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Relés Digitais - Comunicação e Interfaces - Coggle Diagram
Relés Digitais - Comunicação e Interfaces
Dados vs Informação
O tipo de informação que se deseja transmitir determina o formato (codificação) do objeto de dados que será utilizado para representá-la.
O formato do objeto de dado é algo importante de se ter de antemão para transformar esse dado em informação, e para que se tenha a comunicação entre os equipamentos.
Para realizar a integração de equipamentos em redes de comunicação, precisamos entender o que significa cada bit do dado transmitido, ou seja, precisamos conhecer o formato/codificação dos dados ou objetos trafegados.
Endereçamento
Um espaço de endereçamento define uma faixa de endereços.
Cada endereço pode corresponder a uma série de coisas.
Um registrador físico ou virtual
Um nó ou elemento de rede
Um dispositivo periférico, por exemplo um endereço associado à uma porta de comunicação
Alguma outra entidade lógica ou física
Princípios de Comunicação de dados
Sentido da Comunicação
Simplex
A comunicação ocorre em apenas um só sentido.
Half-Duplex
A comunicação ocorre nos dois sentidos pelo mesmo meio de comunicação.
Necessita de algum tipo de arbitragem para definir o momento de enviar e o momento de receber a informação.
Duplex
Transmite e recebe a informação ao mesmo tempo.
Possui dois meios separados.
Topologia
Ponto a Ponto
Só há uma ligação entre duas entidades
Multi-Ponto
Um elemento transmite para vários elementos ou vários elementos transmitem para vários outros elementos.
Verificação da integridade dos dados
Paridade
É uma maneira simples de manter uma determinada qualidade nos dados que estão sendo enviados.
Conta o número de bits e vê se é par ou impar
Checksum
Diz respeito ao envio de pequenos dados que irão resumir os dados que estão sendo enviados naquele pacote.
CRC
Verificação de redundância cíclica
Formato dos dados
Bits de parada e bits de dados
Determina quando termina ou começa o dado
Taxa de Transferência
Velocidade de Transformação de cada bit dos dados
Overhead
Diz respeito a realizar o maior número de verificações possíveis e incluir o máximo de dados nessas verificações visando a garantia da integridade do dado.
É necessário realizar o overhead para enviar o dado, de forma a transmitir menos dados por segundo.
Princípios extremamente importantes para o projeto e configuração de IEDs
Modelo OSI
Criado pela ISO para modelar a interconexão de sistemas. Normalizado sob a ISO/IEC 7498
Segundo esse modelo a rede de dados é estruturada por um conjunto de camadas hierárquicas ou níveis, que devem ser pensadas como programas ou processos, implementadas em hardware ou software.
Essas camadas se comunicam com o processo de mesmo nível em outro dispositivo
Isso é feito através do encapsulamento dessa informação que ser agregada ao pacote que vai ser enviado.
As regras que definem a conversação das camadas hierárquicas são chamadas de protocolos.
O protocolo irá determinar o modo que as informações serão passadas entre as camadas em um dado dispositivo e através da última camada, nível físico, para outro dispositivo na rede.
Camadas
Apresentação
É a camada responsável por compatibilizar a representação de estrutura dos dados.
Sessão
É a camada que sincroniza/organiza diálogos entre usuários.
Aplicação
É a camada funcional, onde se tem maior contato com o usuário. É onde temos as funções que manipulam os dados trafegados.
Transporte
É a camada que divide e transporta dados entre processos.
Rede
É a camada que faz o roteamento dos pacotes
Enlace de dados
É a camada que controla o fluxo e erros
Camada Física
É a camada de interface física do equipamento
Interfaces de Comunicação
Os padrões de interface de comunicação constituem de um conjunto de normas para especificar a camada de enlace e/ou camada física, utilizando diversos protocolos da área de automação
Esses padrões determinam como o protocolo será transmitido eletricamente, de forma a assegurar o mesmo meio físico e uma mesma arbitragem para o acessos dos dispositivos de rede.
Padrões de Interfaces
Ethernet
Esse padrão é definido pelo padrão IEEE 802, que é uma família de padrões para redes.
Atua nas camadas de enlace e física
Logical Link Control (LLC)
Tem a função de fornecer um ou mais pontos de acesso aos usuários de rede
Na Camada de Enlace
Medium Access Control (MAC)
Monta os dados a serem transmitidos em quadros com campos de endereço e detecção de erros
Desmonta os quadros e faz o reconhecimento de endereço e detecção de erros
Gerencia a comunicação no enlace.
Na Camada Física
padrão IEEE 802.3 define uma nomenclatura específica para determina a taxa de transmissão, a técnica de sinalização e a característica do meio físico.
