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AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Protocolos de
Comunicação
Protocolo IEC 60870-5-103Protocolo IEC 60870-5-104
Semelhanças e diferenças com oProtocolo IEC 60870-5-101
Paulo Roberto Pedroso de Oliveira
(11)3378.8600 (11)99359080
[email protected]://www.ascx.com.br
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
IEC 60870 104
TCP/IP
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
IEC 60870 104
•Ligação Virtual e não uma conexão ponto a ponto permanente.
Tempo de entrega das mensagens depende do tráfego. Não determinístico.Atrasos de mensagens.
Dispositivos que armazenam e re-enviam os dados por um circuito virtualLink layer do 101 não pode ser usado.
Alguns casos resolve-se com PAD – Packet Assembler Disasembler.
Ou com IEC 104, que não usa a Camada LINK do IEC 101.
Application Layer do IEC 101 e Transporte TCP/IP
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle IEC 60870 104
The use of separate routers offers the following advantages.
– There is no need for network-specific software in end systems.
– There is no need for routing functionality in end systems.
– There is no need for network management in end systems.
– It facilitates obtaining end systems from manufacturers that specialize in telecontrol
equipment.
– It facilitates obtaining individual separate routers, to suit a variety of networks from
manufacturers specializing in this non-telecontrol specific field.
– It is possible to change the network type by replacing only the router type, without affecting
the end systems.
– It is particularly suitable for converting existing end systems that conform to
IEC 60870-5-101.
Motivações
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
• ASDUs do IEC 101
• e complementares
• 4.Aplicação
• 3.Transporte-TCP
• 2.Internet-IP
• 1.Física
• ethernet-MAC add
• ASDUs do IEC 101
• e complementares
• 4.Aplicação
• 3.Transporte-TCP
• 2.Internet-IP
• 1.Física
• ethernet-MAC add
LAN
CAV_Dj1_0_1
TCP
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
CAV_Dj1_0_1
TCPIP
TCPIPMAC
Encapsular
IEC 60870 104
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
RecordaçãoConceito de Endereço MAC Conceito de Endereço IP
•MAC Manufacturing Adress Code – NICs – Placas de Rede•A guerra de protocolos terminou e TCP/IP venceu.•IP Internet Protocol – Network e Hosts
HUB
Estrutura de 4 bytesClasse Network Hosts
A 0 1 3B 10 2 2C 110 3 1
Primeiro bit do Endereço Número de Bytes
Classe A abaixo de 128Classe B 128 à 191Classe C 192 à 223224 à 239 MultcastAcima de 239 reservado
Byte 1192
Byte 268
Byte 30
Byte 41
Entre duas LANs necessita roteador
192 68 2 1
192 68 1 1
máscara
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
START 68
Ccomp APDU max 253
Control Field Octet 1
ASDUs definidas em
IEC 101
e IEC 104
Control Field Octet 2
Control Field Octet 3
Control Field Octet 4
APCI
ASDU
APDU
SEND SEQUENCY
REC SEQUENCY
TRANSMISSOR RECEPTOR
SEND SEQUENCY REC SEQUENCY
STARTDT STOPDT
IEC 60870 104
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
6 Selection of ASDUs defined in IEC 60870-5-101and addi tionalASDUsPágina 41 da Norma
TYPE IDENTIFICATION := UI8[1..8]<0..44><0> := not defined<1> := single-point information M_SP_NA_1<3> := double-point information M_DP_NA_1<5> := step position information M_ST_NA_1<7> := bitstring of 32 bits M_BO_NA_1<9> := measured value, normalized value M_ME_NA_1<11> := measured value, scaled value M_ME_NB_1<13> := measured value, short floating point number M_ME_NC_1<15> := integrated totals M_IT_NA_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<22..29> := reserved for further compatible definitions* <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 M_BO_TB_1* <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 numberwith 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 equipmentwith time tag CP56Time2a M_EP_TE_1* <40> := packed output circuit information of protection equipmentwith time tag CP56Time2a M_EP_TF
IEC 60870 104
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
