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El bus de comunicación puede ser implementado de diferentes maneras, dependiendo de los requerimientos del flujo de datos, de la confiabilidad o de los requerimientos prácticos de la instalación. Citamos dos alternativas para estructuras de comunicaciones del Bus de Proceso: una topología punto a punto, en la que no existe red de comunicaciones, y otra topología punto a multipunto, basada en una red de comunicaciones.

En las conexiones punto a punto, los DEI’s de control y protección tienen una conexión directa con todos y cada una de las MU’s cuyos datos requieren. Esta topología implica, tal como se muestra en la figura 4.5, que los DEI’s tengan tantas interfaces de comunicación punto a punto como conexiones sea necesario establecer con las MU´s. Del mismo modo, las MU’s necesitan disponer de tantas interfaces de comunicación como conexiones tengan que establecer para dar servicio a los distintos DEI’s de protección y control.

En la figuraFigura 4. 5 Bus de Proceso basado en una topología punto a punto., el DEI1 (que participa en el Bus de Proceso) dispone de 3 conexiones directas con las MU1, MU2 y MU3. La MU2 necesita cuatro puertos Ethernet para poder establecer conexiones directas con los DEI1, DEI4, DEI5 e DEI6.

Capítulo 4

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Figura 4. 5 Bus de Proceso basado en una topología punto a punto.

En las conexiones punto a multipunto los DEI’s de control y protección se conectan a una red de comunicaciones, a la que, a su vez, se conectan las distintas MU’s. En este tipo de conexiones, un emisor escribe información para múltiples receptores.

La topología representada en la figura 4.6 presenta redundancia en el Bus de Proceso, esto es, todos los equipos se conectan a través de dos redes independientes (dos switches Ethernet NO conectados entre sí).

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Figura 4. 6 Bus de Proceso basado en una topología punto a multipunto.

La solución de redundancia es muy atractiva ya que los tiempos de recuperación ante fallas unitarios de la red son nulos. La base de funcionamiento de este protocolo se representa en la figura 4.7. Una MU envía, a través de dos redes Ethernet no conectadas entre sí (principal y respaldo), la misma información. El DEI de protección recibe las dos informaciones, y descarta una de ellas. De este modo, en el caso que hubiera cualquier tipo de problema en una de las dos redes Ethernet, el dispositivo de protección seguiría recibiendo la información, y lo que es más importante, el tiempo de recuperación ante fallas de red es cero. También vale la pena resaltar que el DEI de protección en todo momento conoce el estado de ambas redes de comunicaciones, pudiendo notificar alarmas en el caso de detectar una falla de red.

Figura 4. 7 Envío simultáneo de información por dos redes independientes

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4.4.4.1 Comparación de ambas arquitecturas

¿Qué topología es la más adecuada? Para tratar de responder a esta pregunta trataremos de resaltar los puntos fuertes y débiles de cada una de ellas en lo referente a los aspectos que influyen en el rendimiento y despliegue del bus de proceso.

4.4.4.1.1 Escabilidad

Vamos a tratar de ilustrar el concepto de escalabilidad con un ejemplo (por centrarnos en el problema de la escalabilidad, supondremos que no es necesario ningún tipo de redundancia).

Imaginemos que la implementación de un bus de proceso consta de 2 DEI’s que reciben información de 4 MU’s. Una topología punto a punto requiere que, al menos, las MU’s dispongan de dos interfaces de comunicaciones y que los DEI’s tengan 4 interfaces de comunicaciones, siendo el número total de fibras ópticas requeridas 8 ó 16, dependiendo de que sea posible transmitir y recibir información por una misma fibra, o se dedique una fibra óptica a la transmisión de información y una segunda fibra óptica a la recepción de información.

Una topología punto a multipunto se resolvería con la ayuda de un Switch Ethernet. Dicho Switch debería disponer de, al menos, cuatro puertos para comunicarse con las cuatro MUs, y dos puertos para comunicarse con los DEI’s.

En el caso que se requiera modificar la instalación para añadir, por ejemplo, tres TCs no convencionales, manteniendo las cuatro MU’s, ¿Cómo nos podemos adecuar a la nueva situación?

Los DEI’s serían los equipos a modificar en una topología punto a punto, ya que los mismos deberían poder alojar al menos 7 interfaces de comunicación. Una topología punto a multipunto necesitaría un Switch que tuviera al menos 7 puertos ópticos para poder recoger las muestras de los TCs no convencionales.

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La escalabilidad, por tanto, es un factor limitativo para una topología punto a punto, dado que los DEI’s y las MU’s diseñados para la misma dispondrán de un número máximo de interfaces de comunicaciones.

4.4.4.1.2 Sincronización

El objetivo principal de la sincronización, es sincronizar las muestras (estampa de tiempo) de las formas de onda provenientes de las MU’s. Por lo tanto, la sincronización desempeña un papel muy importante en la implementación del bus de proceso, ya que influye en la operación correcta o incorrecta de un esquema de protección, control o medición. Por ejemplo, en un esquema de protección diferencial de barra, el relevador debe estar suscrito a la información proveniente de las MU’s de todas las bahías que conforman el esquema y obtener en el mismo instante de tiempo los valores (SV), ya que si existe una diferencia de tiempo en las muestras recibidas en el relevador, provocaría en el cálculo del algoritmo diferencial de barra del dispositivo, una corriente diferencial, la cual, si esta por arriba del valor ajustado, provocaría un disparo incorrecto, ocasionado por la falta de sincronización.

La sincronización del bus de proceso, para una topología punto a multipunto, se puede realizar mediante un GPS, utilizando una señal IRIG-B. Para poder realizar una conexión punto a multipunto, se tendría que utilizar una red (Ethernet a través de un switch), la cual debe de estar sincronizada junto con los relevadores y las MU’s; para que cuando los relevadores se suscriban a la información contenida en las MU’s, ésta sea adquirida en el mismo instante de tiempo (estampa de tiempo), ya que si esto no se llevara a cabo, como se menciono anteriormente, podría provocar una operación incorrecta del sistema de protección, control o medición.

La sincronización de los equipos en una topología punto a punto implica que, uno de los extremos del enlace, que tiene conexión directa con una señal de sincronización, se encargue de la sincronización del otro extremo del enlace. En el caso del bus de proceso, si recordamos la Figura 4.5 que representaba esta topología, los DEI’s del bus de proceso son sincronizados mediante un protocolo determinado. Estos equipos, a su vez, son los encargados de sincronizar la información recibida de las MU’s.

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La solución de General Electric al bus de proceso que marca el estándar IEC61850 (SHF), es una arquitectura punto a punto. En dicha arquitectura, el encargado de realizar la sincronización de los Bricks, es el CPU de cada relevador, por lo cual, para esta arquitectura no se necesita ningún equipo externo que sincronice la información publicada por los Bricks.

4.4.4.1.3 Costo

La comparación del factor costo entre ambas topologías es complicada. No obstante, sí parece evidente que existen unos costos adicionales dependiendo de la topología seleccionada, así, para una topología punto a punto, podemos esperar DEI’s y MU’s de mayor costo, dado que requieren un número de interfaces de comunicaciones superior al requerido por una topología punto a multipunto. También, para la topología punto a punto, el número de fibras ópticas requeridas es mayor. El costo de la topología punto a multipunto viene dado por el equipamiento de red de comunicaciones requerido.