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Protocolo IEC 870-5-101 para sistemas SCADA
Continuando con los protocolos de comunicación para sistemas SCADA, hoy les voy a presentar información relevante acerca del IEC-870-5-101.
En mi post anterior abordamos las nociones básicas de este tipo de protocolos y analizamos el DNP3.
Si alguien está interesado, pueden acceder al post haciendo click
En mi post anterior abordamos las nociones básicas de este tipo de protocolos y analizamos el DNP3.
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El protocolo IEC 870-5-101 fue desarrollado por el comité técnico 57 para tele control, tele operación y telecomunicaciones asociadas de sistemas electrónicos de potencia. Como resultado, 5 especificaciones fueron generadas:
- IEC 870-5-1 (el formato de la trama de transmisión)
- IEC 870-5-2 (servicios de transmisión de la capa de enlace)
- IEC 870-5-3 (estructura general de datos en la capa de aplicación)
- IEC 870-5-4 (definición y codificación de los elementos de información)
- IEC 870-5-5 (funciones de aplicación básicas)
Además, el comité produjo un estándar adicional: IEC 870-5-101, específicamente para las RTU y basado en los documentos IEC-870-5 del 1 al 5.
Este protocolo también incluye su propia terminología:
denomina estación controlada (controlled station) a la estación externa (outstation en DNP3),
estación remota (remote station), unidad terminal remota (remote terminal unit RTU) y estación esclava (slave station), monitoreadas o controladas por una estación maestro que recibe el nombre de estación controladora (controlling station). Esta última realiza el tele control de las estaciones externas.
denomina estación controlada (controlled station) a la estación externa (outstation en DNP3),
estación remota (remote station), unidad terminal remota (remote terminal unit RTU) y estación esclava (slave station), monitoreadas o controladas por una estación maestro que recibe el nombre de estación controladora (controlling station). Esta última realiza el tele control de las estaciones externas.
Capa de aplicación
Al igual que en DNP3, el protocolo IEC 870-5-101 obedece a un esquema de capas.
La capa de aplicación trabaja con ASDU (application service data unit), que es derivada de la especificación IEC 870-5-3 y describe las ASDU para las tramas de transmisión.
La capa de aplicación trabaja con ASDU (application service data unit), que es derivada de la especificación IEC 870-5-3 y describe las ASDU para las tramas de transmisión.
Las ASDU se especifican como tramas de longitud variable que se construyen según el formato-clase FT 1.2.
Si la estación controladora y varias estaciones controladas comparten un canal físico común, entonces el enlace debe ser operado de modo que se evite la posibilidad de que más de una estación intente transmitir al mismo tiempo en el canal.
La secuencia que permite acceso al canal a las estaciones externas se determina por un procedimiento que funciona a nivel de la capa de aplicación en la estación controladora.
Si la estación controladora y varias estaciones controladas comparten un canal físico común, entonces el enlace debe ser operado de modo que se evite la posibilidad de que más de una estación intente transmitir al mismo tiempo en el canal.
La secuencia que permite acceso al canal a las estaciones externas se determina por un procedimiento que funciona a nivel de la capa de aplicación en la estación controladora.
Capa de enlace
La especificación IEC 870-5-2 ofrece una selección de procedimientos de transmisión a nivel de la capa de enlace usando un campo de control y un campo opcional para la dirección.
El protocolo IEC 870-5-101 especifica un formato de trama tipo FT 1.2, lo que implica que cada trama debe empezar con:
y terminar con:
El protocolo IEC 870-5-101 especifica un formato de trama tipo FT 1.2, lo que implica que cada trama debe empezar con:
- Un octeto para el caracter de inicio (start character)
- Un octeto para la longitud de la trama (frame length)
- Un octeto para la dirección de enlace (link address)
y terminar con:
- Un octeto checksum
- Un octeto para el caracter de parada (stop character)
El protocolo IEC 870-5-101 es asíncrono con una distancia de hamming igual a 4. Esto a su vez implica que cada octeto debe ser empaquetado con un formato de clase FT 1.1 con una distancia de hamming igual a 2. Es decir, encapsular cada bloque de acuerdo al siguiente formato de caracter:
Las tramas se forman juntando estos caracteres en concordancia con el formato FT1.2. En la imagen de abajo pueden ver un ejemplo.
