Đồ án hệ thống điện: Tìm hiểu về hệ thống SCADA

Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung.Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa.Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng, EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

Lời mở đầu

Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thành một thể hữu cơ thống nhất Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng, EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

và các bạn sinh viên đóng góp thêm để đề tài được phát triển sau này.

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Võ Hoàng Khánh

Mục lục

Lời mở đầu 1

Mục lục 2

Chương 1 6

Giới thiệu thiết bị SCADA 6

1 Tổng quan về RTU: 6

2 Cấu trúc XCELL RTU: 6

2.1 Giới thiệu tổng quan: 6

2.2 Đơn vị CELL căn bản: 7

2.3 RTU nhiều CELL: 7

2.4 Chức năng của RTU: 9

2.5 Tính toàn vẹn hệ thống: 9

2.6 Khả năng xử lí: 9

2.7 Khả năng mở rộng của RTU 10

2.8 Giải pháp RTU hoàn chỉnh 10

2.9 Kích thước RTU: 10

3 Các cấu hình truyền thông RTU: 10

3.1 Giới thiệu 10

3.2 Các công cụ: 12

4 Nguồn cung cấp DC cho RTU: 12

5 Các module giao tiếp thiết bị: 12

5.1 Module xử lí CPR-02x / CPR-03x: 12

5.2 Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040: 14

5.3 Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040: 14

5.4 Module đầu vào tương tự HAI-030: 15

6 Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị: 16

6.1 Các đầu vào số: 16

6.2 Quá trình điều khiển: 21

6.3 Các đo lường tương tự: 25

6.4 Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints): 27

6.5 Các đầu vào đếm (counter input): 28

6.6 Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation): 29

7 Truyền thông: 29

7.1 IEC 870 – 5 – 101: 30

7.2 FieldNet: 38

8 Cấu hình Transducer: 38

8.1 Transducer điện áp: 38

8.3 Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng: 39

Chương 2 42

Cấu hình thiết bị SCADA 42

1 Cấu hình truyền thông cho RTU: 42

2 Chọn loại và số lượng card giao tiếp: 42

3 Bố trí thiết bị RTU: 43

4 Cấu hình các thông số chính cho từng loại card: 43

5 Tính toán cấu hình Transducer TRIAD: 48

Chương 3 51

HỆ THỐNG EMP 51

1 TỔNG QUAN VỀ EMP 51

1.1 Giới thiệu 51

1.2 Các thành phần của EMP 51

1.3 Cấu trúc hệ thống EMP 53

1.4 Trào lưu dữ liệu trong EMP 57

2 TỔNG QUAN VỀ HABITAT 62

2.1 Giới thiệu 62

2.2 Cấu trúc của HABITAT 62

3 CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ: 65

3.1 Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG: 65

3.2 Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu: 66

3.3 Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem): 67

3.4 Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem): 67

4 Các kiểu hệ thống HABITAT: 67

4.1 Hệ thống HABITAT thời gian thực: 67

4.2 Hệ thống HABITAT mô phỏng: 67

4.3 Các hệ thống phát triển HABITAT: 68

4.4 Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB: 68

5 ALARMS: 68

5.1 Các sự kiện (Events): 69

5.2 Các hiển thị cảnh báo (Alarm display): 70

6 Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT: 70

6.1 Tiện ích Quyền (Permission): 70

6.2 Tiện ích Quản lý cấu hình 70

6.3 Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman) 71

7 Hệ thống giao tiếp 72

7.1 Hệ thống ngày giờ: 72

7.2 Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC) 73

7.3 Trending and strip chart recorders driver 73

7.4 Nhật ký (Logman) 73

8 Lập trình trong HABITAT 73

8.1 Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng 73

8.2 Chương trình ứng dụng HABITAT .73

8.3 Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM) 74

8.4 Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình .74

9 Hệ thống con SCADA: 75

9.1 Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA: 75

9.2 Giao diện người sử dụng SCADA: 76

9.3 Thu thập dữ liệu SCADA: 77

9.4 Giám sát thời gian thực: 79

9.5 Điều khiển giám sát: 82

9.6 Các chức năng SCADA hỗn tạp: 83

Chương 4 85

Vận hành hệ SCADA 85

1 Hệ thống phần cứng SCADA: 85

2 Chức năng phần mềm SCADA: 85

2.1 Thu thập dữ liệu: 85

2.2 Điều khiển giám sát: 86

2.3 Điều khiển hệ thống: 86

3 Các display về trạm: sơ đồ một sợi và bảng 88

4 Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu cua hệ SCADA tại trạm: 94

4.1 Nguồn gốc dữ liệu 94

4.2 Dữ liệu tương tự 94

4.3 Dữ liệu trạng thái 98

4.4 Dữ liệu đếm 102

5 Khả năng quét của SCADA 104

6 Cờ đặc tính dữ liệu 105

6.1 Cờ nguồn gốc dữ liệu 106

6.2 Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết 106

6.3 Cờ đa hợp 108

6.4 Cờ từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator) 109

6.5 Cờ thuộc tính 109

7 Dữ kiện và cảnh báo SCADA 110

7.1 Các điều kiện bất thưòng 110

7.2 Dữ kiện cho sự trở về trạng thái bình thường 111

7.3 Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị: 111

7.4 Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA 112

8 Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA: 115

9 Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA: 116

Chương 5 117

Kết luận và hướng phát triển đề tài 117

Phụ lục 118

1 TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer: 118

2 Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 119

3 Kết nối loại D (D-type connector) 121

Chương 1 Giới thiệu thiết bị SCADA

1 Tổng quan về RTU:

RTU Xcell là một công nghệ RTU theo kiểu khối, được thiết kế chuyên dụng chocông nghiệp điện năng Cách tiếp cận theo kiểu module của nó cho phép các hệ thốngphức tạp được xây dựng dễ dàng từ các ô (cell) tiêu chuẩn

Hình 1.1: Một RTU tiêu biểu

Công nghệ Xcell cung cấp cho người sử dụng 6 mức độ độc lập nhau cho việcthiết kế các hệ thống tự động Đó là:

1) Đơn giản sử dụng, bảo trì và mở rộng

2 Cấu trúc XCELL RTU:

2.1 Giới thiệu tổng quan:

XCell RTU được dựa trên kiến trúc XCell mạnh và tiên tiến Đây là mộtkiến trúc linh hoạt và theo kiểu module được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ởhiện tại và trong tương lai Dùng các phương pháp đa bộ xử lí, RTU này thựchiện các chức năng của nó với độ sẵn sàng cao và có hiệu lực cao và khả năngđáp ứng hầu hết các yêu cầu tại công trường Nó được gắn trên giá 19'' (rack),được thiết kế bằng các bộ phận điện tử chuẩn và được chế tạo theo các tiêu chuẩnISO 9002

2.2 Đơn vị CELL căn bản:

RTU được xây dựng dựa trên một khái niệm theo kiểu khối (cellular,modular) bao gồm một hay nhiều Khối (Cell) hợp thành Một Cell có thể chỉ cómột module xử lí trung tâm hoặc gồm một module xử lí trung tâm và có đến 4module Vào/Ra để giao tiếp với các thiết bị khác Các module giao tiếp đượcchọn trên cơ sở các yêu cầu cụ thể tại trạm, bao gồm cả các yêu cầu về môitrường, loại tín hiệu và số lượng tín hiệu

Hình 1.2: Một Cell tiêu biểu

2.3 RTU nhiều CELL:

Với các trạm và nhà máy có nhiều tín hiệu kết nối với RTU thì cần RTUnhiều Cell hơn và mạnh hơn

Hình 1.3: RTU nhiều Cell

Các cell giao tiếp với nhau bằng hệ thống giao tiếp FieldNet Hệ thống nàytích hợp các Cell lại với nhau tạo thành một hệ thống RTU thống nhất Dữ liệutrong bất kì cell nào đều có thể được dùng bởi tất cả các cell khác Các cell riêngbiệt kết hợp với FieldNet tạo ra một hệ thống cơ sở dữ liệu (Global AccessibleDatabase) luôn sẵn sàng cho tất cả các cell

