1. Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos
eletrônicos
Interoperabilidade
Confiabilidade (detecção e correção de erros)
Resiliência (falhas topológicas)
1. IEC 60870-101, 103, 104 Camada Física
2. DNP3 Serial
3. Modbus
4. IEC 61850
5. Foundation Fieldbus
Camada Física
6. Profibus Ethernet
7. Devicenet
8. Interbus
TCP/IP
9. ASI
10. Hart Internet

2. Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos
Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função
1. 4 a 20 mA, analógicos.
1.1. Aquisição dos Dados – TPs, TCs, Transdutores – circuitos de corrente 4 a 20 mA
para informações analógicas. Par de fios p/ posição aberto/fechado.
1.2. Atuações no processo - Circuitos de corrente e contatos aberto/fechado.
2. Barramentos de Campo – “Proprietários” ou “Abertos”. Profibus, Foundation.
2.1. Comunicação - 31,25 KHZ com par de fios (barramento), níveis de tensão e corrente no
barramento (casamento de impedância, reflexão de ondas eletromagnéticas, atenuação,
ruído).
2.2.Critérios de alimentação - Segurança intrínseca, áreas classificadas. FISCO Fieldbus
Intrinsicaly Safe Concepty.
2.3. Mensagens - estrutura e tamanho, para atender aos requisitos de tempo dos processos
industriais – milisegundos ). ( HSE – 10/100 Megabits/s). Macrocycle
2.4. Comunicação Síncrona.
2.5. Outros – DeviceNet, ASI, Interbus, Hart.

3. Protocolos de Comunicação
Regras que governam a comunicação entre dispositivos
eletrônicos
Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função
3. Protocolos Seriais – Comunicações Remotas, “100Km” ou o limite do link de
comunicação. Comunicação Assíncrona. DNP3, IEC 60870-101, MODBUS.
4. Protocolos TCP/IP – IEC 61850 - Rede Mundial, Internet, Ethernet.
5. Ethernet Industrial – Tecnologia TCP/IP. Requisitos de hardware.
Determinismo. Redes Privativas isoladas ou com Servidor NAT/Firewall.
6. OPC – Interoperabilidade, conectividade aberta, entre automação industrial e
os sistemas empresariais. Conjunto de padrões para interface entre softwares.

4. Diferentes tipos de protocolos em
função da quantidade de dados transmitidos:
1. IED’s que trocam alguns bits em milissegundos (válvulas On/off, chaves de
nível, pressostatos, etc.): protocolos do tipo SensorBuses . Exemplo –
Devicenet
2. IED’s que trocam informações de alguns bytes em dezenas de milissegundos
(transmissores de pressão, vazão, temperatura, válvulas de controle, etc.):
protocolos tipo FieldBuses. Exemplo: Profibus PA, Hart, Fieldbus Foundation
H1;
3. IED’s que trocam vários blocos de bytes em dezenas ou centenas de
milissegundos (relés inteligentes, balanças, remote IO, etc.): protocolos tipo
DeviceBuses. Exemplo: Profibus DP, ControlNet e DeviceNet;
4. IED’s que trocam vários dezenas de blocos ou arquivos em segundos (UTRs,
CLPs, SDCDs, etc.): Protocolos do tipo DataBuses. Exemplo Ethernet TCP/IP,
Profinet.

5. Protocolos de Comunicação Abertos
Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos
4 a 20 mA.
Protocolos seriais.
IEC 60870 101 Modelo Mestre / Escravo
DNP3
Modbus
Comunicação Assíncrona
Protocolo Setor Elétrico
com arquitetura de Redes (LAN/WAN),
orientado a objetos.
IEC 61850
Protocolos Industriais
com arquitetura de Redes (LAN/WAN), Modelo de Rede Multcast
orientado a objetos.
Profibus
Foundation
DeviceNet

6. A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO
A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS
Aplicativo Gerencial
Protocolo de Comunicação Softwares Visuais
Configuração do Protocolo
IED ou UTR Centro de Operação
Processo Elétrico
Conversores A/D Banco de Dados
Fiação – Relação TP TC
Banco de Dados Cliente da UTR
Trandutores 4 A 20 mA
Servidor do Aplicativo Gerencial
Posição Seccionadora ou Disjuntor Telecomando
Telessinal Ponto Simples Telessinal Ponto Duplo Telecomando Telecomando Duplo
Simples
0 Aberto 0 0 Em trânsito 0 0 Comando Proibido
1 Fechado 0 1 Aberto 0 Abrir 0 1 Abrir
1 0 Fechado 1 Fechar 1 0 Fechar
1 1 Estado Proibido 1 1 Comando Proibido
Medição KV, A, MW, MVar, Hz
Conversor de12 bits Inteiro Escalas de Byte
Engenharia Word
Conversor de 16 bits Ponto Flutuante Relações de TP e TC Long Word
Conversores A / D

7. Agilidade na Comunicação (Throughput)
Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a atuação de
uma saída baseada em uma decisão lógica.
•1. Taxa de Transmissão
•1,2 à 19,2 KBps – IEC 60870101, DNP3
•100 Mbps – IEC 61850 – TCP/IP
•2. Eficiência do Protocolo – Overhead – Número total
de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados.
•IEC 60870 101, DNP3, Modbus – otimizados para mínimo overhead
•IEC 61850 TCP/IP – pouco otimizado em função das larguras de
banda disponíveis atualmente
•3. Modelo da Rede
•3.1. ORIGEM / DESTINO
•3.2. PRODUTOR / CONSUMIDOR ( Publisher / Subscriber )
( Publicador / Assinante ) IEC 61850

8. INFORMAÇÃO – 2 Tipos
1. Não necessita referência externa : Meu
endereço é Rua Dourada 1000, CEP 13.211-111,
Jundiaí/SP-Brasil.
2. Necessita referência externa : Meu nome é
Paulo Oliveira e meu endereço está na lista
telefônica.
No caso 2 a referência externa é a Lista Telefônica,
que necessito consultar para achar o endereço do
meu amigo. Indexação externa.

9. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Informação
60 km
.
n S/E BAN UTR
23 Centro de Operação do Sistema
24 01001010
25 01001010 Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
26 01001010 0 aberto
27 01001010 1 fechado
28 11110010 Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
29 00011010 2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
30 01001010
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do
SSC ( COS ).

10. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Informação 60 km
.
n S/E BANUTR Centro de Operação do Sistema
23 Protocolo DNP 3, IEC 101 ONS
24 01001010 Linha Serial
25 01001010 Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit
26 01001010 0 aberto
27 01001010 1 fechado
28 11110010 Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
29 00011010 2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A
30 01001010
Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do
SSC ( COS ).

11. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
Informação 60 km
Centro de Operação do Sistema
Informação 1 - Disjuntor está fechado
BAN / XCBR1.Pos.stVal
Vai a informação completa, sem necessidade de referência externa.
Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computador do COS.
Simplifica trabalho de configuração.
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
BAN / MMXU / F21A
Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados
do SSC ( COS ).

12. 2 Exemplos – S/E BAN linha para XAV
Informação 1 - Disjuntor está fechado
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de
Informação 60 km
XAV
IEC 61850
Rede TCP/IP
Centro de Operação do Sistema
Informação 1 - Disjuntor está fechado
BAN / XCBR1.Pos.stVal
Vai a informação completa, sem necessidade de referência externa.
Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computador do COS.
Simplifica trabalho de configuração.
Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV
BAN / MMXU / F21A
Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados
do SSC ( COS ).

13. Interface RS 232
Conector DB25 – 25 pinos - SERIAL
Bits de dados -12 V = 1 ou Alto, +12V = 0 ou baixo
Bits dentro do Byte transmite primeiro o MSB e depois o LSB
Cada Byte começa com 1 Start Bit Alto e termina com 0 a 2 Stops Bits Baixos
Desocupada a linha esta Baixa
2 stops
Onda Eletromagnética – 300.000 km/segundo
1 Start bits
Bit 9600 BPS - Bits por Segundo – 873 Bytes por seg
Mensagem de 100 Bytes – 115 ms
1 2 3 4 5 6 7 8 Internet Mega BPS / Giga BPS
MSB Data Byte LSB
DTE
DCE COMUNICAÇÃO 1 - CD
1 - CD
2 - TXD
ASSÍNCRONA 2 - RXD
3 - TXD
3 - RXD 4 - DTR
Relé de Proteção
Modem 4 - DTR 5 - terra PC ou Micro
5 - terra 6 - DSR
6 - DSR Cabo Multipares 7 - RTS
7 - RTS 8 - CTS
8 - CTS 9 - RI
9 - RI
DB9 Macho
DB9 Femea

14. Interface RS 232
Ligação Ponto a Ponto
• DCE – Data Communication Equipment – Modem
• DTE - Data Terminal Equipment – Relé ou PC-Microcomputador
• Hardware Handshake – se não usado só são necessários 3 sinais
•TXD, RXD e Terra. Jumpeados 4 com 5; 6,8 com 20.
•CD – Carrier Detected – avisa o PC que o modem tem uma boa conexão
•CTS – Clear To Send – Modem está pronto para receber do PC
•DSR – Data Set Ready – avisa o PC que o modem está pronto
•DTR – Data Terminal Ready – avisa modem que o PC está pronto
•RTS – Request to Send – avisa o modem que o PC quer mandar dados
•RI – Ring Indicator – Modem detetou um sinal do outro modem
Comunicação digital Comunicação digital
PC Modem Modem RELÉ
Comunicação
São Paulo Analógica Brasília

15. Exercício 1
Diagrama de um Cabo Cruzado
DTE DTE
Tx (2) Tx (2)
Rx (3) Rx (3)
RTS (4) RTS (4)
CTS (5) CTS (5)
DSR (6) DSR (6)
Gnd (7) Gnd (7)
DCD (8) DCD (8)
DTR (20) DTR (20)

16. Exercício 1
DTE DTE
Tx (2) Tx (2) CT 103
Rx (3) Rx (3) CT 104
RTS (4) RTS (4) CT 105
CTS (5) CTS (5) CT 106
DSR (6) DSR (6) CT 107
Gnd (7) Gnd (7) CT 102
DCD (8) DCD (8) CT 109
DTR (20) DTR (20) CT 108

17. Exercício 2
Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground),
jumpers nos conectores 4 com 5 e 6,8 com 20.
DTE DTE
Tx (2) Tx (2)
Rx (3) Rx (3)
RTS (4) RTS (4)
CTS (5) CTS (5)
DSR (6) DSR (6)
Gnd (7) Gnd (7)
DCD (8) DCD (8)
DTR (20) DTR (20)

18. Exercício 2
Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificado - TX com RX, Terra (Ground),
jumpers nos conectores 4 com 5 e 6,8 com 20.
DTE DTE
Tx (2) Tx (2)
Rx (3) Rx (3)
RTS (4) RTS (4)
CTS (5) CTS (5)
DSR (6) DSR (6)
Gnd (7) Gnd (7)
DCD (8) DCD (8)
DTR (20) DTR (20)

