Upload
jose-moraes-gurgel-neto
View
4
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
..
Citation preview
ENGENHEIRO DE
ELTRICA
SISTEMAS
INTEGRADOS DE
AUTOMAO E
PROTEO DE
SUBESTAES
JOS RAIMUNDO LIMA JNIOR
PLANO AULA 2 28/04/2015
Fonte: [1]
Apresentar as principais topologias adotadas em automao e proteo no mbito das subestaes do sistema de transmisso.
Noes de Redes de Computadores
Exemplo de Aplicao de um sistema de automao e proteo
CONFIGURAO DOS SISTEMAS DIGITAIS DE
AUTOMAO
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Os sistemas digitais, para todos os tipos de automao eltrica, so constitudos por subsistemas e mdulos com caractersticas
semelhantes [1].
Sistema Central
Sistema de
Aquisio de Dados
Dispositivos de
Interface
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema composto por computadores industriais com redundncia;
Na indisponibilidade de um computador, o outro assume (Hot Stand By);
Os computadores podem ser tambm ligados de maneira distribuda;
CPU 1
CPU 2
Sistema Central
Configurao do sistema central:
Subsistema de base de dados em tempo real (SDTR);
Subsistema de base de dados histrica (SDH);
Subsistema de operao (SO).
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema Central
O subsistema de base de dados em tempo real (SDTR) contm as informaes mais imediatas, serve para prover as informaes aos
terminais de operao e executar a troca de informaes com outros
sistemas.
O subsistema de base histrica de dados (SDH) contm o registro das informaes durante um certo perodo de uso do sistema,
(superior a um dia). Atravs deste sistema so feitos os relatrios de
anlise da operao, de desempenho do processo, e do sistema
digital.
O subsistema de operao (SO) contm os terminais de onde os operadores interagem com o processo.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema Central
A topologia dos subsistemas varia enormemente com a complexidade e importncia da subestao;
Em subestaes mais simples, o sistema central pode ser composto de apenas um computador ou dois computadores redundantes;
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema Central
Em subestaes de maior porte, com automao completa, podem ser encontrados os seguintes equipamentos:
SDTR: Duas estaes de trabalho em hot stand by. Contm tambm unidades de armazenamento de dados e modens para comunicao com outros sistemas;
SDH: Duas estaes de trabalho com recebimento simultneo de duas informaes (cool stand by). Este sistema caracterizado por manipular arquivos grandes e por isso devem possuir grande capacidade de armazenamento;
SO: podem incluir uma ou mais estaes de trabalho, cada uma com um ou mais monitores coloridos com alta resoluo grfica. Muitos sistemas incluem outras estaes de trabalho, semelhante a este subsistema, com a finalidade de prover recursos para engenharia (preparao de novas telas, novos ajustes do sistema, etc.), ou para treinamento de operadores (utilizando a base de dados atual do sistema, porm com comando cego). Estes terminais (SO) incluem perifricos para a operao como "mouses", e impressoras.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema Central
Sistema de Aquisio de Dados
Sistema composto pelas UAC e por unidades dedicadas (Ex: Rels Digitais, RDP, etc.);
Os dados coletados so:
Tenses e correntes (e grandezas derivadas);
Estado de equipamentos (disjuntores, seccionadoras, atuao de rels, etc.);
Temperatura, umidade relativa do ar;
Em usinas, cota do reservatrio, vazes, presses, etc.;
Em usinas trmicas, fluxos, nvel de combustvel.
As aes de comando e as sinalizaes externas ao sistema digital so feitas ou atravs de mudana de estado de rels (contatos) ou por valores contnuos de ajustes na forma de corrente e tenso contnuas para sinal de referncia (set point) de reguladores e sinalizadores (ampermetros).
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
um IED mircroprocessado;
UCP Unidade central de processamento, onde encontra-se o micrroprocessador que controla e processa as informaes, e o relgio que define o ciclo de processamento;
MEMO Esto os bancos de memria onde se alojam os dados e os programas;
COM Carto para efetuar a comunicao de dados entre a UAC e o sistema central (Fibra tica, cabeao, rdio, etc.).
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
MEMO
(memria)
UCP
(Processamento)
COM
(comunicao)
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
ED neste carto so ligadas as entradas digitais (contatos) passando por acopladores pticos e protees (varistores).