Hình 1.4: Giao tiếp FieldNet

Mỗi module xử lí có hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực của riêng nó.Điều này cho phép mỗi cell có thể hoạt động độc lập với các cell khác Nhiều cell

có thể thực hiện cùng các chức năng như nhau trong lúc mà một số Cell có thểthực hiện các chức năng riêng của chúng Tuy nhiên, chúng có thể kết hợp lại vớinhau để đưa ra một RTU mạnh với nhiều đặc trưng và ưu thế mà một RTU

2.4 Chức năng của RTU:

RTU có thể được cấu hình để đáp ứng các yêu cầu về chức năng cho từngtrạm Hệ thống tối thiểu cung cấp chức năng cơ bản như giám sát và điều khiển

dễ dàng từ xa Ngoài ra hệ thống này còn có cả các đặc tính nhận biết phần cứng

tự động và chức năng tự nhận cấu hình

Trên cơ sở này nhiều chức năng phức tạp đã được hình thành Các thuậttoán xử lí chuẩn được cung cấp đối với các loại tín hiệu chuẩn như là: các đầuvào số đơn (1 bít), các tín hiệu đầu vào số kép (2 bít), v.v Mỗi loại tín hiệu này

có một số các thông số cần thiết như: đảo trạng thái, thời gian lọc (filter time),tham số tỷ lệ (scaling parameter), v.v… Các thông số này có thể được cấu hìnhcho từng tín hiệu bằng phần mềm eXpert chạy trên hệ điều hành WinNT

Đối với các hệ thống tiên tiến hơn, RTU cung cấp việc lập trình ứng dụngtrong một môi trường đồ hoạ Và cho phép các ứng dụng được phát triển trongbất kì 5 môi trường lập trình: Ladder Diagrams, Sequential Function Charts,Function Block Diagrams, Structured Text và Intruction List Chức năng này tuântheo tiêu chuẩn phát triển ứng dụng IEC 1131, cho phép người dùng xây dựngnên một RTU hoàn toàn thoả mãn các yêu cầu của trạm nhờ vào phần mềmeXpress

 Truyền thông FieldNet dự phòng giữa các cell

 Nguồn cung cấp DC kép cho mỗi cell

 Mỗi module xử lí XCell có riêng bộ chuyển đổi DC-DC để phát cácmức điện áp yêu cầu cho việc dùng bên trong cell đó Điều này đảmbảo sự làm việc việc độc lập và cách ly giữa các Cell

 Có thể dùng nhiều bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều khiển

 Lỗi của một cell được khoanh vùng và chỉ mất các chức năng của Cell

Mỗi module xử lí bên trong RTU giám sát một số hữu hạn các tín hiệu thiết

bị vật lý –128 Chính vì vậy cần phải cân nhắc khi sử dụng bộ xử lý cho các ứngdụng của RTU Khi số tín hiệu của RTU tăng thì số lượng Cell cũng cần phảităng Mỗi Cell vẫn đảm bảo một số lượng tối đa 128 tín hiệu thiết bị vật lý Điềunày đảm bảo rằng hiệu suất sẽ không giảm khi số lượng tín hiệu tăng và đảm bảođạt được mức thời gian 1ms được gắn cho tất cả các dữ liệu RTU cho dù sốlượng tín hiệu tăng

2.7 Khả năng mở rộng của RTU

XCell RTU mở rộng một cách dễ dàng bằng cách đơn giản thêm Cell Nếukhông gian trong một giá không đủ thì có thể mở rộng sang giá khác bằng cách

mở rộng kết nối FieldNet đến giá mới

2.8 Giải pháp RTU hoàn chỉnh

Dù rằng các module XCell hoặc các Cell là "trái tim" của XCell RTUnhưng một RTU hoàn chỉnh nói chung bao gồm:

 Các module Xcell

 Hàng kẹp đấu nối (giao tiếp với thiết bị điện)

 Đấu nối nội bộ giữa các hàng kẹp đấu nối các module XCell

 Điều khiển nhiệt độ và bộ sấy (heater)

 Các thiết bị khác trong tủ như ổ cắm điện, bóng đèn

 Đấu nối khác bên trong tủ cho nguồn và các thiết bị bảo vệ

 Các thiết bị bổ sung theo yêu cầu

2.9 Kích thước RTU:

XCell RTU được bố trí kích thước để đáp ứng với các nhu cầu của trạm Sốlượng của các module giao diện thiết bị dựa trên số tín hiệu thiết bị tại mỗi trạmRTU Một giá (rack) chuẩn 19'' có thể có 3 XCell đầy đủ (một bộ xử lí và 4module giao diện vào/ra I/O) Các module XCell có mật độ kênh cao để đáp ứngvới số hàng kẹp giao diện, số hàng kẹp giao tiếp này quyết định chính đến kíchthước vật lí của RTU

3 Các cấu hình truyền thông RTU:

Hình 1.5: Truyền thông kép đến các Trung tâm Điều độ

 RTU truyền thông dự phòng (redundant communications):

Các module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu,phù hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hỗ trợ xử lý cho cácmodule Vào/Ra

Hình 1.6: Kết nối dự phòng với Trung tâm Điều độ

 Các RTU truyền thông chuẩn (standard communications):

Module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu, phùhợp với giao thức truyền thông và đồng thời hổ trợ xử lý cho các moduleVào/Ra

Hình 1.7: Kết nối chuẩn

3.2 Các công cụ:

Thành phần Mô tả

Expert-010 Phần mềm cấu hình cơ sở dữ liệu

Explore-010 Phần mềm các chuẩn đoán

Express-010 Công cụ lập trình ứng dụng với 5 ngôn ngữ lập trình IEC

1131SIM-010 Thiết bị mô phỏng dữ liệu Vào/Ra (I/O) với các dây nối bên

trong

4 Nguồn cung cấp DC cho RTU:

Nguồn cung cấp cho RTU là 48V DC Phần lớn các thiết bị RTU sẽ hoạt động từmột nguồn một chiều không được điều chỉnh điện thế trong khoảng 18 đến 66V DC.Tuy nhiên nguồn cung cấp RTU cũng được dùng như nguồn cung cấp module HDO-

030 và điều này đòi hỏi một nguồn 48V DC +/-25% (tức là từ 36V đến 60V DC)

5 Các module giao tiếp thiết bị:

Một thiết bị cell căn bản bao gồm: 1 module xử lí và có tối đa 4 module Vào/Ra

(như Hình 3: một Cell tiêu biểu).

5.1 Module xử lí CPR-02x / CPR-03x:

 CPR-02x bộ xử lí 16 bít, 16MHz

 CPR-03x bộ xử lí 32 bít, 16MHz.

 Có khả năng xử 256 kênh Vào/Ra vật lí

 Bước nhảy 1msec/lần

 Hai cổng nối tiếp:

 Kết nối từ xa

 Kết nối tại chỗ để cấu hình và chuẩn đoán tại chỗ

CPR có các giao diện khác nhau với người vận hành như:

 Các chỉ thị LED:

 Xanh: Khi có điện cung cấp

 Vàng: Khi hoạt động hay On LINE

I s o l a t i n g

D C / D C C o n v e r t e r

5.2 Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040:

 32 kênh đầu vào số

 Chỉ có các cặp tiếp điểm nguồn điện áp bên ngoài (Wet contacts)

 Đầu nối loại – D (D-connector) đối với các kênh đầu vào

 Điện áp định mức 48VDC

Module đầu vào số có 32 kênh tín hiệu Các tín hiệu vào được cách ly với

nhau và cần có nguồn điện áp bên ngoài Module HDI–040 được thiết kế đối với

điện áp vào 48VDC Tuy nhiên có thể kết nối với điện áp đầu vào cao hơn chẳng

hạn như 110 hoặc 220 VDC bằng các module đấu nối 32DI hay

TERM-32DI –ISO Các module đấu nối này có sẵn các điện trở để có thể dùng với điện

áp lớn hơn 48VDC Sự khác nhau giữa 2 module đấu nối này là với TERM-32DI

16 tín hiệu vào dùng chung một điểm chung (Comon) trong khi với TERM-32DI

–ISO các tín hiệu đầu vào được cách ly hoàn toàn với nhau

Hình 1.9: HDI- 040 và sơ đồ nguyên lý

5.3 Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040:

 Tín hiệu ra dạng xung hoặc được chốt (latched output)

 Chức năng điều khiển ở đầu ra: lựa chọn - kiểm tra - thực hiện

 2 mức kiểm tra ngăn chặn trong phần cứng của đầu ra điều khiển

 Một rơle ở kênh đầu ra

HDO-030/040 là một module đầu ra 32 kênh với một công tắc đơn trên mỗikênh và được thiết kế để hoạt động với điện áp cung cấp danh nghĩa giữa 20 và60V Module có thể cho phép chỉ một kênh được hoạt động tại một thời điểmhoặc cho phép nhiều tín hiệu ra được chốt

Điện áp để các rơle bên trong module làm việc được cấp từ đầu nối DB37 Cácmạch logic điều khiển của module được cấp nguồn từ module xử lí CPR thôngqua backplane

Hình 1.10: HDO- 040 và sơ đồ nguyên lý

5.4 Module đầu vào tương tự HAI-030:

 32 kênh đầu vào tương tự

 Tín hiệu vào khác nhau

 Dải dòng điện vào định mức +/-20mA

HAI-030 là một module đầu vào tương tự dùng cho các tín hiệu vào tương

tự một chiều Dải dòng điện vào định mức +/-20mA với khả năng quá tải là 5%.Dải dòng điện vào có thể cấu hình là +/-10mA dùng chức năng CAL bằng phím

chức năng của module CPR, sự thay đổi này sẽ có tác dụng cho tất cả các tín hiệuvào của module Giá trị của điện trở tải giữ ở mức 50 Ohm Độ phân giải bộchuyển đổi tương tự -số (A/D converter) không đổi cho đến khi có sự cân chỉnh(calibration) đối với độ lợi bộ khuếch đại tín hiệu vào.

Hình 1.11: HAI-030 và sơ đồ nguyên lý

6 Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị:

6.1 Các đầu vào số:

6.1.1 Kết nối:

Module đầu vào số HDI, khi làm việc cần một điện áp vào thu nhậntín hiệu của một kênh Điện áp này đặt giữa 2 điểm đấu nối (+) và (-) củakênh đầu vào và phải theo đúng cực tính đã qui định Thiết bị trạm có thểcung cấp điện áp này hoặc đưa ra một công tắc không điện (dry contact) vàđiện áp này được cung cấp từ RTU

Nếu thiết bị trạm cung cấp điện áp thì điện áp này nối trực tiếp với

Hình 1.12: HDI dùng điện áp 48VDC từ thiết bị trạm

Trường hợp thiết bị trạm đưa ra một công tắc không điện thì HDIđược nối như hình 14:

Hình 1.13: HDI dùng điện áp 48VDC từ RTU

Trên hàng kẹp đấu nối tủ RTU, một điểm đầu nối, kí hiệu dấu +, sẽđược kết nối với nguồn +48V DC Dương nguồn này được chuyển mạchđến âm nguồn, ở một điểm đấu nối khác, kí hiệu dấu -, và như thế ta nhậnđược một kênh đến kênh đầu vào số

Còn trên bộ kết nối (connector) của module đầu vào số, một phía củacác kênh đầu vào được kết nối cùng nhau và nối với âm nguồn -48V DC,phía còn lại sẽ nhận điện áp chuyển mạch (dương nguồn) từ các thiết bịtrạm

6.1.2 Quá trình xử lí đầu vào số:

Tất cả sự thay đổi trạng thái đều được in dấu thời gian ngay lập tứcvới độ phân giải 1msec tuỳ thuộc vào việc phát hiện sự thay đổi đó Bởi vì

bộ xử lí giao tiếp với 128 đầu vào vật lí (với CPR-021), 256 đầu vào vật lí(với CPR-02x/CPR-03x cao hơn) cho nên có thể in dấu thời gian cho tất cảcác đầu vào với độ phân giải 1msec bất chấp số điểm đo trong RTU

Các kênh trên một module đầu vào số có thể được sử dụng với cácloại chỉ thị khác nhau chẳng hạn như các chỉ thị đầu vào đơn (1 bít), các chỉ

thị đầu vào kép (2 bít), vị trí nấc phân áp, các đầu vào BCD, v.v Cần lưu ýrằng các chỉ thị dùng nhiều bít phải sử dụng các kênh đầu vào liên tiếp.

6.1.3 Các đầu vào số đơn:

Các đầu vào số đơn có một số thông số để người dùng cấu hình để.Các thông số cấu hình đó đưa ra các chức năng nổi bật Bao gồm các chứcnăng chuẩn sau:

 Thời gian lọc ON, ON Filter Time (0 - 60secs) và thời gian lọc OFF, OFF Filter Time (0 – 60secs) được cấu hình cho từng

kênh Thời gian lọc là khoảng thời gian đầu vào ở trạng thái Onhoặc trạng thái OFF trước khi sự thay đổi trạng thái được chấpnhận là hợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp

 Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh vàđảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp

 Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa làkhông đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổitrạng thái trên kênh đó

 Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tựđộng bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được pháthiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian địnhtrước Thông số này nhằm ngăn ngừa một kênh lỗi, có thể tạo ra

dữ kiện thay đổi trạng thái liên tục

6.1.4 Các đầu vào số kép:

Hai kênh đầu vào số liên tiếp có thể được nhóm lại với nhau và đượccoi như là một chỉ thị kép Các tín hiệu chỉ thị kép có một số thông số cấuhình chính như sau:

 Thời gian lọc trạng thái hợp lệ - Valid State Filter Time (0 - 60secs)

và thời gian lọc trạng thái không hợp lệ - Invalid State Filter

Time (0 – 60secs), hai thông số này được cấu hình cho từng tín

hiệu kép Các thông số thời gian này là những thời gian mà trạngthái vào của các kênh đơn phải hợp lệ (01 hoặc 10) hoặc khônghợp lệ (00 hoặc 11) trước khi sự chuyển trạng thái được cho làhợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp

 Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh vàđảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp

 Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa làkhông đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổitrạng thái trên kênh đó

 Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tựđộng bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được phát

hiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian địnhtrước

6.1.5 Việc loại bỏ tự động của các đầu vào số:

Việc loại bỏ tự động là một đặc điểm tự điều chỉnh: phát hiện số sựkiện của các kênh đầu vào vượt quá mức giới hạn trong một khoảng thờigian nhất định và ngăn chặn những kênh “có vấn đề” từ cho đến khi thờiđiểm các kênh này ổn định trở lại Thông số này nhằm ngăn chặn các chỉ thịsai mà xuất hiện liên tục và ngăn ngừa để chúng khỏi tạo ra các dữ kiệnvượt quá số dữ kiện có nghĩa

Số sự kiện (1-64) và giới hạn thời gian mà sự kiện xảy ra (1-30 secs)trước khi điểm đo bị ngăn chặn có thể được cấu hình trên cơ sở một hệthống Ngoài ra cấu hình trên cơ sở một hệ thống là chu kì (1-30mins) màtrong suốt chu kì đó điểm đo phải ổn định trước khi điểm đó không đượcloại bỏ và việc báo cáo của các sự kiện lại được kích hoạt

Hình 1.14: Loại bỏ tự động các đầu vào số.

6.1.6 Các chỉ thị vị trí nấc phân áp nhị phân:

Các chỉ thị vị trí nấc phân áp có thể được thu thập bằng một số các chỉthị số liên tiếp mà mỗi chỉ thị nối với một vị trí nấc phân áp của máy biến

áp Chỉ một chỉ thị được kích hoạt để chỉ thị một nấc phân áp hợp lệ

Các chỉ thị nấc phân áp nhị phân có một số thông số chính do ngườidùng cấu hình như sau:

 Nấc đầu tiên (Start Tap) được cấu hình cùng tương ứng với kênhchỉ thị vật lý Các kênh liên tiếp miêu tả các vị trí nấc liên tiếp

 Nấc cao nhất (maximum number of taps) có thể cấu hình đến 31

 Loại máy biến áp (Transformer type): có thể chọn tự ngẫu wound) hoặc hai cuộn dây (double-wound).