TYPE IDENTIFICATION := UI8[1..8]<45..69>CON <45> := single command C_SC_NA_1CON <46> := double command C_DC_NA_1CON <47> := regulating step command C_RC_NA_1CON <48> := set point command, normalized value C_SE_NA_1CON <49> := set point command, scaled value C_SE_NB_1CON <50> := set point command, short floating point number C_SE_NC_1CON <51> := bitstring of 32 bits C_BO_NA_1<52..57> := reserved for further compatible definitionsASDUs for process information in control direction with time tag:CON <58> := single command with time tag CP56Time2a C_SC_TA_1CON <59> := double command with time tag CP56Time2a C_DC_TA_1CON <60> := regulating step command with time tag CP56Time2a C_RC_TA_1CON <61> := set point command, normalized value with time tag CP56Time2a C_SE_TA_1CON <62> := set point command, scaled value with time tag CP56Time2a C_SE_TB_1CON <63> := set point command, short floating-point numberwith time tag CP56Time2a C_SE_TC_1CON <64> := bitstring of 32 bits with time tag CP56Time2a C_BO_TA_1<65..69> := reserved for further compatible definitionsProcess
INFORMAÇÕES DO PROCEsSO NA DIREÇÃO DE CONTROLE
IEC 60870 104
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
INTEROPERABILIDADE
Página 83 da Norma
IEC 60870 104
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Interfaces e Conexões IEC 60870 103
EquipamentoTerminal de
Dados(DTE)
Equipamento Proteção
EquipamentoTerminal doCircuito de
Dados(DCE)
EquipamentoTerminal doCircuito de
Dados(DCE)
EquipamentoTerminal de
Dados(DTE)
Sistema deControle
Circuito de Dados
Canal Serial
Fibra Ótica
Cabo de Cobre
Informações de Proteção
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Compatible fibre optic transmission systemCharacteristics Plastic fibre Glass fibre
Connector BFOC/2,5 (or F-SMA) BFOC/2,5 (or F-SMA)
Cable type Step-index 980/1 000 µm Graded-index 62,5/125 µm*
Typical distance Up to 40 m Up to 1 000 m
Optical wavelength 660 nm 820 nm - 860 nm
Temperature range –5 °C... +55 °C –5 °C... +55 °C
Transmission power Min. –7 dBm Min. –16 dBm
Minimum receiving power Min. –20 dBm Min. –24 dBm
System reserve Min. +3 dB Min. +3 dB
* Both connectors may also be used with 50/125 µm optical fibres. If this type of fibre is used, the transmitting power
that can be input is reduced and therefore the distance, the receiving power, and the system reserve shall be specified
separately.5.2
Camada Física
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
The link layer consists of a number of link transmission procedures, using explicit LINK PROTOCOL CONTROL INFORMATION (LPCI), that are capable of carrying APPLICATION SERVICE DATA UNITS (ASDUs) as link user data. The link layer uses a selection of frame formats to provide the required integrity,efficiency, and convenience of transmission.
The application layer contains a number of application functions that involve the transmission of APPLICATION SERVICE DATA UNITS (ASDUs) between source and destination.
The application layer of this companion standard does not use explicit APPLICATION PROTOCOLCONTROL INFORMATION (APCI). This is implicitin the contents of the ASDU DATA UNIT IDENTIFIER and inthe type of link service used.
IEC 103 Considerations
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Selected application functions of IEC 60870-5-5
User process
Selected APPLICATION SERVICE DATA UNITS of IEC 60870-5-3
Selected application information elements of IEC 60870-5-4
Application layer (Layer 7)
Selected link transmission procedures of IEC 60870-5-2
Selected transmission frame formats of IEC 60870-5-1
Link Layer (Layer 2)
Fibre optic system based on IEC 60874-2
or IEC 60874-10 and IEC 60794-1 and IEC 60794-2
or copper-wire based system
according to EIA RS-485
Physical layer ( Layer 1)
IEC 60870 103Padrões Utilizados
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
6 Link layer
The following International Standards are applicable:
IEC 60870-5-1;
IEC 60870-5-2.
6.1 Selections from IEC 60870-5-1 (transmission fra me formats)
This companion standard admits exclusively frame format FT1.2 that is defined in 6.2.4.2 of IEC 60870-5-1. Formats with fixed and with variable block lengths are admitted. Also the single controlcharacter E5H transmission is admitted.
