INSTALAÇÕES AT E MT. SUBESTAÇÕES DE DISTRIBUIÇÃO

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1 DEF-C13-504/N JUN 2009 INSTALAÇÕES AT E MT. SUBESTAÇÕES DE DISTRIBUIÇÃO Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numéricos (SPCC) Protocolos de comunicação Especificação funcional Elaboração: DTI Homologação: conforme despacho do CA de Edição: 2ª. Anula e substitui a edição de FEV 2007 Emissão: EDP Distribuição Energia, S.A. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação R. Camilo Castelo Branco, 43 1º Lisboa Tel.: Fax: dti@edp.pt Divulgação: EDP Distribuição Energia, S.A. GBCO Gabinete de Comunicação Rua Camilo Castelo Branco, Lisboa Tel.: Fax:

2 DEF-C13-504/N JUN 2009 ÍNDICE 0 INTRODUÇÃO OBJECTIVO E CAMPO DE APLICAÇÃO NORMAS E DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA TERMOS E DEFINIÇÕES PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO PARA REDES LOCAIS Introdução Requisitos gerais do sistema de comunicação Performance Tempos máximos admitidos para as funções críticas Segurança Flexibilidade e disponibilidade Expansão Interoperabilidade Vida útil Arquitectura física Arquitectura de comunicação Camada física Velocidade de transmissão Meio de transmissão Camada de ligação Camada de aplicação Leitura e escrita local Indicações da transmissão e recepção Leitura e escrita remota Re-sincronização Disponibilidade e refrescamento Consistência no espaço e no tempo Gestão da rede Gestão do modo de operação Gestão da configuração Gestão de falhas e níveis de performance Gestão dos serviços periódicos e não periódicos Gestão dos serviços de mensagem Módulo de interface com a rede PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO PARA LIGAÇÃO AO CENTRO DE CONDUÇÃO - PRESCRIÇÕES GERAIS Introdução Protocolo IEC Validação da implementação do protocolo de comunicações DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 2/39

3 DEF-C13-504/N JUN 2009 ÍNDICE (Anexo A) 1 INTRODUCTION Purpose of this document Normative references General structure of application data PROTOCOL IMPLEMENTATION CONFORMANCE STATEMENT (PICS) PROTOCOL IMPLEMENTATION ETRA INFORMATION FOR TESTING Communication procedures Station initialization procedure Acquisition of events procedure General interrogation procedure Clock synchronisation procedure Command transmission procedure General Select and execute command Direct commands Delayed commands General comments Integrated totals procedure Parameter load procedure Test procedure File transfer procedure Functions General Time tags Quality bits Transfer of data from Controlled Station to Controlling Station Event Buffers Security Addressing Portnumber Common Address of ASDU Information Object Address Addressing rules Test requirements Type (conformance) Test Special (Factory Acceptance Test) Test Commisioning (Site Acceptance Test) test DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 3/39

4 DEF-C13-504/N JUN INTRODUÇÃO O presente documento anula e substitui a edição anterior elaborada em Fevereiro de As alterações introduzidas, em relação à anterior versão, resultaram da adopção, pela EDP, do protocolo normalizado IEC , a nível das comunicações entre as subestações e os Centros de Condução. 1 OBJECTIVO E CAMPO DE APLICAÇÃO O presente documento tem como objectivo a definição funcional dos protocolos de comunicação residentes nos Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numéricos (SPCC) e utilizados: nas respectivas redes locais de comunicações (RLC); nas redes de comunicação entre os SPCC e o Centro de Condução. Serão abordados os seguintes aspectos: prescrições gerais dos protocolos de comunicação para redes locais; prescrições gerais e especificação funcional (Protocol Implementation Document PID) do protocolo de comunicação para ligação ao Centro de Condução. 2 NORMAS E DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA Os documentos normativos seguintes contêm prescrições que, através de referência neste texto, constituem disposições válidas para o presente documento. Estas referências normativas são citadas nos locais adequados no texto e as publicações são listadas abaixo. Quaisquer alterações das referidas edições listadas só serão aplicáveis no âmbito do presente documento se forem objecto de inclusão específica, por modificação ou aditamento ao mesmo. EDP Full PID 104 Final version Full Protocol Implementation Document for IEC IEC Telecontrol equipment and systems - Part 5-104: Transmission protocols - Network access for IEC using standard transport profiles IEEE Std Communication delivery time performance requirements for electric power substation automation 3 TERMOS E DEFINIÇÕES Para efeitos do presente documento, são aplicáveis as definições constantes das normas IEC e IEEE Std PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO PARA REDES LOCAIS 4.1 Introdução Os protocolos de comunicações a utilizar na rede local de comunicações (RLC) dos SPCC deverão seguir uma solução caracterizada por uma alta fiabilidade e performance na transmissão de dados, garantindo uma grande flexibilidade na implementação de futuros upgrades do SPCC. Os protocolos de comunicações devem ser normalizados, preferencialmente de acordo com a normalização IEC aplicável, desde o nível físico até ao nível de aplicação, e a sua escolha deve ser feita tendo em consideração a arquitectura física do SPCC e os tempos mínimos exigidos no relacionamento inter-funcional dos sistemas. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 4/39