19. RS 485 (Recomended Standard )
EIA 485 ( Electronic Industry Association )
Half duplex, Multiponto ( 32 nós ), 1200 metros.
Velocidade de 100 K a 10 MBps.
Única CPU, diversos IHM endereçáveis, compartilham o mesmo cabo.
Conversor RS232 para 485, isolamento ótico.
Redes locais muito baratas, multidrop.
Prover “Rejeição de Modo Comum” com par trançado, e blindagem.
Topologia recomendada – Daisy Chain
Outras Topologias
BARRAMENTO
Funciona mas
não é o ideal
ESTRELA
Daisy Chain ANEL
Não usar

20. CABO para RS 485 (Recomended Standard )
EIA 485 ( Electronic Industry Association )
Deve ser blindado
Recomenda-se utilizar 3 vias e blindagem – até 1200 m
Dado +
Dado –
Comum
(GND)
Blindagem
Com 2 vias para curtas distâncias – poucos metros
Função do COMUM – equalizar o potencial dos equipamentos conectados
à Rede
Função da BLINDAGEM : proteção contra Ruídos externos
Não utilizar a BLINDAGEM como COMUM, pois colocaria o Ruído
existente como referência

21. LAN – WAN – SWITCH (HUB) ROTEADOR
WAN
LAN 1 LAN 3
TABELA
ROTEAMENTO
ARP
IPADDRES
LAN 2

22. Frame 802.3 MAC e Fragmentação
Sincronização Destino Origem CP LLC SNAP Dados – 38 a 1500 bytes CRC
Ethertype LLC – Logic Link Control
SNAP –Subnetwork Access Control
Aplicação Aplicação Mensagem com 4000 Bytes
TCP TCP
Datagrama Datagrama
65535 bytes 65535 bytes 1500
1500
IP IP 1000
Quadro Quadro
1500 Bytes 1500 Bytes
Rede
802.3 MAC 802.3 MAC
Desencapsular - RX Encapsular - TX
Endereço MAC Endereço IP

23. Modelo OSI 7 Camadas
Modelo TCP/IP 4 Camadas
Modelo 5 Camadas
7. Aplicação : HTTP, Browser, Internet Explorer (Windows),
MozillaFirefox (Linux); IPhone, Ipod (Apple); FTP, Telnet, SNMP,
Email, PING; SSC Spin, SSC Sage; Softwares proprietários de
Relés de Proteção ABB, SIEMENS, AREVA, SEL para Análise de
Perturbação
4. Transporte : TCP, UDP
3. Rede : IP ( IPv4, IPv6), ARP, RARP, ICMP
2. Enlace : Ethernet, 802.11, WiFi, HDLC, Token Ring, FDDI,
Frame Relay, USART
1. Física : Modem, RS232, RS485, DB 9, DB 25, EIA 422,
Bluetooth, USB, UTP, RJ 45

24. ARP – Address Resolution Protocol
IP MAC
IP MAC 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
IP MAC
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1

25. ARP – Address Resolution Protocol
O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo
IP MAC IP MAC
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1 10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1
Há uma troca automática
IP
10.12.123.1
MAC
00:20:af:f2:e7:f1
de mensagens
10.12.123.3
10.12.123.2
08:00:20:f2:e7:fa
08:00:20:a7:41:23
e a Tabela ARP é montada

26. ARP – Address Resolution Protocol
O primeiro endereço da Tabela ARP é o dele mesmo
IP MAC IP MAC
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.3 08:00:20: f2:e7:fa 10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.1 00:20:af: f2:e7:f1 10.12.123.2 08:00:20a7:41:23
10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a 10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1
10.12.123.4 01:00:ce:a2:3a
IP MAC
10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a
10.12.123.3 08:00:20:f2:e7:fa
10.12.123.2 08:00:20:a7:41:23
10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1
Adiciono um 4º computador
IP MAC
10.12.123.1 00:20:af:f2:e7:f1 Há uma troca automática de mensagens
10.12.123.3 08:00:20:f2e7fa
10.12.123.2 01:00:5e:a7:41:23 e a Tabela ARP é montada
10.12.123.4 01:00:5e:ce:a2:3a

27. PROTOCOLO MODBUS
Desenvolvido pela Modicon, década de 1970, é uma das
primeiras implementações de protocolos seriais, continua em
utilização. Modelo mais simples.
Não define tipo de dados ou codificação da informação.
Não define mapeamento padrão.
Não possui estampa de tempo nativa.
Mestre/Escravo, 1 mestre e até 247 escravos.

28. Modelo do Protocolo MODBUS
Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu
Coloca a informação
MODBUS - Funções e Mapas de Memória
Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0
1
2 na Tela do Operador
na S/E ou no COS
Aplicação B70
Aplicação
B70
End B70 crc
End B70 crc
Físico Físico
Desencapsular Encapsular
Destino – COS Origem - S/E Bandeirantes

29. Resumo da Funções MODBUS
0x03: READ HOLDING REGISTER
0x04: READ INPUT REGISTER
0x05: FORCE SINGLE COIL
0x06: PRESET SINGLE REGISTER
0x16: PRESET MULTIPLE REGISTER
0x07: READ EXCEPTION STATUS
Existem funções proprietárias
Existem funções que suportam broadcast (todos os escravos a processam)

30. MODBUS
DÚVIDA FREQUENTE
QUESTÃO DO MAPA DE ENDEREÇOS
Função 0x04 ( Read Input Register ) : 30001 em diante
(ex: 30015) Transmissão: 30015 –30001 = 14 = 0x0E
Função 0x03 ( Read Holding Register ) : 40001 em diante
(ex: 40002) Transmissão: 40002 –40001 = 01 = 0x01
IMPORTANTE
Não há confirmação de recebimento de dados nativa
Não existe padronização no formado de dados
Não existe padronização no mapa de memória