.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
MEMO
(memria)
UCP
(Processamento)
COM
(comunicao)
ED
(Entradas Digitais)
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
SD este carto aloja as sadas digitais, cada qual contendo tambm um endereo na UAC. Quando num endereo est o dgito '1', na
correspondente sada digital surgir uma corrente que poder ser
enviada ao campo para comando.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
MEMO
(memria)
UCP
(Processamento)
COM
(comunicao)
ED
(Entradas Digitais)
SD
(Sadas Digitais)
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
EA este carto aloja as entradas analgicas de tenso e corrente
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
MEMO
(memria)
UCP
(Processamento)
COM
(comunicao)
ED
(Entradas Digitais)
SD
(Sadas Digitais)
EA
(Entradas Analgicas)
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
SA este carto aloja as sadas analgicas.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
MEMO
(memria)
UCP
(Processamento)
COM
(comunicao)
ED
(Entradas Digitais)
SD
(Sadas Digitais)
EA
(Entradas Analgicas)
SA
(Sadas Analgicas)
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
Esquema convencional de telecomando e superviso:
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Sistema de Aquisio
de Dados
Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UAC)
Esquema digital de telecomando e superviso:
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Sistema de Aquisio
de Dados
As UAC e unidades dedicadas so projetadas para coletar dados, que chegam na forma de sinal padro (por exemplo correntes CC na faixa 4-20 mA ou tenso CC de 10 V). Nem sempre o sinal do processo se enquadra neste padro.
As sadas das UAC para o processo so tambm padronizadas e nem sempre tm a capacidade (potncia) para acionar os equipamentos (disjuntores por exemplo).
A adaptao dos sinais do processo de forma a torn-los compatveis com a UAC feita pelos dispositivos de interface, podendo ser listados:
Transformadores de corrente (TC); Transformadores de potencial (TP); Transdutores; Rels de interface.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Dispositivos de
Interface
Transformadores de Corrente
O TC um transformador no qual passa a corrente de linha (centenas de ampres) e no seu secundrio aparece corrente da ordem de 5 A (relao de
transformao tpica 2000-1000/5 A).
A relao de transformao N/5 Ampre escolhida em funo do que vai ser ligado no secundrio:
Se for um medidor, o valor de N escolhido de forma que a maior corrente passante no primrio seja 70 a 80% de N. Nesta situao o ponteiro do medidor ficar a 70-80% do
valor de fim de escala, ponto onde tem a maior preciso de leitura.
Se o secundrio for utilizado para proteo, ento N escolhido de forma que a corrente de curto circuito mxima seja inferior ao limite de saturao do TC, da ordem
de 20N. Em se fazendo desta forma resulta que a corrente no secundrio (no rel) seja
proporcional corrente no primrio, sem harmnicas e distores oriundas de
saturao do TC.
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Dispositivos de
Interface
Transformadores de Potencial
O TP reduz o valor de tenso do sistema a valor na faixa 110 V. Normalmente so providos com dois enrolamentos secundrios um sendo ligado em delta e
outro em Y aterrado, resultando pois numa relao de transformao por fase do
tipo:
SISTEMAS DIGITAIS DE PROTEO E AUTOMAO
Fonte: [1]
Dispositivos de
Interface
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Fonte: [1]
0 termo "Rede de Computadores" tem sido utilizado para designar a interconexo de computadores autnomos, ou seja computadores
que executam programas independentes.
Classificam-se em:
LAN (Local Area Network)
WAN (Wide Area Network)
MAN (Metropolitan Area Network)
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
LAN (Local Area Network)
So redes privadas contidas em um prdio ou em um campus com
alguns quilmetros de extenso. A tecnologia de transmisso quase
sempre consiste em um cabo, aos quais todas as mquinas esto
conectadas e apresentam uma velocidade que pode variar de 10 a
1000 Mbps, tendo um baixo retardo (Ethernet, tokenRing, TokenBus).
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
MAN (Metropolitan Area Network)
uma verso ampliada da LAN, com extenses at centenas de
quilmetros com uma velocidade de at centenas de Mbps
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
WAN (Wide Area Network)
Redes de longo alcance:
so aquelas que interligam equipamentos entre cidades ou mesmo pases diferentes;
possuem taxas de transmisso de dados menor que 1 Mbps;
so de acesso aberto, no existindo uma classe especfica de dados que circulam nessas redes;
na maioria dos casos no possvel identificar um proprietrio da rede propriamente dita, j que
em geral utilizam recursos pblicos (cabos
telefnicos, e outros) e esto sujeitas
legislaes especficas dos pases conectados.
