Curso Sistemas Control Comunicaciones 2011 Parte9
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________________________________________________________________________________________________________________________Sistemas de Control y Comunicaciones en Sistemas Eléctricos de Potencia Rodolfo Pellizzoni 2011 417
Caja de Empalme
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Caja de Empalme
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Hilos (Pelos) F.O.
Empalme hilos (pelos) F.OTubos protectores
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F.O. tipo ADSS
Caño Galvanizado al canal de cables
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Comunicaciones Comunicaciones –– F.O. F.O. –– Cable Tipo ADSSCable Tipo ADSSCaracterCaracteríísticas Tsticas Téécnicascnicas
Monomodo EstMonomodo EstáándarndarITUITU--T G 652T G 652
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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)
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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)
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F.O. tipo OPGWF.O. tipo OPGW
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HerrajesHerrajes
GrapaGrapa de de BajadaBajada
ConjuntoConjunto de de SuspensiSuspensióónnConjuntoConjunto de de AnclajeAnclaje
AmortiguadoresAmortiguadores
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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
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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)
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TeleprotecciTeleproteccióónn
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Sistema de Teleprotección
Soporte de Transmisión:
• Canales analógicos (Onda Portadora sobre LAT, Cables Telefónicos, Radioenlaces)
• Canales digitales
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TeleprotecciTeleproteccióónn
En estado de reposo el emisor emite un tono de guarda, y cuando debe enviarse una orden, se sustituye por un tono de disparo
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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
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TeleprotecciTeleproteccióónn
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)
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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)
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TeleprotecciTeleproteccióónn
•• 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
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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
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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
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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
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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
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AutomatizaciAutomatizacióón de EE.TTn de EE.TT
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�� AutomatizaciAutomatizacióón de EE.TT.n de EE.TT.
• Estado actual� Topologías� Ejemplos
• TendenciasTendencias
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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
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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)
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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
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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
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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)
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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.
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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
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• 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
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Protocolos de Transmisión de Datos – IEC 60870-5
DNP 3.0DNP 3.0 IEC 60870IEC 60870--55--101101
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Modelo TCP/IPModelo TCP/IP
Sistema Origen
RedRed
Sistema Destino
Transporte
Internet
Host a Red
Aplicación
Transporte
Internet
Host a Red
Aplicación
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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.
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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.
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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)
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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
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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
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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)
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LANLAN
Tipo de transmisiTipo de transmisióónn
•• Unicast: Unicast: dirección individual
• Brodcast: todos los dispositivos de la red
• Multicast: grupo de dispositivos de la red
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Red de Area Local – Local Area Network (LAN)
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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
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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
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Ethernet Ethernet –– IEEE 802.3IEEE 802.3
10 Mbps – 10Base-T Ethernet
100 Mbps – Fast Ethernet
1000 Mbps – Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet
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•• 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
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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
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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.
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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)
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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