31. Como Funciona o Meio de Transmissão ?
Casamento de Impedância
Atenuação – Dissipação da energia Terminadores
na impedância do cabo Atenuação - Onda Estacionária
Circuito Aberto
Onda Refletida
Área Classificada
Onda Eletromagnética Segurança Intrínseca
propagando num par de fios À prova de explosão
FISCO – Fieldbus Intrinsically
Safe Concepty
Ignition Curves

32. REQUISITOS SISTÊMICOS FUNDAMENTAIS
1. O DADO SÓ TEM IMPORTÂNCIA NA HORA QUE FOI GERADO.
REDE CONFIÁVEL. RETRANSMISSÕES NÃO SÃO A SOLUÇÃO.
DETERMINISMO.
2. INDEPENDÊNCIA DE FORNECEDOR COMO NA TECNOLOGIA 4 A 20 mA
Aplicação Típica - Malha de controle
Entrada Controle Saída
Nível
Transmissor Controlador Posição
(Sensor) (PID) da Válvula
Atuador
(Posicionador
da Válvula)
Realimentação
Limites Parâmetros Nível
Controle Objetivo
Processo Processo
Transmissâo contínua
Acesso esporádico

33. AUTOMAÇÃO COMUNICAÇÃO
Transferir a informação de um ponto a outro
Objeto de Dados
2. Vazão 90 então abre a válvula
1. Vazão 90 cm3/seg
USER LAYER USER LAYER 90
90 DD – IEC 61804-2 DD – IEC 61804-2
IEC 61158 - FMS IEC 61158 - FMS FMS 90
FMS 90
Desencapsular Encapsular
DLL FMS 90 IEC 61158 - DLL IEC 61158 - DLL DLL FMS 90
IEC 61158 IEC 61158
DLL FMS 90 @ 31.25 kbit/s @ 31.25 kbit/s DLL FMS 90
Camada
H1 Física H1

34. Camada de Enlace de
Dados – DLL Data
Link Layer
para compelir os

35. Camada de Enlace de
Dados – DLL Data
Link Layer
Estou Vivo
Varredura a cada 150 ms
3 falhas sai da Live List
( 450 ms )

36. Subcamada de Acesso ao
Barramento – Fieldbus
Access Sublayer

37. PROCESSO DE CONTROLE CONTÍNUO - CASCATA
O controle está distribuído na rede, não depende de um
processador central. Conceito de Macrocycle
Trocador de Calor
1. Vapor flui pela
tubulação espiral,
inserida num recipiente,
onde passa o fluído
do processo.
Um único
2. Objetivo é aquecer o barramento
fluido do processo
até uma temperatura
definida. Fluxo Fluido
de Vapor do Prpcesso

38. Temporização do controle
em cascata - Macrocycle

39. CONTROLE EM CASCATA
Falha no SENSOR DE TEMPERATURA
Falha no SENSOR DE FLUXO
CONCEITO DE SEGURANÇA DE REDE
FAIL SAFE FAULT STATE
SENSOR DE
TEMPERATURA
Dispositivo inteligente,
emite um “bad status”,
passa controle para
manual.
Envia mensagem para
o supervisório.
SENSOR DE
FLUXO Um único
Posiciona a Válvula de
barramento
acordo com critérios de
segurança
pré- estabelecido. Fluxo Fluido
Abre totalmente de Vapor do Prpcesso
Fecha totalmente
Mantém a última posição

40. CONTROLE DISCRETO
Processo de enchimento de galões com líquido, sobre uma esteira rolante

41. Redes de Campo – FF
Schedule Building Tool
Software Configurador de Rede

42. Network Segment Execution Time
Macrocycle - Orientações da Norma
Deixar 50% da banda (tempo) para Unscheduled.
Deixar “spare time” – Totaliza - 70 % para Unscheduled.
Constatações Estatísticas – Loop de Controle deve ser 6
vezes mais rápido que o processo.
Tempo de um Bloco de Função – Multiplicar por 3.

43. PROFIBUS
1. Profibus = Process Field Bus
2. Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e
Klockner-Moeller em 1987
3. Norma EN 50170/50254
4. Controle de Processos pelo padrão Profibus PA
5. Segurança Intrínseca IEC 61158-2 no padrão PA
6. Tendência de integração de camadas (DP, PA e
Profinet).

44. Redes de Campo – ProfiBus DP

45. PROFIBUS

46. PROFIBUS

47. PROFIBUS

48. PROFIBUS
- DP
- PA

49. Redes de Campo
Device Coupler
Tronco
Device Coupler Derivação (Spur) Dispositivo
TRUNKGUARD
Logica
LED
Proteção Contra ON
Curto Circuito
Dispositivo consome a
Corrente Normal, a chave está
LED Fechada, a derivação está ativa
OFF LED VERDE ON
LED VERMELHO OFF

50. Redes de Campo
Device Coupler
Tronco
FALHA
Device Coupler
TRUNKGUARD Logica Device
Proteção Contra
Curto Circuito
Circuito Lógico deteta uma falha, abre a chave
A carga em falha é desconectada do seguimento
LED VERDE OFF
LED VERMELHO ON

51. Redes de Campo
Device Coupler
Circuito de Auto Terminação – Ligado
Ultima caixa do Segmento
TERMINATOR
Device Coupler LED
TRUNKGUARD Logica
SAÍDA
ENTRADA DO
DO TRONCO
Auto Terminação TROCO

52. Redes de Campo
Device Coupler
Circuito de Auto Terminação – Desligado
Segmento com mais dispositivos
Segment Communications
TERMINATOR
LED
Device Coupler
ENTRADA SAÍDA
TRUNKGUARD DO Logic DO
TROCO TRONCO
Auto Terminação

53. DeviceNet
Conceitos Fundamentais
Planejamento e Instalação
CAN – Controller Area Network
CIP – Commom Industrial Protocol
Redes Seguras
DeviceNet Baseline and Test Report
ODVA – Open DeviceNet Vendor
Association

54. DEVICENET RESUMO
• Desenvolvida pela ALLEN BRADLEY em 1994 e é
baseada no protocolo CAN dos anos 80.
• Protocolo CAN foi desenvolvido pela BOSCH, para
a indústria automobilística.
• Principais Fornecedores de Chip CAN – Intel,
Motorola, Philips, Nec, Hitachi, Siemens.