5 DEF-C13-504/N JUN Requisitos gerais do sistema de comunicação Performance A performance poderá variar de acordo com a distribuição das funções pelos vários níveis do SPCC, mas terá sempre de ser adequada à natureza crítica dos dados a transmitir e aos tempos de resposta a atingir. Deverá também ser garantida uma elevada consistência temporal, necessária para satisfazer: cronologia correcta; operações cíclicas; sincronização de acções; operações multitarefas; controlo sequencial; imagem correcta da evolução do processo; Para obtenção desta consistência temporal será necessário: sincronização por broadcast e/ou GPS (Global Position System) ou por protocolo de comunicações; minimização do tempo de aquisição de dados; optimização do tempo de resposta; elevada capacidade de gestão temporal; uniformidade do tempo de resposta em toda a rede; eliminação de paragens e retransmissões intermédias; minimização das mensagens de "overhead" Tempos máximos admitidos para as funções críticas O dimensionamento do SPCC deverá ter em consideração os tempos de propagação da informação na Rede Local de Comunicações (RLC), por forma a garantir tempos máximos de actuação para as funções críticas do sistema. No quadro 1 seguinte são indicados, para essas funções do SPCC, os tempos máximos admitidos, desde a ocorrência de um evento no processo físico até à actuação na bobina de disparo dos disjuntores ou à inibição de ordens, no caso de encravamentos, considerando as situações mais desfavoráveis. Quadro 1 Tempos máximos Função Painéis afectados Tempos máximos Deslastre de Frequência REE Arco interno Lógica de encravamentos Saída de Linha MT Bateria Condensadores MT Transformador de Serviços Acoplamento de Barras MT Saída de Linha MT Transformador Potência AT Chegada MT Saída de Linha MT Bateria Condensadores MT Transformador de Serviços Auxiliares e Reactância de Neutro Seccionamento de Barras MT Todos os painéis 50 ms (Tempo máximo decorrente entre a ocorrência do mínimo de frequência e a execução de Ordens de Disparo aos Disjuntores) 50 ms (Tempo máximo decorrente entre a actuação do DTR e a execução de Ordens de Disparo aos Disjuntores) 50 ms (Tempo máximo decorrente entre o aparecimento da informação do defeito de arco interno e a execução de Ordens de Disparo aos Disjuntores e respectivo encravamento) 50 ms (Tempo máximo decorrente entre o aparecimento da informação a alteração do estado e inibição de Ordens de Abertura/Fecho sobre o equipamento) - Continua - DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 5/39

6 DEF-C13-504/N JUN Continuação quadro 1 - Função Painéis afectados Tempos máximos Deslastre de Tensão AT e MT Deslastre de Tensão AT e MT Linha AT Transformador Potência AT Chegada MT Saída de Linha MT Bateria Condensadores MT Linha AT Transformador Potência AT Chegada MT Saída de Linha MT Bateria Condensadores MT 200 ms (Tempo máximo decorrente entre a ocorrência do mínimo de tensão e a execução de Ordens de Disparo aos Disjuntores) 200 ms (Tempo máximo decorrente entre a ocorrência do mínimo de tensão e a execução de Ordens de Disparo aos Disjuntores) Segurança A segurança deverá ser garantida a vários níveis: redundância no meio; a rede deve ter uma alta fiabilidade, e principalmente deve ser tolerante a falhas. De modo a garantir este nível de segurança, a rede deverá ser duplicada ou ser autocicatrizante; detecção de sinais de erro na camada física; mecanismos de segurança que evitem a perda de informação em situação de conflito; redundância na gestão das comunicações; mecanismos para verificação da integridade da informação; disponibilidade, refrescamento, consistência dos dados no tempo e espaço, para que o operador possa prever determinados acontecimentos indesejáveis; fiabilidade nas transferências, que deverá ser conseguida através de serviços de envio de mensagem com aviso de recepção; possibilidade de observação contínua dos erros e dos níveis de performance Flexibilidade e disponibilidade A arquitectura de comunicação deverá garantir flexibilidade na instalação do SPCC, incluindo eventuais alterações e operações de manutenção ao sistema, sem que para isso tenha que ser desactivada a comunicação. Perante a avaria de um Dispositivo Electrónico Inteligente (IED), o funcionamento da rede de comunicações não deverá ser afectado, devendo esta situação ser automaticamente sinalizada. De igual modo a avaria na rede local de comunicação não deverá condicionar o funcionamento dos vários IED, devendo estes ficar a funcionar de forma autónoma Expansão A adição de novos módulos de hardware não deverá implicar a substituição do software de comunicações, devendo esta operação originar somente uma reconfiguração da topologia do SPCC (preferencialmente on-line). Como resultado da expansão do SPCC, e dentro dos respectivos limites (que serão indicados pelo fornecedor), não deverá verificar-se degradação da performance do sistema de comunicação Interoperabilidade Deverá ser garantida a possibilidade de interligar equipamentos/unidades constituintes do SPCC de diferentes fabricantes, sem comprometer a performance global do SPCC. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 6/39

