Desenvolvimento de um protocolo de comunicação para automação de subestações móveis via satélite

UNI VERSI DADE FEDERAL DO RI O GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARI A ELÉTRI CA - PPgEE

Car los August o de Oliveir a Jr .

DESENVOLVI MENTO DE UM PROTOCOLO DE

COMUNI CAÇÃO PARA AUTOMAÇÃO DE

SUBESTAÇÕES MÓVEI S VI A SATÉLI TE

Car los August o de Oliveir a Jr .

DESENVOLVI MENTO DE UM PROTOCOLO DE

COMUNI CAÇÃO PARA AUTOMAÇÃO DE

SUBESTAÇÕES MÓVEI S VI A SATÉLI TE

Disser t ação de m est rado com o obj et ivo da obt enção do grau de m est r e em Engenhar ia Elét r ica subm et ida ao Program a de Pós- gr aduação em Engenhar ia Elét r ica da Univer sidade Feder al do Rio Gr ande do Nor t e, na ár ea de concent r ação Aut om ação de Sist em as de Ener gia Elét r ica.

Or ient ador :

Prof. Dr. Marcos Ant onio Dias de Alm eida

Co- or ient ador :

Prof. Dr.- I ng. Manoel Firm ino de Medeiros Jr.

Divisão de Serviços Técnicos

Catalogação da publicação na fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Desenvolvimento de um protocolo de comunicação para automação de subestações móveis via satélite / Carlos Augusto de Oliveira Júnior. - Natal, RN, 2005.

68 f.

Orientador : Marcos Antonio Dias de Almeida. Co-orientador : Manoel Firmino de Medeiros Júnior.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

1. Automação – Dissertação. 2. Protocolos de comunicação – Dissertação. 3. Subestações elétricas – Dissertação. 4. Satélite – Dissertação. I. Almeida, Marcos Antonio Dias de. II. Medeiros Júnior, Manoel Firmino de. III. Título.

Car los August o de Oliveir a Jr .

DESENVOLVI MENTO DE UM PROTOCOLO DE

COMUNI CAÇÃO PARA AUTOMAÇÃO DE

SUBESTAÇÕES MÓVEI S VI A SATÉLI TE

Disser t ação de m est rado com o obj et ivo da obt enção do grau de m est r e em Engenhar ia Elét r ica subm et ida ao Program a de Pós- gr aduação em Engenhar ia Elét r ica da Univer sidade Feder al do Rio Gr ande do Nor t e, na ár ea de concent r ação Aut om ação de Sist em as de Ener gia Elét r ica.

Aprov ado em : ___/ ___/ _____

_______________________________________

Prof. Dr. Marcos Ant onio Dias de Alm eida

________________________________________

Prof. Dr.- I ng. Manoel Firm ino de Medeiros Jr.

______________________________________

Prof. Dr. Paulo Sérgio da Mot t a Pires

Aos m e u s pa is, m inh a fa m ília , e a Eli,

Agr a de cim e n t os

• A Deus;

• Ao pr ofessor Mar cos Dias. Sem o seu apoio e com pr eensão, est e t rabalho não ser ia possível;

• Ao pr ofessor Manoel Fir m ino, pelo apoio e pelo ex em plo;

• Ao PPgEE da UFRN, por perm it ir o desenvolvim ent o dest e m est r ado;

• À Coser n, por t er acr edit ado no m eu t rabalho e pot encial;

• À Aut ot r ac que, em par cer ia com a Coser n, apoiou est e pr oj et o;

• A Albany Pit a Xavier , Rober val, Raim undo D’Anj our e Daniel Br az. Est as pessoas t am bém for am fundam ent ais no desenvolvim ent o dest e t r abalho;

• Aos pr ofessor es Gilber t Azevedo e Paulo Mot t a, pela disponibilidade;

Re su m o

Um a das decisões t écnicas m ais im por t ant es para se aut om at izar um a

subest ação e t or ná- la desassist ida r efer e- se ao m eio de com unicação ent r e est a

subest ação e o Cent r o de Oper ações. Nor m alm ent e as em pr esas do set or elét r ico

opt am por usar r ádio ou fibr a ót ica, dependendo das dist âncias e infr a- estr ut ur a

disponível em cada sit uação.

Essa r egra se aplica a subest ações com uns. Subest ações m óveis são um

caso par t icular , pois são concebidas para uso em sit uações sazonais,

em er gências, m anut enções pr event ivas ou cor r et ivas. Dessa for m a, as soluções

de t elecom unicações para subest ações com uns não são facilm ent e aplicáveis às

m óveis, sej a devido à inexist ência de infr a- est r ut ur a ( m eio de com unicação) , ou

à dificuldade de inser ir , em um cur t o espaço de t em po, as infor m ações da

subest ação m óvel num a r ede de aut om ação exist ent e.

Consider a- se, ent ão, que par a at ender aos r equisit os de m obilidade

apr esent ados, o m eio de com unicação ideal deve for necer cober t ura em um a

gr ande ár ea geográfica. Os cust os de im plant ação de um a infr a- est r ut ur a desse

por t e são m uit o elevados, por ém os ser viços de um a oper adora exist ent e podem

ser usados. Dois ser viços que at endem bem a esses r equisit os são o sat élit e e a

t elefon ia celu lar .

Nest e t r abalho, é apr esent ada um a solução para autom ação de

subest ações m óveis at ravés de enlace via sat élit e. O pr oj et o foi im plantado na

concessionár ia de ener gia COSERN, com sucesso. A operação t or nou- se

t r anspar ent e aos operador es. Out r os benefícios obt idos for am segurança

A solução apr esent ada é um pr oj et o pilot o, volt ado não só par a

subest ações, m as par a aplicações cuj o volum e de dados t ransm it idos sej a

pequeno, e há dificuldades quant o ao m eio de com unicação. Apesar do sat élit e

t er sido usado, pode- se obt er o m esm o r esult ado usando- se a t elefonia celu lar ,

at r avés de Shor t Messages ou via r ede de com ut ação de pacot es, com o o GPRS

Abst r a ct

One of t he m ost im por t ant decisions t o t ur n a substat ion aut om at ic and no

at t ended it r elat es t o t he com m unicat ion m edia bet w een t his substat ion and

Oper at ion Cent er . Gener ally ener gy com panies uses r adio or opt ic fiber ,

depending of dist ances and infr ast r uct ur e of each sit uat ion.

This r ule applies t o com m on substat ions. Mobile subst at ions ar e a

par t icular case, t her efor e t hey ar e conceived for use at pr ovisional sit uat ions,

em er gencies, pr event ive or corr ect ive m aint enance. Thus t he t elecom m unicat ion

solut ion used at com m on substat ions are not applied so easily t o m obile

subst at ions, due absence of infr ast r uct ure ( m edia) or difficu lt y t o inser t t he

m obile subst at ion dat a in exist ing aut om at ion net w or k not long.

The ideal m edia m ust supply cover ing in a gr eat geogr aphic ar ea t o sat isfy

pr esent ed r equir em ent s. The im plant at ion cost s of t his big infr ast r uct ur e ar e

expensive, how ever a exist ing oper at or m ay be used. Tw o ser vices t hat fulfill

t hat r equir em ent s ar e sat ellit e and cellu lar t elephony.

This w or k pr esent s a solut ion for aut om at ion of m obile subst at ions t hr ough

sat ellit e. I t w as successfully im plant ed at a brazilian elect r ic ener gy

concessionair e nam ed COSERN. The oper ation becam e t r anspar ent t o oper at or s.

Ot her got t en benefit s had been oper at ional secur it y, qualit y in t he supply of

elect r ic ener gy and cost s r educt ion.

