Implementando Smart Grid com Python: Uma Visão Geral dos desafios e soluções

Quem sou eu?

● Paolo Oliveira● Engenharia de Telecomunicações – IFCE● LIT – Laboratório de Inovação Tecnológica● Usuário python a uma década

Smart Grid

● Aplicação de conceitos de rede eletrica distruibuida inteligente, que pode monitorar seu próprio fluxo eletrico e se ajustar as condições adversas, reconfigurando os dispositivos que a compõe através da automação e integração de todos os elementos da rede. E para tal, é necessário haver comunicação entre elementos que acompoem.

Problemas do Mundo Real

● Infinidade de Protocolos de Comunicação, muitos deles fechados (embora existam os abertos e bem conhecidos como DNP3, Modbus e IEC61850);

● Rede Elétrica "analógica" (poucos ou nenhum equipamento inteligente disponível);

● Conectividade complexa em locais distantes (geralmente restrito ao GPRS);

● Etc.

Objetivos

● Integração;● Interoperabilidade;● Monitoramento;● Gerenciamento.

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition● Melhor forma de gerenciar.

Entretanto...● Licenças “estupidamente” caras e individuais para

cada conexão;● Só “fala” protocolos conhecidos e/ou abertos.

Solução

● Gateway integrador, decodificando os protocolos, abertos e fechados, e traduzindo-os entre si, permitindo interoperabilidade, ao passo em que que fornece acesso a monitoramento e gerenciamento industrial através do SCADA, e de forma genérica através de webservice.

Necessidades na implementação da Solução

● Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem definidos;

● Facilidade em codificar e decodificar protocolos proprietarios(parsing e validação de estruturas);

● Gerenciamento eficaz e simples de comunicação serial e TCP/IP.

Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem

definidos● Criação de um “watchdog” com a biblioteca thread● No construtor:

self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT)

self.watchdog.start()● No método WDT:

def WDT(self):● self.watchdog.cancel()

(…) # chamadas a serem executadas

self.watchdog = threading.Timer(0.2, self.WDT)

self.watchdog.start()

Garantia na execução de código em intervalos de tempo finitos bem

definidos● Iniciar todos os modulos via thread:

if __name__=='__main__':

threading.Thread(target=thread_modbus).start()

threading.Thread(target=thread_ws).start()

…● Com isto, eu garantia meu código lendo o pool

Modbus a cada 0.2 segundos, tempo limite para desarmar a rede elétrica de baixa tensão.

Executar o servidor modbus “fora”

● Implementação simples(<20 linhas de código);● Quantidade imoral de acessos...

Deixa o S.O.

cuidar dele ;D

Facilidade em codificar e decodificar protocolos proprietarios

Design de uma forma genérica de escrever protocolos:● Definir todos os campos do frame como variáveis globais.● Criar um método encode() que le as variaveis globais e “monta” o

pacote, computando tamanhos e CRC;● Criar um método decode() que pega um frame e o decodifica,

liberando os valores nas variaveis globais;● Uso massivo do pack e unpack da bibliteca struct;● Fácil de trabalhar, fácil de fazer um novo, e sem necessidade de

mexer com o módulo parental, que so se importa em chamar encode() e decode() dos módulos de cada protocolo.

Gerenciamento eficaz e simples de comunicação serial e TCP/IP

● Bom, é python... Com os já muito bons modelos de gerenciamento de conexão, unindo os métodos de conexão e leitura dentro de um try/except/else/finally, o sistema fica completamente estável.

● Lembrar de sempre usar o

allow_reuse_address = True

para evitar dor de cabeça

Nem tudo são flores

● São valores enormes e dados que o python, por padrão, não sabe lidar. Então mesmo depois de entender os protocolos, é preciso converter os dados para usá-los de alguma forma. E, digamos que não é a coisa mais fácil do mundo...

E ainda assim, tem vezes que o python sozinho não dá conta, ou demoraria muito

para “pythonizar” a solução.

Para ester momentos, nos temos...

CTYPES + muita coragem

● ctypes é a cola perfeita, mas ainda assim dá muito trabalho;

● Muita coisa velha é feita em PIC, não existe documentação do protocolo/funções;

● Converter código de PIC para python doi.

EXEMPLO

GAMBIARRAS!!!1!!

Chega de me envergonhar...

REUSO DA TÉCNICA

Reutilizar a metodologia

● Smart QUALQUERCOISA

Smart PLANTINHAS?

Definição Estruturação do modelo

do protocolo

SCADA

webservice

Mais informações:http://paoloo.me/papers.html

PERGUNTAS?

OBRIGADO