(Auto- Thời gian hợp lệ (Validation time) (0-60secs) có thể được thiết lậpcấu hình cho chỉ thị nấc của từng máy biến áp

 Thời gian hợp lệ (0-10mins) (Validation time) có thể được thiết lậpcấu hình cho chỉ thị nấc của từng máy biến áp (không phải ONhoặc nhiều hơn một đầu vào tại cùng một thời điểm) được chấpnhận

 Đảo trạng thái (Inversion) có thể cấu hình cho chỉ thị vật lý củatừng máy biến áp trước khi chubgs được xử lý tiếp

6.1.7 Các chỉ thị BCD:

Các đầu vào BCD có thể được xuất phát từ một số chỉ thị số liên tiếp.RTU sẽ cung cấp từ 1 đến 4 con số BCD cộng một vạch chọn hoặc các đầuvào hợp lệ để ký hiệu rằng các con số là hợp lệ

Các đầu vào BCD có một số thông số cấu hình được kết hợp vớichúng như:

 Số con số BCD có thể được thiết lập cấu hình từ một con số (0-9)tới 4 con số (0-9999) Mỗi con số yêu cầu 4 kênh đầu vào số độclập

 Thời gian hợp lệ (0-60secs) có thể được thiết lập cấu hình đối vớimỗi đầu vào BCD cho việc xác nhận tính hợp lệ các chỉ đầu vàoBCD vững Như một sự lựa chọn, một tín hiệu hợp lệ có thểđược sử dụng để xác định khi nào giá trị BCD là hợp lệ Vào lúcchuyển tiếp của tín hiệu hợp lệ thì giá trị BCD được đọc và đượcghi lại

 Việc chuyển từ 0 sang 1 hoặc 1 sang 0 của đầu vào hợp lệ có thểđược lựa chọn cho việc đọc các đầu vào BCD

6.2 Quá trình điều khiển:

6.2.1 Việc kết nối thiết bị:

Nguồn cung cấp 48V DC +/-25% (tức là 36-60V DC) cấp cho các rơletrên module đầu ra số Nguồn này phải được nối từ điện áp cung cấp choRTU bằng connector ở phía trước module đầu ra số

Module đầu ra số đưa ra một cặp tiếp điểm không điện (dry contact, avolt free contact) cho mỗi kênh Thiết bị trạm có thể dùng cặp tiếp điểmkhông điện này hoặc cần một điện áp ra và RTU phải cung cấp điện áp đó Nếu thiết bị trạm dùng cặp tiếp điển không điện cho mỗi kênh thì cóthể được kết nối trực tiếp với module đầu ra số như hình sau:

Hình 1.15: HD0 dùng điện áp 48VDC từ thiết bị ngoài

Trường hợp thiết bị trạm yêu cầu đầu ra một điện áp cho mỗi kênh thìviệc kết nối RTU có một chút phức tạp và được trình bày như hình sau:

Hình 1.16: HD0 dùng điện áp 48VDC từ RTU

6.2.2 Quá trình xử lí đầu ra số:

RTU hỗ trợ cho một số loại đầu ra và một số giao thức Chúng đượcchia làm 2 loại, các đầu ra điều khiển (Control Ouputs) và các đầu ra khôngđiều khiển (Non-Control Ouputs) Các đầu ra không điều khiển là các đầu

ra tiếp điểm chuẩn mà quá trình hoạt động được chốt hoặc được kích xung.Các đầu ra không điều khiển được sử dụng đối với quá trình hoạt động ởđầu ra với mục đích chung Tuy nhiên các đầu ra điều khiển đòi hỏi các yêucầu hoạt động nghiêm ngặt vì các lí do an toàn và được sử dụng chung đốivới quá trình hoạt động của máy ngắt ở đó tính an toàn được đặt lên hàngđầu

6.2.3 Các đầu ra điều khiển:

Bất kì sự điều khiển số vật lý có thể được gán như một đầu ra điềukhiển 3 tầng Các đầu ra điều khiển này phải chịu sự kiểm tra và có nhữnggiới hạn trong quá trình hoạt động Các đầu ra điều khiển có thể được cấuhình với các thông số sau cho từng điểm:

a) Tín hiệu được chốt (latched) hoặc được kích xung (pulsed)

b) Dùng tín hiệu được chốt khi đầu ra được lệnh đến một trạng tháinhất định và giữ ở trạng thái đó cho đến khi được lệnh đến trạngthái ngược lại.

c) Tín hiệu xung cho phép kênh đầu ra được kích đến trạng thái “ON”trong khoảng thời gian được cấu hình (thường vài giây) Saukhoảng thời gian này tín hiệu trở về trạng thái “OFF” Có 4 tùychọn để cấu hình độ rộng xung

 Độ rộng xung có thể được chỉ định như một phần của lệnhđiều khiển gửi từ Trung tâm điều khiển

 Như một phần của giao thức IEC 870, độ rộng xung có thểđược cấu hình “Long Pulse” Lệnh điều khiển gửi từ Trungtâm điều khiển yêu cầu một đầu ra nhất định được điềukhiển với thời gian xung dài “Long Pulse”

 Như một phần của giao thức IEC 870, độ rộng xung có thểđược cấu hình “Short Pulse” Lệnh điều khiển gửi từ Trungtâm điều khiển yêu cầu một đầu ra nhất định được điềukhiển với thời gian xung ngắn “Short Pulse”

 Độ rộng xung có thể được cấu hình cho từng kênh đầu ra

cụ thể và lệnh được gửi từ Trung tâm điều khiển có thể chỉ

rõ việc sử dụng độ rông xung của kênh này trong khoảngkích xung

Tất cả đầu ra điều khiển được hoạt động với quá trình hoạt động 3bước Điều này có nghĩa rằng có 3 mẫu tin riêng biệt được phát trong trình

tự điều khiển đến bộ điều khiển đầu ra thật sự để làm hoạt động một đầu ra

Ba bước đó là chọn lựa (Selection), xác định (Arm) và thực hiện (Execute).Mỗi bước của trình tự điều khiển phải nhận được một phản hồi xác thực(positive) từ bộ điều khiển đầu ra thực tế trước khi bắt đầu bước tiếp theo.Chỉ khi cả 3 bước được hoàn tất và dữ liệu đã chứa trong mỗi giai đoạn lànhất quán thì đầu ra mới được kích hoạt thật sự Bất cứ sự không nhất quánnào trong các giai đoạn sẽ đưa đến kết quả là trình tự điều khiển sẽ bị hủy(aborted) và bị xóa (cleared down) Tại mỗi bước có một thời khoảngTimeout được khở tạo bởi cả giao diện của giao thức và bộ kích đầu ra Nếukhông nhận được một phản hồi trong khoảng thời gian Timeout thì phảnphản hồi đó được coi là không xác thực (negative) và trình tự điều khiển sẽ

bị hủy bỏ (aborted) và bị xóa (cleared down).

Hình 1.17: Trình tự điều khiển

Phần cứng cho các đầu ra điều khiển đưa ra khái niệm Lựa chọn / Xácđịnh / Thực hiện (Select/Arm/Execute) với sự xác minh lại (read-backverification) Các tiếp điểm đầu ra của kênh được đóng tại giai đoạn xácđịnh (Arm) và sự xác minh lại được sử dụng để kiểm tra rằng mạch củacard đầu ra số hoạt động tốt Tuy nhiên chỉ tại giai đoạn Thực hiện(Execute) thì nguồn moiứ thực sự được cấp cho các lên cặp tiếp điểm đầu rabởi việc kích hoạt các rơle chuyển mạch

Giao diện RTU sẽ chỉ cho phép chỉ một lệnh 3 bước đơn (single stage command) được hoạt động tại một thời điểm Vì thế khi lệnh 3-tầng(three-stage command) đang được thực hiện thì một lệnh đầu ra điều khiểnkhác từ Trung tâm điều khiển sẽ không được kích hoạt

three-6.2.4 Các đầu ra không điều khiển (Non-Control Output):

Các đầu ra không điều khiển là các đầu ra được kích hoạt bởi quá trìnhhoạt động một bước và không phải chịu các điều kiện cho phép hoặc các sựkiểm tra và các hạn chế nào Các điều khiển này có thể được cấu hình làquá trình chốt hoặc kích xung cho từng tín hiệu Đối với các đầu ra đượckích xung thì chiều dài xung có thể được cấu hình cho từng tín hiệu

6.3 Các đo lường tương tự:

6.3.1 Việc kết nối thiết bị:

Các đo lường tương tự từ các transducer được giám sát bằng cácmodule đầu vào tương tự Module đầu vào tương tự kết nối đến cáctransducer đo lường tại trạm như hình sau:

Hình 1.18: Sơ đồ kết nối cho các tín hiệu đo lường tương tự.

