos históricos do SAGE para verificar tempos de indisponibilidade e falhas de comandos. Desenvolvido em JAVA populando um banco de dados MySQL a partir dos arquivos do SAGE. SAI - Sistema de Avaliação da Infra-estrutura: Supervisão e registro de desempenho dos equipamentos da plataforma digital. Faz o registro via SNMP de toda a estrutura de equipamentos fazendo um histórico de diferentes variáveis relacionadas a cada um: uptime, ocupação de disco, desempenho de memória e processador, velocidade de coolers, etc. O gerente SNMP foi desenvolvido em PHP, populando um banco de dados MySQL. 4. O PROTOCOLO SNMP Para fazer o acompanhamento do desempenho dos sistemas e equipamentos envolvidos foi escolhido utilizar o protocolo SNMP do inglês Simple Network Management Protocol - Protocolo Simples de Gerência de Rede. Ele é um protocolo de gerência típica de redes TCP/IP, da camada de aplicação, e que facilita o intercâmbio de informações entre os dispositivos de rede. Oferece uma séria de vantagens para a função de gerência do sistema, já que interfere minimamente na rede (transporte UDP), é de fácil configuração, muito difundido estando disponível na maioria dos equipamentos da plataforma digital: computadores (Linux e Windows), roteadores, terminal server, switches. Inicialmente era utilizado em ambientes corporativos. Ele é um padrão aberto baseado no conceito de agente e gerente SNMP. Um agente é qualquer dispositivo que possui a capacidade de responder a uma requisição feita. As informações são organizadas de acordo com uma MIB (Management Information Base). Ela fornece informações gerais de gerenciamento. Através da MIB podemos obter informações como: número de pacotes transmitidos, estado da interface, entre outras. Podemos ter também uma MIB privada onde os componentes fornecem informações específicas dos equipamentos gerenciados, como configuração, colisões e onde também é possível por exemplo reinicializar, desabilitar uma ou mais portas de um roteador. É um programa executado em uma estação servidora que permite a obtenção e o envio de informações de gerenciamento junto aos dispositivos gerenciados mediante a comunicação com um ou mais agentes em SNMP. Existem implementações em módulo texto e em módulo gráfico. 6

7 Fig. 7 Relacionamento de um gerente com o objeto gerenciado Existem diversos softwares livres disponíveis tanto para a função de agente quanto de gerente. 5. SAGE-SNMP A necessidade de implementação do SNMP no SAGE ocorreu em função de duas necessidades principais. A primeira foi permitir a supervisão em hierarquias superiores com relação às condições do sistema: sub-processos, estatísticas e estado das comunicações, controles sobre o software. A segunda foi incorporar à supervisão do sistema elétrico as condições dos elementos principais da plataforma computacional associada. Hoje o SAGE é um sistema gerenciável e capaz de gerenciar sistemas. Ser gerenciável significa que o SAGE disponibiliza informações internas para outros softwares de monitoramento via SNMP. E o SAGE é capaz de ser um gerente já que tem capacidade de monitorar equipamentos via SNMP. Como este recurso é recente esta sendo implementado aos poucos na Eletrosul. Já foram realizados testes em laboratório com sucesso e agora esta em fase de teste em campo na Subestação Palhoça. 6. RESULTADOS ESTATISTICOS A estatística de desempenho do sistema pode ser separada em dois grupos: os indicadores de mantenabilidade da infra-estrutura e os indicadores de qualidade do sistema de supervisão e controle. Para gerar os indicadores de mantenabilidade utiliza-se o Sistema de Avaliação da Infraestrutura SAI que atua sobre o conjunto de equipamentos da plataforma do sistema digital de supervisão e controle conforme apresentado na tabela 1. Nela são mostrados os equipamentos já em operação e a quantidade final prevista. Tabela 1 Equipamentos supervisionados 7

8 A figura 8 mostra o fluxo de dados abrangendo desde a fonte de dados, equipamentos do sistema digital de supervisão e controle até o destino dos dados na forma de relatórios. Onde: Fig. 8 Fluxo da geração de relatórios de supervisão Equipamentos SDSC: são aqueles presentes nas diversas subestações com finalidade de supervisão do sistema elétrico. SAI: sistema presente no servidor do CCA responsável pela aquisição das informações via protocolo SNMP. Relatórios de Indicadores:arquivos contendo informações sobre condições dos equipamentos organizado por famílias. A figura 9 mostra um exemplo. Fig. 7 Exemplo de relatório gerado pelo SAI O Sistema de Avaliação de Desempenho SAD gera os indicadores de qualidade do sistema de supervisão. Os principais são: DIRS: Duração da Indisponibilidade dos Recursos de Supervisão (horas) representa o tempo de indisponibilidade dos pontos. FIRS: Frequência da Indisponibilidade dos Recursos de Supervisão (quantidade) representa a quantidade de interrupções das ligações. Nos dois casos o valor é ponderado: pontos indisponíbilizados em relação ao total de pontos distribuídos. 8

9 TFCM: Taxa de falha de comandos (%) representa o percentual de falhas dos comandos de controle. Os relatórios gerados são conforme os exemplos a seguir: Fig. 8 Relatórios de desempenho 9

10 7. CONSIDERAÇÕES GERAIS A implantação do Centro de Controle da Automação CCA foi programada em etapas. A estrutura física está finalizada. As aplicações desenvolvidas focaram a viabilidade e avaliação das soluções pretendidas. Desta maneira a utilização do SNMP provou ser eficiente e conveniente para a gerência do sistema. Numa próxima etapa vai se implantar o próprio SAGE para ser o gerente SNMP. Além disso, serão disponibilizados alarmes críticos relativos à infra-estrutura da plataforma digital para a área de tempo real responsável pela operação do sistema elétrico. Outra ação em andamento é a integração dos bancos de dados dos sistemas de avaliação, do SAGE e corporativo para otimizar o fluxo e registro de informações. 8. CONCLUSÃO A instalação de um centro de gerência provou ser uma estratégia adequada para melhoria do suporte aos sistemas de supervisão e controle. As ações são mais rápidas e otimizam custos. A utilização do SNMP tem confirmado as suas vantagens. Com a implantação do gerente SAGE entrará em funcionamento um sistema em tempo real otimizando as ações de manutenção, permitindo ações preditivas e não somente corretivas. Com a integração dos bancos de dados espera-se ter um histórico melhor dos elementos do sistema, das ações de manutenção e da política de substituição de equipamentos. 9. BIBLIOGRAFIA [1] Flores, Pablo H. e Andrade, Luís F.B. Visão geral da implantação do programa de telecontrole de subestações da Eletrosul, II Seminário Nacional de Controle e Automação - SNCA, [2] Flores, Pablo H. Suporte e desenvolvimento dos sistemas de supervisão e controle digital na Eletrosul. I Seminário de Operação e Telecomunicações da Eletrosul - SEPOP,2005. [3] Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS, Procedimentos de Rede: Requisito telessupervisão para a operação, Submódulo [4] GTMI - Comissão Critérios de Manutenção dos Sistemas Computacionais em Áreas Industriais, Informe Técnico COPEM/SCMT-006/2006. [5] GTMI - Comissão Critérios de Manutenção dos Sistemas Computacionais em Áreas Industriais. Informe Técnico COPEM/SCMT-005/