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AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Paulo Roberto Pedroso de Oliveira(11) 3378 8600 (11) 9935 9080ASCC – Automação de Subestações e Centros de [email protected]://www.ascx.com.br
Protocolo MODBUS
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
� Interconexão e Interoperabilidade� Confiabilidade (detecção e correção de erros)� Resiliência (falhas topológicas)� Modelo OSI de 7 camadas� Camada Física
� RS 232 – fios de cobre� RS 485 – fios de cobre� Ethernet – fios de cobre� Ethernet – Fibra ótica
� Protocolos Proprietários – Courrier, SPA, LON
Protocolos de ComunicaçãoRegras que governam a comunicação entre dispositivo s eletrônicos
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Protocolos de Comunicação Abertos Regras que governam a comunicação entre dispositivo s eletrônicos
� 4 a 20 ma.� Protocolos seriais.
� IEC 60870 101� DNP3� MODBUS
� Protocolo Setor Elétrico com arquitetura de Redes (LAN/WAN),orientado a objetos.
� IEC 61850� Protocolos Industriais com arquitetura de Redes (LAN/WAN),orientado a objetos.
� Profibus� Foundation� DeviceNet
� OPC – OLE for Process Control – Compatibilizar vários p rotocolos com Supervisórios e níveis superiores da aplicação.
Modelo Mestre / Escravo
Modelo de Rede Multcast
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
MODBUS Padrão especificado em 1979. Comunicação Serial Mestre / Escravo ou Rede Cliente / Servidor
Functions Codes – PDU – Protocol Data Units
Port 502
Token pass
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO
Telessinal Ponto Simples
0 Aberto1 Fechado
Telessinal Ponto Duplo
0 0 Em trânsito0 1 Aberto1 0 Fechado1 1 Estado Proibido
Telecomando Simples
0 Abrir1 Fechar
Posição Seccionadora ou Disjuntor Tele comando
A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS
Formato dos dados e escalas de engenharia
Processo ElétricoFiação – Relação TP TCTrandutores 4 A 20 mA
IED ou UTRConversores A/DBanco de Dados
Protocolo de ComunicaçãoConfiguração do Protocolo
Centro de OperaçãoBanco de DadosCliente da UTRServidor do Aplicativo Gerencial
Telecomando Duplo
0 0 Comando Proibido0 1 Abrir1 0 Fechar1 1 Comando Proibido
Medição KV, A, MW, MVar
Conversor de12 bits
Conversor de 16 bits
Inteiro
Ponto Flutuante
Escalas de EngenhariaRelações de TP e TCConversores A / D
ByteWordLong Word
Aplicativo GerencialSoftwares Visuais
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Agilidade na Comunicação (Throughput)Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a
atuação de uma saída baseada em uma decisão lógica.
•1. Taxa de Transmissão•1,2 à 19,2 KBps – IEC60870 101, DNP3, MODBUS•100 MBps – IEC 61850 – TCP/IP
•2. Eficiência do Protocolo – Overhead – Número total •de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados.
•IEC 60870 101, DNP3, Modbus – otimizados para mínimooverhead•IEC 61850 TCP/IP – pouco otimizado em função daslarguras de banda disponíveis atualmente
•3. Modelo da Rede•3.1. ORIGEM / DESTINO•3.2. PRODUTOR / CONSUMIDOR ( Publisher / Subscriber )
( Publicador / Assinante ) IEC 61850
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Modelos de Rede de AutomaçãoProtocolos
� ORIGEM / DESTINO - Mestre / Escravo� Modelo tradicional, mais fácil de ser implementado� Repetição do mesmo dado, quando só o endereço é diferente� Taxa de transmissão – 1,2 à 19,2 KBps� IEC 60870 101, DNP3, MODBUS
� PRODUTOR / CONSUMIDOR – Multcast.� Múltiplos Nós podem consumir simultaneamente os dados de
um mesmo PRODUTOR.� Utilização mais eficiente da banda de comunicação – 100 MBps� Pode assumir configuração Mestre/Escravo, Polling ou Mudança
de Estado� IEC61850
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
INFORMAÇÃO – 2 Tipos
� 1. Não necessita referência externa : Meu endereço é Rua Dourada 1000, CEP 13.211-111, Jundiaí/SP-Brasil.
� 2. Necessita referência externa : Meu nome éPaulo Oliveira e meu endereço está na lista telefônica.
� No caso 2 a referência externa é a Lista Telefônica, que necessito consultar para achar o endereço do meu amigo. Indexação externa.
