curso sistemas control comunicaciones 2011 parte9

________________________________________________________________________________________________________________________Sistemas de Control y Comunicaciones en Sistemas Eléctricos de Potencia Rodolfo Pellizzoni 2011 417

Caja de Empalme


Caja de Empalme


Hilos (Pelos) F.O.

Empalme hilos (pelos) F.OTubos protectores


F.O. tipo ADSS

Caño Galvanizado al canal de cables


Comunicaciones Comunicaciones –– F.O. F.O. –– Cable Tipo ADSSCable Tipo ADSSCaracterCaracteríísticas Tsticas Téécnicascnicas

Monomodo EstMonomodo EstáándarndarITUITU--T G 652T G 652


SISTEMA OPGWSISTEMA OPGW

O.P.G.W.

Caja de empalme

Caja de Empalme

Cable de llegada

DistribuidorOpticalOptico

Pig-tails hastael ODF

ODF

Grapa de Retensión

Amortiguador

Grapa de Bajada

HerrajesGrapa de Suspensión

Amortiguador

(Optica FiberDistribution Frame)


EstructuraEstructura del Cable OPGWdel Cable OPGW

Elemento Central dielectrico

Fibras Opticas

Tubos Loose

Cintas Minerales (Nomex)

Tubo de Aluminio extrudado

Acero Galvanizado (Gal)

Aluclad Steel wire (ACS)

Aleación de Aluminio (Al)


F.O. tipo OPGWF.O. tipo OPGW


HerrajesHerrajes

GrapaGrapa de de BajadaBajada

ConjuntoConjunto de de SuspensiSuspensióónnConjuntoConjunto de de AnclajeAnclaje

AmortiguadoresAmortiguadores


CajasCajas de de EmpalmeEmpalme

HechasHechas en en AleaciAleacióónn de de AlumAlumíínionio no no corrosivacorrosiva

Capacidad para Capacidad para hastahasta 144 FO144 FO

HastaHasta 4 4 entradasentradas (OPGW / (OPGW / cable cable dieldielééctricoctrico))

InstalaciInstalacióónn VerticalVertical

SistemaSistema de de fijacifijacióónn sin la sin la necesidadnecesidad de de perforarperforar la la estructuraestructura


ODFODF’’ss

2.2.-- ORDJ: ORDJ: ““19 19 pulgadaspulgadas””montajemontaje en racken rack

1.1.-- TTFO: TTFO: ““SlimSlim”” type type montajemontaje en pareden pared

(Optical Fiber Distribution Frame)


TeleprotecciTeleproteccióónn


Sistema de Teleprotección

Soporte de Transmisión:

• Canales analógicos (Onda Portadora sobre LAT, Cables Telefónicos, Radioenlaces)

• Canales digitales



En estado de reposo el emisor emite un tono de guarda, y cuando debe enviarse una orden, se sustituye por un tono de disparo


Principio de Operación Terminal de Teleprotección - PLC(NSD 550)

Utiliza la señal piloto del Terminal PLC como señal de guarda

La señal es continuamente evaluada en el lado receptor

En caso de insuficiente calidad de la señal (Relación S/R o Nivel señal) el terminal produce una alarma

En el estado comando el terminal corta la señal de guarda (Piloto y Guarda propia) y transmite la señal de comando en la banda de audio del Terminal PLC

Tan pronto como el Receptor reconoce la perdida de la señal de Guarda y simultáneamente detecta una señal de comando válida, opera la correspondiente salida

La recepción simultánea o la pérdida simultánea de una señal de comando y de la señal de guarda, produce una alarma



Dependiendo del tipo del esquema de protecciones utilizado, las señales de comando disparan el interruptor remoto de la siguiente forma:

• disparo directo (direct tripping)

• disparo permisivo (previamente habilitado por el dispositivo de protecciónlocal, permissive tripping)

• bloqueo (disparo evitado por el dispositivo de protección local)


Teleprotección

Un requerimiento fundamental es que las señales de comando sean comunicadas en forma confiable a la máxima velocidad posible

En caso de una falla en el elemento protegido las señales de comando deben ser recibidas en el extremo remoto en el menor tiempo posible aún cuando el canal se encuentre con disturbios por la falla (Dependibilidad)

Interferencias en los canales de comunicaciones nunca deben producir una operación no deseada de la protección por simulación de un señal de disparo cuando no existe falla en el sistema de potencia (Seguridad)



•• Tiempo de transmisiTiempo de transmisióónnTiempo entre la activación de la entrada del transmisor y laactivación de la salida del receptor