7 DEF-C13-504/N JUN Vida útil A arquitectura de comunicação seleccionada deve permitir a coexistência de diferentes tipos e gerações de equipamentos/unidades constituintes do SPCC, com diferentes funções e capacidade. 4.3 Arquitectura física O protocolo deverá poder ser usado em arquitecturas de SPCC do tipo centralizada ou descentralizada. A inteligência, o controlo e a base de dados deverão poder ser distribuídos pelos vários IED. 4.4 Arquitectura de comunicação A arquitectura de comunicação deverá seguir preferencialmente uma topologia tipo bus que permita o uso de fibras ópticas. O protocolo de comunicações deverá usar como referência o modelo ISO, constituído preferencialmente pelas camadas Física, Ligação e Aplicação Camada física A camada física será responsável por assegurar a transferência de informação dum equipamento para todos os outros interligados ao bus. Os equipamentos e elementos a fornecer serão: fibras ópticas em mono modo com nm; os conectores deverão do tipo MTRJ na ligação aos repartidores (Switches) e do tipo ST na ligação ao IED Velocidade de transmissão A definição da velocidade de transmissão deverá ser feita tendo em consideração que devem ser garantidos os tempos mínimos de actuação exigidos para o funcionamento do SPCC. O sistema deverá ter a possibilidade de atribuir velocidades diferentes para requisitos funcionais diferentes de acordo com a caracterização funcional do sistema. As velocidades de comunicação mínimas serão de 10 Mbytes Meio de transmissão O meio de transmissão deverá assegurar as seguintes características: imunidade a interferências electromagnéticas, segundo as normas IEC e IEEE C37.90; isolamento galvânico através de acopladores ópticos; suporte em fibra óptica Camada de ligação A camada de ligação deverá fornecer dois tipos de serviços de transmissão: troca de variáveis identificadas; transferência de mensagens. Estas trocas poderão acontecer: ciclicamente; os nomes dos objectos e a sua prioridade deverão ser estabelecidos quando o sistema é configurado; sob um explícito pedido do utilizador. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 7/39

8 DEF-C13-504/N JUN 2009 Estes pedidos farão com que os valores de uma ou mais variáveis ou de uma ou mais mensagens circulem no bus Camada de aplicação Os serviços fornecidos pela camada de ligação e utilizados pela camada de aplicação deverão ser de dois tipos: serviços periódicos e aperiódicos: serviços de leitura e escrita local; serviços de leitura e escrita remota; indicações da transmissão e recepção da variável; informação actualizada da informação consumida; informação da consistência dos dados no espaço e no tempo; serviços de mensagem baseados no MMS da ISO Leitura e escrita local A camada de aplicação fornece aos utilizadores serviços locais de leitura e escrita de variáveis. Estes serviços utilizarão serviços da camada de ligação para colocar valores nos buffers ou remover valores dos buffers. Estes serviços não geram tráfego no bus Indicações da transmissão e recepção O utilizador deverá ser informado da transmissão e da recepção duma variável identificada. Ele poderá então usar esta informação, por exemplo, para se sincronizar a si próprio com uma parte da informação da rede. Quando a camada de aplicação receber uma indicação de transmissão ou recepção para uma variável produzida ou consumida, deverá avançar com esta indicação para o utilizador Leitura e escrita remota A camada de aplicação será a responsável pela implementação dos serviços de leitura e escrita remotos para variáveis identificadas Re-sincronização A camada de aplicação tornará possível a participação de processos de aplicações assíncronas em aplicações síncronas distribuídas. O mecanismo de re-sincronização necessitará de duplicação de memória ao nível da camada de aplicação; deverá ser acessível através dos processos de aplicação da rede, que deslocará ou depositará valores Disponibilidade e refrescamento Quando o utilizador lê uma variável na sua entidade de comunicação local, ele deverá poder ao mesmo tempo receber informação qualitativa respeitante ao estado da variável. A disponibilidade e o refrescamento podem ser síncronos, assíncronos e pontuais. O ciclo de refrescamento dos dados deve ser compatível com o ciclo de aquisição de informação das unidades de painel, tendo em conta os princípios de operação e origem Consistência no espaço e no tempo Deverá ser garantida uma consistência dos dados quer no espaço quer no tempo. Deverão ser criados mecanismos que forneçam ao utilizador o estado da informação que ele consome. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 8/39

9 DEF-C13-504/N JUN 2009 De igual modo o utilizador deverá conhecer o estado correcto da informação em todas as entidades de comunicação que a utilizam Gestão da rede Deverão existir duas famílias de serviços de gestão da rede: baseados nos serviços periódicos e aperiódicos; baseados nos serviços de mensagem. O fornecedor deverá especificar a forma como irá desempenhar as funções seguidamente referidas Gestão do modo de operação Comandos de Start / Stop. Comandos de validação / invalidação. Comandos de Reset. Funções de leitura / escrita Gestão da configuração Criação dos objectos. Destruição dos objectos. Arranque / paragem das entidades de comunicação Gestão de falhas e níveis de performance Leitura de contadores. Colocar os contadores a zero Gestão dos serviços periódicos e não periódicos Estes serviços serão usados para: atribuição dum endereço físico e um tagname ; downloading remoto dos identificadores; leitura remota (releitura da configuração); operações de controlo remoto; monitorização remota; registos (todos os contadores de erros e equipamentos de avaliação do nível de performance); gestão de uma presença ou variável de identificação; gestão de uma lista de estações presentes Gestão dos serviços de mensagem Os serviços de Mensagem serão usados para: criar objectos (entidades de aplicação, variáveis, ciclos elementares, etc.); eliminar objectos; download de configurações upload de configurações; controlo remoto da subestação. DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 9/39