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Topologias das redes de computadores
IRREGULAR:
Cada n de comunicao ou estao pode ser conectado as outras
estaes numa estrutura irregular de interconexo. Esta topologia ,
geralmente, empregada em redes de computadores longa distncia.
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Topologias das redes de computadores
ESTRELA:
Na topologia em estrela, cada estao est ligada a estao central.
No h problema de acesso pois as vias so de uso dedicado, no sendo compartilhadas com outras estaes.
A comunicao ocorre aos pares e vrios pares podem se comunicar ao mesmo tempo.
Todas as decises de roteamento se concentram no n central. Assim, normalmente este deve apresentar uma maior capacidade de processamento.
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Topologias das redes de computadores
ANEL:
A topologia em anel relativamente simples e facilmente adaptada s redes locais de computadores onde o fluxo de comunicao entre as estaes tende a ser descentralizado. Caracteriza-se por:
No h problema de roteamento, as mensagens so enviadas do transmissor ao destinatrio passando unidirecionalmente pelos ns intermedirios de comunicao.
Cada n de comunicao deve analisar os endereos das mensagens que circulam na rede, retirando de circulao as que tiverem seu prprio endereo e passando ao n seguinte as que tiverem endereo diferente do seu.
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Topologias das redes de computadores
BARRAMENTO:
Na topologia em barramento, o meio fsico de transmisso composto por um
nico segmento de transmisso multiponto,
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Protocolos
No processo de automao de subestao, necessrio monitorar e controlar as grandezas eltricas, o que inclui a comunicao destas
grandezas entre os IEDs;
Para se efetivar esta comunicao, existe o que se convencionou chamar de protocolos de comunicao;
Pode-se entender os protocolos de comunicao como as regras que governam a comunicao destes dispositivos;
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Protocolos TCP/IP
Dados 45 a 1500 bytes
65 kbytes 65 kbytes 65 kbytes 65 kbytes
Camada de aplicao
Camada de transporte
TCP 65 kbytes TCP 65 kbytes ...
1,5 k TCP IP 1,5 k TCP IP
1,5 k TCP IP MAC 1 MAC 2
Camada de enlace
Camada fsica (ethernet)
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Protocolos TCP/IP
Quadro Ethernet
MAC de origem
MAC de destino
No existem dois MAC iguais.
Quem gerencia os MACs?
O protocolo ARP (Address Resolution Protocol)
1,5 k TCP IP MAC 1 MAC 2
MAC 1
MAC 2
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Protocolos TCP/IP
O protocolo ARP funciona da seguinte forma:
Quando ligamos o PC, este publica na rede, atravs do protocolo ARP uma mensagem do seguinte tipo:
Eu sou o MAC 12F4E3, existe mais algum na rede?
Todos publicam e todos leem as mensagens, Em milissegundos a tabela de origem e destino est montada.
NOES SOBRE REDES DE COMPUTADORES
Protocolos TCP/IP
HUB X SWITCH
Enviam o frame ethernet apenas para o computador de destino;
Elegem prioridades das mensagens;
Autodiagnose;
Possibilidade de gerenciamento;
Utiliza o procedimento CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces / Colision Detect);
Meros replicadores de informao;
H colises entre informaes;
Grande latncia em caso de colises;
No adequado proteo.
