IEC 101: guia completo de telecontrole serial, enlace e aplicação
Entenda IEC 60870-5-101, FT1.2, modo balanceado e não balanceado, endereços de enlace e ASDU, polling, eventos, GI, comandos, tempo e comissionamento.
IEC 101: quadro FT1.2, ASDU e meio serial
Como ler esta figura
Start / Length
No quadro variável, 0x68 e os campos de comprimento delimitam e validam a estrutura do frame.
Na implementação: Se os dois Length não coincidem ou o segundo Start não aparece, investigue framing e meio serial antes da ASDU.
Control
Representa controle da camada de enlace e participa da lógica primário/secundário e do modo de transmissão.
Na implementação: Compare direção, PRM/FCB/FCV ou campos equivalentes observados pelo analisador conforme o modo configurado.
Address
É o endereço do enlace e sua largura é parte da configuração do companion standard.
Na implementação: As duas pontas precisam concordar com o tamanho e o valor do endereço; não assuma 1 byte em todo projeto.
ASDU
Carrega Type ID, VSQ, Cause of Transmission, endereço comum, IOA e os dados do processo.
Na implementação: Quando o enlace responde mas um ponto não aparece, verifique a semântica da ASDU e o mapeamento do SCADA.
Checksum / Stop
Detectam erro e encerram o quadro.
Na implementação: Erros recorrentes normalmente indicam baud/paridade, ruído, referência elétrica, modem ou conversor.
Fronteiras de diagnóstico no IEC 101
| Fronteira | Parâmetros | Evidência |
|---|---|---|
| Física | interface, baud, paridade e turnaround | forma de onda, erros e tempo entre bytes |
| Enlace | modo, endereço e funções | FT1.2, PRM, FCB/FCV e ACD |
| Aplicação | Type ID, COT, CA e IOA | ASDU e mapping do SCADA |
| Operação | polling, GI, eventos e comandos | ciclo, SOE e retorno de posição |
| Recuperação | timeout, retry e reset | backlog, normalização e ausência de duplicidade |
A correção começa na primeira fronteira divergente, não no último alarme.
IEC 101 leva telecontrole por enlaces seriais
IEC 60870-5-101 é o companion standard da família IEC 60870-5 para tarefas básicas de telecontrole sobre transmissão serial codificada. Ele é usado entre estações controladoras, RTUs, gateways e equipamentos remotos. A engenharia combina camada física, formato FT1.2, procedimento de enlace e ASDUs. Porta serial aberta não prova comunicação porque baud rate, paridade, endereço, modo e tamanhos precisam coincidir.
O protocolo atende estados, medições, eventos, totalizações, comandos, interrogação e sincronização. Como a banda pode ser estreita e o meio half-duplex, ordem de polling, prioridade, timeout e repetição afetam diretamente latência e recuperação. O projeto deve separar requisito de processo de conveniência do driver.
Camada física condiciona todo o comportamento
RS-232 é ponto a ponto e sensível a distância e referência de terra. RS-485 permite barramento diferencial, mas exige polaridade, topologia, terminação e controle de direção corretos. Conversores, rádios e modems podem acrescentar atraso, turnaround e buffers. Configure velocidade, bits, paridade e stop bits de forma idêntica nas pontas.
Antes do protocolo, meça sinal, ruído e erros. Eco, colisão ou bytes ausentes podem parecer timeout IEC 101. Em barramento, derivações longas e terminação duplicada degradam margens. Registre diagrama físico, pinagem, aterramento, comprimento e equipamento intermediário junto ao perfil do protocolo.
FT1.2 delimita quadros fixos e variáveis
Quadros de comprimento fixo usam início 0x10 e atendem funções de enlace sem ASDU extensa. Quadros variáveis usam 0x68, repetem comprimento e start, carregam controle, endereço, dados, checksum e fim 0x16. Há ainda caractere único 0xE5 em respostas específicas. O parser deve validar estrutura antes de interpretar aplicação.
Checksum cobre os octetos definidos entre controle e dados conforme o formato. Falha recorrente indica ruído, configuração física ou montagem incorreta. Um PCAP serial ou log hexadecimal deve preservar tempo entre bytes, porque atraso excessivo no meio do quadro pode disparar timeout mesmo com todos os octetos presentes.
Balanceado e não balanceado mudam quem pode iniciar
No modo não balanceado, a estação primária controla o acesso e consulta secundárias; estas respondem quando solicitadas, com mecanismos para indicar dados disponíveis. É apropriado a barramentos multiponto e disciplina o meio. No balanceado, ambas as pontas podem iniciar transferências, normalmente em ligação ponto a ponto, reduzindo espera para eventos.
