Soluções para automação de subestação onde falhas não são permitidas
A perda de conectividade em subestações pode gerar problemas graves em toda a cadeia de fornecimento, por isso investir em soluções confiáveis é determinante para estas aplicações.
Soluções para automação de subestação onde falhas não são permitidas
A perda de conectividade em subestações pode gerar problemas graves em toda a cadeia de fornecimento, por isso investir em soluções confiáveis é determinante para estas aplicações.
Veja como a Advantech pode ser o parceiro ideal no fornecimento de soluções de alta confiabilidade para subestações de energia.
A estrutura de uma subestação inteligente pode ser dividida em três níveis diferentes: Nível Estação, Nível de Bay e Nível Processo. Os principais componentes de cada nível exigem uma solução diferente para executar operações dedicadas. Com as soluções da Advantech, entre elas, Computadores Industriais, Servidores, Switches, iRTUs, Gateways de comunicação, Conversores de Meio Físico e alta personalização, é possível atender a diferentes requisitos dos sistemas de campo.
Arquitetura geral de uma subestação digital
Nível de Estação
A estrutura de uma subestação inteligente pode ser dividida em três níveis diferentes: Nível Estação, Nível de Bay e Nível Processo. Os principais componentes de cada nível exigem uma solução diferente para executar operações delicadas. Com as soluções da Advantech, entre elas, Computadores Industriais, Servidores, Switches, iRTUs, Gateways de comunicação, Conversores de Meio Físico e alta personalização, é possível atender a diferentes requisitos dos sistemas de campo.
ECU-579
Servidor industrial com certificação IEC 61850-3
ECU-4784
Computador fanless com certificação IEC 61850-3
IPC-510
Computador industrial com partes móveis
Nível de Bay
No nível de Bay é necessário monitorar constantemente disjuntores e equipamentos de aquisição de dados que medem a corrente, tensão e outros parâmetros em diferentes partes da subestação. Os gateways de protocolo de comunicação servem como uma solução poderosa para interconectar dispositivos no nível de bay (dispositivos de proteção, controle ou medição), dispositivos de nível de estação (sistema de controle digital cliente/servidores) e sistemas de nível superior (sistemas de gestão de rede ou sistemas de controle digital).
IPC 510
Chassi econômico de montagem em rack 4U com interfaces USB e PS/2 frontais
EKI-9226
Switch Gerenciável L2 IEC-61850-3 – Rack 19″
ECU-1051TL
IRTU para conversão de protocolos
Nível de Processo
Os dispositivos primários em subestações, incluindo transformadores, disjuntores e interruptores precisam ser monitorados e controlados por IEDs (Dispositivo Eletrônico Inteligente). O IED primário é o centro de comunicação e gerenciamento controlando a comunicação com outros IEDs e dispositivos no nível de processo. O estado operacional dos dispositivos primários em subestações inteligentes deve ser monitorado e controlado em tempo real. Portanto, controladores distribuídos e módulos de I/O completos e flexíveis são ideais para monitorar IEDs.
ADAM-3600
Remota Inteligente com I/Os integrados
WISE-4610
Nó sensor sem fio IoT
Série EKI-1500
Conversores Seriais (1, 2, 4, 8 e 16 portas)
Visão Geral de soluções para digitalização de subestação
Subestações geralmente estão localizadas em locais remotos e muitas vezes de difícil acesso, nesse sentido a maior parte dos equipamentos instalados em subestações precisam de um design robusto para aguentar uma operação 24/7. Para atingir esse objetivo, alguns equipamentos como Computadores e Switches possuem certificações especiais para atender os requisitos de um ambiente de subestação, uma delas é a certificação IEC 61850-3, onde são seguidos os requisitos de hardware para trabalhar em um ambiente de subestação como por exemplo, temperatura de trabalho, proteção contra surto elétrico, nível de vibração suportado e interferência eletromagnética.
Este exemplo consiste em uma arquitetura muito comum utilizada em subestações, onde se utiliza um Computador Industrial em diversas aplicações como, Gateway da Subestação, IHM Local, Máquinas de Acesso remoto ou de Engenharia. Através de hardware robusto são minimizadas as falhas ou mal funcionamento dos equipamentos, que podem trazer diversos transtornos à aplicação, segurança dos operadores e prejuízos operacionais. Desta forma a Advantech garante os padrões mais rígidos de segurança e confiabilidade.
Benefícios:
O projeto térmico avançado elimina ventiladores e aberturas, de modo que não entra nenhuma poeira ou sujeira dentro do controlador e não há peças móveis que possam se desgastar.
A RAM ECC verifica continuamente se há erros de bits e os corrige imediatamente, evitando falhas do sistema.
Agrupamento de portas ethernet através da função Intel® Advanced Network Services (Intel® ANS).
Proteção contra ataques cibernéticos em hardware através do TPM 2.0 e comunicação segura de ponta a ponta através do SNMP.