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAVInformação 1 - Disjuntor está fechadoInformação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
S/E BAN UTR
Centro de Operação do Sistema
60 kmInformação
01001010
01001010
01001010
01001010
11110010
00011010
01001010
Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).
0 aberto1 fechado
n
.
23
24
28
29
30
26
27
25
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAVInformação 1 - Disjuntor está fechadoInformação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
S/E BANUTR
Centro de Operação do SistemaO N S
60 kmInformação
01001010
01001010
01001010
01001010
11110010
00011010
01001010
Protocolos DNP 3, IEC 101,MODBUS Linha Serial
Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).
0 aberto1 fechado
n
.
23
24
28
29
30
26
27
25
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAVInformação 1 - Disjuntor está fechadoInformação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Centro de Operação do SistemaO N S - Brasília
60 kmInformação
Informação 1 - Disjuntor está fechado
BAN / XCBR1.Pos.stValVai a informação completa, sem necessidade de referência externa.Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computadordo COS. Simplifica trabalho de configuração.
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
BAN / MMXU / F21A
Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
2 Exemplos – S/E BAN linha para XAVInformação 1 - Disjuntor está fechadoInformação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Centro de Operação do Sistema
60 kmInformação
Informação 1 - Disjuntor está fechado
BAN / XCBR1.Pos.stValVai a informação completa, sem necessidade de referência externa.Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computadordo COS. Simplifica trabalho de configuração.
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
BAN / MMXU / F21A
Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).
IEC 61850 Rede TCP/IP
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Modelo do Protocolo MODBUS
Aplicação
Físico
Aplicação
Físico
Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriuMODBUS - Funções e Mapas de MemóriaDisjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0
B 7 0
B 7 0
Encapsular
Coloca a informaçãona Tela do Operadorna S/E ou no COS
1
2
B 7 0
B 7 0
Desencapsular
Origem - S/E BandeirantesDestino – COS São Paulo
End crcEnd crc
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Camada FísicaInterfaces e Conexões
EquipamentoTerminal de
Dados(DTE)
EquipamentoTerminal doCircuito de
Dados(DCE)
EquipamentoTerminal doCircuito de
Dados(DCE)
EquipamentoTerminal de
Dados(DTE)
Circuito de Dados
Canal Serial
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Circuito Nome Circuito
Camada FísicaSinais ITU V.24
102
103
104
105 a)
106 b)
107 b)
108 a)
109 b)
Do DCEPara DCE
Comum
Tx
Rx
RTS
CTS
DSR
DTR
DCD
X
X
X
X
X
X
X
- -
a) Pode ser mantido constanteb) Não obrigatório. Pode ser usado para supervisionar o circuito de transmissão
RS 232
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Interface RS 232 Conector DB25 – 25 pinosComunicação SERIAL
� Bits de dados -12 V = 1 ou Alto, +12V = 0 ou baixo
� Bits dentro do Byte transm. primeiro LSB e depois o MSB
� Cada Byte começa com 1 Start Bit Alto e termina com 0 a 2 Stops Bits Baixos� Desocupada a linha esta Baixa
� Pinagem
1 StartBit
1 2 3 4 5 6 7 8
2 stopsbits
MSB Data Byte LSB
Onda Eletromagnética – 300.000 km/segundo
9600 BPS - Bits por Segundo – 873 Bytes por segMensagem de 100 Bytes – 115 msInternet Mega BPS / Giga BPS
DCE1 - CD2 - TXD3 - RXD4 - DTR5 - terra6 - DSR7 - RTS8 - CTS9 - RI
DB9 Femea
DTE1 - CD2 - RXD3 - TXD4 - DTR5 - terra6 - DSR7 - RTS8 - CTS9 - RI
DB9 Macho
ModemRelé de Proteção
PC ou MicroCabo Multipares
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Interface RS 232 Ligação Ponto a Ponto
• DCE – Data Communication Equipment – Modem• DTE - Data Terminal Equipment – Relé ou PC-Microcomputador
• Hardware Handshake – se não usado só são necessários 3 sinais•TXD, RXD e Terra. Jumpeados 4 com 5; 6,8 com 20.
•CD – Carrier Detected – avisa o PC que o modem tem uma boa conexão•CTS – Clear To Send – Modem está pronto para receber do PC•DSR – Data Set Ready – avisa o PC que o modem está pronto•DTR – Data Terminal Ready – avisa modem que o PC está pronto•RTS – Request to Send – avisa o modem que o PC quer mandar dados•RI – Ring Indicator – Modem detetou um sinal do outro modem
PC RELÉModem ModemComunicação
AnalógicaSão Paulo Jupiá
Comunicação digital Comunicação digital
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Conectores Seriais
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Exercício 1Diagrama de um Cabo Cruzado
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Exercício 1
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2) CT 103
Rx (3) CT 104
RTS (4) CT 105
CTS (5) CT 106
DSR (6) CT 107
DCD (8) CT 109
DTR (20) CT 108
Gnd (7) CT 102
DTE DTE
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Exercício 2Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificadoTX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5;6,8 com 20.
