Aula 05 - Protocolos de Comunicação - Parte 1

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Proteção de Sistemas 
Elétricos de Potência
Disciplina: Tópicos Especiais I – Norma IEC 
61850
Agenda
• Visão geral sobre a norma IEC 61850;
• Redes de computadores;
• Arquitetura de rede segundo a IEC 61850;
• Modelagem de dados: organização dos dados nos IEDs;
• Protocolos de Comunicação: GOOSE, MMS e SV;
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Agenda
• Linguagem de programação: XML e os arquivos ICD, CID e SCD;
• Protocolo de sincronismo de tempo: SNTP;
• Projetos de automação para subestações;
• Segurança de rede nas subestações;
• Prova
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Protocolos de Comunicação da 
IEC 61850
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Tipo de Mensagens
• Quais tipos de mensagens temos em uma rede?
– Alarme – prioridade alta
• Sinais de disparo, proteção, bloqueio, intertravamento;
– Monitoramento e Controle – prioridade média
• Estado de equipamentos e controle (informações operacionais)
– Transferência de arquivos – prioridade baixa
• Oscilogramas, relatórios de falta, etc;
• A norma descreve mais de um tipo de mensagem devido à necessidade
de atendimento a diferentes serviços. Cada mensagem exige um
requisito diferente!
• A codificação e a sintaxe das mensagens são definidas pelo Mapeamento
de Serviços de Comunicação Específicos (SCSM);
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Tipo de Mensagens
• Classes de mensagens da norma IEC 61850:
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Tipo de Mensagens
• Requisitos de tempo por tipo de mensagem conforme a norma
IEC 61850:
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Tipo de Mensagens
• Mensagens com grande restrição temporal (Ex: 3, 10, 20ms)
– GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)
– SV (Sampled Values)
• Mensagens que não tem grande restrição temporal (Ex: 100, 500,
1000ms)
– MMS (Manufacturing Message Specification)
• Sincronismo Temporal
– SNTP (Simple Network Time Protocol)
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Tipo de Mensagens
• Os requisitos de tempo apresentados são os tempos máximos permitidos
para a troca de dados no sistema de comunicação;
• Este cálculo considera o processamento das lógicas nos dispositivos de
origem e destino;
• A composição do tempo de transmissão de uma mensagem é a soma dos
tempos de processamento e do tempo de transmissão (para percorrer a
rede) do dado em si;
• O tempo total para que uma mensagem gerada por PD1 seja transmitida
via rede e atue em PD2 é chamado tempo de transferência. Este valor é
o que realmente importa para o sistema de automação, pois representa o
tempo realmente gasto para comunicação de dados entre esquemas
de proteção e sistema de controle.
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Tipo de Mensagens
• Tempo de transmissão: t = ta + tb + tc
• Tempo total para que uma mensagem gerada por PD1 seja transmitida via rede e
atue em PD2 é chamada de tempo de transferência. T = t + f2
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Protocolos IEC 61850
• Suíte de protocolos da Norma IEC 61850:
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GOOSE
(Generic Object Oriented 
Substation Event)
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GOOSE
• Generic Object Oriented Substation Event
– Mensagem para transmissão de eventos
configurável;
– Transmissão da informação de alta
prioridade, como comandos de trip ou
bloqueio;
• Requisitos Rígidos de Tempo:
– Mensagens rápidas (TRIPs) – 3 ms
– Comandos, mensagens simples – 20 ms
• Mapeada diretamente na camada de enlace
(mensagens de camada 2);
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GOOSE
• GOOSE é baseado na transmissão de alta
prioridade do estado da informação em intervalos
cíclicos;
• O modelo de comunicação é do tipo
publicador/assinante;
– O envio de dados é espontâneo, não sendo
necessário a solicitação por parte do cliente;
• O esquema de transmissão utilizado é o
multicast, assim, em um único ciclo de
comunicação na rede, todos os assinantes são
atualizados permitindo atingir os requisitos de
tempo definidos na norma;
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GOOSE
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GOOSE
• Por ser uma mensagem de camada 2, não tem
controle de envio/recebimento, logo, não há a
confirmação de recebimento;
– Para contornar este ponto, na ocorrência de um
evento é disparado uma “rajada” de mensagens
GOOSE na rede;
• Trafegam apenas dentro da LAN;
• Possuem apenas endereços MAC;
• Não possuem IP e não são roteáveis;
• A mensagem GOOSE não é um comando de um
IED para outro, é apenas a indicação de que um
evento ocorreu. Os IEDs que a recebem devem
definir qual ação tomar.
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GOOSE
• Mecanismo Publisher/Subscriber
• Multicast
Troca de mensagens GOOSE 
entre os IEDs
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GOOSE
• Mensagem contendo todos os dados do Dataset disparada pela variação
de estado, valor e ou qualidade de um item;
• Repetição do pacote para evitar perda de informação de um evento;
Rajada de mensagens!