10 DEF-C13-504/N JUN Módulo de interface com a rede Deverá existir um módulo de interface com a rede, ao nível da unidade de painel, que assegure as funções essenciais enunciadas a seguir: saída de dados dos ficheiros apropriados: comandos remotos que geralmente são urgentes; entradas digitais urgentes; entradas digitais normais; entradas digitais lentas; medidas analógicas urgentes; medidas analógicas normais; medidas analógicas lentas; entradas de informação do sistema; saídas de informação do sistema; filtragem dos dados de entrada, que consiste em pôr à disposição da unidade de painel somente os dados significativos (alteração do estado duma entrada digital ou variação significativa duma medida analógica); aquisição da data e consequente tratamento para difusão e sincronização; gestão das transmissões em modo de mensagem (tendo em conta os acontecimentos datados, os parâmetros de setting dos relés, função de trace, etc.). 5 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO PARA LIGAÇÃO AO CENTRO DE CONDUÇÃO PRESCRIÇÕES GERAIS 5.1 Introdução De acordo com a localização da subestação o SPCC deve garantir a interligação com o Centro de Condução respectivo que, no universo da EDP Distribuição, será efectuada através do Protocolo de Comunicação IEC normalizado indicado no seguimento Protocolo IEC O protocolo de comunicações IEC utilizado pela EDP Distribuição é baseado no documento Full Protocol Implementation Document for IEC , na sua versão mais actualizada, conforme definido no Anexo A do presente documento. 5.2 Validação da implementação do protocolo de comunicações O protocolo de comunicações a utilizar para a interligação do SPCC ao Centro de Condução será validado através da realização de ensaios funcionais. ANEOS Anexo A - documento Full Protocol Implementation Document for IEC DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 10/39

11 DEF-C13-504/N JUN 2009 ANEO A AO DEF-C13-504/N Full Protocol Implementation Document for IEC DTI Direcção de Tecnologia e Inovação Pág. 11/39

12 EDP - Energias de Portugal Full Protocol Implementation Document for IEC Final version 1.0 Change log Revision no.: Date: Chapter: Comments: Author: All Initial version MAdr KEMA All Changes according document: comments on PID WKF KEMA All Quality review by John Jansen van der Sligte JJS KEMA All Changes according document comments EDP on PID and conference call from All Changes according document comments EDP on PID MAdr KEMA EDP team Events during GI requirement is deleted in PID MAdr KEMA n.a. Final Version WKF KEMA Final Version EDP PID 104 page 1

13 TABLE OF CONTENTS 1 INTRODUCTION Purpose of this document Normative references General structure of application data PROTOCOL IMPLEMENTATION CONFORMANCE STATEMENT (PICS) PROTOCOL IMPLEMENTATION ETRA INFORMATION FOR TESTING Communication procedures Station initialisation procedure Acquisition of events procedure General interrogation procedure Clock synchronisation procedure Command transmission procedure General Select and execute command Direct commands Delayed commands General comments Integrated totals procedure Parameter load procedure Test procedure File transfer procedure Functions General Time tags Quality bits Transfer of data from Controlled Station to Controlling Station Event Buffers Security Addressing Portnumber Common Address of ASDU Information Object Address Addressing rules Test requirements Type (conformance) Test Special (Factory Acceptance Test) Test Commisioning (Site Acceptance Test) test Final Version EDP PID 104 page 2

14 1 INTRODUCTION The IEC Technical Committee 57 (Working Group 03) has developed a protocol standard for telecontrol, teleprotection, and associated telecommunications for electric power systems. The result of this work is IEC Five documents specify the base IEC These documents are: IEC Transmission Frame Formats IEC Data Link Transmission Services IEC General Structure of Application Data IEC Definition and coding of Information Elements IEC Basic Application Functions The IEC Technical Committee 57 has also generated a companion standard IEC In addition to the CS101 standard a further companion standard IEC called Transmission protocols Network access for IEC using standard transport profiles which is closely related to IEC was defined. Both IEC and IEC are based on the five documents IEC till 5. In addition to these standards WG03 has defined conformance test procedures and testcases that are defined in IEC In spite of the great care with which the authors have written this document, possible indistinctness and inaccuracies can still occur in this document. It is the responsibility of the vendor to identify possible indistinctness and inaccuracies in this document, and the consistency between the EDP-Energias de Portugal PID 104 and related IEC standards. If indistinctness, inaccuracies, or inconsistencies between the EDP-Energias de Portugal PID 104 or other EDP-Energias de Portugal requirements, and the related IEC standard are identified, it is the responsibility of the vendor to inform the contact person within EDP-Energias de Portugal to discuss these issues. 1.1 Purpose of this document The interpretation of the IEC protocol standard can vary from supplier to supplier. The purpose of this document is to unambiguously define and specify how the IEC protocol in both controlling and controlled stations within EDP-Energias de Portugal will be used. This Protocol Implementation Document, further called EDP-Energias de Portugal PID104 constitutes the basis of the CS104 implementations for EDP-Energias de Portugal that are going to be delivered by vendors of SCADA/Front-End, substation and distribution automation (DA) equipment. Figure 1 presents an overview of the scope of this PID. Outstation Functionality TCS 104 TCS 104 Central Front end Functionality Scope of this PID Figure 1: Scope of the EDP-Energias de Portugal PID 104 Final Version EDP PID 104 page 3