6.3.2 Quá trình xử lí đầu vào tương tự:

Dải tín hiệu vào của của module tương tự là từ -20mA đến +20mA

Có thể cấu hình một dải bất kỳ nằm trong khoảng từ -20mA đến 20mA chotừng tín hiệu tương tự Các nguồn đầu vào có các khoảng bất kì trongkhoảng trên có thể được thiết lập cấu hình trên cơ sở 1 kênh để phù hợp vớicác bộ chuyển đổi riêng biệt

Thời gian quét các đầu vào tương tự được đặt bởi thời gian biến đổiđối với bộ chuyển đổi A/D trên module Đối với các module trên đầu vàotương tự được cung cấp tất cả 32 kênh và được quét trong 2 giây Tất cả cácmodule đầu vào tương tự đều được quét song song Vì thế, nếu có 1 moduleđầu vào tương tự hoặc 200 module thì tất cả chúng đều được quét trong 2giây

6.3.3 Các đo lường đầu vào tương tự:

Các đầu vào tương tự có 1 số thông số cấu hình mà các thông số cấuhình đó đưa ra các chức năng đặc biệt khi thiết lập cấu hình Các thông số

 Để cung cấp cho các dải transducer khác nhau, dải đầu vào mỗikênh tương tự có thể được cấu hình Điều này cho phép cấu hìnhcác dảikhác nhau như –5mA đến +5mA và từ 0 đến 10mA.

 Dải chết (deadband) được cấu hình cho từng kênh nhằm tránh cáctín hiệu vào khỏi bị nhiễu và tạo ra các dao động tương tự bêntrong RTU và được đưa về Trung tâm điều khiển

 Hệ số trơn (smoothing factor) được cung cấp cho từng kênh nhằmđảm bảo rằng nhiễu quá độ (transient interference) không gây racác dao động biến đổi đối với giá trị được báo cáo thật sự và cóthể gây ra sự vượt quá giới hạn giả Với hệ số này, chỉ một sốphần trăm các thay đổi giá trị vào được báo cáo trong mỗi chu kỳquét Điều này dẫn đến các tác dụng từng bước một đối với cácgiá trị được báo cáo Hệ số này được cấu hình cho từng kênh

6.3.4 Vị trí nấc phân áp tương tự:

Các chỉ thị vị trí nấc phân áp có thể được thu thập từ một kênh đầuvào tương tự đơn ở đó dòng vào tỉ lệ với vị trí nấc phân áp Bất kì kênh đầuvào tương tự nào cũng có thể được dùng như 1 chỉ thị vị trí nấc phân áp.Các kênh khác trên cùng một module có thể được thiết lập cấu hình như cáckênh đầu vào tương tự chuẩn Các chỉ thị vị trí nấc phân áp tương tự có một

số thông số cấu hình đi kèm với chúng:

 Nấc ban đầu có thể được cấu hình tương ứng với dòng điện vào

 Tương tự, nấc lớn nhất (maximum tap number) (1- 31) có thể đượccấu hình tương với một dòng vào vật lí tương ứng của nó

 Loại máy biến áp có thể được thiết lập cấu hình như tự ngẫu ( wound) hoặc hai cuộn dây (Double-wound), xác định vị trí nhỏ

Auto-nhất cho ra giá trị đọc nấc phân áp nhỏ Auto-nhất hay vị trí đọc nấcphân áp lớn nhất

 Một dải chết (deadband) hợp lí có thể được cấu hình cho mỗi đầuvào Điều này cho phép lệch xung quanh mỗi vị trí nối hợp lệbên trong vị trí đó một giá trị thì vẫn được xem là hợp lệ Nếuviệc đọc bộ chuyển đổi ngoài vùng chết cho phép thì vị trí nốiđược đặt là 0 để chỉ việc đọc không hợp lí Dải chết được địnhdạng như một tỉ lệ phần trăm số gia của bước nấc

6.4 Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints):

6.4.1 Việc kết nối thiết bị:

Các điểm đặt tương tự được kích từ các module đầu ra tương tự Cácmodule con (daughter modules) được gắn chặt trên giá mang module

Vào/Ra (I/O Carrier Module) cho việc kết nối thiết bị Việc kết nối thiết bịđược chỉ ở hình sau:

Hình 1.19: Sơ đồ đấu nối cho các điểm đặt tương tự.

6.4.2 Quá trình xử lí điểm đặt tương tự:

Dải ra của module đầu ra tương tự là từ 0mA đến +20mA Có thểdùng các dải làm việc khác nằm trong khoảng này Các đầu ra được cách limột cách riêng biệt và được giải trừ trở về 0mA khi có lỗi thiết bị hoặc hếtthời gian giám sá (watchdog timeout)

6.5 Các đầu vào đếm (counter input):

Các đầu vào bộ đếm được sử dụng cho việc tích luỹ xung điện năng Đốivới tốc độ xung dưới 3Hz một kênh đầu vào số chuẩn có thể được cấu hình nhưmột đầu vào bộ đếm Tổng tần số của các xung có thể cấp trên một thiết bị XCellđơn do đó không nên vượt quá 30Hz, nghĩa là 10 đầu vào 3Hz hoặc một đầu vào30Hz Các kênh khác trên cùng một module đầu vào số có thể được sử dụng vàomục đích khác Đối với tốc độ xung lớn hơn 30 Hz thì nên sử dụng một module

bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter, HSC)

Các đầu vào bộ đếm hỗ trợ chức năng sau:

 “Đóng băng” (freeze) ở khoảng thời gian quy định

 “Đóng băng” (freeze) và giải trừ (reset) ở khoảng thời gian quy định

 “Đóng băng” (freeze) khi có lệnh

 “Đóng băng” (freeze) và giải trừ (reset) khi có lệnh

Các đầu vào bộ đếm có một số thông số cấu hình được kết hợp với

 Cơ chế chủ yếu của các đầu vào đếm là thu thập số đếm tích lũy tổng.Người dùng có thể cấu hình bộ đếm để thu nhận tổng số tích lũy ởkhoảng thời gian nhất định Điều này được hiểu như việc giữ ổn địnhtại các khoảng quy định Đây chính là “Đóng băng” (freeze) ở khoảngthời gian quy định Khoảng thời gian này có thể được cấu hình bằngđơn vị phút cho từng kênh tín hiệu.

 Cũng có thể cấu hình để giải trừ ngay sau khi tín hiệu đếm đã đóngbăng và gửi về trung tâm Đây chính là “đóng băng” và giải trừ Điềunày đưa ra một số đếm rõ ràng cho từng khoảng thời gian (timestamp)

đã cấu hình bằng việc đóng dấu thời gian khi đóng băng

 Khi trạm chủ muốn điều khiển trực tiếp việc “đóng băng” tín hiệu cácđầu vào bộ đếm hỗ trợ một lệnh “đóng băng” Lệnh này có thể đượcban hành bằng giao thức trạm chủ Khi đã được cấu hình chính xác,lệnh này có thể làm ““đóng băng” tín hiệu đếm hoặc “đóng băng” vàgiải trừ tín hiệu

 Bộ tích luỹ cuối cùng có thể đầy Mặc định giá trị đầy là giá trị thậpphân tương đương với giá trị 32 bit lớn nhất (0xFFFFFFFF) Giá trịđầy cũng có thể được cấu hình cho từng tín hiệu

6.6 Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation) :