55. DEVICENET RESUMO
• É uma rede de comunicação de baixo custo
idealizada para interligar equipamentos industriais
utilizando o mesmo meio físico. Um par de fios. –
velocidade 500 khz
• DEVICENET é um protocolo aberto e difundido
pela ODVA
• Da mesma família CIP do DeviceNet :
• ControlNet – 5 MBits/s – 1997
• EtherNet IP 2000
• Network Safe 2004

56. DEVICENET RESUMO

57. CONEXÕES SELADAS
Terminal “T”
Conectores Segmentos da linha tronco
da linha tronco -conectores moldados
instalados no
campo
- rosqueados Derivações Terminal múltiplo
- prensados - conetores
moldados
- 0 a 20 ft.

58. CONEXÕES SELADAS
Tronco
Tronco
Derivações
Derivações
Derivações com
comprimento zero
Suporte a conexões Terminais podem ser montados em
temporárias painéis ou caixas de junção

59. DEVICENET
Dispositivo 2 Dispositivo 1
Aparece no visor e Valor Medido = Peso1
Armazena em Banco de Dados Um objeto do modelo CIP
Peso1 Peso1
CIP CIP
Desencapsular Encapsular
TRA Peso1 TRA TRA TRA Peso1
CAN
CAN
CAN TRA Peso1 CAN TRA Peso1
Camada Camada
Física Meio Físico Física
DeviceNet
Cabo com 2 pares + 1 condutor blindagem :
1 par para Comunicação e outro para a Fonte de Alimentação

60. INTERBUS
1. Desenvolvido pela Phoenix Contact, da Alemanha
2. Várias outras empresas fabricam produtos
compatíveis
3. Está sendo padronizado pela DIM e pela IEC
4. Usado para interligação de sensores e atuadores a
um elemento inteligente (CLP, CNC, etc.)
4. Norma DIN 19258 e em 2000 atende a IEC 61158
5. Scaners para PLC ou diretamente em PC através de
software específico
6. Única rede com scan de todos os escravos em um
único ciclo

61. INTERBUS

62. INTERBUS

63. INTERBUS
FRAME DE DADOS - INTERBUS

64. ASI
1. Actuator/Sensor Interface (AS-I)
2. Desenvolvida por um consórcio de 11 empresas em
1992 lideradas pela Siemens, Festo e Turck.
3. Usada para interligação de elementos binários
(sensores, atuadores, botões liga/desl., relés, etc.) a um
elemento inteligente (CLP, CNC, PLC, PC, etc.)
4. Norma IEC 50295 e IEC 62026
5. Pode ser interconectada com CAN, Profibus, FIP,
Interbus, RS-232, RS-485, etc.
6. Na versão 2.1 conecta até 62 elementos incluindo
dados analógicos.

65. ASI
Standard PLC and
standard master
Safety monitor Safe emergency Safe
Standard stop button module
module
ASi
power unit
Safe
position switch
Safe light
barrier
Standard
module

66. ASI

67. ASI
Os chips para a versão 2.1 da rede ASI
são produzidos por dois consórcios AS-Interface-conector vampiro
distintos: Siemens e Festo
desenvolveram em conjunto o chip
SAP4. 1, pino a pino compatível com o
chip SAP4, e o consórcio de oito
outros membros (Bosch, Hirsch Mann,
ifm electronic, Leuze, Lumberg,
Klockner Moeller, Pepperl+Fuchs and
Schneider Electric) desenvolveu o chip
A2SI.
Ambos os chips proporcionam todas
as funcionalidades da version 2.1.

68. Protocolo HART

69. Protocolo HART

70. HART funcionamento

71. WIRELESS - Acesso a informações antes
inacessíveis por critérios econômicos

72. LAN Wireless LAN – Cabo UTP
Meio físico único, onde todo Meio físico único, onde todo
mundo fala. Necessita de um mundo fala. Necessita de um
mecanismo para organizar a mecanismo para organizar a
sequência de quem fala. sequência de quem fala.
2,4GHZ
HUB, SWITCH
CSMA/CA CSMA/CD - ETHERNET
OFDM*/QAM Aplicação MODULAÇÃO BANDA BASE
FHSS/DSSS MAC ADDRESS, ARP.
*Diferencia os usuários pelas Enlace Enlace
frequências (grupos) ortogonais. TCP/IP
(equivalente ao MAC Address). **
Física Física
**STAR, MESH, CLUSTER TREE

73. Modelo do Protocolo
Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriu
Coloca a informação
Objeto IEC Classe 1 Tipo 30 Conteúdo
Disjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0
1
2 na Tela do Operador
na S/E ou no COS
Aplicação B70
Aplicação
B70
Enlace Enlace
ENL B70 ENL B70
Físico Físico
Desencapsular Encapsular
Destino – COS Origem - S/E Bandeirantes