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Exercício 2Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificadoTX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5;6,8 com 20.
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
Tx (2)
Rx (3)
RTS (4)
CTS (5)
DSR (6)
DCD (8)
DTR (20)
Gnd (7)
DTE DTE
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Assossiation )
� Half duplex, Multiponto ( 32 nós ), 1200 metros.
� Velocidade de 100 K a 10 MBps.
� Única CPU, diversos IHM endereçáveis, compartilham o mesmo cabo.� Conversor RS232 para 485, isolamento ótico.
� Redes locais muito baratas, multidrop.
� Prover “Rejeição de Modo Comum” com par trançado, e blindagem.
� Topologia recomendada – Daisy ChainOutras Topologias
BARRAMENTOFunciona mas não é o ideal
Daisy ChainESTRELA
ANELNão usar
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CABO para RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Assossiation )
� Deve ser blindado� Recomenda-se utilizar 3 vias e blindagem – até 1200 m
� Com 2 vias para curtas distâncias – poucos metros� Função do COMUM – equalizar o potencial dos
equipamentos conectados à Rede� Função da BLINDAGEM : proteção contra Ruídos
externos� Não utilizar a BLINDAGEM como COMUM, pois
colocaria o Ruído existente como referência
Dado +Dado –Comum(GND)
Blindagem
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
USART ( chip de computador que implementa as recomendações da 2ª camada Enlace (Link) do model o ISO )
USART se refere a Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter.
É um formato padrão para comunicação de dados de forma SERIAL.
Em forma assíncrona, dois fios são usados para transmitir dados, um em cada direção, em regime Full-duplex, bi-direcional. Para isso, cada dispositivo deve ter seu clock, e as velocidades devem ser iguais.
Em forma síncrona, uma ponta é mestre e a outra escravo. Um fio é utilizado para dados, em regime half-duplex, ou seja, nos dois sentidos, mas um sentido de cada vez. O outro fio é usado para pulsos de clock emitidos pelo dispositivo mestre.Os microcomputadores PC costumam ter até 4 portas USART, nomeadas de COM1 a COM4.
Entre os dispositivos ligados em protocolo USART estão o modem e o mouse.
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MODBUS FRAMEFunction Code 1 byte – ( 0 – 255 ) Válidas – 1 a 127
ASCII ou RTU
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Endereçamento dos Dados nas Mensagens MODBUS
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Mensagens Pergunta / Resposta ASCCII ou RTU
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Modelo de Dados MODBUS
65536 itens de dados
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Modelo de Endereçamento MODBUS
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Definição dos Códigos de Função Públicos
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Descrição das Funções – 01 ( 0x 01) Read Coil
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Descrição das Funções – 02 ( 0x 02) Read Discrete Inputs
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Descrição das Funções – 03 ( 0x 03) Read Holding RegisterInicia no Mapa de Memória 40 000
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Descrição das Funções – 04 ( 0x 04) Read Input RegisterInicia no Mapa de Memória 30 000
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Descrição das Funções – 05 ( 0x 05) Write Single Coil
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Descrição das Funções – 06 ( 0x 06) Write Single Register
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
Frames MODBUS
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MODBUS
� DÚVIDA FREQUENTE� QUESTÃO DO MAPA DE ENDEREÇOS� Função 0x04 ( Read Input Register ) : 30001 em diante (ex: 30015) Transmissão: 30015 –30001 = 14 = 0x0E� Função 0x03 ( Read Holding Register ) : 40001 em diante (ex: 40002) Transmissão: 40002 –40001 = 01 = 0x01
� IMPORTANTE� Não há confirmação de recebimento de dados nativa� Não existe padronização no formado de dados� Não existe padronização no mapa de memória
AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle
SPS-Supervisor de Paralelismo Síncrono – TREE TECHMapa de Registradores - MODBUS
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SPS-Supervisor de Paralelismo Síncrono – TREE TECHMapa de Registradores - MODBUS
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Protocolo MODBUS
OBRIGADO !
Paulo Roberto Pedroso de Oliveira(11) 3378 8600 (11) 9935 9080ASCC – Automaçã[email protected]@gmail.comhttp://www.ascx.com.br