The pr oj ect pr esent ed is a new solut ion, designed t o subst at ions and

gener al applicat ions w her e few dat a should be t r ansm it t ed, but t her e is

difficult ies in r elat ion t o t he m edia. Despite t he sat ellit e having been used, t he

sam e r esult ed can be got t en using celullar t elephony, t hr ough Shor t Messages or

List a de ilu st r a çõe s

Figur a 2.1 Ar quit et ur a de aut om ação usando cart ões de saídas e de ent r adas analógicas

e digit ais. ... 19

Figur a 2.2 Ar quit et ur a de aut om ação usando prot ocolos de com unicação. ... 21

Figur a 2.3 Com ponent es principais de um sist em a SCADA ... 23

Figur a 2.4 Tela de um sist em a super visór io. ... 25

Figur a 3.1 Ciclo Per gunt a- r espost a do m est r e par a o escr av o ... 28

Figur a 3.2 Repr esent ação gr áfica da v arr edur a cíclica. ... 29

Figur a 3.3 Repr esent ação da t écnica de Envio por Exceção. ... 31

Figur a 3.4 Repr esent ação da t écnica de Mensagens Não- solicit adas ... 33

Figur a 4.1 Vist as lat er ais da SE Móv el da COSERN ... 42

Figur a 4.2 Det alhes da m ont agem da SE Móv el em subest ação fix a. ... 43

Figur a 4.3 Ar quit et ur a do sist em a im plem ent ado na COSERN... 46

Figur a 4.4 Flux ogr am a sim plificado do pr ogr am a Redirecionador ... 48

Figur a 4.5 Visor de Telas do SAGE ... 49

Figur a 4.6 Visor de Alar m es do SAGE ... 50

Figur a 4.7 Edit or de t elas SigDr aw ... 51

Figur a 4.8 Tela pr incipal da SE Móv el no Sist em a Super visório ... 53

Figur a 4.9 Tela de m edição da SE Móv el no Sist em a Super visór io ... 54

Figur a 4.10 Ar quit et ur a do sist em a pr opost a para a COSERN ... 56

List a de Ta be la s

Tabela 2.1 Gr andezas nor m alm ent e m edidas at rav és de cart ões de ent r ada analógica . 20

Tabela 3.1 Cam adas do m odelo OSI e descrição. ... 27

Tabela 3.2 Pr ot ocolos norm alm ent e usados em subest ações. ... 27

Tabela 4.1 Pont os de super visão e cont r ole escolhidos par a a SE Móv el ... 44

List a de a br e v ia t u r a s e sigla s

CA: Cor r ent e Alt er nada.

CC: Cor r ent e Cont ínua.

CELPE: Com panhia Ener gét ica de Per nam buco.

COELBA: Com panhia Energét ica da Bahia.

COI : Cent r o de Oper ação e I nfor m ação da COSERN.

COSERN: Com panhia Energét ica do Rio Grande do Nor t e.

CRC: Cyclic Redundant Check.

DEC: Dur ação Equivalent e por Consum idor.

DNP3.0: Dist r ibut ed Net w or k Pr ot ocol ver sion 3.0

GPS: Global Posit ioning Syst em .

I EC6 0870- 5: Pr ot ocolo definido pela I nt er nacional Elect r ot echnical

Com ission para aut om ação de r edes dist r ibuídas.

I ED: I nt elligent Elect r onic Device.

I SO: I nt er nat ional St andards Organization.

MI P: Mobile I nt er face Pr ot ocol.

OSI : Open Syst em s I nt er connect ion Refer ence Model.

P3C: Pr ot ocolo de Com unicação Com pact o da COSERN.

SAGE: Sist em a Aber t o de Ger enciam ent o de Ener gia.

SALL: St at e And Logic Language.

SCADA: Super visor y Contr ol And Dat a Acquisit ion.

SE: Subest ação.

TC: Tr ansform ador de Cor r ent e.

TP: Tr ansfor m ador de Pot encial.

Sum á r io

1 I nt r odução ... 15

2 Aut om ação de Subest ações de Ener gia Elét rica... 17

2.1 Unidades Ter m inais Rem ot as... 18

2.2 SCADA ... 22

3 Pr ot ocolos de Com unicação SCADA ... 26

3.1 Env io por Ex ceção... 30

3.2 Var r edur a de I nt egridade... 31

3.3 Mensagens Não- solicit adas ... 32

4 Aut om ação de Subest ações Móv eis ... 34

4.1 Meio de Com unicação ... 35

4.2 Sist em a Via Sat élit e ... 37

4.3 Pr ot ocolo de Com unicação ... 38

4.4 Est udo de Caso... 41

4.5 Sugest ão de Tr abalhos Fut ur os... 55

5 Conclusões... 60

Refer ências ... 62

1 I nt r odu çã o

O desem penho das concessionár ias quant o à cont inuidade do ser viço

pr est ado de ener gia elét r ica é m edido pelas agências fiscalizador as com base em

indicador es específicos. A Agência Nacional de Ener gia Elét r ica – ANEEL –

especifica m et as par a os indicador es, as quais ger am m ult as caso não sej am

cum pr idas pelas concessionár ias.

A busca da m elhor ia da qualidade tem levado nat uralm ent e as

concessionár ias a aut om at izar em seu parque inst alado, m inim izando

int er r upções e o t em po de r estabelecim ent o. Um a conseqüência nat ural é t or nar

as subest ações desassist idas, ou sej a, sem oper ador es fixos nos cent r os de

cont r ole, j á que a oper ação do sist em a passa a ser cent ralizada e infor m at izada.

Ainda visando à qualidade do for necim ento, t em se t or nado fr eqüent e o

uso de subest ações m óveis, que são unidades de r eser va par a vár ias

subest ações convencionais, com a facilidade de poder em ser conectadas ao

sist em a em um cur t o espaço de t em po. Sua ut ilização se t or na ainda m ais

im por t ant e ao assegurar, rapidam ent e, a reposição dos ser viços de ener gia em

em er gências, t ais com o incêndios ou inund ações, ou r epondo cent r os vit ais, t ais

com o ár eas de conser vação de alim ent os, pr odut os m edicinais, hospit ais,

escolas, cargas t em porár ias para obras ou sazonais, et c ( TRAFO, 2004) . Out r a

aplicação com um par a as subest ações m óveis é a execução de r epar os e

m anut enções pr event ivas em t r ansfor m ador es de pot ência de subest ações, sem

a necessidade de int er r upção do for necim ent o de ener gia elét r ica.

Devido à sua car act er íst ica nat ural de m obilidade, aut om at izar um a

subest ação m óvel r equer um a solução especial. A grande dificuldade est á no

m eio de com unicação, j á que a subestação m óvel pode ser inst alada em vár ios

nor m alm ent e a concessionár ia não dispõe de infr a- est r ut ur a de t elecom unicações

e aut om ação adequada a est a par t icular idade, consider ando os cur t os espaços de

t em po disponíveis para inst alação.

Assim , para at ender às necessidades apr esent adas, e visando evit ar cust os

alt os de im plant ação de um a nova infr a- est r ut ur a, é possível ut ilizar - se os

ser viços de um a operador a de t elecom unicações exist ent e. Est e t r abalho

apr esent a a solução desenvolvida par a aut om ação de subest ações em r edes de

t elecom unicações com t r oca de m ensagens, com o o Shor t Message da t elefonia

celular ou alguns sist em as de sat élit e. A solução consist iu no desenvolvim ent o de

um prot ocolo de com unicação cuj a caract er íst ica pr incipal é a quant idade

r eduzida de caract er es par a t r afegar as infor m ações, visando ao uso de

m ensagens binár ias com quant idade de caract er es lim it ado.

Além do pr esent e t ext o de int r odução, est e t r abalho é com posto por m ais

quat r o capít ulos. O Cap. 2 apr esent a um a fundam ent ação geral sobr e aut om ação

de subest ações de ener gia elét r ica; a seguir , o Cap. 3 apr esent a det alhes sobr e

pr ot ocolos de com unicação usados em sistem as SCADA. O Cap. 4 apr esent a a

ar quit et ur a da solução, além do est udo de caso de um a im plem ent ação e os

r esult ados obt idos. Enfim , o Cap. 5 apr esent a as conclusões gerais do t rabalho

2 Au t om a çã o de Su be st a çõe s de En e r gia Elét r ica

St r auss ( 2003, p. 1, t radução nossa) define a aut om ação de sist em as de

pot ência com o “ um sist em a par a ger enciar , cont rolar e pr ot eger sist em as de

ener gia elét r ica. I st o é garant ido obt endo- se infor m ações em t em po- r eal do

sist em a, usando poder osas aplicações de cont r ole, locais e r em ot as, e pr ot eção

elét r ica avançada” .

Em um a subestação de ener gia elét r ica, basicam ent e, os it ens que com põe

sua aut om ação são os seguint es:

• Equipam ent os a ser em aut om at izados;

• Disposit ivos de pr ot eção;

• Disposit ivos de cont r ole e m onit or ação;

• Elem ent os de com unicação.