- 1 bit de inicio
- 1 bit de parada
- 1 bit de paridad (even)
- 8 bits de datos
Las tramas se forman juntando estos caracteres en concordancia con el formato FT1.2. En la imagen de abajo pueden ver un ejemplo.
Capa física
En esta capa, el protocolo es capaz de dar soporte a varias topologías (ver imagen de abajo).
Ahora, en cuanto a las posibles topologías que podrían implementarse utilizando RTUs, miren la imagen de abajo. Observen que a fin de cuentas podríamos recibir los datos recolectados en planta, a la comodidad de nuestro teléfono celular.
Especificaciones de las RTU
Entre este y el anterior post, abarcamos 2 protocolos muy usados a nivel de RTU para sistemas SCADA, pero ¿qué criterios deberíamos tomar en cuenta a la hora de adquirir una RTU? Aquí les dejo algunos:
- Rango de temperatura de la aplicación que se desea realizar (por ejemplo, de -10°C a 65°C)
- Humedad relativa
- Polvo, lluvia, sal y protección contra neblina
- Inmunidad al ruido eléctrico
- Tamaño físico (debe tener el espacio adecuado para ser instalado en planta)
- Consumo de energía
- Capacidad I/O (se refiere a la capacidad en cuanto a la cantidad de entradas y salidas del dispositivo. En general, siempre se debe dejar cierta holgura por si en un futuro se conectan más elementos; entre el 10% y 20% deberían quedar disponibles luego de instalar la RTU. Además, no se debe pedir salidas análogas si no son realmente necesarias, y de ser así, hay que considerar muy bien la precisión de los canales análogos y el tipo de señales digitales esperadas)
- Programabilidad y configurabilidad (básicamente podría decirse que se refiere a qué tan fácil o difícil es programar, configurar, modificar la programación o la configuración. Para conocer mejor sobre estos términos pueden revisar la IEC 1131-3)
- Facilidad de diagnóstico (local y remoto)
- Capacidad de comunicación (incluyendo soporte para radio, PSTN, línea terrestre, microonda, satélite, X.25, entre otros. El uso de la PSTN implica que la RTU deberá marcar fecha y hora, y almacenar la información cuando no está conectada; así, el SCADA master puede llamar para llevarse los datos con información histórica que incluye archivos de tendencia)
- Protocolos de comunicación (es mejor elegir los más conocidos como DNP3, IEC 870, MMS, en vez de protocolos propietarios)
- Funcionalidad (considerando factores como marcación de fecha y hora, memoria para almacenar información en el evento de pérdida de comunicaciones, habilidad para realizar cálculos, entre otros)
- Se debe buscar que soporten comunicaciones punto a punto incluyendo capacidad de almacenar y enviar si las comunicaciones son difíciles, especialmente cuando se trabaja con radio enlaces.
- Definir las tasas de transferencia de datos (1200 baudios FSK, o 9600 baudios radio)
- Se pueden pedir puertos adicionales, especialmente cuando se trabaja con PLCs
- Nuevamente enfatizo en el tema de la fecha y hora que debe marcar la RTU. Hay que buscar que el dispositivo sea preciso en este aspecto, considerando que el estándar en la industria eléctrica es de 1 milisegundo y esto sólo se consigue con procesadores rápidos y una señalización precisa del tiempo, por ejemplo desde GPS.
- Capacidad de direccionamiento (por ejemplo, máximo 255 RTUs)
- Actualizaciones de compatibilidad tanto de software como de hardware
- Registro de errores (y acceso remoto a dichos registros)
- Filtros digitales para las entradas análogas.
Eso fue todo por hoy. Recuerden que yo posteo desde lo general hasta lo específico, entonces si tienen alguna duda en cuanto a la terminología usada o alguna cosa que parece que no expliqué, pueden visitar mis posts anteriores y aprender de forma progresiva.
Visiten mi contenido haciendo click en la imagen de abajo
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