15 1.2 Normative references This EDP-Energias de Portugal PID104 is based on the below mentioned IEC standards: IEC : 1990, Telecontrol equipment and systems - Part 1: Transmission frame formats IEC : 1992, Telecontrol equipment and systems - Part 2: Link transmission procedures IEC : 1992, Telecontrol equipment and systems - Part 3: General structure of application data IEC : 1993, Telecontrol equipment and systems - Part 4: Definition and coding of application information elements IEC : 1995, Telecontrol equipment and systems - Part 5: Basic application functions IEC ed.2: 2003, Telecontrol equipment and systems - Section 101: Companion standard for basic telecontrol tasks IEC ed , Telecontrol equipment and systems - Section 104: Network acces for CS101 using standard transport profiles IEC , Guidelines for conformance testing for the IEC companion standards 1.3 General structure of application data IEC describes the Basic Application Data Units in transmission frames of telecontrol systems. This subclass selects specific field elements out of that standard and defines Application Service Data Units (ASDU) used in the CS104 protocol. The Application Service Data Units (ASDU) is composed of a Data Unit Identifier and one or more Information Objects. The Data Unit Identifier has always the same structure for all ASDUs. The Information Objects of an ASDU are always of the same structure and type, which are defined in the Type Identification field. The structure of the Data Unit Identifier is: - Type identification - Variable structure qualifier - Cause of transmission (Originator Address is not used in the EDP-Energias de Portugal PID104 and therefore set to 0) - Common address of ASDU - Information object address Final Version EDP PID 104 page 4

16 2 PROTOCOL IMPLEMENTATION CONFORMANCE STATEMENT (PICS) Interoperability list The marked functions and ASDUs in the interoperability list on the following pages represent the current minimum requirements for an IEC system according to the EDP-Energias de Portugal PID 104. This PID presents sets of parameters and alternatives from which subsets must be selected to implement particular telecontrol systems. Certain parameter values, such as the choice of structured or unstructured fields of the INFORMATION OBJECT ADDRESS of ASDUs represent mutually exclusive alternatives. This means that only one value of the defined parameters is admitted per system. Other parameters, such as the listed set of different process information in command and in monitor direction allow the specification of the complete set or subsets, as appropriate for given applications. This clause summarizes the parameters of the previous clauses to facilitate a suitable selection for a specific application. If a system is composed of equipment stemming from different manufacturers it is necessary that all partners agree on the selected parameters. The interoperability list is defined as in IEC and IEC The text descriptions of parameters which are not applicable to the CS104 companion standard are strike-through (corresponding check box is marked black). Note: - In addition, the full specification of a system may require individual selection of certain parameters for certain parts of the system, such as the individual selection of scaling factors for individually addressable measured values. The selected parameters should be marked in the white boxes as follows: R B Function or ASDU is not used Function or ASDU is used as standardized (default) Function or ASDU is used in reverse mode Function or ASDU is used in standard and reverse mode The possible selection (blank,, R, or B) is specified for each specific clause or parameter. A black check box indicates that the option cannot be selected in this companion standard. System or device (system-specific parameter, indicate definition of a system or a device by marking one of the following with ) System definition (Definition for Master and Slave) Controlling station definition (Master) Controlled station definition (Slave) Network configuration (network-specific parameter, all configurations that are used are to be marked ) Point-to-point Multiple point-to-point Multipoint-partyline Multipoint-star Final Version EDP PID 104 page 5

17 Physical layer (network-specific parameter, all interfaces and data rates that are used are to be marked ) Transmission speed (control direction) Unbalanced interchange Unbalanced interchange Balanced interchange Circuit V.24/V.28 Circuit V.24/V.28 Circuit.24/.27 Standard Recommended if >1 200bit/s 100 bit/s 200 bit/s 300 bit/s 600 bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s bit/s Transmission speed (monitor direction) Unbalanced interchange Unbalanced interchange Balanced interchange Circuit V.24/V.28 Circuit V.24/V.28 Circuit.24/.27 Standard Recommended if >1 200bit/s 100 bit/s bit/s bit/s bit/s 200 bit/s bit/s bit/s bit/s 300 bit/s bit/s bit/s 600 bit/s bit/s bit/s bit/s Link layer (network-specific parameter, all options that are used are to be marked. Specify the maximum frame length. If a non-standard assignment of class 2 messages is implemented for unbalanced transmission, indicate the Type ID and COT of all messages assigned to class 2.) Frame format FT 1.2, single character 1 and the fixed time out interval are used exclusively in this companion standard. Link transmission procedure Balanced transmission Unbalanced transmission Frame length Maximum length L (number of octets) Address field of the link not present (balanced transmission only) One octet Two octets structured unstructured Final Version EDP PID 104 page 6

18 When using an unbalanced link layer, the following ASDU types are returned in class 2 messages (low priority) with the indicated causes of transmission: The standard assignment of ASDUs to class 2 messages is used as follows: Type identification Cause of transmission 9, 11, 13, 21 <1> A special assignment of ASDUs to class 2 messages is used as follows: Type identification Cause of transmission Note: (In response to a class 2 poll, a controlled station may respond with class 1 data when there is no class 2 data available). Application layer Transmission mode for application data Mode 1 (Least significant octet first), as defined in clause 4.10 of IEC , is used exclusively in this companion standard. Common address of ASDU (system-specific parameter, all configurations that are used are to be marked ) One octet Two octets Information object address (system-specific parameter, all configurations that are used are to be marked ) One octet structured Two octets Three octets unstructured Cause of transmission (system-specific parameter, all configurations that are used are to be marked ) One octet Two octets (with originator address) Originator address is set to zero if not used Final Version EDP PID 104 page 7