Os equipam ent os a ser em aut om at izados são os pr incipais equipam ent os

da subest ação com o disj unt or es, religador es, chaves seccionador as,

t r ansfor m ador es, bancos de capacit or es, et c. Nor m alm ent e, cada um desses

equipam ent os possui um r elé associado, execut ando funções de pr ot eção. Os

m ais com uns são os r elés de sobr ecor r ent e ( usados, por exem plo, em

disj unt or es, r eligador es, chaves) , r eligam ent o ( r eligador es) , difer enciais

( t r ansfor m ador es, barr am ent os) , et c.

Os disposit ivos de cont r ole e m onit oração execut am com andos sobr e os

equipam ent os da subestação, por exem plo, podem abr ir ou fechar um

equipam ent o de disj unção. Tam bém m onit or am var iáveis discr et as – estado

fechado ou aber t o do equipam ent o, se e quais pr ot eções at uaram , et c – e

No set or indust r ial, o disposit ivo que execut a funções de cont r ole e

m onit or ação de pr ocessos são os Cont r olador es Lógicos Progr am áveis – CLPs.

Em aut om ação de subest ações, os m esm os CLPs podem ser usados. Ent r et ant o,

o disposit ivo m ais adequado para esse fim é cham ado de Unidade Term inal

Rem ot a – UTR, que ser á vist o em det alhes na Seção 2.1. É im por tant e cit ar

ainda que, com o avanço da t ecnologia e o uso cada vez m ais com um de r elés de

pr ot eção digit ais, esses disposit ivos at ualm ent e incor por am tam bém funções de

cont r ole, m onit or ação e com unicação.

Os elem ent os de com unicação são necessár ios par a levar as inform ações

de m onit or ação e cont r ole ent r e os equ ipam ent os para um cent r o de cont r ole,

dist ant e da subest ação. São ut ilizados cabos de cobr e, cabeam ent o de r edes,

fibr as ót icas, m odens e r ádios.

2 .1 U n id a d e s Te r m in a is Re m ot a s

Ant es da t ecnologia digit al, a aut om ação em subestações se r esum ia aos

quadr os de com ando cont endo cir cuit os envolvendo r elés, t em por izador es e

cont at or es, ou cir cuit os elet r ônicos. Não havia super visão r em ota ou cent ros de

cont r ole.

At ualm ent e ex ist em vár ias ar quit et ur as aplicáveis à aut om ação de

subest ações de ener gia elét r ica, nor m alm ent e baseadas em Unidades Term inais

Rem ot as - UTRs. As UTRs foram desenvolvidas com o obj et ivo de at uar com o

unidade de com unicação e int er face ent re os inst r um ent os de cam po e um

com putador m est r e. São ut ilizadas para colet ar um a grande quant idade de

infor m ações digit ais e analógicas, com o alar m es, event os e m edições, e

Quando se iniciou o uso de CLPs e UTRs, um a ar quit et ur a norm alm ent e

usada dent r o das subest ações er a a da Figur a 2.1.

Figura 2.1 Arquitet ura de aut om ação usando cartões de saídas e de ent radas analógicas e digitais.

Na Figur a 2.1, a UTR m onit ora os equipam ent os da subest ação atr avés de

car t ões de ent r ada digit ais e analógicos. Par a am bos os car t ões, as infor m ações

são levadas at ravés de vár ios cabos m et álicos, do quadro de com ando dos

equipam ent os at é a UTR. Sinais digit ais são r epr esent ados por um par de fios,

sendo um a r efer ência e o out r o a infor m ação em si. Tensões posit ivas

( t r adicionalm ent e + 24Vcc, + 48Vcc ou + 125Vcc) r epr esent am , norm alm ent e, o

est ado digit al 1, enquant o que ausência de t ensão significa est ado digit al 0.

Para m edições, com o as cor r ent es e t ensões em subest ações possuem

gr andezas elevadas e per igosas, os cart ões de ent r adas analógicas lêem

gr andezas conver t idas para níveis baixos at ravés de t ransform ador es par a

Tabela 2.1 Grandezas norm alm ente m edidas at ravés de cartões de ent rada analógica

Grandeza medida Transformador/Transdutor Padrão da Amplitude (Brasil)

Corrente (na alta tensão) TC - Transformador de Corrente 5A

Tensão (alta tensão) TP - Transformador de Potencial 115V

Potência, energia

(alta tensão) TPs e TCs 115V (TPs) e 5A (TCs)

Outras: corrente e tensão (baixa e

alta tensão), temperatura, etc Transdutor 0-20mA ou 4-20mA

Para enviar com andos aos equipam ent os, a UTR pode ut ilizar car t ões de

saídas digit ais. Os car t ões de saídas digit ais possuem r elés de cont at o seco, por

onde é possível env iar sinais de t ensão. Por exem plo, par a fechar um disj unt or,

envia- se um a t ensão posit iva ( equivalent e a um sinal digit al “ 1” ) par a

det er m inado bor ne no quadr o de com ando do equipam ent o.

Com o avanço da t ecnologia, os novos r elés digit ais, cham ados de r elés

m ult ifunção, incor por am , além da função de prot eção, funções de contr ole,

m onit or ação e com unicação. Assim , t odas as m edições – t ensão, corr ent e,

pot ência, et c – e est ados associados ao equipam ent o pr ot egido est ão disponíveis

no r elé, e a UTR passa a r eceber as infor m ações dir et am ent e do r elé via

pr ot ocolo de com unicação, at r avés de cabos, ou, pr efer encialm ent e, fibr a ót ica,

im une a r uídos elet r om agnét icos dent r o da subest ação. Essa arquit et ur a é vist a

Figura 2.2 Arquitet ura de aut om ação usando protocolos de com unicação.

Para a UTR, um r elé digit al com funções de com unicação de dados é

consider ado um I ED - I nt elligent Elect r onic Device, ou Disposit ivo Elet r ônico

I nt eligent e. A UTR pode se com unicar não som ent e com r elés, m as t am bém com

out r os t ipos disposit ivos na subest ação, com o sensor es, cont r olador es de bancos

de bat er ias ou ger ador es et c, desde que eles sej am I EDs, ou sej a, possuam a

“ int eligência” par a “ conver sar ” atr avés de um pr otocolo de com unicação.

Apesar de ser em com uns, as ar quit et ur as apr esent adas nas figuras 2.1 e

2.2 não são as únicas. Além do m ais, é possível usar , na m esm a subest ação,

idéias de am bas sim ult aneam ent e. Assim , não exist e um a ar quit et ur a de

aut om ação de subest ações padr onizada.

As figur as 2.1 e 2.2 apr esent am diagr am as dentr o da subest ação. Par a

levar as infor m ações da UTR da subest ação at é o cent r o de cont r ole, é pr eciso

usar um m eio – ger alm ent e r ádio, fibr a ót ica ou sat élit e – t r anspor tando um

pr ot ocolo de com unicação. No cent r o de cont r ole, um equipam ent o

m icr oprocessado – um com put ador ou outr a UTR – usando o m esm o prot ocolo

r ecebe as infor m ações de t odas as subestações, com plet ando o sist em a SCADA,

At ualm ent e algum as UTRs possuem capacidade de pr ogr am ação em

linguagem de alt o nível, sendo possível conver t er os est ados, m edições e

cont r oles em var iáveis dent r o do pr ogr am a. I sso per m it e, ent r e out r os, a

aut om ação de pr ocessos, por exem plo:

• Cont r ole do nível de t ensão at r avés de chaveam ent o de bancos de

capacit or es;

• Cont r ole de vent ilação for çada de t r ansfor m ador es baseado na carga;

• Descar t e aut om át ico de consum idor es em casos de sobr ecar ga.

2 .2 SCAD A

A sigla SCADA significa Super visor y Contr ol And Dat a Acquisit ion, Contr ole

Super visór io e de Aquisição de Dados. Boyer ( 2004, p.9, t r adução nossa) define

SCADA com o sendo “ a t ecnologia que habilit a um usuár io a colet ar dados de um

ou m ais equipam ent os dist ant es e a enviar inst r uções de cont r ole lim it adas a

est es equipam ent os” . Do pont o de vist a de aut om ação de subest ação, a

t ecnologia SCADA t or na desnecessár io o oper ador est ar fisicam ent e próxim o aos

equipam ent os, pois perm it e que eles t r abalhem em um cent r o de cont r ole e,

m esm o dist ant es, m onit or em e cont r olem processos dist r ibuídos em locais

r em ot os ( EPG COMPANI ES, 2004) .