Cabeamento
Definido pelo padrão EIA/TIA 568
Cat5e é o padrão mínimo atual.
Cabo STP e UTP com conector RJ45
Fibra ótica multimodo ou monomodo com diversos tipos de conectores.
A conexão sem fio é definida pela IEE 802.11
A taxa de transmissão é de 10Mbits/s a 100Gbits/s
Hubs estão em desuso pois tinham colisões e atuavam só na camada física.
Com os switches conseguimos eliminar as colisões e também atuar na camada de enlace
Utilizado como método de aceso o CSMA/CD
Esse método detecta a colisão e tenta a retransmissão a partir de um tempo aleatório.
Para o caso de colisões sucessivas, um algoritmo é utilizado para determinar o novo tempo de espera, sempre aleatório, visando minimizar a probabilidade de colisões recorrentes.
Esse método se aplica a comunicação half-duplex. Logo é pouco utilizado, visto que com a utilização de fibra-ótica e switches, por exemplo, as colisões foram eliminadas.
Cada interface Ethernet possui um endereço MAC único.
EIA/TIA 232 (RS232)
Criado para atender a comunicação entre um DCE (Dispositivo de Comunicação) e um DTE (dispositivo Terminal), definindo características elétricas e mecânicas para o meio físico da interface.
Nível Lógico 1 (Mark)
Utilizado como inativo para os sinais de controle
Nível Lógico 0 (Space)
Utilizado como ativo para os sinais de controle
Taxa de transmissão de até 20kbps ou 200kbps no limite.
Esquema de ligação ponto a ponto
Figura 1 do Arquivo Imagens
Disponibilizado na vídeo-aula 7 ministrada e disponibilizada pelo professor Rainer Zanghi
O controle do fluxo das informações é realizado pela Camada de Enlace
Isso é possível através de sinais de controle previstos pelo padrão, possibilitando o handshake (troca de sinais físicos ou por software) entre dois dispositivos conectados.
O padrão também define as especificações mecânicas para determinar o tipo de condutor a ser utilizado, podendo ser do tipo D de 25 ou 9 pinos.
A localização dos sinais nos pinos do conector também é padronizada.
EIA/TIA 485 (RS 485)
Criado para atender a necessidade de implementação de uma rede com topologia em barra verdadeiramente multi-ponto, com suporte a múltiplos transmissores e receptores
Suporta até 32 transmissores e 32 receptores
Tem imunidade a ruídos por possuir transmissão balanceada.
Taxa de transmissão até 10Mbps
Esquema de ligação multi-ponto
Figura 2 do Arquivo Imagens
Disponibilizado na vídeo-aula 7 ministrada e disponibilizada pelo professor Rainer Zanghi
O padrão não estipula um tipo de conector, mas normalmente também é utilizado os conectores do tipo D.
Conversores de mídia podem ser utilizados para transformar interfaces de comunicação para atender às necessidades do projeto.
Sincronismo de tempo
Os IEDs devem ser sincronizados, possuindo a mesma data e hora, possibilitando o sequenciamento de eventos, registro oscilográfico e medição fasorial.
Algumas interfaces e protocolos são utilizados para a comunicação da data e hora atual entre dispositivos eletrônicos, que funcionam como relógio de referência para os IEDs, e os IEDs
SNTP
Protocolo de Tempo de Rede Simples
É importante para que os dispositivos que são conectados juntos tenham o mesmo tempo e, com isso, possam efetivamente executar ações em tempo real um com o outro.
IRIG-B
Define tanto protocolo quanto interface
Utilizado para a comunicação da data e hora atual entre dispositivos e IEDs.
PTP
Precision Time Protocol
Possibilita um ótimo sincronismo para medições fasoriais, por exemplo
Normalmente se utiliza redes Ethernet, mas o protocolo não se limita só a isso.
Precisão na casa de sub-microsegundos
Protocolos vs Padrão/Norma
Um protocolo é um conjunto de regras que devem ser adotadas para que seja possível estabelecer comunicação entre dois agentes.
Protocolo NÃO é interface de comunicação
Mas, alguns protocolos utilizam diversas interfaces. Por exemplo: Modbs utilizando EIA/TIA 485, ou Modbus TCP que utiliza Ethernet
Para facilitar sua implementação por diferentes fabricantes, alguns protocolos foram normalizados por entidades.
Um padrão ou norma é criado por um grupo de trabalho ligado a uma entidade de normalização e define características, propriedades e procedimentos de um determinado tema.
Algumas normas definem interfaces de comunicação ou sugerem o uso de determinados protocolos para seus procedimentos.
Exemplo: IEC61850 recomenda a utilização do protocolo MMS