•• DependebilidadDependebilidadProbabilidad de comandos perdidos

•• SeguridadSeguridadProbabilidad de comandos no deseados


Teleprotección

Tiempo de Transmisión

El tiempo de transmisión, considerado desde la activación de la entrada de orden hasta la aparición de la orden de salida, es función del umbral de decisión seleccionado

Para una velocidad de línea de 64 Kbps, está comprendido entre 3.30 y 4.23 mseg, cuando el umbral de decisión es igual a 1, es decir, cuando es suficiente detectar un único byte de información de teleprotección con orden de disparo para que se ejecute la orden

Para el valor más alto de umbral el tiempo de transmisión estácomprendido entre 16.29 y 17.22 mseg


ObedienciaObedienciaProbabilidad de perder algún comando (Pmc) en función de BER

IEC 60834

Pmc < 10-3 (Telebloqueo), caso peorPmc < 10-3 (Disparo Permisivo), caso peor

Pmc < 10-4 (Disparo Directo), caso peor


SeguridadSeguridadProbabilidad de emisión de un comando indeseado (Puc) en función de BER

IEC 60834

Puc < 10-4 (Telebloqueo), caso peorPuc < 10-7 (Disparo Permisivo), caso peor

Puc < 10-8 (Disparo Directo), caso peor


Tiempo nominal de transmisiTiempo nominal de transmisióónn

• Umbral de decisión = 1 3.30 mseg ≤ Tt ≤ 4.20 mseg

• Umbral de decisión = 15 16.29 mseg ≤ Tt ≤ 17.19 mseg


AutomatizaciAutomatizacióón de EE.TTn de EE.TT


�� AutomatizaciAutomatizacióón de EE.TT.n de EE.TT.

• Estado actual� Topologías� Ejemplos

• TendenciasTendencias


El Modelo OSI se basa en una propuesta de la ISO (Internacional El Modelo OSI se basa en una propuesta de la ISO (Internacional Standard Standard Organization), como una primera etapa en la estandarizaciOrganization), como una primera etapa en la estandarizacióón internacional n internacional de los protocolos definidos en las varias capas o niveles de los protocolos definidos en las varias capas o niveles

El Modelo es llamado Modelo de Referencia ISO/OSI (Open Systems El Modelo es llamado Modelo de Referencia ISO/OSI (Open Systems Interconnection) debido a que trata la conexiInterconnection) debido a que trata la conexióón de sistemas abiertos, es n de sistemas abiertos, es decir se encuentran abiertos para comunicaciones con otros sistedecir se encuentran abiertos para comunicaciones con otros sistemas mas

El modelo tiene siete capas o nivelesEl modelo tiene siete capas o niveles

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física

Modelo de Referencia


ModelosModelos de de ReferenciaReferencia

Modelo de Modelo de ReferenciaReferencia OSI/ISOOSI/ISO(Open System Interconnection/International Standard Organization)

Modelo de Referencia TCP/IP Modelo de Referencia TCP/IP (Transmission Control Potocol/Internet Protocol)

Modelo de Referencia EPA Modelo de Referencia EPA -- IEC IEC (Enhanced Performance Architecture)


Modelos de Referencia

Modelo OSI

(Open Systems Interconnection)

Camino Virtual

Camino Real

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física

Camino Virtual

Camino Real

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física


Aplicación

Sesión

Presentación

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

Inf.Inf.

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

NPDU

DPDU

Medio Físico

Aplicación

Sesión

Presentación

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

PDU: Protocol Data Unit


Aplicación

Sesión

Presentación

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

Nivel 7

6

5

4

3

2

1

LLC (Logical Link Control)

MAC (Médium Access Control)


Logical Link Control Logical Link Control (Control de Enlace Lógico)

Media Access Control Media Access Control (Control de Acceso al Medios)

Las operaciones definidas en la subcapa LLC son responsables del establecimiento de una conexión lógica entre dispositivos en una red. Esto incluye la interpretación de los paquetes de mensajes recibidos en la red y la generación de una adecuada respuesta y reconocimiento.

La subcapa MAC, se sitúa entre la LLC y la capa Física, y sirve para proveer acceso a los puertos físicos de la red, como asítambién para realizar el entramado y desentramado del paquete y la detección de errores en los paquetes recibidos.


