DNP3 e a solução zenon

60870+DNP3
Felipe Fonseca Rocha

Por:Felipe Fonseca Rocha
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31

out 2016

O protocolo DNP3 (Distributed Network Protocol) foi concebido com intuito de definir um padrão de troca de dados entre dispositivos, fundamental nos sistemas de automação SCADA que necessitam trocar dados com vários tipos de dispositivos – CLPs, IEDs, RTUs etc. Foi desenvolvido especialmente para facilitar a aquisição de dados e controles de equipamentos de diversos fabricantes podendo ser utilizado em qualquer segmento industrial, sendo, entretanto, utilizado mais amplamente nos segmentos de energia e saneamento.


Esquema DNP3

  1. SCADA estação mestre / centro de controle;
  2. pontos de de controle externos;
  3. enlace de comunicação (rádio, microondas, par trançado, fibra óptica, etc);
  4. Subestação remota (estação trabalho e IED).

O protocolo DNP3 foi desenvolvido pela Westronic baseado em uma versão incompleta da norma IEC 60870-5 que especificações para protocolos de telecontrole. Atualmente, as especificações do protocolo são controladas pelo DNP User Group e utiliza o modelo EPA (Enhanced Performance Architecture), uma simplificação do OSI de 4 camadas. As camadas que especificam o formato DNP3 são as seguintes: a camada física (TCP/IP ou Serial),  a de enlace de dados; a de aplicação e a de pseudo-transporte. Esta última camada tem este nome por ser a fusão das camadas de transporte e de network do modelo OSI, porém, com uso de bits de inicialização e finalização indicando a sequência de frames e de bits de contagem de sequência no Header. Para suportar funções avançadas de RTU e mensagens maiores que o tamanho frame máximo definido pela IEC 60870-5-1, o link de dados do protocolo DNP3 é formatado para ser usado com a camada de pseudo-transporte mencionada.

Durante sua concepção, DNP foi desenvolvido para ser confiável, mas não seguro. Com o advento dos conceitos de Smart Grid  que concedem acesso via WAN a equipamentos e a redes internas, um grande esforço tem sido empregado para adequar o protocolo a norma IEC 62351-5 que estabelece padrões de segurança na rede. Enquanto essas adequações não estiverem disponíveis, meios alternativos como VPN (Virtual Private Network) e BITW (Bump-in-the-wire) têm sido utilizados para garantir a segurança de troca de dados entre estações remotas e centrais de controle. Outra referência utilizada para DNP3 é  na IEEE 1379-2000 que estabelece conceitos de implementação de melhores práticas (criptografia e outros) para comunicação entre SCADA, RTUs e IEDs de forma segura e confiável.

Driver DNP3 zenon

Com mais de 20.000 instalações, o software zenon SCADA está firmemente estabelecido na indústria de energia. Sua rede global de especialistas e parceiros no segmento, juntamente com suporte e consultoria locais, propiciam o acesso à informação e apoio em diversos idiomas e experiências em ambientes diversos.

A equipe da COPA-DATA desenvolveu o driver DNP3 para o zenon SCADA utilizando sua expertise no desenvolvimento de mais de 300 drivers de comunicação disponíveis, visando as melhores práticas e a criação de vantagens, tais como, importação de variáveis online, TAGs endereçados por nomes simbólicos, comunicação como master ou slave (outstation). Antes de se tornar disponível para o mercado, o driver é entregue às rigorosas equipes de testes e de QA (Quality Assurance) para validação de suas características, sempre se utilizando da vasta experiência no segmento de automação de energia. Este driver foi criado atendendo as exigências da norma IEEE1815-2012, além das exigências da COPA-DATA e instituições de regulamentação.

Segurança

zenon SCADA é perfeito para aplicação com DNP3 pois utiliza toda a estrutura de comunicação que o protocolo DNP3 padroniza e ainda garante a segurança de acesso aos equipamentos. Dois esquemas de autenticação de usuários estão disponíveis, através da própria estrutura do próprio zenon SCADA ou na estrutura MS Archive Directory, sendo possível habilitar a autenticação em duas etapas e em mais de 256 níveis de acessos distintos.

Comunicação

A comunicação segura que o zenon SCADA propicia é estendida para toda a planta, com seus mais de 300 drivers de comunicação para protocolos industriais, protocolos de rede e protocolos para o segmento de energia. Deste modo, é possível integrar, não somente os equipamentos da infraestrutura de energia, mas também, equipamentos de processo. A engenharia de comunicação é totalmente integrada no ambiente de desenvolvimento do zenon SCADA (zenon Editor) e os dispositivos conectados podem ser lidos diretamente.

zenon via DNP3

O Driver DNP3 atua como Master mas, utilizando zenon Process Gateway, também pode ser utilizado como Slave na rede DNP3. Essa alternativa faz com que zenon possa ser, além do sistema SCADA de controle da estação, também um concentrador de dados para estações mestres superiores, tais como, de órgãos de regulamentação e controle.

Abaixo vemos algumas formas possíveis da configuração de zenon na rede DNP3:

A configuração simplificada do driver promove a agilidade na definição de parâmetros, mesmo em sistemas complexos. A importação de variáveis através de arquivos ou, ainda, a possibilidade de importação online, torna a criação da base de dados simples e rápida.

Os modos de comunicação do DNP3 são todos suportados pelo driver do zenon SCADA, sendo possível solicitar atualizações por tempo definido em diferentes categorias de prioridade ou ainda receber dados atualizados ao ativar respostas não solicitadas no driver. A outstation pode enviar, posteriormente, alterações de valor sem solicitação (Polling de eventos de classe) para o mestre. Neste caso, não é necessário sondar eventos regularmente. O ciclo de Polling pode, então, ser ajustado para atender as necessidades da aplicação (Polling para eventos de classes desativado). Também é possível que outstation encaminhe, se suportado a função pelo dispositivo, mais de um valor de resposta para um mesmo objeto DNP (“Sequence Of Events Buffer” em contraste com “Latest Value-in” da outstation).

Com relação às topologias, o zenon SCADA garante a flexibilidade na escolha dos dispositivos que serão supervisionados e controlados via DNP3, utilizando serial RS-232, RS-485 ou mesmo fibra óptica e também orientado por pacotes como o TCP/IP e UDP, como por exemplo, Ethernet.

Características do driver DNP3 do zenon SCADA

  • Configuração independente de intervalo de sondagem de eventos para classe 1-3;
  • Leitura de pontos não atribuídos à classe 0 ou a classes de evento;
  • Respostas não solicitadas;
  • Intervalo de sondagem de integridade (de dados) configurável;
  • Sincronização de horário para LAN ou não-LAN.
  • Autenticação segura v2.
  • Dual endpoint communication
  • Importação online e/ou offline de pontos DNP através de perfis de dispositivo XML
  • Conformidade com DNP3 nível 1 para solicitações, nível 2 para respostas e funcionalidade adicional de nível 3 ou superior
  • Grupos de objetos suportados: 0, 1, 2, 10, 12, 20, 21, 22, 23, 30, 32, 40, 41, 60, 110.
  • Leitura explícita de pontos com variação específica.
  • Comportamento de resposta IIN1.1, IIN1.2 & IIN1.3 configurável.
  • Suporte a UTC / horário local.
  • Endereço IP secundário com alternação automática.

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