As concessionár ias de ener gia elét r ica ou em pr esas do set or de ener gia, ao

aut om at izar am o seu parque de subest ações, deixam - nas desassit idas

localm ent e. Não são m ais necessár ios operador es t r abalhando em t ur nos. Todas

as infor m ações im por t ant es e os cont r oles dos equipam ent os ficam disponíveis

24h no cent r o de cont r ole da em pr esa, sendo, assim , oper ados r em otam ent e. A

Figura 2.3 Com ponent es principais de um sistem a SCADA1

Na Figur a 2.3, est ão r epr esent adas as UTRs ou, do inglês, RTU - Rem ot e

Ter m inal Unit . Cada RTU r epr esent a um a subest ação aut om at izada. A MTU é a

Mast er Ter m inal Unit, ou Unidade Ter m inal Mest r e – UTM. É um a UTR ou out r o

equipam ent o com a função de concent rar as infor m ações de todas as out ras e

r epassar est as inform ações ao com put ador do operador , cham ado de I nt er face

Hom em - Máquina, I HM.

Na I HM, execut a- se um pr ogr am a cham ado de Super visór io, cuj a função

pr incipal é apr esent ar as unidades m onit or adas, alarm es e contr oles de for m a

am igável ao oper ador . Tam bém r ealiza arm azenam ent o ( hist ór ico) de est ados e

m edidas, sendo possível, por exem plo, t r açar - se a cur va de car ga de

det er m inado alim ent ador . Há vár ios sist em as super visór ios, de diver sos

fabr icant es, e out ras t antas funcionalidades par t icular es de cada pr ogram a.

Em algum as ar quit et ur as, o pr ópr io pr ogram a super visór io faz o papel de

Unidade Term inal Mest r e, usando placas de r ede ou por tas RS- 232, por exem plo,

para int er face com as UTRs. I sso ex ige u m a m áquina m ais r obust a e confiável.

Exer cendo função de UTM ou não, desej a- se que a m áquina execut ando o

super visór io sej a im une a vír us e at aques de hacker s, e, para isso, são adot as

m edidas t écnicas de segur ança.

Figura 2.4 Tela de um sistem a supervisório.

No j ar gão t écnico usado no Br asil, às vezes o t er m o SCADA é at r ibuído

exclusivam ent e ao pr ogram a super visór io, m as sabe- se que SCADA r epr esent a

t odo o sist em a, da I HM at é os I EDs, incluindo t odos os equipam ent os e

3 Pr ot ocolos de Com un ica çã o SCAD A

Para dois ou m ais equipam ent os int eligent es se int er com unicar em , t or

na-se necessár io o uso de um pr ot ocolo de com unicação. Halsall ( 1996, p. 14)

define pr ot ocolo sim plesm ent e com o um conj unt o de r egras para t r oca de

m ensagens. De fat o, os docum ent os oficiais dos pr ot ocolos de com unicação

definem r egr as par a cada bit , palavra ou pacot e de byt es t r ocado ent r e os

equipam ent os, para o cor r et o t ráfego de infor m ações.

Exist em cent enas de prot ocolos de com unicação par a cent enas de

aplicações. No m er cado de aut om ação, o ideal t ant o par a os for necedor es quant o

para os usuár ios é a m odular idade, além da padronização dos pr ogram as e

equipam ent os. Com o isso é dificilm ent e alcançável em um livr e- m er cado de

fabr icant es, passa a haver um gr ande int er esse em que os disposit ivos

int eligent es “ conver sem ” com t odos os out r os, ou sej a, que exist am nor m as

t écnicas de aceit ação univer sal ( MORAES, 2001, p.95) .

Em 1977 a I nt er nat ional St andards Or ganizat ion ( I SO) pr opôs um m odelo

de r efer ência para int er conexão univer sal de equipam ent os digit ais, cham ado

OSI , Open Syst em s I nt er connect ion Refer ence Model. Esse m odelo baseia- se em

cam adas, sendo que cada um a das cam adas execut a um a função bem definida

no sist em a de com unicação. As cam adas oper am de acordo com um pr ot ocolo

definido, a fim de t r ocar m ensagens com um a cam ada sim ilar em um sist em a

r em ot o ( HALSALL, 1996, p. 14) .

No docum ent o que descr eve o padrão, a I SO ( 1996, p. 1) definiu que o

obj et ivo do Modelo de Refer ência é for necer um a base com um para o

desenvolvim ent o de padrões par a int er conexão de sist em as. O m odelo OSI est á

Tabela 3.1 Cam adas do m odelo OSI e descrição.

Ca m ad a Fu n çã o

7 Ap lica çã o Program a do usuário. Aplicat ivo que desej a enviar inform ações pela rede de

com unicação.

6 Ap r ese n t a çã o Responsável pela sintaxe na represent ação dos dados. Assegura que os

dados serão recebidos e com preendidos pelo receptor.

5 Se ssã o Cont rola a com unicação ent re as aplicações, est abelecendo, gerenciando e

finalizando conexões (sessões) ent re as aplicações.

4 Tr a nsp or t e

Cont rola o fluxo de dados, por exem plo, quebrando m ensagens em pacotes m enores, e assegurando que esses pacotes cheguem de form a ordenada no dest ino.

3 Red e

Cuida do roteam ent o das m ensagens. Em um a rede com plexa, com vários cam inhos para se chegar ao m esm o dest ino, a cam ada de rede aj uda a enviar a m ensagem pelo m elhor cam inho.

2 En la ce d e d ad os

Cam ada responsável pela t ransm issão confiável de inform ação at ravés do enlace físico. Envia blocos de dados com o necessário cont role de erro (bit s de paridade, quadros de CRC – Cyclic Redundancy Check) e de fluxo.

1 Física Cam ada obrigatória em qualquer prot ocolo de com unicação, converte os

dados que devem ser enviados em sinais elét ricos.

Cada cam ada do m odelo de r efer ência pr est a um ser viço para a cam ada

super ior , e ut iliza ser viços da cam ada infer ior , com cer t a confiabilidade

( SI LVEI RA, 1998, p.186) .

St r auss ( 2003, p. 67) apr esent ou alguns dos pr otocolos de com unicação

m ais ut ilizados em subest ações, confor m e Tabela 3.2.

Tabela 3.2 Prot ocolos norm alm ente usados em subestações.

Pr ot ocolo Or igin a lm en t e u sad o p or

V e locid ad e Pr in cíp io d e a cesso Ca m ad as OSI

MODBUS Gould- Modicon 19.2 kbps Varedura cíclica 1,2,7

SPABUS ABB ( exclusivo) 19.2 kbps Varedura cíclica 1,2,7

DNP3.0 GE- Harris 19.2 kbps Varedura cíclica2 _1,2,73

I EC 60870- 5 Todos 19.2 kbps Varedura cíclica 1,2,7

MODBUS+ Gould- Modicon Token 1,2,7

PROFI BUS Siem ens 12 Mbps Token 1,2,7

MVB ABB 1.5 Mbps TDM 1,2,74

FI P Merlin- Gerin 2.5 Mbps TDM 1,2,7

Et hernet + TCP/ I P Todos 10 Mbps CSMA/ CD 1- 7

LON ABB ( exclusivo) 1.25 Mbps PCSMA/ CD 1- 7

UCA 2.0 GE 10 Mbps CSMA/ CD 1- 7

2 _{Em adição, o uso de Mensagens Não- solicit adas, det alhadas na Seção 3.3.} 3

Para est e prot ocolo, foi adicionada um a quart a cam ada que não se enquadra ex at am ent e no m odelo OSI .

No Br asil, pode- se cit ar alguns pr ot ocolos ut ilizados com o o Modbus, o I EC

60870- 5 e o DNP3.0.