Modelos de Referencia

ArquitecturaArquitectura EPAEPA

(Enhanced Performance (Enhanced Performance Architecture)Architecture)

Enlace

Aplicación

Física

Modelo OSI/ISOModelo OSI/ISO

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

FísicaNivel 1 Nivel 1

Nivel 2Nivel 2

Nivel 3Nivel 3

Nivel 4Nivel 4

Nivel 5Nivel 5

Nivel 6Nivel 6

Nivel 7Nivel 7


• IEC 60870-6 (Telecontrol equipment and systems – Part 6: Telecontrol protocols compatible with ISO standards and ITU-T recommendations)

� Modelo OSI/ISO

• IEC 60870-5 (Telecontrol equipment and systems – Part 5: Transmission protocols)

� Arquitectura EPA

Protocolos de Transmisión de DatosEstándares IEC

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Enlace

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Física


Protocolos de Transmisión de Datos – IEC 60870-5

DNP 3.0DNP 3.0 IEC 60870IEC 60870--55--101101


Modelo TCP/IPModelo TCP/IP

Sistema Origen

RedRed

Sistema Destino

Transporte

Internet

Host a Red

Aplicación

Transporte

Internet

Host a Red

Aplicación


Los estándares IEEE, definen como parte de una familia de estándares para Redes de Area Local (LAN), tres tipos de tecnologías de acceso al medio físico.

Dos de estas tecnologías se relacionan con redes de topología tipo bus, relacionándose la tercera con topología en anillo.

CSMA/CD: IEEE 802.3 (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection) – Ethernet

Token Passing Bus: IEEE 802.4 - (Process Fieldbus - Profibus)

Token Passing Ring: IEEE 802.5

Físicamente una red que utiliza como método de acceso el Token PassingBus, se asemeja a una red CSMA/CD, sin embargo la red opera como si la conexión fuera en anillo (enlace lógico). Las redes compatibles con el estándar 802.5, utilizan una técnica token-passing como la descripta en la especificación 802.4, pero en este caso la topología de la red es un anillo verdadero.


CSMA/CD CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection)

Ethernet Ethernet -- IEEE 802.3 IEEE 802.3

Cuando un dispositivo tiene datos para transmitir, primero escucha el canal (sensado de portadora) para verificar que esté desocupado, y transmite.

Si el canal está ocupado, el dispositivo espera hasta que se desocupe y luego transmite su mensaje. Si dos ó más dispositivos sensan el canal como desocupado y comienzan a transmitir al mismo tiempo, se generan colisiones, que al ser detectadas por los nodos intervinientes conllevan a una suspensión inmediata de la transmisión.

Los dispositivos esperan un período de tiempo aleatorio antes de gestionar una nueva transmisión.


Ethernet Ethernet -- IEEE 802.3IEEE 802.3

IEEE 802.3, popularmente conocida como Ethernet, es una red broadcast basada en topología bus, con control descentralizado que opera a 100 Mbps

En una LAN Ethernet, los dispositivos pueden transmitir en cualquier momento que deseen, si dos o más paquetes colisionan, cada dispositivo espera un tiempo aleatorio e intenta la transmisión nuevamente.

EstEstáándares de Nivel Fndares de Nivel Fíísico sico (Nivel 1 y Nivel 2)


Cada trama (Fig. 461), comienza con un preámbulo de 7 bytes, cada uno conteniendo un patrón de bits 10101010.

La codificación Manchester de este patrón, produce una onda cuadrada de 10 MHz de 5.6 µµµµseg., para permitir el reloj del receptor sincronizar con el reloj del transmisor. A continuación, viene un byte "Inicio de trama" que contiene 10101011, para indicar el inicio de la trama misma.

La trama contiene dos direcciones, una para el destino y una para la fuente.

Las direcciones de grupo, permiten que múltiples estaciones escuchen una sola dirección.

La transmisión a un grupo de estaciones, se denomina "multicast".

La dirección consistente en todos 1 es reservada para "broadcast", lo que implica que la trama es entregada a todas las estaciones de la red.

IEEE 802.3IEEE 802.3Formato de TramaFormato de Trama


IEEE 802.3Formato de Trama

Estructura de trama IEEE 802.3

Bytes 7 1 2 ó 6 2 ó 6 2 0-1500 0-46 4

Preamble

Start offame delimiter

Destinationaddress

Sourceaddress

Length ofdata field

Data Pad Checksum


Ethernet (IEEE 802.3) Ethernet (IEEE 802.3) -- Interfaces FInterfaces Fíísicassicas

10/100 BASE-TXUtiliza cable UTP (Unshilded Twisted Pairs) de 2 pares, Categoría 5 en una conexión punto a punto (topología estrella)

