O objetivo desta parte da documentação é o de especificar um método de troca de dados, com ou sem prioridade, através da LAN com o uso da Abstract Communication Service Interface (ACSI) no protocolo Manufacturing Messaging Specification (MMS) da ISO-9506, o qual define o mapeamento dos objetos de dados e serviços [73].
A pilha de protocolos utilizada pelo padrão IEC 61850 é composta pelo serviço de geração de dados, camadas de transporte, rede e enlace. A Figura 5.6 exibe tal organização. Quanto a referida figura, cabe notar que apenas a camada de enlace é comum a todos os tipos de mensagem. A camada de enlace se utiliza do protocolo Ethernet, para a qual há a possibilidade de estabelecimento de prioridade de envio/recebimento nas mensagens.
Rede
Comunicação em Tempo Real
Comunicação
Cliente/Servidor GOOSE Valores Amostrados
Transporte
Enlace (Ethernetcom prioridade)
Figura 5.6: Pilha de protocolos IEC 61850 simplificada. Fonte: [67]
As mensagens envolvidas no âmbito deste padrão podem ser divididas naquelas que não possuem restrição de tempo de tráfego e aquelas que o têm. Para a Figura 5.6 as mensagens denominadas cliente/servidor não possuem restrição de tempo, portanto utilizam toda a pilha de protocolos até chegar a camada de enlace. Para as demais mensagens, GOOSE e valores amostrados, existe restrição quanto ao tempo de tráfego, logo são mapeadas diretamente até a camada de enlace [67]. A Tabela 5.4 apresenta a classificação das mensagens para o padrão IEC 61850.
Tabela 5.4: Classificação de mensagens para o padrão IEC 61850.
Tipo Mensagem Descrição
1 Mensagem rápida
1A Trip
2 Mensagem de média velocidade
3 Mensagens lentas
4 Dados em rajada
5 Funções de transferência de arquivos 6 Mensagens de sincronismo de tempo
Fonte: [73]
Mensagens GOOSE
As mensagens de alta prioridade, 1 e 1A, de acordo com a Tabela 5.4, recebem a designação Generic Substation Events (GSE). Uma subclassificação é atribuída a tais mensagens, a saber: Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) e Generic Susbtation Status Event (GSSE). A diferença entre elas reside no fato de que para as mensagens GOOSE a informação é configurável e utiliza um grupo de dados (data set) que permite a certo destinatário assimilar que o estado de uma informação foi modificado, além do momento de sua ocorrência. Já a subclassificação GSSE trabalha com uma estrutura fixa para as informações de estado, a qual é disponibilizada na rede de comunicação de dados da subestação [74].
Através dos uso das mensagens GOOSE ou GSE é possível realizar a troca de informações diretamente entre dois IEDs, comunicação peer-to-peer, em alta velocidade. Essa característica acaba por implicar na modificação do circuito funcional de uma subestação de energia elétrica, pois o número de ligações elétricas, feitas com condutores metálicos, é sensivelmente diminuída. Ainda sobre as mensagens GOOSE é adequado mencionar que as mesmas fazem uso do serviço Specific Communication Service Mapping (SCSM), o qual vem a ser uma estratégia de retrans- missão de mensagens até que o emissor das mesmas receba uma confirmação de entrega pelo receptor ou receptores desejados. A cada tentativa de envio, o tempo de espera para a confir- mação é dobrado, visando a minimizar o congestionamento na rede de comunicação. A cada mensagem reenviada, um parâmetro chamado timeAllowedToLive é transportado. Sua função é informar ao receptor o tempo máximo para a próxima retransmissão. Se uma nova mensagem não for recebida nesse intervalo de tempo, então, o receptor assume que houve perda na conexão.
Barramento de Processo
O padrão IEC 61850 permite trabalhar, basicamente, com duas arquiteturas para integração dos três níveis de um sistema de automação de subestações. A Figura 5.7 apresenta uma con- cepção convencional para atingir tal objetivo, a qual está baseada no uso intensivo de condutores metálicos e construção de circuitos funcionais para troca de informação entre o nível de processo e nível de Bay do sistema de automação. Logo, existe apenas um barramento de comunicação de dados entre o nível de Bay e o nível de estação.
Para o Controle Central
IHM Ferramentas deEngenharia
Switch Roteador IEC 61850-8 Barramento de Estação Fiação Elétrica Controlador de
Bay IED A IED B
Disjuntor e\ou Chaves de Alta Tensão
Convencionais
TCs e/ou TPs Convencionais
Disjuntor e\ou Chaves de Alta Tensão
Convencionais TCs e/ou TPs Convencionais IED B IED A Controlador de Bay
Figura 5.7: Arquitetura para automação contendo apenas barramento de estação. Fonte: [75]
Ao se prover uma interface IEC 61850 aos equipamentos de pátio, acaba-se por introduzir um novo barramento de comunicação na subestação, a saber: o barramento de processo, o qual interliga o nível de processo ao nível de Bay. Esta nova arquitetura acaba por implicar em uma mudança acentuada para a construção de subestações de energia elétrica, pois com seu uso há acentuada redução do uso de fiação elétrica e conseqüentemente estabelece-se uma mudança nos circuitos funcionais da subestação. Agora, as informações, comandos, etc. passam a circular, majoritariamente, através de redes de comunicação de dados entre os três níveis. A Figura 5.8
Para o Controle Central
IHM Ferramentas deEngenharia
Switch Roteador IEC 61850-8 IEC 61850-9 Barramento de Estação Controlador de
Bay IED A IED B
Disjuntor e\ou Chaves de Alta Tensão
não Convencionais
TCs e/ou TPs não Convencionais
Disjuntor e\ou Chaves de Alta Tensão
não Convencionais TCs e/ou TPs não Convencionais IED B IED A Controlador de Bay Switch Switch Barramento de Processo
Figura 5.8: Arquitetura para automação contendo barramento de processo e estação. Fonte: [75]
exibe a arquitetura mencionada.
Um elemento responsável por prover tal interface é a Merging Unit (MU), a qual realiza a amostragem dos sinais de interesse, tensão, corrente, estado de equipamentos, mediante uma taxa de amostragem predeterminada. As unidades de interface MU disponibilizam os dados para outros IEDs para realizar as atividades necessárias no contexto da subestação.
A comunicação adotada para as MUs é serial e multidrop, isto é, pode-se conectar mais de um elemento na rede. Além de ser simplex, dados em uma única direção, e ponto-a-ponto. A Figura 5.9 ilustra uma MU.
Proteção de Linha Controlador Ethernet Controlador de Bay Controlador Ethernet
Conexão serial simplex
Multidrop Sinais de Tensão Sinais de Corrente Entradas Digitais Merging Unit Múltiplas Portas Controlador
Ethernet Interface para Sincronização, Monitoramento, Teste
e Configuração
Figura 5.9: Exemplo de MU. Fonte: [76]