Configurar modos diferentes impede interoperabilidade apesar de endereços corretos. Documente papel primário/secundário, função do bit PRM, direção e classes de dados. Em rádio compartilhado, capacidade de iniciar não elimina necessidade de arbitragem física e tempo de reversão.
Endereço de enlace e endereço de ASDU não são iguais
O link address pertence à camada de enlace e seleciona uma estação no meio. O Common Address da ASDU seleciona estação lógica na aplicação; IOA identifica o objeto. Tamanhos de endereço são parâmetros do perfil e precisam coincidir. Em gateway, endereços podem ser traduzidos e não devem ser inferidos um do outro.
A matriz de pontos registra link address, CA, IOA, Type ID, COT, escala, qualidade e tempo. Teste uma estação por vez e depois tráfego conjunto. Resposta válida do endereço errado em barramento é risco operacional grave, especialmente para comandos.
Polling, classes e eventos disputam a banda
No modo não balanceado, a primária consulta dados de classe 1 e classe 2 conforme perfil. Eventos urgentes devem receber serviço sem que dados cíclicos monopolizem o enlace. A indicação ACD sinaliza demanda de classe prioritária. FCV/FCB ajuda a controlar repetição e evitar aceitar duas vezes o mesmo quadro confirmado.
Dimensione ciclo pelo número de estações, tamanho médio, baud rate, turnaround, timeout e retransmissões. Intervalo otimista causa fila; intervalo excessivo aumenta latência. Meça ciclo completo no pico e após indisponibilidade, quando várias secundárias podem ter backlog simultâneo.
GI, eventos, relógio e comandos completam a aplicação
General Interrogation recompõe estado corrente, mas não substitui eventos com ordem temporal. Após reconexão, política deve definir GI, recuperação de classe e tratamento de timestamps. Sincronização de relógio precisa considerar origem e qualidade; transmitir CP56Time2a correto não conserta relógio remoto instável.
Comandos usam tipos, causas e confirmações próprias. Select Before Operate ou execução direta deve ser acordado por objeto. Confirmação de protocolo não prova atuação. Feche a cadeia com retorno de posição, SOE e, quando necessário, evidência física.
Comissionamento testa o ciclo inteiro e suas exceções
Valide parâmetros seriais, quadros de enlace, status, reset de link, polling, classes, GI, espontâneo quando aplicável, tempo e comandos. Capture bytes com marca temporal. Provoque endereço incorreto, checksum inválido, silêncio, resposta tardia, repetição e restart em ambiente seguro. Observe se o driver se recupera sem duplicar operação.
O baseline contém tempo de ciclo, taxa de erro, retries, backlog, configuração, mapa de pontos e capturas boas. O enlace só está aceito quando funciona com todas as estações, suporta pico e retorna de falha controlada mantendo significado e ordem dos dados.
Referências técnicas e normas
As explicações do Portal são autorais. Normas e fontes oficiais são priorizadas; materiais acadêmicos e documentação pública de fabricantes complementam a implementação e não substituem a edição normativa aplicável ao projeto.
- IEC 60870-5-104:2006+AMD1:2016 CSV — Network access for IEC 60870-5-101 — IEC. Companion standard consolidado do IEC 104; inclui o corrigendum publicado em 2023.
- IEC 60870-5-101:2003+AMD1:2015 CSV — Basic telecontrol tasks — IEC. Companion standard consolidado do IEC 101 para telecontrole serial.
- IEC 60870-5-1:1990 — Transmission frame formats — IEC. Formatos de quadro e requisitos de integridade usados pela família IEC 60870-5.
- IEC 60870-5-2:1992 — Link transmission procedures — IEC. Procedimentos de transmissão da camada de enlace, especialmente pertinentes ao IEC 101.
- IEC 60870-5-3:1992 — General structure of application data — IEC. Regras para estruturar unidades de dados de aplicação.
- IEC 60870-5-5:1995 — Basic application functions — IEC. Funções básicas de aplicação, incluindo aquisição, comandos e sincronização.
- IEC 60870-5-6:2006 — Guidelines for conformance testing — IEC. Método para ensaios de conformidade dos companion standards IEC 60870-5.
- IEC TS 60870-5-601:2015 — Conformance test cases for IEC 101 — IEC. Casos de ensaio de conformidade para implementações IEC 101.
- IEC TS 60870-5-604:2016 — Conformance test cases for IEC 104 — IEC. Casos de ensaio positivos e negativos para implementações IEC 104.
- IEC TS 60870-5-7:2025 — Security extensions for IEC 101/104 — IEC. Extensões de segurança alinhadas à série IEC 62351 para autenticação, integridade e RBAC.
Continue estudando
Os próximos conteúdos foram escolhidos para formar uma sequência técnica, relacionando fundamento, configuração, diagnóstico e aplicação.