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Automação Subestações Centros Controle Protocolos de Comunicação Protocolo IEC 60870-5-103 Protocolo IEC 60870-5-104 Semelhanças e diferenças com o Protocolo IEC 60870-5-101 Paulo Roberto Pedroso de Oliveira (11)3378.8600 (11)99359080 [email protected] http://www.ascx.com.br

Protocolos IEC103_104

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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

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AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle

IEC 60870 104

TCP/IP

Page 3: Protocolos IEC103_104

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

Page 4: Protocolos IEC103_104

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

Page 5: Protocolos IEC103_104

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

Page 6: Protocolos IEC103_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

Page 7: Protocolos IEC103_104

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

Page 8: Protocolos IEC103_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

Page 9: Protocolos IEC103_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

Page 10: Protocolos IEC103_104

AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle

INTEROPERABILIDADE

Página 83 da Norma

IEC 60870 104

Page 11: Protocolos IEC103_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

Page 12: Protocolos IEC103_104

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

Page 13: Protocolos IEC103_104

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

Page 14: Protocolos IEC103_104

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

Page 15: Protocolos IEC103_104

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

Page 16: Protocolos IEC103_104

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.

Page 17: Protocolos IEC103_104

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

Page 18: Protocolos IEC103_104

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.

Page 19: Protocolos IEC103_104

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).

Page 20: Protocolos IEC103_104

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)

Page 21: Protocolos IEC103_104

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

Page 22: Protocolos IEC103_104

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.

Page 23: Protocolos IEC103_104

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.

Page 24: Protocolos IEC103_104

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)

Page 25: Protocolos IEC103_104

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.

Page 26: Protocolos IEC103_104

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

Page 27: Protocolos IEC103_104

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

Page 28: Protocolos IEC103_104

AutomaçãoSubestaçõesCentros Controle Mensagem de um Octeto

E5 H

Page 29: Protocolos IEC103_104

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

Page 30: Protocolos IEC103_104

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