O Modbus é um pr ot ocolo aber t o, cuj as especificações podem ser

livr em ent e baixadas pela I nt er net . Segue o esquem a m est r e- escravo t r adicional,

ou sej a, o equipam ent o m est r e sem pr e inicia a com unicação, enviando um a

m ensagem de “ per gunta” ender eçada a um escr avo, que r esponde com out r o

pacot e. Esse pr ocesso é cíclico, com o r epr esent ado na Figura 3.1.

Figura 3.1 Ciclo Pergunta- resposta do m est re para o escravo5

A essa per gunta cíclica do m est r e dá- se o nom e de varr edura ( polling) . A

Figur a 3.2 r epr esent a graficam ent e o ciclo de var r eduras e r espost as.

Figura 3.2 Representação gráfica da varredura cíclica.

Os pr ot ocolos I EC e DNP3 podem funcionar ut ilizando o m esm o pr ocesso

cíclico ou usar t écnicas m ais avançadas, para ot im izar o uso do m eio de

com unicação e t ent ar obt er r espostas m ais r ápidas quando da m udança das

infor m ações, com o as t écnicas de Com unicação por Exceção e Mensagens

Não-solicit adas.

Os prot ocolos usados em sist em as SCADA nor m alm ent e não im plem ent am

t odas as cam adas do m odelo OSI . O I EC60850- 5, por exem plo, usa um a

ar quit et ur a de 3 cam adas: a física, a de enlace e a de aplicação ( SUBRAMANI AN;

HOSANI ; SAMUEL, 2001. pg. 276) , assim com o o DNP3 ( v. Tabela 3.2) . Essa

ar quit et ur a foi especificada pela I nt er national Elect r ot echnical Com m ission ( I EC) ,

e é denom inada Enhanced Per form ance Archit ect ur e – EPA ( SMI TH; MCFADYEN,

1997a, p. 1- 1, 1997b, p. 1- 1) .

Var r edur a

Var r edur a

Respost a ( t odos os dados)

Respost a ( t odos os dados)

Mensagens Cíclicas

Respost as

3 .1 En v io p or Ex ce çã o

Em pr ot ocolos que usam var r edur a cíclica com o o Modbus, o t elecont r ole

em t em po r eal depende dir et am ent e do t em po que o m est r e leva par a var r er

t odos os escr avos em seqüência na r ede. A duração dest e ciclo est á ligada

pr incipalm ent e à velocidade ( baud rat e) da com unicação e ao t am anho dos

pacot es ( m ensagens) tr ocadas.

Para ot im izar o uso do m eio de com unicação, per m it indo um núm er o

m aior de escravos num a m esm a r ede, a técnica de Envio por Exceção faz com

que o escr avo r esponda apenas às infor m ações que m udaram de est ado,

cham adas de event os. Se um a infor m ação digit al m uda de 0 par a 1 ou

vice-ver sa, um event o é gerado, e deve ser enviado pelo escr avo. Par a cada valor

analógico, é possível configur ar bandas m or t as a fim de se delim it ar quais

alt er ações de m edidas são significat ivas, e para as quais deve- se gerar event os.

O m est r e deve ser at ualizado com t odos os event os.

Figura 3.3 Representação da técnica de Envio por Exceção.

3 .2 Va r r e d u r a d e I n t e g r id a d e

Mesm o com a t écnica de com unicação por exceção, é necessár ia um a

var r edur a ger al após um t em po est abelecido, por exem plo, de 15 em 15

m inut os, com o na Figur a 3.3. A essa per gunt a do m est r e dá- se o nom e de

Mest re Meio de com unicação Escravo

Var redur a 1 ( I nt egr idade, a cada 15m in.)

Respost a ( t odos os dados)

Mensagens Cíclicas

Respost as

Respost a ( apenas o que m udou)

ACK ( ev ent os r ecebidos com sucesso) Varr edur a 2 ( event os)

Respost a ( apenas o que m udou)

Var r edur a de I nt egr idade, devido ao fat o de que a per gunta ocorr e par a gar ant ir

que os dados na t ela do super visór io r et r atam fielm ent e o que está acont ecendo

no cam po. Se não acont ecessem as var r edur as de int egr idade per iodicam ent e,

algum as infor m ações dem orar iam m uit o para ser em at ualizadas, j á que só

ser iam enviadas se houvesse m udança de est ado. Nesse caso, a int egr idade dos

dados não est ar ia per feit am ent e gar ant ida.

3 .3 M e n sa g e n s N ã o- solicit a d a s

O uso da t écnica de Mensagens Não- solicit adas ( Unsolicit ed Messages)

consist e no m est r e ficar em “ silêncio” , esper ando o escr avo enviar m ensagens

quando ocorr er um a m udança de est ado digit al ou um a alt er ação significat iva

num a m edição. Assim , a t écnica usa a m esm a idéia da Com unicação por

Exceção, por ém o escr avo inicia a com unicação quando é necessár io ( OLI VEI RA

Jr .; MONTE, 2002) . Essa t écnica perm it e que os est ados no sist em a SCADA

est ej am at ualizados o m ais br evem ent e possível e o sist em a se apr oxim e m ais

do t em po r eal.

Com m ensagens não solicit adas, a varr edur a de int egr idade, além de

garant ir a int egr idade dos dados na est ação m est r e, t em a função de t est ar a

com unicação com o escravo, t or nando os dados inválidos caso a com unicação

t or ne- se falha.

A Figur a 3.4 r epr esent a a t écnica de Mensagens Não- solicit adas,

Figura 3.4 Representação da técnica de Mensagens Não- solicitadas

ACK ( Mens. recebida com sucesso)

M e n s. N ã o- solicit a da ( a pe n a s e ve n t os)

ACK ( Mens. recebida com sucesso)

M e n s. N ã o- solicit a da ( a pe n a s e ve n t os)

Varr edur a de I nt egr idade ( a cada 15m in.)

Respost a ( t odos os dados)

Mensagens Cíclicas

Respost as

Mensagens Espont âneas

Mest re Meio de com unicação Escravo

Varr edur a de I nt egr idade ( a cada 15m in.)

Respost a ( t odos os dados)

(Meio de comunicação ocioso)

(Meio de comunicação ocioso)

4 Au t om a çã o de Su be st a çõe s M óv e is

Para se aut om at izar subest ações de ener gia elét r ica, a escolha do m eio de

com unicação ent r e a subest ação e o Cent r o de Oper ações é um a decisão

fundam ent al, que envolve fat or es t écnicos e cust os elevados. É com um as

em pr esas do set or elét r ico opt ar em por fibr a ót ica, quando as dist âncias são

r elat ivam ent e pequenas, ou r ádio, para dist âncias m aior es. Sist em as de sat élit e

t am bém são usados, pr incipalm ent e em casos onde a concessionár ia não dispõe

de infr a- est r ut ur a de t elecom unicações, e decide aut om at izar o seu par que em

um pr azo pequeno. Nest e caso, a concessionár ia paga um a valor m ensal pelo

uso do sist em a a um a oper adora.

Essas r egras se aplicam a subestações com uns. Subest ações m óveis são

um caso par t icular , pois são um a est r ut ur a r eduzida de um a subest ação,

m ont ada sobr e um veículo, concebidas par a uso em m anut enções pr event ivas,

sit uações sazonais, m anut enções cor r et ivas e at é em em er gências. As duas

últ im as sit uações fazem com que o pr óxim o local onde um a subest ação m óvel

ser á inst alada não sej a bem definido. Dev ido a esse m ot ivo, aliado ao fat o de

que as ár eas onde as concessionár ias at uam são gr andes, geralm ent e m ilhar es

de quilôm et r os quadr ados, as soluções para subest ações com uns não são

facilm ent e aplicáveis às m óveis. Mesm o que j á exist am infr a- est r ut uras de

t elecom unicações e aut om ação disponíveis, não é sim ples inser ir , em um cur t o

espaço de t em po, as infor m ações da subest ação m óvel na r ede de aut om ação

exist ent e.

Consider a- se, ent ão, que par a at ender aos r equisit os de m obilidade

apr esent ados, o m eio de com unicação ideal deve for necer cober t ura em um a

por t e são m uit o elevados, por ém os ser viços de um a oper adora exist ent e podem

ser usados, com o o sat élit e ou a t elefonia celular .