19 Length of APDU (system-specific parameter, specify the maximum length of the APDU per system) Length of the APDU must be configurable with a maximum length of 253 (default). The maximum length may be reduced per system. 253 Maximum length of APDU per system Selection of standard ASDUs Process information in monitor direction (station-specific parameter, mark each Type ID if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions). In this project Reversed direction is not used, however the interfaces must be able to communicate in Reversed direction in the future. <1> := Single-point information M_SP_NA_1 <2> := Single-point information with time tag M_SP_TA_1 <3> := Double-point information M DP NA 1 <4> := Double-point information with time tag M_DP_TA_1 <5> := Step position information M_ST_NA_1 <6> := Step position information with time tag M_ST_TA_1 <7> := Bitstring of 32 bit 1) M_BO_NA_1 <8> := Bitstring of 32 bit with time tag M_BO_TA_1 <9> := Measured value, normalized value M_ME_NA_1 <10> := Measured value, normalized value with time tag M_ME_TA_1 <11> := Measured value, scaled value M_ME_NB_1 <12> := Measured value, scaled value with time tag M_ME_TB_1 <13> := Measured value, short floating point value M_ME_NC_1 <14> := Measured value, short floating point value with time tag M_ME_TC_1 <15> := Integrated totals M IT NA 1 <16> := Integrated totals with time tag MITTA1 <17> := Event of protection equipment with time tag M_EP_TA_1 <18> := Packed start events of protection equipment with time tag M_EP_TB_1 <19> := Packed output circuit information of protection equipment with time tag M_EP_TC_1 <20> := Packed single-point information with status change detection M_PS_NA_1 <21> := Measured value, normalized value without quality descriptor M_ME_ND_1 <30> := Single-point information with time tag CP56Time2a M_SP_TB_1 <31> := Double-point information with time tag CP56Time2a M DP TB 1 <32> := Step position information with time tag CP56Time2a M ST TB 1 <33> := Bitstring of 32 bit with time tag CP56Time2a 1) M_BO_TB_1 ) Please be aware that the Bitstring and Bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) are mandatory in the controlling station (SCADA Front-End) but not required in the controlled (i.e. RTU) station. It is a decision of controlled station vendors to either implement/offer bitstring and bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) or not. Final Version EDP PID 104 page 8

20 <34> := Measured value, normalized value with time tag CP56Time2a M_ME_TD_1 <35> := Measured value, scaled value with time tag CP56Time2a M_ME_TE_1 <36> := Measured value, short floating point value with time tag CP56Time2a M_ME_TF_1 <37> := Integrated totals with time tag CP56Time2a M_IT_TB_1 <38> := Event of protection equipment with time tag CP56Time2a M_EP_TD_1 <39>:= Packed start events of protection equipment with time tag CP56Time2a M EP TE 1 <40> := Packed output circuit information of protection equipment with time tag CP56Time2a M_EP_TF_1 Either the ASDUs of the set <2> - <13> (short time tag) or of the set <30> - <40> (long time tag) are used. Process information in control direction (station-specific parameter, mark each Type ID if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions <45> := Single command C_SC_NA_1 <46> := Double command C_DC_NA_1 <47> := Regulating step command C_RC_NA_1 <48> := Set point command, normalized value C SE NA 1 <49> := Set point command, scaled value C_SE_NB_1 <50> := Set point command, short floating point value C_SE_NC_1 <51> := Bitstring of 32 bit C_BO_NA_1 <58> := Single command with time tag CP56Time 2a C_SC_TA_1 <59> := Double command with time tag CP56Time 2a C_DC_TA_1 <60> := Regulating step command with time tag CP56Time 2a C_RC_TA_1 <61> := Set point command, normalized value with time tag CP56Time 2a CSETA1 <62> := Set point command, scaled value with time tag CP56Time 2a C_SE_TB_1 <63> := Set point command, short floating point value with time tag CP56Time 2a C_SE_TC_1 <64> := Bitstring of 32 bit with time tag CP56Time 2a 1) C_BO_TA_1 Either the ASDUs of the set <45> <51> or of the set <58> <64> are used. System information in monitor direction (station-specific parameter, mark with an if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) <70> := End of initialization M_EI_NA_1 ) Please be aware that the Bitstring and Bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) are mandatory in the controlling station (SCADA Front-End) but not required in the controlled (i.e. RTU) station. It is a decision of controlled station vendors to either implement/offer bitstring and bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) or not. Final Version EDP PID 104 page 9

21 System information in control direction (station-specific parameter, mark each Type ID if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) <100>:= Interrogation command C IC NA 1 <101>:= <100>:= Counter interrogation command C CI NA 1 <102>:= Read command C RD NA 1 <103>:= Clock synchronization command C_CS_NA_1 <104>:= Test command C_TS_NA_1 <105>:= Reset process command C_RP_NA_1 <106>:= Delay acquisition command C_CD_NA_1 <107>:= Test command with time tag CP56time2a C_TS_TA_1 Parameter in control direction (station-specific parameter, mark each Type ID if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) <110>:= Parameter of measured value, normalized value P ME NA 1 <111>:= Parameter of measured value, scaled value P_ME_NB_1 <112>:= Parameter of measured value, short floating point value P_ME_NC_1 <113>:= Parameter activation P_AC_NA_1 File Transfer (station-specific parameter, mark each Type ID if it is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) <120>:= File ready F_FR_NA_1 <121>:= Section ready F_SR_NA_1 <122>:= Call directory, select file, call file, call section F_SC_NA_1 <123>:= Last section, last segment F_LS_NA_1 <124>:= Ack file, ack section F_AF_NA_1 <125>:= Segment F_SG_NA_1 <126>:= Directory {blank or, only available in monitor (standard) direction} F_DR_TA_1 Final Version EDP PID 104 page 10