IEC 60870 103Padrões Utilizados
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
IEC 60870 103Padrões Utilizados
Table 5 – Semantics of CAUSE OF TRANSMISSION; Inform ation in monitor direction
<1> := spontaneous
<2> := cyclic
<3> := reset frame count bit (FCB)
<4> := reset communication unit (CU)
<5> := start / restart
<6> := power on
<7> := test mode
<8> := time synchronization
<9> := general interrogation
<10> := termination of general interrogation
<11> := local operation
<12> := remote operation
<20> := positive acknowledgement of command
<21> := negative acknowledgement of command
<31> := transmission of disturbance data
<40> := positive acknowledgement of generic write command
<41> := negative acknowledgement of generic write command
<42> := valid data response to generic read command
<43> := invalid data response to generic read command
<44> := generic write confirmation
NOTE – For further explanation, see 7.4.
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle IEC 60870 103
Padrões Utilizados
Table 12 – Semantics of INFORMATION NUMBER; Fault in dications in monitor direction
INF Description GI TYP COT FUN (typical)
<64> := start /pick-up L1 x 2 1,7,9 t(z), I>>, ∆IL
<65> := start /pick-up L2 x 2 1,7,9 t(z), I>>, ∆IL
<66> := start /pick-up L3 x 2 1,7,9 t(z), I>>, ∆IL
<67> := start /pick-up N x 2 1,7,9 t(z), I>>, ∆IL
<68> := general trip – 2 1,7 t(z), I>>, ∆IT, ∆IL
<69> := trip L1 – 2 1,7 t(z), I>>, ∆IT, ∆IL
<70> := trip L2 – 2 1,7 t(z), I>>, ∆IT, ∆IL
<71> := trip L3 – 2 1,7 t(z), I>>, ∆IT, ∆IL
<72> := trip I>> (back-up operation) – 2 1,7 t(z)
<73> := fault location X in ohms – 4 1,7 t(z), I>>
<74> := fault forward/line – 2 1,7 t(z), I>>
<75> := fault reverse/busbar – 2 1,7 t(z), I>>
<76> := teleprotection signal transmitted – 2 1,7 t(z), I>>
<77> := teleprotection signal received – 2 1,7 t(z), I>>
<78> := zone 1 – 2 1,7 t(z)
<79> := zone 2 – 2 1,7 t(z)
<80> := zone 3 – 2 1,7 t(z)
<81> := zone 4 – 2 1,7 t(z)
<82> := zone 5 – 2 1,7 t(z)
<83> := zone 6 – 2 1,7 t(z)
<84> := general start/pick-up x 2 1,7,9 t(z), I>>, ∆IT, ∆IL
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle IEC 60870 103
Padrões Utilizados7.2.6.1 Actual channel
ACC := UI8[1..8] <1..255>
with <0> := global*
<1> := IL1
<2> := IL2
<3> := IL3
<4> := IN
<5> := VL1E
<6> := VL2E
<7> := VL3E
<8> := VEN
<9..63> := reserved for future compatible use
<64...255> := reserved for private use
This octet indicates the actual channel to be processed within the transmission of disturbance data.
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle IEC 60870 103
Padrões Utilizados7.2.6.24 Status of fault
SOF := BS8{TP, TM, TEST, OTEV, RES}
with TP := BS1[1]
<0> := recorded fault without trip
<1> := recorded fault with trip
TM := BS1[2]
<0> := disturbance data waiting for transmission
<1> := disturbance data currently being transmitted
TEST := BS1[3]
<0> := disturbance data recorded during normal operation
<1> := disturbance data recorded during test mode
OTEV := BS1[4]
<0> := disturbance data recording initiated by start/pick-up
<1> := disturbance data recording initiated by other events
RES := BS4[5..8] not used
NOTE – SOF indicates whether the protection equipment has tripped during the fault (bit TP), whether the disturbance data arecurrently being transmitted (bit TM), whether the disturbance data have been recorded during normal operation or test mode(bit TEST), and whether disturbance data recording has been initiated by another event than start/pick-up (bit OTEV).