4 .1 M e io d e Com u n ica çã o

A necessidade de aut om ação de subest ações m óveis t r az par a as

concessionár ias um pr oblem a de t elecom unicações: qual m eio de com unicação

ut ilizar , em qualquer local onde a subest ação est iver inst alada? Par t indo do

pont o que a subest ação m óvel ser á inst alada unicam ent e nas subest ações fixas,

o desej ável é se ut ilizar a infr a- est r ut ur a de t elecom unicações exist ent e em cada

subest ação, consider ando, por exem plo, que t odas as subest ações possuem um

sist em a de rádio. No ent ant o, para se execut ar est a solução, um out r o canal de

r ádio pr ecisar ia est ar disponível ou ser ia necessár io com par t ilhar o canal

exist ent e. I sso se aplica de for m a sem elhant e a out r os m eios de com unicação.

Um a out r a opção ser ia ut ilizar - se a UTR – Unidade Ter m inal Rem ota – de

cada subest ação fixa, par a varr er , via pr otocolo de com unicação, out r a UTR na

subest ação m óvel. I st o foi suger ido por Ehr enr eich ( 1998) . Com est a solução,

ser ia necessár io r e- configur ar as UTRs de todas as subest ações fixas e configurar

a subest ação m óvel no Sist em a Super visór io um núm er o de vezes igual ao

núm er o de subestações.

Todas essas soluções dem andar iam gast os elevados com

com issionam ent os, hom em - hor a e m at er iais, j á que se cr iar ia um a solução

par t icular par a cada subest ação fixa, além de que ser ia necessár ia passagem de

cabos em t odas elas. A configuração de vár ias subest ações r epet idas t am bém

degradar ia a per form ance do sist em a super visór io, j á que a quant idade de

pont os passíveis de defeit o no sist em a de aut om ação e de t elecom unicações

aum ent ar ia consider avelm ent e.

Por out r o lado, t em se t or nado com um o uso de celu lar es ou sist em as

sat élit e nas concessionár ias de ener gia par a t rafegar m ensagens com poucas

infor m ações. Funcionár ios m unidos com apar elhos celular es do t ipo PDA6

r ealizam as leit ur as dos m edidor es de energia r esidenciais, at ualizando o sist em a

de for m a on- line, e não m ais ao final do dia, enviando m ensagens cont endo as

infor m ações necessár ias par a um a cent ral; viat ur as m unidas de t eclado e display

usam sist em as sat élit e par a t r ocar m ensagens sobr e ocorr ências e at endim ent os

com os cent r os de cont r ole.

O obj et ivo dest e t rabalho é usar est e t ipo de arquit et ur a – tr oca de

m ensagens ent r e um a cent r al e um equipam ent o r em ot o – para aut om at izar

subest ações m óveis, devido à por t abilidade dos equipam ent os de com unicação,

adequada à inst alação no veículo que t r an spor ta a subest ação m óvel, além da

sim plificação da solução, que ser á independent e das r edes de aut om ação e

t elecom unicações das subest ações fixas.

A aut om ação da subestação m óvel ser t ot alm ent e independent e da fixa

por si só j á j ust ifica est e t r abalho, pois pode ocor r er um sinist r o num a

subest ação ( um sur t o elet r om agnét ico, por exem plo) , onde seus sist em as de

aut om ação e t elecom unicações sej am afet ados, ou sej a, não poderão ser usados

caso um a subest ação m óvel sej a inst alada na sit uação em ergencial.

Ent r e o sat élit e e o celu lar , os sist em as via sat élit e possuem a vant agem

de que a cober t ur a, na m aior ia dos casos, é m elhor do que a da t elefonia celular .

6 _{A enciclopédia elet rônica Wik ipedia ( 200 5) define PDA - Personal digit al assist ant , t am bém con hecido por}

I sso é fundam ent al par a as concessionár ias que at uam em gr andes ár eas

geográficas.

4 .2 Sist e m a Via Sa t é lit e

A em pr esa Aut ot r ac Com ér cio e Telecom unicações S/ A for nece, no Br asil,

um ser viço de t elecom unicações denom inado “ Aut ot rac Sat élit e” . Est e sist em a é

ut ilizado por vár ias em pr esas brasileir as, inclusive vár ias concessionár ias de

ener gia. O produt o foi or iginalm ent e desenvolv ido par a contr ole de fr ot as de

veículos, em em pr esas t r anspor t adoras, por exem plo, at r avés de localização

geográfica e t r oca de m ensagens. Cada veículo possui um t er m inal conect ado a

um a ant ena para enviar e r eceber m ensagens de t ext o de/ par a um Cent r o de

Cont r ole. Cada ant ena possui int egr ados um GPS ( Global Position Syst em ) , para

per m it ir funções de rast r eam ent o, e um m ódulo m icr opr ocessado, com fins de

per m it ir a ligação de um t eclado alfanum ér ico com display, para o usuár io da

viat ur a ou o m ot or ist a escr ever e ler m ensagens.

Nesse m ódulo t am bém est á disponível um a por ta RS- 232 par a conexão

com com putador es, palm t ops ou outr os disposit ivos, ut ilizando um prot ocolo de

com unicação pr opr iet ár io denom inado Mobile I nt er face Pr ot ocol - MI P. At ravés

dest e pr ot ocolo, t am bém é possível ler e enviar m ensagens binár ias usando a

m esm a ant ena.

A idéia dest e t r abalho é apr oveit ar est a fu ncionalidade par a t ransm it ir as

infor m ações de subest ações m óveis para o Sist em a Super visór io do Cent r o de

Oper ação ut ilizando m ensagens binár ias, t endo em vist a que o sist em a Aut ot r ac

Sat élit e j á é ut ilizado por vár ias concessionár ias br asileir as. Par a conduzir o seu

desenvolvim ent o, ser á consider ada um a unidade de subest ação m óvel a ser

Para efet uar a aquisição de dados e cont r ole dos equipam ent os da

subest ação, é necessár ia a inst alação de um a Unidade Ter m inal Rem ota – UTR.

Nela deve est ar disponível um a int er face RS- 232 par a “ conver sar ” , via pr ot ocolo

de com unicação MI P, com o m ódulo m icr opr ocessado, e ler / enviar as m ensagens

binár ias.

No lado do cent ro de cont r ole, a outr a UTR deve execut ar a função de

m est r e, e colet ar os dados da UTR escrava, at ravés de conexão a out r o m ódulo

m icr oprocessado ( e ant ena) , para, da m esm a form a, ler e enviar as m ensagens

binár ias para a subestação m óvel.

4 .3 Pr ot o colo d e Com u n ica çã o

Escolhida a arquit et ur a do sist em a, rest a definir o pr ot ocolo de

com unicação ent r e a UTR Mest r e e a UTR da subest ação m óvel, j á que o

pr ot ocolo de com unicação MI P só é usado para as UTRs cont r olar em as ant enas

da Aut ot rac, ou sej a, ler e enviar m ensagens. O MI P não foi pr oj et ado par a

aut om ação, e não dist ingue pont os digit ais, analógicos e de cont r ole. Por t ant o,

um out ro pr ot ocolo de com unicação se faz necessár io, e o cont eúdo das

m ensagens binár ias ser á exatam ent e as m ensagens dest e prot ocolo.

Sua escolha est á dir et am ent e ligada ao fat or cust o, por que cada

m ensagem t r ocada at r avés da r ede de t elecom unicações da Aut otr ac é t ar ifada

da seguint e for m a:

Cust o = Valor Por Mensagem + ( Núm er oDeCar act er es x Valor Por Caract er e)

Assim sendo, visando r eduzir os cust os de oper ação da subest ação m óvel,

m inim izar o núm er o de m ensagens enviadas e o núm er o de car act er es enviados

em cada m ensagem .

Tr abalhando- se em cim a dessas duas pr em issas, desenvolveu- se um novo

pr ot ocolo, denom inado Pr ot ocolo de Com unicação Com pact o da COSERN – P3C,

que possibilit ou a solução final.

4.3.1 O Pr ot ocolo P3C

O pr ot ocolo P3C é cham ado “ com pacto” por que deve t rafegar um núm ero

m inim izado de car act er es a fim de r eduzir a t ar ifação; e é cham ado “ da

COSERN” por que foi a Com panhia Ener gét ica do Rio Gr ande do Nor t e que

necessit ou aut om at izar sua subestação m óvel, e per m it iu o desenvolvim ent o e

im plem ent ação dest e t r abalho.