Digitalização de Subestação
Gateway de Subestação
Um PC na função de concentrador de subestação, geralmente também conhecido como gateway, é o responsável por coletar todas as informações de uma subestação. Através de um sistema SCADA que consegue coletar dados em diferentes protocolos como MMS, DNP3, IEC-101, IEC-104, Modbus entre outros, desempenha a função de adquirir essas informações e possibilitar a supervisão da subestação localmente ou remotamente.
Sendo que computadores desempenhando essa função geralmente operam em conjunto, adicionando redundância na aplicação, pois caso uma falha ou mal comportamento aconteça em uma das máquinas a outra assume imediatamente a função de coletar os dados e garantir que a supervisão da subestação não seja perdida. Existem diversas tecnologias que permitem habilitar essa função de redundância, um exemplo é a tecnologia Teaming que permite adicionar camadas de redundância e maior desempenho nas portas LAN do computador, para que assim esse chaveamento automático no caso de falhas aconteça de maneira mais rápida e segura.
Digitalização de Subestação
Máquinas de Engenharia
Uma subestação é um ambiente heterogêneo, geralmente existem diversos equipamentos de diferentes fabricantes, nesse sentido para configuração desses equipamentos cada fabricante possui um software específico para seus dispositivos. Em alguns casos quando a subestação passa por um Retrofit, alguns equipamentos legados permanecem operando, quanto mais antigo o equipamento, mais antigo é o Sistema Operacional que é compatível com esse software de configuração.
Por esse motivo uma máquina de engenharia é aplicada em subestações, uma prática mais recente, é a utilização de virtualização nessas máquinas de engenharia, permitindo criar uma máquina virtual para cada fabricante e com isso inclusive instalando múltiplos Sistemas Operacionais nesse ambiente virtualizado, assim atendendo a necessidade do time de engenharia entregando versatilidade para prosseguir com as atividades de operação da subestação.
Digitalização de Subestação
Máquina de Acesso Remoto
Normalmente as subestações estão sendo operadas remotamente, quando se faz necessário fazer um acesso remoto à rede operativa pelas equipes de engenharia e manutenção, é utilizada uma máquina à parte para realizar esse acesso ao ambiente de subestação.
Geralmente nenhuma máquina dentro de um ambiente de subestação acumula mais que uma função, isso é uma boa prática para evitar problemas de cibersegurança, nesse sentido uma máquina de acesso remoto faz o acesso à rede de operação de maneira segura, geralmente utilizando o protocolo SSH (Secure Socket Shell), que é um protocolo que garante que cliente e servidor remoto troquem informações de maneira segura e dinâmica, trazendo criptografia entre todas as informações trocadas entre a máquina de acesso remoto e as máquinas na função gateway.
Digitalização de Subestação
IHM Local
As subestações apesar de serem operadas remotamente, também podem possuir operação e supervisão local. Isso se faz necessário por diversos motivos, como por exemplo a equipe de manutenção chega na subestação para fazer serviços no pátio da subestação, para isso eles contam com uma IHM local (Interface Homem Máquina) para que não fiquem dependentes somente da operação remota, pois falhas na comunicação podem ocorrer e a supervisão e operação remota podem ser perdidas.
Nesse sentido, essa equipe ganha autonomia para prosseguir com os serviços. Outro ponto é que se a supervisão remota é perdida e existe a operação local, as concessionárias conseguem evitar multas elevadas, porque existe essa operação local, apesar de ter perdido a supervisão remota. Para isso geralmente a possibilidade de instalar um KVM (Keyboard, Video and Mouse) seja no painel perto das máquinas ou utilizando Extensores KVM para outras salas onde possuem operadores locais da subestação.
Digitalização de Subestação
Servidor com Rede PRP
Os métodos de rede padrão são aceitáveis para a maioria dos sistemas SCADA, entretanto em aplicações críticas, precisam de soluções mais robustas. As soluções em conformidade com a IEC 61850 proporcionam uma rede mais confiável e rápida.
PRP (Parallel Redundancy Protocol), também conhecido como “IEC62439-3”: é um dos protocolos de redundância que apresenta a maior confiabilidade, isso porque o PRP é considerado um protocolo de redundância com tempo de recuperação de ‘0ms’, pois dispositivos SANs (ou seja, equipamentos comuns), por meio de RedBoxes, tem seus pacotes duplicados (e., enviados simultaneamente) em duas redes (A e B, as quais, em momento algum, devem estar diretamente conectadas, ou seja, são caminhos independentes); em resumo, o RedBox tem duas principais funções:
1) Duplicar o pacote na rede;
2) Aceitar o primeiro pacote recebido e descartar o segundo pacote; para tanto, uma placa FPGA é utilizada para garantir a alta disponibilidade e a confiabilidade da rede.