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle IEC 60870 103
Padrões Utilizados
7.2.6.26 Type of order
TOO := UI8[1..8] <1..255>
with <1> := selection of fault
<2> := request for disturbance data
<3> := abortion of disturbance data
<4..7> := reserved
<8> := request for channel
<9> := abortion of channel
<10..15> := reserved
<16> := request for tags
<17> := abortion of tags
<18..23> := reserved
<24> := request for list of recorded disturbances
<25..31> := reserved
<32> := end of disturbance data transmission without abortion
<33> := end of disturbance data transmission with abortion by control system
<34> := end of disturbance data transmission with abortion by the protection equipment
<35> := end of channel transmission without abortion
<36> := end of channel transmission with abortion by control system
<37> := end of channel transmission with abortion by the protection quipment
<38> := end of tag transmission without abortion
<39> := end of tag transmission with abortion by control system
<40> := end of tag transmission with abortion by the protection equipment
<41..63> := reserved
<64> := disturbance data transmitted successfully (positive)
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Formato FT1.2 de tamanho fixo
0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Seqüência
LSB
0 Octeto de Verificação P 10 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Octeto
inicio
Octeto
fim
Bit inicioBit fimBit de Paridade (par) Octeto
1
2
3
.
L
Octetos de dados
do usuário
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Formato FT1.2 de tamanho fixo
Regras de transmissão (I)
• R1 - Linha em vazio deve estar em 1 binário.• R2 - Cada octeto tem um bit de inicio (0), 8 bits de
informação, um bit de paridade (par) e um bit de fim (1).
• R3 - Não deve haver intervalos (vazios) entre octetosde um quadro.
• R4 - Quando da detecção de erros conforme R6, deve haver um intervalo mínimo de 33 bits vazios entre quadros.
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Formato FT1.2 de tamanho fixo
Regras de transmissão (II)
• R5 - A seqüência de dados do usuário é terminada por um octeto de verificação igual a soma módulo 256 dos octetos de dados.
• R6 - O receptor verifica:– por octeto: bits de inicio, fim e paridade;– por quadro: octetos de inicio, de verificação e de fim e,
quando da detecção de erro, o intervalo vazio especificado por R4.
– Se qualquer destas verificações falhar, o quadro érejeitado.
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Formato FT1.2 de tamanho
variável
0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Seqüência
LSB
0 Octeto de Verificação P 10 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Octeto
inicio
Octeto
fim
Bit inicioBit fimBit de Paridade (par) Octeto
0 L
0 L repetido
0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1
Cabeçalho
Dados (L octetos)
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Formato FT1.2 de tamanho variável
Regras de transmissão
• R1, R2, R3, R4 e R5
• R6 - O receptor verifica:– por octeto: bits de inicio, fim e paridade
– por quadro:• octetos de inicio no começo e no fim do cabeçalho,
• igualdade dos dois octetos de especificação do comprimento (L),
• que o número de octetos recebidos é igual a L + 6,
• o octeto de verificação,
• o octeto de fim,
• quando da detecção de um erro, o tempo vazio especificado em R4.
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Mensagem tamanho fixo
Inicio (10H)
Controle
Endereço (opcional)
Fim (16H)
Checksum
Dados
Dados
do
Usuário*
*Um número fixo de octetos de dados é especificado por sistema
10
Exemplo:
49 06
4F 16
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Mensagem de tamanho variávelInicio (68H)
L
Controle
Fim (16H)
Checksum
L
Inicio (68H)
68 09 09 68
73 06 64 01 06 01 00 00 14Endereço (opc.)
Dados
Exemplo:
Dados
do
Usuário
F9 16
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Mensagem de um Octeto
E5 H
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Primitivas de Serviço
Usuário do
Serviço
Usuário do
Serviço
Camada de
Enlace
Camadade
Enlace
REQ
CON
IND
RESP
Primitivas de Serviço
REQ
CON
IND
RESP
Primitivas de Serviço
Procedimentos de
transmissão
AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle
Recuperação de ErrosModo não Balanceado
SENDFCB=1, FCV=1
Repete SENDFCB=1, FCV=1
Confirma
SENDFCB=0, FCV=1
Confirma
Erro
Time out
Erro
SENDFCB=0, FCV=1
Confirma
Time out
Estação A para Estação B Estação B para Estação A
Sem Resposta