22 Type Identifier and Cause of Transmission Assignments (station-specific parameters) Shaded boxes are not required. Black boxes are not permitted in this companion standard Blank = Function or ASDU is not used. Mark Type Identification/Cause of transmission combinations: if only used in the standard direction R if only used in the reverse direction B if used in both directions Type Identification Cause of transmission to 36 <1> M_SP_NA_1 <2> M_SP_TA_1 <3> M_DP_NA_1 <4> M_DP_TA_1 <5> M_ST_NA_1 <6> M_ST_TA_1 <7> M_BO_NA_1 1) <8> M_BO_TA_1 <9> M_ME_NA_1 <10> M_ME_TA_1 <11> M_ME_NB_1 <12> M_ME_TB_1 <13> M_ME_NC_1 <14> M_ME_TC_1 <15> M_IT_NA_1 <16> M_IT_TA_1 <17> M_EP_TA_1 <18> M_EP_TB_1 <19> M_EP_TC_1 <20> M_PS_NA_1 <21> M_ME_ND_1 <30> M_SP_TB_1 <31> M_DP_TB_1 <32> M_ST_TB_1 <33> M_BO_TB_1 1 <34> M_ME_TD_1 <35> M_ME_TE_1 <36> M_ME_TF_1 <37> M_IT_TB_1 <38> M_EP_TD_1 <39> M_EP_TE_1 <40> M_EP_TF_1 37 to ) Please be aware that the Bitstring and Bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) are mandatory in the controlling station (SCADA Front-End) but not required in the controlled (i.e. RTU) station. It is a decision of controlled station vendors to either implement/offer bitstring and bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) or not. Final Version EDP PID 104 page 11

23 Type Identification Cause of transmission to 37 to <45> C_SC_NA_1 <46> C_DC_NA_1 <47> C_RC_NA_1 <48> C_SE_NA_1 <49> C_SE_NB_1 <50> C_SE_NC_1 <51> C_BO_NA_1 <58> C_SC_TA_1 <59> C_DC_TA_1 <60> C_RC_TA_1 <61> C_SE_TA_1 <62> C_SE_TB_1 <63> C_SE_TC_1 <64> C_BO_TA_1 1) <70> M_EI_NA_1 <100> C_IC_NA_1 <101> C_CI_NA_1 <102> C_RD_NA_1 <103> C_CS_NA_1 <104> C_TS_NA_1 <105> C_RP_NA_1* ) <106> C_CD_NA_1 <107> C_TS_TA_1 <110> P_ME_NA_1 <111> P_ME_NB_1 <112> P_ME_NC_1 <113> P_AC_NA_1 <120> F_FR_NA_1 <121> F_SR_NA_1 <122> F_SC_NA_1 <123> F_LS_NA_1 <124> F_AF_NA_1 <125> F_SG_NA_1 <126> F_DR_TA_1*) ) Please be aware that the Bitstring and Bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) are mandatory in the controlling station (SCADA Front-End) but not required in the controlled (i.e. RTU) station. It is a decision of controlled station vendors to either implement/offer bitstring and bitstring command (ASDU 7, 33 and 64) or not. * ) blank or only. Station initialization (station-specific parameter, mark if function is used) Remote initialization Final Version EDP PID 104 page 12

24 Cyclic data transmission (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Cyclic data transmission Read procedure (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Read procedure Spontaneous transmission (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Spontaneous transmission Double transmission of information objects with cause of transmission spontaneous (station-specific parameter, mark each information type where both a Type ID without time and corresponding Type ID with time are issued in response to a single spontaneous change of a monitored object) The following type identifications may be transmitted in succession caused by a single status change of an information object. The particular information object addresses for which double transmission is enabled are defined in a project-specific list. Single-point information M_SP_NA_1, M_SP_TA_1, M_SP_TB_1 and M_PS_NA_1 Double-point information M_DP_NA_1, M_DP_TA_1 and M_DP_TB_1 Step position information M_ST_NA_1, M_ST_TA_1 and M_ST_TB_1 Bitstring of 32 bit M_BO_NA_1, M_BO_TA_1 and M_BO_TB_1 (if defined for a specific project) Measured value, normalized value M_ME_NA_1, M_ME_TA_1, M_ME_ND_1 and M_ME_TD_1 Measured value, scaled value M_ME_NB_1, M_ME_TB_1 and M_ME_TE_1 Measured value, short floating point number M_ME_NC_1, M_ME_TC_1 and M_ME_TF_1 Final Version EDP PID 104 page 13