Digitalização de Subestação
Servidor com Rede HSR
HSR (High-availability Seamless Redundancy), também conhecido como “IEC62439-3”: outro protocolo de redundância com tempo de convergência de ‘0ms’ é o HSR; assim como o PRP, o HSR envia simultaneamente o mesmo pacote por duas portas distintas, porém, neste caso, a topologia de rede é dedicada para anel; logo, somente dispositivos que suportam HSR podem participar do anel, portanto, os dispositivos SANs são colocados “dentro da rede” apenas com a ajuda dos RedBoxes (Redundancy Boxes); devido sua complexidade, a gestão dos pacotes duplicados é feita com o auxílio de uma placa FPGA dedicada.
Digitalização de Subestação
Monitoramento de Ativos
Com a crescente necessidade de aumentar a disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos de alta tensão, faz se necessário o monitoramento on-line de ativos, a Advantech fornece sistemas capazes de adquirir e transmitir dados. Através da plataforma de hardware e software da Advantech é possível adquirir dados em diversos protocolos como Modbus, DNP3, SERIAL, IEC-101 e IEC-104, além disso é possível transmitir esses dados através de conversores de meio físico mais conveniente para a aplicação como por exemplo Fibras / Ethernet / Serial / WIFI / 3G/4G e redes LPWAN.
Como escolher unidades de armazenamento SSD
Computadores possuem os mais diversos tipos de tecnologias para armazenamento de dados, sejam HDD (hard disk drive) com tecnologia SAS ou SATA ou os SSD (Solid State Drive). Quando falamos de um computador industrial, logo pensamos na robustez e longevidade do sistema, muito por conta do alto MTBF (mean time between failures) que essas máquinas entregam. Contudo algumas aplicações como coleta de dados de oscilografia, que é o registro das oscilações de grandezas elétricas do sistema, requerem uma gravação de dados elevada.
Quando temos uma aplicação desse tipo e o computador em questão está trabalhando com SSD (Solid State Drive) é importante levar em consideração, o tipo de SSD que será usado nessa aplicação. Dentro das opções de tecnologia que Advantech fornecem temos SSD do tipo TLC (Triple Layer Cell), TLC 3D (3D Triple Layer Cell), MLC (Multiple Layer Cell), UMLC (Ultra Multiple Layer Cell) e SLC (Single Layer Cell). Além disso, alguns parâmetros técnicos que determinam o desempenho e a vida útil dos SSDs também são de grande importância neste processo de tomada de decisão.
São eles:
01
DWPD – (Disk full Writes Per Day / gravações de unidade por dia): O quanto um dispositivo SSD suporta de regravações diariamente ao longo de sua vida útil.
02
TBW – (Terabytes Written / terabytes gravados): Quantidade total de dados gravados que a unidade SSD pode acumular ao longo de sua vida útil.
03
MTBF – (Mean Time Between Failures / período médio entre falhas): aponta em quanto tempo um SSD pode vir a falhar e descreve a confiabilidade do dispositivo.
Certificações para sistemas de Automação de Subestações
A linha ECU foi desenvolvida especificamente para aplicações críticas em subestações, permitindo funcionamento ininterrupto 24/7, em temperatura ambiente de -25 a 70°C, garantido pela IEC 60068-2-2 em operação com 100% de uso de CPU e I/Os por 24 horas. Suportando umidade relativa de 5 a 95% (sem condensação).
Atendendo às principais exigências do mercado, a linha ECU possui grande resistência e diversos mecanismos de proteção para evitar danos e mau funcionamento em locais com incidência de campos eletromagnéticos e radiofrequência. Característica extremamente necessária para garantir a confiabilidade do sistema.
Em consonância com a IEC61000-4-2, garante o correto funcionamento do equipamento durante variações bruscas de energia, descargas elétricas causadas por tempestades, suportando até 15 kV de ESD.
Possui isolação nas portas seriais de forma a evitar danos que possam afetar outros equipamentos conectados ao mesmo controlador, além de evitar a preocupação com diferença nas tensões.
Controladores certificados com proteção contra vibrações de 5 à 500 Hz (2G) de acordo com a IEC 68-2-64, e impacto de 30G/11ms pela IEC 68 2-27; evitando danos físicos aos equipamentos, seja no transporte, manuseio ou eventos não previstos.
Vantagens das soluções para automação de subestação
Aumento da confiabilidade e disponibilidade de ativos monitorados.
Histórico de dados centralizados aumentando a segurança e permitindo a análise da saúde da máquina.
Potencial de redução de custos com manutenção corretiva e preventiva.
Redução de paradas inesperadas, permitindo uma maior previsibilidade dos momentos ideais para manutenção.
Aumento significativo nos quesitos de acesso seguro ao maquinário.
Troca eficiente de peças de reposição, prolongando ao máximo o seu uso.
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Danilo Oliveira
Senior Key Account Manager for Energy and Environment
"Cada projeto executado pela Advantech é tratado como único e recebe toda a atenção de um time completo de profissionais. Com isso, alcançamos o sucesso garantido."
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