Além da r edução de cust o de oper ação da subest ação m óvel, out ras

vant agens obt idas com o desenvolvim ent o do P3C foram :

• Elim inou- se o cust o de com pr a da “ licença” de um pr otocolo exist ent e;

• Rápida im plem ent ação nas Unidades Ter m inais Rem ot as;

• Flex ibilidade, de acordo com as necessidades da solução;

• Possibilidade de out r as aplicações.

O P3C é um pr ot ocolo assíncr ono7_{, pr oj et ado t al que o m ínim o de}

infor m ações é tr ansit ada em cada m ensagem , para r eduzir o núm er o de

caract er es t ar ifados. Por exem plo, par a um a ar quit et ur a pont o- a- pont o, ou sej a,

apenas um m est r e e um escr avo em um enlace, o pr ot ocolo foi im plem ent ado

sem enviar infor m ações dos ender eços de or igem e dest ino, at é por que essa

7

infor m ação j á é levada pelo prot ocolo MI P. Ent r et ant o, ist o é facilm ent e

im plem ent ado caso haj a necessidade em out r a solução.

Out r o ar t ifício usado par a r eduzir a quant idade de caract er es por

m ensagem foi a de om it ir caract er es de cont r ole de er r o ( Cyclic Redundant

Check – CRC) . O cont r ole de er r os foi garant ido pelo CRC do pr ot ocolo MI P, no

qual o P3C est á “ encapsulado” na com unicação com as ant enas.

Para m inim izar o envio de m ensagens for am usadas duas t écnicas dent r o

do P3C: a t écnica de Mensagens Não- solicit adas, e a nova t écnica, aqui

desenvolvida, de I nt egr idade pelo Escr avo.

Confor m e descr it o na Seção 3.3, as Mensagens Não- solicit adas per m it em

que o m est r e fique em “ silêncio” , esper ando o escr avo enviar pacot es quando

ocor r er um a m udança de est ado digit al ou um a alt er ação significat iva num a

m edição.

4.3.2 I nt egr idade pelo Escr avo

Em pr otocolos de com unicação, m esm o usando a t écnica de Mensagens

Não- solicit adas, sabe- se que o m est r e deve ver ificar , em um per íodo definido, se

o escr avo está funcionando corr et am ent e. Assim , o m est r e execut a um a

Var r edur a de I nt egr idade após um t im eout8 _{configur ado pelo usuár io. A}

I nt egr idade, confor m e definida na Seção 3.2, t em com o obj et ivo indicar um a

falha de com unicação e at ualizar t odos os pont os super visionados no Sist em a

Super visór io.

No pr ot ocolo P3C, além do m est r e poder enviar m ensagens pedindo

I nt egr idade, o escr avo pode enviá- la espont aneam ent e. Se o m est r e r ecebe um a

8

I nt egr idade espontânea do escravo, r einicia a cont agem do t im eout , ou sej a, não

envia m ais o que ser ia o seu pr óxim o pedido de I nt egr idade, pois acabou de

r ecebê- lo. A est a t écnica Oliveir a Jr . ( 2004) deu o nom e de “ I nt egr idade pelo

Escr avo” .

Além disso, no pr ot ocolo P3C, se o escr avo pr ecisar enviar um event o,

pode fazer ist o at ravés de um a r esposta de I nt egr idade. Assim , o m est r e

t am bém r einicia seu t im eout quando r ecebe qualquer m ensagem espont ânea do

escr avo.

Ut ilizando- se as t écnicas de Mensagens Não- solicit adas e I nt egr idade pelo

Escr avo, e configurando- se adequadam ent e os t im eout s de I nt egr idade do

m est r e e do escr avo, consegue- se que o m est r e envie apenas o pr im eir o pedido

de I nt egr idade, quando ele é in icializado. Em sit uação nor m al, t odas as

I nt egr idades seguint es ser ão enviadas pelo escr avo, r eduzindo a quant idade de

m ensagens enviadas pelo m est r e, e conseqüent em ent e r eduzindo os cust os por

envio de m ensagens, com o vist o ant er iorm ent e.

As definições do pr ot ocolo P3C encont r am - se no Anexo I .

4 .4 Est u d o d e Ca so

A solução desenvolvida foi im plem ent ada na COSERN no ano de 2003 e

est á funcionando per feit am ent e at é o pr esent e.

A COSERN usa o sist em a Aut ot r ac Sat élit e e adquir iu, em 2002, um a

Figura 4.1 Vist as laterais da SE Móvel da COSERN

A Figur a 4.2 apr esent a out ras fot os, quando da m ontagem da SE Móvel

Para aut om at izar a SE Móvel, o pr im eir o passo foi inst alar um a UTR, para

aquisição e cont r ole dos pont os. A par t ir do pr oj et o da SE Móvel, analisou- se

quais pont os ser iam super visionados ( estados, alarm es e m edições) e quais

ser iam cont r olados. A Tabela 4.1 apr esent a os pont os escolhidos.

Tabela 4.1 Pontos de supervisão e cont role escolhidos para a SE Móvel

Est ado do disj unt or MT

Alar m e baixa pr essão SF6 disj unt or MT Bloqueio baix a pr essão SF6 disj un t or MT Sobr ecor r ent e MT - Relé TPU

Sobr ecor r ent e f ase MT - Relé SPAJ Sobr ecor r ent e neut r o MT - Relé SPAJ Tem per at ur a do Óleo - R26

Alar m e r elé Bucholz - 6 3 B Desligam ent o r elé Bucholz - 63 B Alivio de p r essão - 6 3A

Relé de bloqueio at uado - 8 6 Difer encial - TPU

Falha na v ent ilação for çada Relé de flux o - 63 M

Falha na bom ba pr incipal Falha na bom ba r eser v a

Ser v iços aux iliar es - Alim ent ação ex t er na Com ando local/ r em ot o

Def eit o no r et if icador

Car t ão file 1 slot 4 ( ACT) sem defeit o Car t ão file 1 slot 5 ( TDO) sem defeit o Car t ão file 1 slot 6 ( ADI ) sem def eit o UTR - Est our o de m em ór ia

Tensão 1 25 Vcc Cor r ent e fase A Cor r ent e fase B Cor r ent e fase C Tensão de linha AB Tensão de linha BC Tensão de linha CA Pot ência At iv a Pot ência Reat iv a Fat or de Pot ência

Aber t ur a/ Fecham ent o disj unt or AT Desbloqueio R86

Aber t ur a/ Fecham ent o disj unt or MT Habilit a/ Desabilit a Var r edur a SE Móv el Digit al

Analógico

A UTR escolhida foi o m odelo C50, de fabr icação da Foxboro. Foi m ontada

aproveit ando- se um painel j á exist ent e na pr ópr ia SE Móvel e seus car t ões foram

int er ligados elet r icam ent e aos devidos cont at os secos ( est ados digit ais e

alar m es) , TPs, TCs ( m edições) e bobinas de r elés ( pont os de cont r ole) , t udo de

acordo com o proj et o cr iado, considerando os pont os da Tabela 4.1.

A UTR Foxbor o foi escolh ida porque dispõe, em sua CPU, de um a por t a

RS-232 pr ogr am ável. Est a por t a foi usada para com unicação com o contr olador da

ant ena do sist em a de t elecom unicações via Sat élit e.

A solução im plem ent ada ut ilizou est a int er face RS- 232 da ant ena

com unicando- se com a int er face RS- 232 da UTR, cuj o pr ot ocolo de com unicação

pode ser pr ogram ável at r avés da linguagem de alt o nív el SALL – St at e And Logic

Language, pr opr iet ár ia da Foxbor o. A linguagem SALL é um a adaptação da

linguagem C volt ada à Rem ot a C50.

Do lado do Cent r o de Oper ações, out ra UTR do m esm o fabr icant e faz o

papel de m est r e da com unicação. Da m esm a for m a que na SE Móvel, est a UTR

m est r e cont r ola o m ódulo m icr opr ocessado da Aut ot r ac para enviar e ler

m ensagens binár ias atr avés da ant ena por t át il. A Figur a 4.3 apr esent a a

Figura 4.3 Arquitet ura do sistem a im plem ent ado na COSERN

Para as inform ações chegar em ao Cent r o de Oper ações, a UTR m est r e

t am bém funciona com o escrava do Sist em a Super visór io, r epassando as

infor m ações obt idas da SE Móvel.