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GOOSE
• Transmissão periódica em intervalor definidos (MaxTime);
• Após o evento não existe regra definida para repetição dos pacotes.
Alguns fabricantes usam progressão geométrica (4, 8, 16ms) até se
atingir o MaxTime.
• O não recebimento de duas mensagens consecutivas pelo assinante
acusa falha de comunicação (detector de fio partido);
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GOOSE
• Generic Object Oriented Substation Event
– Conteúdo da mensagem é personalizada para cada aplicação;
– Ainda leva informações como o instante do evento, o endereço do transmissor
e a prioridade da informação;
• Tamanho da mensagem GOOSE:
– 1 único pacote Ethernet
– 1400 bytes de informação
– Tamanho máximo pacote Ethernet: 1518 bytes
• Endereçamento Multicast:
– 01-0C-CD-01-00-00 a 01-0C-CD-01-01-FF
Endereço inicial fixo e 
reservado para 
mensagens GOOSE!
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GOOSE
• Generic Object Oriented Substation Event
– Endereçamento multicast reservado:
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01-0C-CD-01-XX-XX
IEEE TIPO Endereços Individuais 
das Mensagens
GOOSE
• Pacote Ethernet taggeado - VLAN (IEEE 802.1Q):
– A eficiência das mensagens GOOSE deve ser tal qual a de um cabo físico. Para 
garantir esta característica é utilizado o conceito de prioridade.
– Para existir priorização é preciso adicionar informação ao frame Ethernet e essa 
informação é estabelecida conforme a norma IEEE 802.1Q.
– São adicionadas informações de VLAN e prioridade;
– Com essa informação, o switch ao identificar a mensagem GOOSE a envia na 
frente de outros pacotes;
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GOOSE
• Pacote GOOSE
MAC destino MAC origem Payload
Ether
Type
CRC
6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes
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GOOSE
• Pacote GOOSE
MAC destino MAC origem Payload
Ether
Type
CRC
6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes
01-0C-CD-01-XX-XX
Endereço configurado na mensagem GOOSE!
Conteúdo da mensagem 
configurado no DataSet
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GOOSE
• Configuração da mensagem GOOSE
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GOOSE
• Configuração da mensagem GOOSE
– 1 – Message Name: identificador da mensagem transmitida;
– 2 – MAC Address: endereço MAC Multicast (01-0C-CD-01-XX-XX);
– 3 – APP ID: identificação do pacote na aplicação. Um APP ID para cada IED. Norma não
recomenda dois ou mais com mesmo número na mesma rede; Valores entre 0x0000 e
0x3FFF.
– 4 – VLAN ID: identifica a VLAN a qual a mensagem se destina;
– 5 – VLAN PRIORITY: prioridade da mensagem dentro da VLAN. Quanto maior o número,
maior é a prioridade;
– 6 - GOOSE ID: identificador do publicador da mensagem;
– 7 – Configuration Revision: controle de versão da mensagem. Ajuda a evitar erros e
problemas com versões diferentes;
– 8 – Max. Time: intervalo de repetição periódica da mensagem GOOSE. Tempo máximo
esperado entre dois pacotes consecutivos;
– 9 – Dataset: Dataset contendo as variáveis monitoradas e enviadas via GOOSE;
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Link GOOSE
• Associação pela qual um IED se torna assinante (subscritor) de uma
mensagem GOOSE;
Link físico - fio
Out In
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Link GOOSE
• Associação pela qual um IED se torna assinante (subscritor) de uma
mensagem GOOSE;
• Links análogos à “IOs virtuais”;
Variável CCOUT Variável CCIN
Link lógico via GOOSE
Meio físico: Par trançado, fibra
Publicador Assinante
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Link GOOSE
• Publicador monta a mensagem conforme deseja enviar. Informações vão todas
dentro do DataSet;
Informações 
transmitidas!
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Link GOOSE
• Subscritor assina o conteúdo disponível desejado e aguarda a mensagem
GOOSE com todas as informações de MAC, config. rev., APPID, etc;
Lista de 
atributos 
disponíveis 
para 
assinatura
MensagensAssinadas
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GOOSE
• Exemplo de Comunicação:
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GOOSE
• Exemplo de Comunicação:
32
GOOSE
• Exemplo de Comunicação:
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Referências Bibliográficas
• IEC61850, Communication networks and systems in substations. 2003.
• Universidade SEL, Introdução à automação de subestações. 2017.
Contato
• Prof. Flávio Andrade Costa
• Email: flavioac@me.com
• Telefone: (31) 98738-1406
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mailto:flavioac@me.com