25 Station interrogation (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) global group 1 group 2 group 3 group 4 group 5 group 6 group 7 group 13 group 8 group 14 group 9 group 15 group 10 group 16 group 11 Information Object Addresses assigned to each group 12 group must be shown in a separate table Clock synchronization (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Clock synchronization Command transmission (object-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Direct command transmission Direct set point command transmission Select and execute command Select and execute set point command C_SE ACTTERM used No additional definition Short pulse duration (duration determined by a system parameter in the outstation) Long pulse duration (duration determined by a system parameter in the outstation) Persistent output Supervision of maximum delay in command direction of commands and set point commands configurable Maximum allowable delay of commands and set point commands Final Version EDP PID 104 page 14

26 Transmission of integrated totals (station or object-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Mode A: Local freeze with spontaneous transmission Mode B: Local freeze with counter interrogation Mode C: Freeze and transmit by counter interrogation commands Mode D: Freeze by counter interrogation command, frozen values reported spontaneously Counter read Counter freeze without reset Counter freeze with reset Counter reset Request counter group 1 General request counter Request counter group 2 Request counter group 3 Request counter group 4 Parameter loading (object-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Threshold value Smoothing factor Low limit for transmission of measured value High limit for transmission of measured value Parameter activation (object-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Act/deact of persistent cyclic or periodic transmission of the addressed object Test procedure (object-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Test procedure Final Version EDP PID 104 page 15

27 File transfer (station-specific parameter, mark if function is used). Please note that the file transfer option is not required for suppliers of substation RTU equipment in case alternatives such as FTP via a management port are available. In case such an option is not supported, than file transfer according the below mentioned specifications is required. File transfer in monitor direction Transparent file Transmission of disturbance data of protection equipment Transmission of sequences of events Transmission of sequences of recorded analogue values File transfer in control direction Transparent file Background scan (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Background scan Acquisition of transmission delay (station-specific parameter, mark if function is only used in the standard direction, R if only used in the reverse direction, and B if used in both directions) Acquisition of transmission delay Definition of time outs Parameter Default value Remarks Selected value t0 30s Time out of connection establishment Configurable t1 15s Time out of send or test APDUs Configurable t2 10s Time out for acknowledges in case of no Configurable data messages t2 < t1 t3 20s Time out for sending test frames in case of Configurable a long idle state Maximum range of values for all time outs: 1 to 255 s, accuracy 1 s Maximum number of outstanding I format APDUs k and latest acknowledge Parameter Default value Remarks Selected value K 12 APDUs Maximum difference receive sequence number to send state variable W 8 APDUs Latest acknowledge after receiving w I-format APDUs Configurable Configurable Final Version EDP PID 104 page 16

28 Maximum range of values k: 1 to (2 15-1) APDUs, accuracy 1 APDU Maximum range of values w: 1 to APDUs, accuracy 1 APDU (Recommendation: w should not exceed 2/3 of k) Portnumber Parameter Value Remarks Portnumber 2404 In all cases RFC 2200 suite RFC 2200 is an official Internet Standard which describes the state of standardization of protocols used in the Internet as determined by the Internet Architecture Board (IAB). It offers a broad spectrum of actual standards used in the Internet. The suitable selection of documents from RFC 2200 defined in this standard for given projects has to be chosen by the user of this standard. Ethernet Serial.21 interface Other selection from RFC 2200 List of valid documents from RFC etc. Final Version EDP PID 104 page 17

29 3 PROTOCOL IMPLEMENTATION ETRA INFORMATION FOR TESTING 3.1 Communication procedures Table 3.1 shows a list of the basic communication procedures (basic application functions) that are applicable for EDP-Energias de Portugal. Table 3.1 Basic Application Functions: 1. Station initialisation 2. Acquisition of events 3. General Interrogation 4. Clock synchronisation 5. Command transmission 6. Transmission of integrated totals 7. Parameter loading 8. Test procedure 9. File transfer These application functions are further described in the subsequent sections Station initialization procedure The controlling station always performs connection establishment. In case a TCP/IP connection is established, a stopped CS104 connection is created. In order to start data exchange the Controlling station will send a Start DT ack. After the controlled station has confirmed the Start DT by sending a Start DT confirmation an active CS104 connection is established. After a Start DT procedure the controlling station needs to start in all cases the General Interrogation procedure by sending a general interrogation command (ASDU 100). In case the controlled station was restarted or a power shutdown occurred the controlled station will send an End of Initialization (ASDU 70) in order to update the controlling station. The controlling station can send a Reset process command (ASDU 105) to the controlled station to restart the controlled station. This is not an automatic function and shall only be initiated via manual interaction. The Reset process command confirmation is not required to be sent by the controlled station to the controlling station since the TCP connection may already be closed. As a result of the Reset process command the controlled station will close the CS104 connection by sending a close call to its TCP. When the TCP connection is closed the controlled station will be restarted. Then the controlling station tries to connect the controlled station by giving cyclic active opens to its TCP Acquisition of events procedure Events occur spontaneously at the application level of the local (controlled) station. The local process requires an event buffer to collect events that may appear faster than their transmission to the remote (controlling) station can be accomplished. Fig. 3.1 shows the sequential procedure for event acquisition. Events that arrive in the controlled station are transmitted to the controlling station as soon as possible after they appear. Events that arrive faster than transmission to the controlling station can be accomplished are buffered in the controlled station. The EDP-Energias de Portugal PID104 specifies that for event transmission only events with time tag are transmitted to the controlling station. The Cause of Transmission can, due to the initial reason of the event be, either COT=3 spontaneous, COT=11 remote command or COT=12 local command. Final Version EDP PID 104 page 18