Thời gian RTU nên được tham chiếu đến một vài đồng hồ chủ Có thểTrung tâm điều khiển chịu trách nhiệm đồng bộ thời gian với đồng hồ chủ và duytrì thời gian tham chiếu cho hệ thống Sau đó, Trung tâm điều khiển phải đồng bộthời gian với tất cả các RTU bằng các kết nối truyền thông Việc đồng bộ giữaTrung tâm điều khiển và một RTU phụ thuộc vào Trung tâm điều khiển tính toánthời gian đều chỉnh để bù đủ cho việc trễ do đường truyền theo đặc điểm kỹ thuậtcủa mỗi giao thức

Bộ xử lí giao tiếp truyền thông cài đặt thời gian tham chiếu của nó từ Trungtâm điều khiển bằng giao thức Sau đó bộ xử lý đồng bộ hoá thời gian với cácCell khác trong RTU Điều này được thực hiện đều đặn dựa trên truyền thông nội

bộ FiledNet Việc đồng bộ này duy trì tất cả các đồng hồ của các bộ xử lí XCelltrong khoảng thời gian 1ms Độ chính xác của đồng hồ RTU ở chế độ chạy độclập lớn hơn 250ms một ngày và từ đó Trung tâm điều khiển có thể xác định tần

số cần đồng bộ với RTU để duy trì độ chính xác thời gian toàn hệ thống

7 Truyền thông:

 Các truyền thông đến Trung tâm điều khiển – IEC870-5-101

 Các truyền thông trong RTU – FieldNet

7.1 IEC 870 – 5 – 101:

7.1.1 Tổng quát:

Truyền thông giữa RTU và các Trung tâm điều khiển dùng giao thứcđiều khiển từ xa chuẩn quốc tế IEC870-5-101 được thiết kế đặc biệt dànhcho các ứng dụng điện năng Giao thức này hỗ trợ việc truyền dữ liệu đượcdán nhãn thời gian từ RTU đến Trung tâm điều khiển Nó cũng hỗ trợ cảviệc truyền file đến RTU và từ RTU truyền đi Việc truyền file được sửdụng cho việc tải cấu hình RTU từ Trung tâm điều khiển xuống RTU và gửicác file chuỗi sự kiện và báo cáo về các sự kiện đã xảy ra từ RTU về Trungtâm điều khiển.

Việc truyền thông thực hiện từ quá trình hoạt động của 2 bộ xử líXCell trong chế độ dự phòng kép (dual redundant mode) để tăng tính sẵnsàng Ở một thời điểm chỉ một bộ xử lí hoạt động RTU giao tiếp dựa vàocổng nối tiếp phía trước module bộ xử lí XCell Ở một vài nơi RTU chứagiao thức IEC trên một bộ xử lí đơn và không hoạt động trong chế độ dựphòng kép

Mọi nơi đều sử dụng IEC870-5-101 trong chế độ không cân bằng(unbalanced mode) trên một kết nối không đồng bộ (asynchronuous link)

Đó là một giao thức chuẩn và mở được định nghĩa đối với các ứngdụng điều khiển từ xa Giao thức này cung cấp tính an toàn và chức năngđược yêu cầu cho việc giám sát và điều khiển từ xa Nó được dựa trên mộttập con của ISO 7498 (thường được biết đến như mô hình tham chiếu 7tầng ISO), và tập con này được đặt tên “cấu trúc thi hành nâng cao”(“Enhanced Performance Architecture”) Tập con này gồm có 3 tầng: tầngvật lí (physical layer), tầng liên kết (link layer) và tầng ứng dụng(Application layer), cung cấp các thời gian đáp ứng nhanh hơn đối với cácthông tin then chốt (critical information)

 Các RTU với truyền thông dự phòng:

Các RTU có 2 bộ xử lí truyền thông dành cho việc truyền thôngvới Trung tâm điều khiển Miền Chúng không truyền thông vớiTrung tâm điều khiển quốc gia Cả hai bộ xử lí truyền thông với

Trung tâm điều khiển vùng dựa trên các đường thông tin riêngbiệt.

 Các RTU với truyền thông chuẩn:

Các RTU với truyền thông chuẩn có một bộ xử lí truyền thôngdành cho việc truyền thông với Trung tâm điều khiển Miền.Đối với các RTU với truyền thông kép và dự phòng, cả hai bộ xử lítrung tâm của các RTU truyền thông với Trung tâm điều khiển miền thựchiện các chức năng y hệt nhau, nhưng ở một thời điểm chỉ có một bộ xử lýhoạt động để kết nối với Trung tâm điều khiển Cái còn lại sẽ thực hiệnsong song cùng các chức năng nhưng sẽ không truyền thông thật sự vớiTrung tâm điều khiển Trong trường hợp bộ xử lí đang làm việc (activeprocessor) bị lỗi thì bộ xử lí kia sẽ trở thành bộ xử lí chính và lại tiếp tụccông việc

Giao diện bộ xử lí là một giao diện chuẩn RS232 sử dụng bộ nối cáiloại D 9 chân (9-way D-type female connector) trên module bộ xử lí ChuẩnRS232 giới hạn tổng khoảng cách của việc kết nối là 15 mét

Mỗi kí tự Tx/Rx có 11 bít bao gồm: 1 bít khởi đầu (start bit), 8 bít dữliệu (data bit), 1 bít tính chẵn (even party bit) và 1 bít kết thúc (stop bit).Tốc độ bít trên đường truyền liên kết có thể cấu hình từ 100 baud đến 9600baud như đã định trong đặc tinhd kỹ thuật của giao thức IEC 870-5-101.Chất lượng modem và đường truyền xác định tốc độ bít thực sự được sửdụng

Tầng vật lý này cung cấp việc kiểm tra tính chẵn lẻ, tạo khung và việcchạy quá của dữ liệu Bất kì dữ liệu nào bị phát hiện lỗi sẽ bị loại bỏ

7.1.3 Tầng liên kết (Link layer):

Giao thức IEC 870-5-101 sử dụng cấu trúc khung FT1.2 theo đặc tínhIEC 870-5-101 đưa ra một khoảng cách Hamming bằng 4 và tuân theo lớptính nguyên vẹn dữ liệu I2 Vì thế mà nó kết hợp các kí tự bắt đầu và kếtthúc, việc kiểm tra tổng, độ dài dữ liệu, việc kiểm tra điều khiển và các việckiểm tra dữ liệu trong việc việc kiểm tra sự hợp lệ của mẫu tin

Mỗi giao diện RTU được gán một địa chỉ RTU duy nhất (có thể cấuhình) trên đường truyền thông RTU chỉ đáp ứng đối với các mẫu tin hợp lệ

mà gửi đến nó và bỏ qua tất cả tương tác (transaction) đến với các RTUkhác

Đối với giao thức có 2 chế độ hoạt động: chế độ không cân bằng(unbalanced mode) và chế độ cân bằng (balanced mode) Trong chế độkhông cân bằng (chế độ chủ / tớ) RTU chỉ truyền thông với Trung tâm điềukhiển khi được hỏi đến Trong chế độ cân bằng RTU có thể tự truyền mẫutin đến Trung tâm điều khiển

Tất cả chuyển tác giao thức (protocol transaction) dùng hoặc một tinbáo nhận xác thực (positive acknowledgement) hoặc một tin nhắn báo nhậnkhông xác thực (negative acknowledgement) để chỉ việc tiếp nhận các mẫutin Các dữ liệu đã truyền đi có thể chỉ có thể bị loại bỏ bằng sự kết thúctruyền tin sau khi nhận sự thừa nhận xác thực của việc kết thúc nhận tin.Trách nhiệm của Trung tâm điều khiển là khởi đầu một cơ chế thử lại lầnnữa để phục hồi các gói dữ liệu hỏng.