EXEMPLO DE APLICAO
(SISTEMA VITAL)
SISTEMA VITAL (CHESF)
Objetivos do VITAL
1. Integrar em rede WAN os Dispositivos de PCR (Proteo, Controle e Regulao)
2. Realizar coleta automtica dos registros internos de falta (Eventos e Oscilografia)
3. Permitir a realizao de alteraes de parmetros remotamente
4. Realizar automaticamente auditorias peridicas nas configuraes de parmetros dos Dispositivos de PCR
5. Realizar monitorizao automtica do estado das portas de comunicao de manuteno dos Dispositivos de PCR
6. Possibilitar superviso das condies ambientais (temperatura e umidade) e transmisso de vdeo das salas que abrigam os Dispositivos de PCR
SISTEMA VITAL (CHESF)
AQUISIO E ANLISE DE DADOS
RELS DIGITAIS isolados: (Acesso Local Manual)
RELS DIGITAIS COM PORTAS DISTINTAS (Servio e Supeviso)
COMUNICAO COM PORTAS SERIAIS (Instvel e com travamentos)
DISPOSITIVOS SUPERVISIONADOS (Eventos e Sadas Digitais Limitados)
SE SEM SISTEMA DIGITAL (Acesso Local Manual - Uso compartilhado)
SE COM SISTEMA DIGITAL (Acesso Remoto Manual - IHM Engenharia)
AGILIZAR ALTERAO PARAMETRIZAO (SITUAES EMERGNCIAS)
CONFERNCIA PARAMETRIZAO (Comparao visual de textos ou Manual)
ARQUIVOS PARAMETRIZAO (Armazenagem e integridade dos Dados)
SISTEMA VITAL (CHESF)
Abrangncia
SUBESTAES CONTEMPLADAS
40 SEs 50 % CHESF
DISPOSITIVOS SUPERVISIONADOS
700 Dispositivos de PCR
SUBESTAES COM SISTEMA DIGITAL
13 SEs 16% CHESF
SISTEMA VITAL (CHESF) ARQUITETURA COMPLETA
SISTEMA VITAL (CHESF)
Mdulo de Coleta Automtica
Mdulo de Gerncia do Concentrador (Local)
Mdulo de Transmisso de Dados
Realiza coleta automtica dos registros de falta e parametrizao
Comunicao com os dispositivos, via software do fabricante
Comunicao realizada com auxlio de software rob
Monitoramento e alarme dos processos ativos locais
Realiza superviso e registro das informaes coletadas
Permite configurao remota dos processos ativos locais
Realiza transmisso dos dados coletados
Transmisso realizada via servio FTP
Estao Local
Mdulo de Gesto Ambiental Superviso das condies ambientais (temperatura e umidade)
Transmisso vdeo de salas de comando e cabana de rels
SISTEMA VITAL (CHESF)
Firewall
Segurana
Controle de Fluxo (Cmera)
Concentrador com Drivers
Software Fabricante Rob
Oscilografia
BD Eventos
Parametrizao
Terminal Server Inteligente
4 portas seriais (RS 232 ou 485)
6 entradas digitais sincronizadas por GPS
(sinalizao de trigger OSC dos IED)
Isolao ptica
Sem partes mveis
Distribudo pelos painis
SISTEMA VITAL (CHESF)
Oscilografia, Eventos e
Parametrizao
Oscilografia -> COMTRADE
Eventos -> TXT
Parametrizao -> TXT e proprietrio
Mensagens no-solicitadas
Aquisio otimizada atravs da sinalizao da entrada digital do Terminal Server
Software de varredura genrico
e flexvel
Monitotarao automtica do estado das portas de comunicao de manuteno
Varredura peridica
Estao LOCAL Substao n
Concentrador Local DIO
Rede Local Fibra ptica entre cabanas
SISTEMA VITAL (CHESF)
Mdulo de Auditoria
Mdulo de Gerncia da Estao Central
Realiza comparao dos parmetros dos Dispositivos com OA
Gera arquivo texto apontando divergncias
Realiza superviso do status dos Concentradores Locais
Monitoramento e alarme dos processos ativos na Estao Central
Estao Central
Mdulo de Integrao SMS e E-Mail Envia mensagem de alarme para usurios pr-definidos
Mdulo de Interface de Pesquisa e Acesso Remoto Disponibiliza interface de pesquisa ao BD via Browser
Disponibiliza interface de acesso remoto aos Dispositivos
SISTEMA VITAL (CHESF)
Mdulo de Validao e Consistncia de Dados
Mdulo de Banco de Dados
Realiza anlise de consistncia dos dados recebidos na
Estao Central
Distribui dados recebidos para respectivas pastas
Armazena todos os dados do sistema (Parmetros, eventos, logs,
histrico de auditoria)
Espelhamento dos Servidores Primrio e Secundrio
Mdulo de Administrao Administra Banco de Dados Dual do Sistema
Disponibiliza recursos para configuraes gerais do Sistema
Permite desabilitar dispositivos por indisponibilidade
Estao Central
SISTEMA VITAL (CHESF)
WAN
CHESF
SISTEMA VITAL (CHESF)
Desenvolvimento do Sistema VITAL (plataforma DOAL)
REFERNCIAS
[1] Sistemas Eltricos de Potncia: Automao, Jos Antnio Jardini;
[2] Apostila de Fundamentos e Prticas em Redes de Computadores,
Mrcio Luiz Machado Nogueira , Verso 1.0
[3] Tecnologia Ethernet e sute de protocolos TCP/IP, O Setor Eltrico,
Edio Maro 2010.
[4] Sistema vital de Integrao de Dispositivos de Proteo, controle e
regulao, CHESF / ECIL