74. Camada de Aplicação
Inicio (68H)
L
L
Inicio (68H)
Controle Protocol
Dados de Data
Link Unit (PDU)
Aplicação Endereço (opc.) Service
Application Data
Service Unit (LSDU)
Data Dados
Unit (ASDU)
Checksum
Fim (16H)

75. Comando de Interrogação Geral
Tipo = 100
Estrutura variável= 1
Causa (6=ativação, 7=confirmação)
Endereço comum da ASDU = 1
Endereço do objeto de informação = 0
Qualificador da Interrogação = 20 (global)
PDU
LSDU
ASDU
TX: 68 09 09 68 73 06 64 01 06 01 00 00 14 F9 16
RX: 68 09 09 68 08 06 64 01 07 01 00 00 14 8F 16

76. Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo
Informações de Processo
Direção de Monitoração
<1>:= Ponto simples M_SP_NA_1
<2> :=Ponto simples com etiqueta de tempo M_SP_TA_1
<3>:=Ponto duplo M_DP_NA_1
<4>:=Ponto duplo com etiqueta de tempo M_DP_TA_1
<5>:=Posição de passo M_ST_NA_1
<6>:=Posição de passo com etiqueta de tempo M_ST_TA_1
<9>:=Medida, valor normalizado M_ME_NA_1
<30>:=Ponto simples, etiqueta CP56Time2a M_SP_TB_1
<31>:=Ponto duplo, etiqueta CP56Time2a M_DP_TB_1

77. Semântica dos TIPOS de Informação -- ID Tipo
Informações de Processo
Direção de Controle
<45>:=Comando simples C_SC_NA_1
<46>:=Comando duplo C_DC_NA_1
<47>:=Comando aumentar/diminuir passo C_RC_NA_1
<48>:=Comando set point, valor normalizado C_SE_NA_1
<49>:=Comando set point, valor em escala C_SE_NB_1
<50>:=Comando set point, ponto flutuante C_SE_NC_1
OBS: Estas ASDUS exigem confirmação e devem ser espelhadas na
direção de monitoração, com diferentes causas de transmissão.

78. IEC 60870 104
ASDUs do IEC 101 ASDUs do IEC 101 Encapsular
CAV_Dj1_0_1
e complementares e complementares
4.Aplicação 4.Aplicação
TCP CAV_Dj1_0_1
3.Transporte-TCP 3.Transporte-TCP
2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP CAV_Dj1_0_1
1.Física 1.Física
ethernet-MAC add ethernet-MAC add MAC IP TCP CAV_Dj1_0_1
LAN

79. DNP3.0
DNP - Distributed Network Protocol - GE Harris
Utiliza camada de enlace do IEC 60870-5-2
Transferido para o grupo DNP em 1993 (www.dnp.org)
Dominante na América do Norte
Conjunto de Documentação
DNP V3.0 Data Object Library
DNP V3.0 Application Layer Specification
DNP V3.0 Transport Functions
DNP V3.0 Data Link Layer

80. Modelo do Protocolo 1
Objeto de dados Ex: S/E Cabreúva Disjuntor 1 abriu
DNP 3 - Objeto 1 Variação 2 Qualificador 1
Coloca a informação
2 na Tela do Operador
na S/E ou no COS
Disjuntor 1 Aberto - Informação => C 1 1
Aplicação C11
Aplicação
C11
Transporte TRA C11
TRA C11 Transporte
( fragmentação )
ENL TRA C11
ENL TRA C11 Enlace Enlace
Físico Físico
Desencapsular Encapsular
Destino - COS Origem - S/E Cabreuva

81. Estrutura Simplificada de um Protocolo
ID Destino Origem Dados Úteis Fim
x BYTES x BYTES x BYTES x BYTES x BYTES
Formato FT3
Start Start Comprimento
crc2
(lenght) Controle Destino Destino Origem Origem crc1
05 64
2 bytes 2 bytes
Total = 10 bytes

82. Visão panorâmica do DNP3
Exemplo
Camadas
Menagem DNP3 com 750 bytes
Aplicação
TH 250bytes TH 250bytes TH 250 bytes
Pseudo Transporte
Até 16 blocos com 18
Enlace TH
... bytes.
O último bloco fica
com o número
Bloco zero com 10 bytes Formato FT3 de bytes quebrado.

83. Tipos de Leituras de Dados
Quiescent Operation
Escravo envia dados espontaneamente. Mestre não faz
varredura
Unsolicited Report-by-Exception Operation
Espontâneo + Integridade (Classe 0)
Polled Report-by-Exception Operation
Evento (Classe 1,2,3) + Integridade (Classe 0)
Polled Static
Integridade (Classe 0)

84. Níveis no DNP V3.00
Nível 1
Descreve os requisitos mínimos do protocolo para
comunicação entre uma estação mestre e um IED
Nível 2
Descreve os requisitos do protocolo, ligeiramente maior
que Nível 1, que pode ser implementado tipicamente
entre uma estação mestre e um grande IED ou UTR
Nível 3
Descreve os requisitos do protocolo, maior que Nível 2,
que pode ser implementado entre uma estação de
mestre e uma UTR mais avançada

85. Exemplo Application
FIN 81 = Response
FIR
RX: Header
Seq
TH
05 64 1E 44 00 00 01 00 16 0D E6 E8 81
IIN OBJ
00 00 20 02 17 04 0A 01 2F 0A 00 01 65
03 86 65 06 01 4E 0C 03 01 B0 FD 6C 88
Qualificador Quantidade
Índice 8 bits
Flag 8 bits
Obs: Objeto 32 variação 2 -> Objeto analógico de 3 octetos Valor 16 bits
Analógico 16 bits Flag - 01 = on line

86. Objeto
Objeto – Indica o tipo de dados
Binary Input
Binary Output
Analog Input
Analog Output
Counters

87. Estrutura do Biblioteca DNP
Binary Input – Objetos de 1 - 9
Binary Output – Objetos de 10 - 19
Counters – Objetos de 20 - 29
Analog Input – Objetos de 30 - 39
Analog Output – Objetos de 40 – 49
Time – Objetos de 50 – 59
Class – Objetos de 60 – 69

88. Variação
É a forma como são transmitidos os dados.
Valor Analógico 16 bits
Valor Analógico 32 bits
Ponto Digital sem Estampa de Tempo
Ponto Digital com Estampa de Tempo

89. Camada de Aplicação - Qualifier
Como o campo Range será interpretado
Pergunta 1 – Forneça Resposta 1 – 25 01 02 03
as Medições ( objeto 30
variação 2 ) do
endereço 25 ao
endereço 28.
Resposta 2 – 25 01 02 03
Pergunta 2 –
A partir do endereço 25
forneça 3 Medições
Pergunta 3 – Forneça Resposta 3 – 25 01 28 02 47 03
as Medições 25, 28, 47.

90. Comentários Gerais Protocolos Seriais
IEC 60870 101 - DNP 3 - MODBUS
Custos altos nos processos de engenharia. Cada protocolo tem a sua
própria estrutura de representação de dados. US$ 28 Bi foram gastos no
mundo em 1998. Publicação Forrester Inc. Gateways.
Muitos protocolos – Limitação da interoperabilidade. Diferentes
funcionalidades.
Protocolos Proprietários – Dificultam o uso de ferramentas de mercado e do
seu desenvolvimento.
Diferentes padrões entre América, Europa e Ásia.
Perfil do Protocolo – Profile
Procedimentos de Certificação
Mercado Global requer :
Redução de custo e competição.
Padrões abertos que protejam os investimentos de obsolescência
rápida no futuro.

91. GOMSFE - Generic Object Model Substation Feeder Equip.
MMS - Manufacturing Message Specification
Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados
UCA/IEC 61850 UCA/IEC 61850 Encapsular
GOMSFE GOMSFE CAV_Dj1_0_1
CASM CASM
MMS MMS
4.Aplicação 4.Aplicação
TCP CAV_Dj1_0_1
3.Transporte-TCP 3.Transporte-TCP
2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP CAV_Dj1_0_1
1.Física 1.Física
ethernet-MAC add ethernet-MAC add MAC IP TCP CAV_Dj1_0_1
LAN

92. IEC 61850
FAQs – Perguntas frequentes
Esta tecnologia vai se tornar realidade ou é mais um vaporware ? Asset
Management ? Gerenciamento de Ativos ?
Por que devemos utilizá-la ? Que vantagens teremos ?
Eu entendo de proteção, agora necessito entender de redes
de computadores ?
Eu entendo de redes de computadores, agora necessito entender de
proteção ?
O IEC 61850 é um protocolo de comunicações ? Ora, então que o
pessoal de comunicações cuide dele.
Por que misturar proteção, supervisão, redes ? Estávamos tão bem,
cada um no seu mundo. É realmente necessário ?
Estamos abrindo um buraco na segurança ?
E os algorítimos de proteção, estudos, ordens de ajuste, lógicas de
controles e intertravamentos ?

93. IEC 61850 Conceitos Essenciais
Automação da Subestação é uma rede de computadores. Relés de
proteção, oscilógrafo, controles de bay, supervisório, etc, possuem endereço
IP, MAC Address, etc .
IEC 61850 codificou a informação. Transporte ficou com TCP/IP.
Dispositivo Lógico/Nó Lógico/Objeto de Dados.
GOOSE – General Object Oriented Substation Event –TRIP
Só na Barramento de Estação local da S/E, entre relés de um esquema
de proteção, não roteável, possui requisitos rígidos de velocidade e
determinismo.
Redes mistas, anel de fibra ótica, com protocolo RSTP para Relés de
Proteção, e estrela (switch) concentrando os demais equipamentos.
Gerenciamento de Ativos. Asset Management.
Projetar/configurar. Ferramentas de software. Configuradores SCL. Arquivos
de Configuração - .ssd, .icd, .scd, .cid

94. Arquitetura Tradicional
Seccionadora, Disjuntor, Transformador
440 KV
Proteção da Alta
Controle de Bay
Oscilografia
Fiação de Cobre cos
Unidade Terminal
Remota
Ponto a Ponto
138 KV Serial
Proteção da Baixa

95. Nova Arquitetura Hardware/Topologia de Rede
Seccionadora, Disjuntor, Transformador
440 KV
Proteção da Alta
Controle de Bay
Oscilografia
Unidade Terminal Remota
Fibra Ótica Servidor de Subestação
Supervisório Local
Ponto a Ponto
Serial
138 KV
COS
Proteção da Baixa

96. Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados
440 KV
TP
TVTR GGIO
TC GAPC Ultrapassou Limite
Superior
TCTR
MMXU MW
XCBR XARC Soma corrente
PDIS RFLO Distancia
XSWI
ATCC RDRE Registrador
GGIO - Generic input/Output
138 KV GAPC - Automatic Process Control
XARC - Monitoring for arcs
RFLO - Fault Locator
RDRE - Disturbance Recorder
ATCC - Tap changer controller

97. IEC 61850-7: Mensagem
para abrir/fechar um disjuntor
BAN01/Q0CSWI1.Pos.ctlVal
Nome do atributo (fixo)
Nome do Objeto de dados (fixo)
Sufixo do nome do nó lógico (livre)
Nome
Classe Nó Lógico (fixo)
do Nó
Prefixo do nome do Nó Lógico (livre) Lógico
Nome do Dispositivo Lógico (livre)

98. IEC 61850 – Conceito GOOSE
O dispositivo envia informação em multcast
O assinante (subscriber) recebe esta mensagem. Não assinantes
a ignoram.
Z é um assinante e recebe a mensagem. Y não é um assinante e a ignora.
EXEMPLO: GOOSE
Receiver
Device Y
GOOSE message
Ethernet
GOOSE
Sender
Device X
GOOSE
Receiver
Device Z
GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)

99. Tagged Internet Frame
Quadro de Internet com TAG de
Prioridade
TAG CP
Pre SFD DA SA ET MAC - Dados FCS
Prior TP
7 1 6 6 2 46 – 1500 bytes 4
4 2
•Tag de Prioridade ( Virtual LAN)
2 bytes para identificação do TAG – IEEE 802.1Q
Virtual Bridge Local Area Network
2 bytes para informação de controle do TAG
• EtherType – 2 bytes para indicação do tipo de protocolo
no pacote ethernet

100. Comparação entre Protocolos - * R=Redes *B=Bit+byte+packet *TR=Tempo Real
CAMADA USO CAMADA TEMPO ACESSO CLASSI - REGRA DE FREQ HZ SOE MODELO
APLICAÇÃO FÍSICA MENSAG FICAÇÃO DESENVOLV TIPICA NAT
PRINCIP troughput
troughp. troughput
Modbus Scada*TR RS485, 232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Não Mestre/Escr
IEC101 SCada*TR RS232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr
IEC103Proteção Scada*TR RS232 Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr
IEC104 Scada*TR Ethernet Seg Prot / byte P. Desbal L. Banda 9,6 K Sim Mestre/Escr
DNP3 Scada*TR RS232 Ether Seg Prot / byte Bal Des L. Banda 9,6 K Sim M/M Mest/Esc
IEC 61850 Automação Ethernet Seg, mili, CSMA/CD Arquitetur Simplific. Eng. 100 M Sim Cli/Serv Eth
Autom. Substação Scada*TR GOOSE microseg *R *B Automaç Tec. Objetos Proteção Multcast Eth
Foundation Controle Barr Campo Dezenas LAS Arquitetur Simplific. Eng. 31,25 K Não Cli/Serv Eth
Fieldbus Processo 2 fios milis Automaç Tec. Objetos Multcast LAS
*R *B 100 M
Profibus DP Controle Barr Campo Dezenas Token Arquitetur Simplific. Eng. 31,25 K Não Cli/Serv Eth
Processo 2 fios PA milis Automaç Tec. Objetos Multcast Tok
PA Fieldbus *R *B 100 M
Devicenet Controle Barr Campo Dezenas CSMA/BA Arquitetur Simplific. Eng. 500 K Não Cli/Serv Eth
Manufatura 4 fios milis *R *B Automaç Tec. Objetos Multcast
Fieldbus 100 M CSMA/BA
Interbus Controle RS485 4 fios Miliseg Prot / bit Protocolo L. Banda 500 K Não Mestre/Escr
Manufatura EIA 422
Fieldbus Velocidade
ASI Controle Barram Prop Miliseg Prot / bit Protocolo L. Banda 127 K Não Mestre/Escr
Manufatura 2 fios
Velocidade
Hart Supervisão 4 a 20 mA Dezenas Prot / byte Protocool L. Banda 4k Não Mestre/Escr
Carrier milis

101. Comparação Topologias - Barramento – Estrela – Anel
Camada Barramento Estrela Anel
Física
MODBUS ( Full RS 485 - 4 ou 2 Daisy Chain – sem Caso Particular Não aplicável
Duplex-4 fios, Half fios, Alim+Sinal derivações–Recom Barrament Deriv.
Duplex-2 fios)
MODBUS, IEC 101, RS232 Não aplicável Mestre/Escravo Não aplicável
103, DNP - Full, Half USART Computador/UTR
IEC 104, DNP3- Ethernet TCP/IP Cabo coaxial -obsoleto Mestre/Escravo Não aplicável
TCPIP - LAN TCP/IP é só meio
IEC 61850 Autom. Ethernet TCP/IP Cascata de switch Tagged Switches Tagged Switches
Substação - LAN Redundância Cabo UTP / Fibra Ót RSTP – Fibra Ótica
Foundation 2 fios Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável
Fieldbus Alim+Sin juntos Derivações (spurs) Ethernet
Profibus DP PA 2 fios Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável
Fieldbus Alim+Sin juntos Derivações (spurs) Ethernet
Devicenet Field 4 fios / Ethernet Tronco (trunk) e Só para camada física Não aplicável
2 Alim / 2 Sinal Derivações (spurs) Ethernet
Interbus Fieldbus 4 fios 2Alim 2Sinal Tronco (trunk) e Caso Particular Não aplicável
ASI 2 fios Derivações (spurs) Barrament. Deriv.
WIRELESS FHSS / DSSS Não aplicável Ponto de Acesso Malha - Mesh

102. COMPARAÇÃO DE TOPOLOGIAS
Barramento – Estrela – Anel
Barramento Estrela Anel
Redundância Pior – switches Médio Melhor
em cascata
Latência Média Melhor Pior
Custo Menor Maior – “home Médio
run cabling” caro
Latência – Tempo de um pacote internet sair de um IED e
chegar ao destino.
Utilizar Switches com RSTP, VLAN, QoS (prioridade para
GOOSE ), Tagged Ethernet, segregação de redes de Alta
Prioridade.