7.1.4 Tầng ứng dụng (Application layer):

Tầng này cung cấp các đặc điểm chung sau:

 Kiểm soát vòng (Poll) sự kiện (lớp 1 và lớp 2)

 Việc đọc RTU đầy đủ

 Việc kích hoạt (activation) các đầu ra điều khiển

 Việc đệm sự kiện (event buffering)

 Việc đồng bộ thời gian (time synchronisation)

 Quá trình tải thông số xuống (parameter downloading)

 Ưu tiên mẫu tin

 Việc in dấu thời gian cho dữ liệu (time stamping of data)

 Đóng băng và đọc trị số bộ đếm

 Truyền file

a) Poll dữ liệu RTU:

Giao thức IEC 870-5-101 hỗ trợ cả hai quá trình hoạt động ở chế

độ cân bằng và không cân bằng Trong cả hai chế độ giao thức hỗ trợviệc kiểm soát vòng đối với các thay đổi dữ liệu (lớp 1 và lớp 2) vàcũng hỗ trợ việc kiểm soát vòng đối với các giá trị hiện hành của tintức dữ liệu rõ ràng và đầy đủ Việc kiểm soát các thay đổi dữ liệu cóthể được làm một cách độc lập đối với cả hai dữ liệu lớp 1 và lớp 2.Việc kiểm soát đối với các tin tức dữ liệu rõ ràng và đầy đủ có thểđược làm trên cơ sở một RTU đầy đủ Trong quá trình hoạt động ởchế độ cân bằng RTU sẽ cũng tự động truyền các sự kiện lớp 1 đếnTrung tâm điều khiển

Chu kì kiểm soát thông thường sẽ kiểm soát liên tục các thay đổi

và chỉ sau khi khởi động lại RTU hoặc hồi phục lại các truyền thôngthì việc kiểm soát đầy đủ trạng thái hiện hành của một RTU sẽ đượcthực hiện Tuy nhiên Trung tâm điều khiển có thể quét thứ cấp để chắcchắn rằng các điểm dữ liệu được cập nhật bình thường

b) Ưu tiên mẫu tin:

Đặc điểm kỹ thuật giao thức IEC 870-5-101 định nghĩa 2 lớp ưutiên mẫu tin, lớp 1 và lớp 2 Dữ liệu lớp 1 được định nghĩa như các sựkiện (event) và lớp 2 được định nghĩa như là các giá trị dữ liệu nền (ví

dụ như dữ liệu tương tự) Tất cả dữ liệu được định nghĩa thành hoặc là

dữ liệu lớp 1 hoặc là dữ liệu lớp 2 Giao thức sẽ cho phép bất kì điểm

dữ liệu (data point) nào cũng được gán trên một lớp dữ liệu, lớp 1hoặc lớp 2 Điều này có thể được làm trên cơ sở từng điểm (point bypoint basis) như một phần của cấu hình giao thức Độ ưu tiên của dữliệu lớp 1 cao hơn lớp 2 và được trở về đầu tiên trong cơ chế kiểm soátvòng (polling mechanism) Bình thường thì dữ liệu tương tự sẽ đượcgán ở lớp 2 cùng với bất kì các mục dữ liệu số có độ ưu tiên thấp Các

dữ liệu số có độ ưu tiên cao sẽ chỉ định thành dữ liệu lớp 1

c) In dấu thời gian của dữ liệu:

Giao thức hỗ trợ cả hai dữ liệu được in dấu thời gian và khôngđược in dấu thời gian Việc thi hành của giao thức cho phép mỗi mục

dữ liệu và mọi mục dữ liệu được gửi về hoặc với nhãn thời gian hoặckhông có nhãn thời gian Điều này được thực hiện cho từng điểm dữliệu như là một phần của việc cấu hình giao thức Các tín hiệu cần cónhãn thời gian chính xác thì sẽ được gắn một nhãn thời gian còn cáctín hiệu không quan trọng thì sẽ không có

Các sự kiện sẽ luôn luôn được dán nhãn thời gian tại thời điểmxuất hiện trong XCell mà không quan tâm đến cấu hình IEC870 Nhãnthời gian này có độ phân giải lên đến 1ms Khi dữ liệu đến tại giaodiện IEC870 nếu không yêu cầu nhãn thời gian cho việc truyền tin thì

d) Đồng bộ hóa thời gian:

Trung tâm điều khiển phải đồng bộ đồng hồ thời gian thực củaRTU với đồng hồ thời gain thực của nó trên một cơ sở quy định Đểlàm điều này phải sử dụng các phương pháp và các lệnh như đượcđịnh ra trong đặc tính của giao thức IEC

RTU có thể được cấu hình với chu kì thời gian mà trong chu kì

đó RTU cần được đồng bộ thời gian với Trung tâm điều khiển Nếu

một mẫu tin đồng bộ thời gian không đến RTU từ Trung tâm điềukhiển trong chu kì này, thì việc in dấu thời gian đối với tất cả các dữliệu tiếp theo sau được biểu thị không tốt (đặc tính này là một tiện íchđược định trong giao thức IEC870-5-101).

e) Đưa sự kiện vào bộ đệm:

Dữ liệu lớp 1 và lớp 2 được đưa vào trong các bộ đệm sự kiệnriêng biệt trong khi chờ đợi truyền đến Trung tâm điều khiển Giaothức hỗ trợ bộ đệm với 500 sự kiện lớp 1 và 500 sự kiện lớp2

Các sự kiện tiếp tục được ghi vào nhật ký của các sự kiện lỗitruyền thông đến Trung tâm điều khiển Khi đường truyền phục hồitrở lại, các dữ kiện sẽ được truyền về Trung tâm RTU sẽ cảnh báocho Trung tâm điều khiển biết nếu bộ nhớ đệm bị đầy để Trung tâmđiều khiển có những thao tác thích hợp (ví dụ như đọc tất cả các dữkiện và sau đó ban hành Full RTU Read) Mỗi mẫu tin trong bộ đệm

dữ liệu sẽ được xác định là chứa dấu thời gian hay không Tất cả các

dữ kiện có dấu thời gian là độc lập với các mẫu tin và được xử lý tạiTrung tâm Điều khiển

f) Việc kích hoạt các đầu ra điều khiển:

Các đầu ra điều khiển hoạt động nhờ cơ chế 2 bước Lựa chọn /Thi hành (Select/Execute) cộng với các đáp ứng thành 4 bước nhưđược định trong đặc tính giao thức Tuy nhiên bên trong hệ thốngXCell các đầu ra điều khiển sử dụng cơ chế 3 bước Lựa chọn / Xácđịnh / Thi hành (Select/Arm/Execute) cộng với cơ chế các đáp ứngthành 6 bước để tăng tính an toàn Đó là quá trình hoạt động chuẩnbên trong RTU

Hình 1.20: Các bước điều khiển.

Tất cả các đầu ra điều khiển hoạt động bằng xung và có thể đượckích bằng việc sử dụng hoặc xung ngắn (short pulse) hoặc xung dài(long pulse) theo đặc tính giao thức IEC870 Độ rộng xung xung đốivới cả hai xung ngắn và xung dài được người sử dụng cấu hình chotừng tín hiệu trong khoảng 20 đến 65535 mSec Sau đó mỗi mẫu tinđầu ra điều khiển có thể chỉ rõ sử dụng xung ngắn hoặc xung dài nhưphần đặc tính giao thức IEC870

Ngoài các lệnh điều khiển chuẩn bằng xung ngắn và xung dài,RTU còn hỗ trợ lệnh xung mà lệnh này bao gồm độ rộng xung nếulệnh đó được gửi từ Trung tâm điều khiển Điều này cho phép Trungtâm điều khiển thay đổi độ dài xung trên mỗi lệnh

g) Tải thông số (parameter downloading):

Đặc điểm kỹ thuật IEC870-5-101 có một tiện ích tải giới hạnmột số cơ sở dữ liệu, đó là Tải thông số (Parameter Loading) Việcthực hiện giao thức IEC870-5-101 của RTU hỗ trợ một số thông số đểcấu hình cho các dải chết của tín hiệu tương tự (analogue inputdeadbands) của từng điểm đo Điều này cung cấp sự lọc tín hiệu tương

tự để làm giảm lưu lượng trên đường truyền

h) Đóng băng và đọc bộ đếm (counter freeze and read):

Việc thực hiện giao thức IEC870-5-101 trên RTU hỗ trợ lệnhđóng băng (Freeze command) từ Trung tâm điều khiển đến tất cả các

bộ đếm trong RTU Ngay khi lệnh được nhận thì tất cả các bộ đếm sẽđược đóng băng và các giá trị đóng băng được chứa trong cơ sở dữliệu của IEC870 Sau đó Trung tâm điều khiển phải đưa ra một lệnhđọc bộ đếm (a Counter Read Command) để đọc giá trị đã được đóngbăng gửi về Trung tâm điều khiển Giá trị bộ đếm 32-bít được lưu trữtrong cơ sở dữ liệu ở các bộ giao tiếp truyền thông

i) Sắp xếp địa chỉ (address mapping):