100 BASE-FXUtiliza fibra óptica (2 fibras ó hilos)

1000 BASE-LX1 GB

EstEstáándares de Nivel Fndares de Nivel Fíísico sico (Nivel 1 y Nivel 2)


LANLAN

Tipo de transmisiTipo de transmisióónn

•• Unicast: Unicast: dirección individual

• Brodcast: todos los dispositivos de la red

• Multicast: grupo de dispositivos de la red


Red de Area Local – Local Area Network (LAN)


Ethernet (IEEE 802.3)Ethernet (IEEE 802.3)

Longitud máxima de trama: 1518 bytes

Si se etiqueta una trama Ethernet de longitud máxima, el tamaño de la trama sería de 1522 bytes (violación del estándar)

Se creó un subgrupo (802.3ac) para extender el tamaño máximo de la trama Ethernet a 1522 byte


TecnologTecnologíías Ethernetas Ethernet

Familia de productos estandarizados por IEEE 802.3Define el protocolo CSMA/CD

Velocidades de transmisión de datos sobre par trenzado y F.O.

•• 10 Mbps – 10Base-T Ethernet

• 100 Mbps – Fast Ethernet

• 1000 Mbps – Gigabit Ethernet

• 10 Gigabit Ethernet – IEEE 802.3ae


Ethernet Ethernet –– IEEE 802.3IEEE 802.3

10 Mbps – 10Base-T Ethernet

100 Mbps – Fast Ethernet

1000 Mbps – Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet


•• Maestro Maestro -- Esclavo Esclavo (Profibus PA - Process Automation)

•• Cliente Cliente –– ServidorServidor

•• ProductorProductor -- ConsumidorConsumidor (Publisher (Publisher -- SuscriberSuscriber) ) (Factory Instrumentation Protocol - FIP/WorldFip)

Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)Esquemas Esquemas -- ModelosModelos


Maestro Maestro –– EsclavoEsclavo

Un dispositivo o proceso denominado maestro, controla uno Un dispositivo o proceso denominado maestro, controla uno óó mmáás s dispositivos o procesos, denominados esclavos. dispositivos o procesos, denominados esclavos.

Solamente el maestro puede iniciar una transacciSolamente el maestro puede iniciar una transaccióón. El esclavo n. El esclavo responde proveyendo la informaciresponde proveyendo la informacióón requerida por el maestro.n requerida por el maestro.

Una vez que se establece la relaciUna vez que se establece la relacióón maestron maestro--esclavo, la direcciesclavo, la direccióón de n de control es siempre desde el maestro hacia el esclavo.control es siempre desde el maestro hacia el esclavo.

Es utilizado para comunicaciones jerEs utilizado para comunicaciones jeráárquicas, por ej. entre el Centro de rquicas, por ej. entre el Centro de Control y las RTUs. (Profibus)Control y las RTUs. (Profibus)

Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)Esquemas Esquemas -- ModelosModelos


Cliente/ServidorCliente/Servidor

Describe la relación entre dos programas de computadoras en los cuales uno de ellos, el cliente, realiza un requerimiento de servicio a otro, el servidor. El servidor, satisface el requerimiento.

En el modelo Cliente/Servidor usual, un servidor es activado y espera los pedidos o requerimientos de los clientes.

Típicamente múltiples programas clientes y PCs comparten los servicios de un programa común de un servidor.


Publisher/Publisher/SuscriberSuscriber

En un dominio Publisher/Suscriber, una aplicación es enviada o publicada ("broadcast") a diversas aplicaciones receptoras o suscriptoras).

Un árbitro se encarga de establecer los turnos en que cada productor, pone sus datos a disposición de los consumidores.

La característica del mensaje es que no posee dirección ni de fuente ni de destino, se identifica por su contenido. (FIP)


PeerPeer--toto--PeerPeer(Par a Par)

Peer-to-peer (P2P), es un modelo de comunicaciones en el cual cada parte posee las mismas capacidades, y puede iniciar una sesión de comunicación.

En algunos casos, la comunicación peer-to-peer, es implementada brindando a cada nodo de comunicación capacidades tanto de server como de cliente.

Se puede especificar el número de conexiones simultáneas y los archivos que deben ser compartidos o protegidos por pass-word.

La modalidad peer to peer tiene ventajas en el entorno SAS (Substation Automation System), para las comunicaciones entre IEDs (Intelligent Electronic Devices), sin el costo y la complicación de mantener un server centralizado.

Formas Formas óó MMéétodos de Comunicacitodos de Comunicacióónn

curso sistemas control comunicaciones 2011 parte9

Documents