Na Figur a 4.3, um a infor m ação da subest ação m óvel é t ransform ada em

m ensagem de pr ot ocolo P3C, enviada at ravés da ant ena na SE Móvel par a o

sat élit e, que r eencam inha est a m ensagem a um ser vidor da Aut ot rac. A

m ensagem é lida na Coser n por um ser vidor execut ando um pr ogram a

( det alhado na Seção 4.4.1) com a função de r edir ecionar a m ensagem r ecebida

at é o Cent r o de Cont r ole. Par a isso, ele envia a m esm a m ensagem novam ent e

pelo sat élit e, usando o própr io ser vidor da Aut ot rac, e as infor m ações são

r ecebidas pela ant ena inst alada no Cent r o de Cont r ole. O cam inho de volt a, para

levar m ensagens de pr ot ocolo do Cent r o de Cont r ole at é a subest ação m óvel,

4.4.1 Pr ogr am a Redir ecionador

No sist em a da Aut ot r ac, não é possível o envio dir et o de um a m ensagem

de um veículo para outr o, ou de um a antena par a out ra. Todas as m ensagens

pr ecisam ser tar ifadas pelo for necedor do ser viço.

Assim , confor m e a Figur a 4.3 ant er ior , todas as m ensagens enviadas

at r avés de ant enas t em com o dest ino um ser vidor da Aut ot rac, onde ficam

ar m azenadas. Nest e ser vidor , é r ealizada a t ar ifação da m ensagem , e ela é,

ent ão, escr it a num banco de dados Oracle em um ser vidor da COSERN. Para

garant ir a cont inuidade do ser viço, exist em dois enlaces int er ligando est es dois

ser vidor es, um dedicado em Fr am e Relay e o out r o r edundant e at r avés da

I nt er net .

Para que a m ensagem enviada pela UTR da SE Móvel possa chegar à

ant ena da UTR Mest r e e vice- ver sa, foi preciso desenvolver um pr ogr am a para

r edir ecionar as m ensagens. O pr ogram a, desenvolvido em Visual Basic, ver ifica a

or igem de cada m ensagem e deduz o seu dest ino, escr evendo um a t abela Oracle

de envio de m ensagens que é lida const ant em ent e pelo ser vidor da Aut ot r ac.

Esse pr ocesso de envio é o m esm o de quando um operador do Cent r o de

Oper ações digit a um a m ensagem para um a viat ur a.

A Figur a 4.4 apr esent a, de for m a sim plificada, um fluxogram a do

Figura 4.4 Fluxogram a sim plificado do program a Redirecionador

Apesar do pr ogram a Redir ecionador ser um pont o chave para o sucesso da

solução, ele ger a um pr oblem a de t ar ifação dupla. Cada m ensagem t r afegada

ent r e a UTR Mest r e e a SE Móvel, com o passa no sist em a sat élit e duas vezes,

t am bém é t ar ifada de for m a duplicada9_.

No caso da COSERN, ist o não foi im pedit ivo, pois a r elação cust o- benefício

com pensou a dificuldade: a fr eqüência de ut ilização da SE Móvel nessa

concessionár ia é de alguns dias por m ês, gerando um a cont a m ensal

r elat ivam ent e pequena. Mesm o com o custo duplicado, o valor gasto a m ais não

9 _{Mais adiant e será propost a um a m elhoria relacionada para t rabalhos fut uros.}

I NÍ CI O

Tem m ensagem

nov a?

É da SE Móv el?

É da UTR Mest re?

Regist r a no ar quiv o de log a m ensagem não pr ocessada

Env iar par a UTR Mest re

Env iar par a SE Móv el

Mar car m ensagem com o lida

j ust ificou in vest im ent os, na época da im plant ação, em um a ar quit et ur a

ot im izada, que evit asse a t ar ifação dupla.

4.4.2 Sist em a Su per v isór io

O pr ogr am a super visór io ut ilizado na COSERN é o Sist em a Aber t o de

Ger enciam ent o de Ener gia – SAGE ( XAVI ER, 2003) . O SAGE é um dos poucos

pr ogr am as dest e t ipo desenvolvido por um a em pr esa brasileir a, o Cent r o de

Pesquisas de Ener gia Elét r ica – CEPEL10_{. É um sist em a m odular e r obust o. Possui}

ver sões par a Unix e Linux, e a COSERN execut a o SAGE em sist em a operacional

Sun Solar is. As figur as 4.5 e 4.6 apr esent am algum as t elas do SAGE.

Figura 4.5 Visor de Telas do SAGE11

Sit e na I nt ernet : w w w .cepel.br

Figura 4.6 Visor de Alarm es do SAGE12

O SAGE foi configur ado para com unicar - se com a UTR m est r e e solicit ar

dela os pont os digit ais e analógicos r ecebidos da SE Móvel, além de cont rolar as

saídas digit ais. A configur ação é feit a em u m a base de dados em for m at o t ext o.

As t elas são desenhadas em um aplicat ivo própr io, denom inado SigDr aw. A

Figur a 4.7 apr esent a um a t ela do SigDr aw .

Figura 4.7 Edit or de telas SigDraw13

A com unicação com a UTR m est r e é r ealizada em prot ocolo DNP3.0.

Confor m e a Seção 3, o DNP3.0 é um dos pr ot ocolos par a r edes dist r ibuídas

at ualm ent e m ais ut ilizados em aut om ação de sist em as elét r icos.

4.4.3 Resu lt ados

Desde a sua aquisição, a subest ação m óvel da COSERN t em sido

lar gam ent e ut ilizada no seu sist em a elét r ico em m anut enções pr event ivas e

cor r et ivas de t r ansfor m ador es de pot ência. De out ubr o de 2002 a dezem br o de

2003, calcula- se que a ener gia não int er r om pida, durant e essas m anut enções,

t enha sido de 8.654 MWH, o que r epr esent a um fat ur am ent o de quase R$

895.000,00. Já o cust o social14 _{evit ado, para o r efer ido per íodo, é est im ado, pela}

pr ópr ia COSERN, em 34 m ilhões de r eais. Essa econom ia, por si, j á j ust ifica um

cuidado t odo especial que se deve t er com a ener gia for necida aos client es e at é

m esm o com a própr ia conser vação da SE Móvel. A sua aut om ação garant e que

alar m es im por t ant es, que podem ser um aler t a de que det er m inado equipam ent o

da pr ópr ia subestação m óvel pode danificar - se, sej am m onit orados pelo cent r o

de cont r ole em t em po r eal.

As figur as 4.8 e 4.9 r epr esent am as t elas ut ilizadas pelo Cent r o de

Oper ação para super visão e cont r ole da Subestação Móvel quando em

funcionam ent o.

14 _{Nest e cont ex t o, o cust o social é um v alor m onet ário que est im a o quant o a concessionária dev eria gast ar, em}

Figura 4.8 Tela principal da SE Móvel no Sistem a Supervisório15

Figura 4.9 Tela de m edição da SE Móvel no Sistem a Supervisório16

As t elas de oper ação per m it em ver ificar o est ado de chaves, disj unt or es,

car r egam ent o do t r ansfor m ador e as t ensões do banco de bat er ias e do

barr am ent o de 13,8 kV. Foi adicionado um cont r ole que in ibe ou habilit a a

var r edur a da SE Móvel ( v. Figura 4.8) , par a se evit ar cust os quando a m esm a

não est iver inst alada.

A aut om ação da SE Móvel t em beneficiado a COSERN em diver sos

aspect os, ent r e os quais pode- se dest acar :

• Segur ança oper acional - O Cent r o de Oper ações volt a a possuir

cont r ole e super visão de t odo o seu par que elét r ico em 69 e 13.8 k V;

• Qualidade no for necim ent o de ener gia elét r ica – A subest ação m óvel

per m it e a r ealização de m anut enções sem a int er r upção no

for necim ent o de ener gia. Em caso de falt as ( cur t os- cir cuit os) , o

t elecom ando da subest ação m óvel per m it e r ápido r estabelecim ent o no

for necim ent o de ener gia, cont r ibuindo tam bém com a m elhor ia do

índice de DEC ( Dur ação Equivalent e por Consum idor ) ;