Sử dụng giao thức IEC 870-5-101, để giao tiếp Trung tâm điềukhiển mỗi RTU phải được gán một địa chỉ IEC870 RTU duy nhất trênđương truyền Địa chỉ này có thể được cấu hình trong XCell RTU

Để kết nôi với bất kì điểm nào bên trong RTU, điểm đó phảiđược gán một địa chỉ giao thức duy nhất Trong giao thức IEC 870-5-

101 địa chỉ này được biết như là địa chỉ vật thể thông tin - IOA(information object address) Mỗi điểm được truy nhập dựa trên giaothức phải có một địa chỉ IOA Các điểm chưa được gán địa chỉ IOA sẽkhông được báo cáo đến Trung tâm điều khiển bất chấp giá trị củađiểm này thay đổi trong RTU hay không Người dùng có thể gán địnhđịa chỉ IOA như một phần việc trong khi cấu hình giao thức IEC 870-5-101

Cấu hình được làm từ một máy tính cá nhân chạy phần mềmeXpert của Microsol, đây là công cụ cấu hình chạy trên Windows NTđược sử dụng để thiết lập cấu hình và download các thông số cơ sở dữliệu đến RTU

o Truyền file từ Trung tâm điều khiển đến RTU:

Phương tiện truyền file của giao thức IEC970-5-101 được

sử dụng để download các file cấu hình từ Trung tâm điều

thiết lập cấu hình eXpert của Microsol tại Trung tâm điềukhiển để tải xuống RTU thông qua giao thức IEC 870-5-101.

o Truyền file từ RTU đến Trung tâm điều khiển : Phương tiện truyền file của giao thức IEC970-5-101 được

sử dụng để upload các file từ RTU lên Trung tâm điềukhiển Bao gồm các file sau:

 Các file báo cáo sự kiện đã xảy ra PMR (Post-MortemReview)

 Các file chuỗi sự kiện SOE (Sequence Of Event)

 Các phiên bản cơ sở dữ liệu (database version files)

7.1.5 Các truyền thông dự phòng (redundant communications):

Giao thức IEC 870-5-101 hỗ trợ các truyền thông dự phòng kép RTUcung cấp 2 bộ xử lí giao diện truyền thông riêng biệt để truyền thông vớiTrung tâm điều khiển Các bộ xử lí này hoạt động trong một chế dành riênglẫn nhau (chỉ một trong chúng truyền thông với Trung tâm điều khiển tạibất kì thời điểm nào) Hai bộ xử lí độc lập tăng tính sẵn có của RTU mộtcách đáng kể

Bộ giao tiếp đang nối với Trung tâm điều khiển được gọi là “giao tiếptích cực” (active interface) còn giao tiếp không hoạt động thì được cho rằng

là “giao tiếp không tích cực” (inactive interface) Hai giao tiếp tự phân côngvới nhau để chắc chắn rằng dữ liệu không vị mất và đảm bảo dữ liệu đượcsao lưu để khi có một giao tiếp bị lỗi thì bộ giao tiếp kia có thể khôi phụcviệc truyền thông Các sự kiện và các file sinh ra trong RTU đều được nhận

và được lưu trữ đồng thời trong cả hai bộ xử lí truyền thông Khi dữ liệuđược truyền từ giao tiếp tích cực thì sau đó nó sẽ được xóa trong giao tiếpkhông tích cực Điều này đảm bảo rằng dữ liệu này sẽ không được truyềnlần thứ hai khi có sự hóan đổi vai trò giao tiếp Nếu một giao tiếp hỏngtrước khi truyền một vài dữ liệu thì sau đó dữ liệu sẽ không bị xóa tronggiao tiếp không tích cực và sẽ sẵn sàng cho việc truyền tin khi nó được vớiTrung tâm điều khiển

Một giao tiếp không tích cực sẽ trở thành tích cực (tức là một sự hoánđổi vai trò xảy ra) dưới các điều kiện sau:

 Đường truyền tin (TX) của giao tiếp tích cực có lỗi

 Đường nhận tin (RX) của giao tiếp tích cực có lỗi

 Một lỗi truyền thông giữa giao tiếp tích cực và Trung tâm điềukhiển xảy ra

 Xcell có bộ giao tiếp tích cực bị lỗi

RTU đưa ra một chỉ thị cho mỗi giao diện để chỉ thị xem thử hiện tại

nó có tích cực hay không Các chỉ thị này có thể được đưa vào trong các địachỉ giao thức và gửi về Trung tâm điều khiển

7.1.6 Các truyền thông kép (dual communications):

Một số RTU có các bộ xử lí truyền thông với cả hai Trung tâm điềukhiển vùng và Trung tâm điều khiển quốc gia Tại các vị trí này cả hai bộ

xử lí truyền thông độc lập lẫn nhau Các Trung tâm điều khiển tự phân công

để bộ xử lí của Trung tâm điều khiển có thể đưa ra các điều khiển đến RTU

7.2 FieldNet:

Trục chính FieldNet (highway, bus) là một kết nối truyền thông cơ bản giữacác cell (inter-cell communications link) Đây là một kết nối 5Megabaud, gộpviệc khôi phục và kiểm tra lỗi trong giao thức truyền thông của nó rất phức tạp.Tốc độ dữ liệu cao đảm bảo một năng suất truyền của hệ thống cao trước sau nhưmột

Mỗi XCell có hai trục chính FieldNet độc lập Tại bất kì thời điểm nào thìchỉ một cái hoạt động ngoại trừ một lỗi được phát hiện tại trục chính đang hoạtđộng Nếu một lỗi xảy ra thì trục chính không hoạt động sẽ chuyển sang truyềnthông Các kết nối không hoạt động sẽ được kiểm tra định kì để xác minh tínhtoàn vẹn của nó

Các thiết bị được kết nối tự động đến cả hai trục chính khi các module đượcchèn vào các giá thiết bị Các thiết bị có thể thêm vào hoặc tháo ra từ RTU màkhông cần sự lập lại cấu hình FieldNet Điều này cho phép các thủ tục sửa chữacell đơn giản hơn khi có lỗi xảy ra

8 Cấu hình Transducer:

8.1 Transducer điện áp:

Điện áp vào định mức, Us : 100 3 hay 110V (pha-đất)

Quá điện áp cho phép

làm việc lâu dài : 1.5Us

Đặc tuyến : tuyến tính

Đặc tuyến của transducer điện áp - TRIAD với hệ số quá tải k=1.2, điện ápdanh nghĩa Un=110V, Vmax = k x Un = 132; Vmin = 0V; Imin = 0mA; Imax =10mA

Hình 1.21: Đặc tuyến của Transducer điện áp – TRIAD

Dải nhiệt độ làm việc : từ -100 C đến 600 C

Độ ẩm cho phép của môi trường làm việc 95%

8.3 Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng:

Dòng vào định mức, Is : 1A hay 5A

Dải dòng vào có thể đặt : từ 1 đến 5A

Điện áp vào định mức, Us : 100 hay 110V (pha-pha)

Dải điện áp vào có thể đặt : từ 57.7 đến

Dải dòng điện ra cho công suất P : từ -10 đến 10mA

Dải dòng điện ra cho công suất Q : từ -10 đến 10mA

Dòng điện quá tải cho phép

làm việc lâu dài : 2Is

Quá điện áp cho phép

làm việc lâu dài : 1.5Us

Dải nhiệt độ làm việc : từ -100 C đến 550 C

Độ ẩm cho phép của môi trường làm việc 95%

 Đặc tuyến P-I của transducer:

Imax=10mA Imin=-10mA

Pmax=k1 x sqrt(3) x Un x In x k2

= 897.6 W

Pmin=-Pmax

=-897.6W

Hình 1.22: Đặc tính P-I của transducer – TRIAD

 Đặc tuyến Q-I của transducer: