Tổng quan về trạm ứng dụng IEC 61850Tổng quan về trạm ứng dụng IEC 61850
Giới thiệu
Công nghệ trạm biến áp đã phát triển đáng kể từ khi hệ thống phân phối điện đầu tiên đi vào hoạt động vào cuối những năm 1800. Ngày nay, dù hàng trăm nghìn trạm với đủ các kích cỡ và chủng loại khác nhau đang hoạt động trên toàn thế giới, những dự án cải tạo và xây dựng mới trạm biến áp vẫn đang được khởi động ngày càng nhiều. Trong một nghiên cứu (thực hiện bởi Pike Research), ước tính khoảng 150000 trạm điện sẽ được tự động hóa vào năm 2020.
Một cái nhìn chi tiết về các ưu điểm và lợi ích mà IEC 61850 mang lại. Việc triển khai một chuỗi những qui tắc, qui định và yêu cầu thuật ban đầu có thể khá khó khăn, tuy nhiên nó mang lại rất nhiều ưu điểm. Ví dụ như, trong khi tại các trạm biến áp truyền thống, hàng ngàn thiết bị liên lạc với nhau ở tốc độ tương đối thấp thông qua cáp đồng, thì các IED tại các trạm biến áp theo chuẩn IEC 61850 hiện tại kết nối tốc độ cao với nhau thông qua nền tảng Ethernet, giúp dễ dàng triển khai một hệ thống quản lý toàn diện, bảo trì và điều khiển trực tiếp thông qua hệ thống SCADA tập trung.
Tại sao nên đầu tư Trạm IEC 61850? Cho dù đang phải cân nhắc giữa việc nâng cấp một trạm biến áp hiện hữu hoặc xây mới, những ưu điểm của việc triển khai tiêu chuẩn IEC 61850 là đồng nhất: Kiến trúc đơn giản Hàng ngàn IED trong một trạm biến áp hiện đại sử dụng định vị thông minh nhằm xử lý quá trình ra quyết định tại hiện trường và kết nối với những thiết bị khác thông qua các switch Ethernet trong hệ thống mạng của trạm biến áp. Độ tin cậy tuyệt vời Tiêu chuẩn IEC 61850 đưa ra những trọng tâm trong quá trình thiết kế để mạng lại độ ổn định cao. Không những đáp ứng khả năng họat động trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt của thiết bị mà còn cung cấp một hệ thống mạng với nhiều cấp độ dự phòng khác nhau. Nền tảng thiết kế của tương lai Một trong những ưu điểm chính của việc triển khai mạng Ethernet là dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu phát triển. Thêm vào đó, bất kỳ sản phẩm mới nào được kết nối đến một trạm IEC 61850 hiện hữu đều được yêu cầu phải tương thích hoàn toàn với những gì hiện có. Không phụ thuộc vào Nhà cung cấp Thực tế các sản phẩm IEC 61850 được sản xuất bởi các công ty khác nhau đều được yêu cầu sử dụng chung một loại ngôn ngữ nhằm mang lại một lợi thế khổng lồ cho các nhà tích hợp hệ thống, nhờ đó họ có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất từ các nhà cung cấp khác nhau.
IEC 61850 là gì?
Tiêu chuẩn IEC 61850 sử dụng các nguyên tắc lập trình hướng đối tượng hiện đại nhằm xác định một mô hình trạm biến áp hoàn chỉnh ảo, có thể được thử nghiệm và tinh chỉnh trong một mô hình máy tính trước khi được triển khai với những thiết bị thực tế. Do tiêu chuẩn này là “mở”, bất kì nhà sản xuất phần cứng nào cũng có thể cung cấp những sản phẩm đáp ứng IEC61850, giúp các kỹ sư có quyền lựa chọn những sản phẩm tốt nhất cho dự án họ đang triên khai. Những điểm nhấn của tiêu chuẩn này bao gồm:
Đường truyền dữ liệu chính dựa trên nền tảng truyền thông Ethernet với bằng thông lớn được sử dụng để truyền các gói dữ liệu từ các thiết bị được kết nối trong hệ thống mạng.
Đảm bảo khả năng tương thích với những sản phẩm đáp ứng IEC 61850 từ những nhà cung cấp khác nhau, giúp việc mở rộng hoạt động của trạm dễ dàng hơn khi có nhu cầu.
Tiêu chuẩn IEC 61850 đề cao việc sử dụng ngôn ngữ cấu hình trạm nền tảng XML nhằm xác định thông số cấu hình cuả hàng loạt IED được sử dụng trong Trạm
Truyền thông tốc độ cao giữa các IED với những khoảng thời gian chuyển tin được đảm bảo bởi việc gắn thẻ ưu tiên cho các gói tin trên nền tảng Ethernet.
Những yêu cầu về thời gian truyền dữ liệu cho những dạng dữ liệu khác nhau:
Cấu trúc của một trạm IEC 61850
Tiêu chuẩn IEC 61850 chia quá trình vận hành trạm biến áp thành ba cấp độ riêng biệt:
Mức quá trình: Mức quá trình bao gồm các thiết bị như máy cắt và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng để đo dòng điện, điện áp, và các thông số khác trong các phần khác nhau của trạm biến áp
Mức ngăn lộ: Mức ngăn lộ bao gồm các IED đóng vai trò thu thập các số liệu được cung cấp bởi các thiết bị ở mức quá
trình. Các IED có thể đưa ra những quyết định điều khiền tại chỗ, truyền dẫn dữ liệu tới các IED khác, hoặc gửi dữ liệu đến hệ thống SCADA trạm phục vụ quá trình xử lý và giám sát.
Mức Trạm: Mức Trạm là nơi đặt HMIs và SCADA servers, cũng là nơi vận hành viên giám sát trạng thái của trạm biến áp.
.
Hơn nữa, tiêu chuẩn IEC 61850 cũng định nghĩa Process Bus (bus quá trình) và Station Bus (bus trạm), như minh họa trong biểu đồ sưới đây. Bus quá trình xử lý việc truyền thông giữa mức quá trình và mức ngăn lộ, và bus trạm xử lý truyền thông giữa mức trạm và mức ngăn lộ.
Truyền thông IEC 61850IEC 61850 là tiêu chuẩn tự động hóa trạm biến áp và là một phần trong IEC TC57 áp dụng cho các hệ thống điện năng. Các giao thức truyền dẫn được sử dụng để xử lý những loại truyền dẫn thông tinh đặc trưng là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Các mô hình dữ liệu ngữ nghĩa được định nghĩa trong IEC 61850 có thể được ánh xạ tới một số giao thức, bao gồm MMS, GOOSE, và SMV. Những giao thức này có thể chạy trên các mạng tốc độ cao như TCP/IP nhằm đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh (<4ms) cần thiết cho rơ le bảo vệ.
MMS: Các trạng thái thông tin của trạm sử dụng cho mục đích giám sát được gửi đi bằng giao thức MMS.
GOOSE: Những dữ liệu quan trọng như tín hiệu điều khiển và cảnh báo được gửi bằng GOOSE
SMV: Các dữ liệu về đo lường công dòng điện và điện áp được gửi bằng SMV.
Bước 1: Sau khi ghi nhận dòng điện trong đường dây đang quá cao, một thiết bị merging unit (bộ trộn dữ liệu) sẽ gửi một tin nhắn bằng giao thức SMV đến một rơ le bảo vệ. Bước 2: Rơ le bảo vệ sử dụng giao thức GOOSE để thông báo cho các đơn vị điều khiển thông minh để ngắt mạch Bước 3: Sau khi tắt nguồn, các đơn vị điều khiển thông minh sử dụng giao thức GOOSE nhằm thông báo cho các rơ le bảo vệ rằng điện đã bị ngắt. Bước 4: Những rơ le bảo vệ dùng giao thức MMS nhằm thông báo cho SCADA server rằng nguồn điện đã bị ngắt Bước 5: SCADA server đưa ra cảnh báo
Tự động hóa Trạm biến áp truyền thống Tự động hóa Trạm với IEC 61850 
Vào những năm 1960, một trạm biến áp thông thường khá cồng kềnh, các thiết bị được được kết nối với nhau thông cáp đồng hoặc cáp quang Sự ra đời của giao thức IEC61850 Station bus: Trong những năm 1980, đây là một bước tiến lớn đầu tiên trên quá trình triển khai một hệ thống mạng trạm biến áp đa nhiệm
Tự động hóa Trạm với Trạm IEC 61850 và Process Bus PRP/HSR: Trào lưu mới của IEC 61850 
Vào năm 2005, tiêu chuẩn IEC đã được cải thiện rất nhiều bằng cách định nghĩa ra Process Bus để kết nối với mức quá trình với mức ngăn lộ Sự phát triển mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn IEC 61850 bao gồm cả giao thức PRP/HSR vào năm 2010. PRP/HSR (parallel redundancy protocol/ high-availability seamless redundancy) xác định làm thế nào để sử dụng 2 mạng Ethernet nhằm đảm bảo sự liên tục trong trường hợp một mạng dự phòng bị lỗi.
Tổng quan về trạm ứng dụng IEC 61850
| | |
Giới thiệu Công nghệ trạm biến áp đã phát triển đáng kể từ khi hệ thống phân phối điện đầu tiên đi vào hoạt động vào cuối những năm 1800. Ngày nay, dù hàng trăm nghìn trạm với đủ các kích cỡ và chủng loại khác nhau đang hoạt động trên toàn thế giới, những dự án cải tạo và xây dựng mới trạm biến áp vẫn đang được khởi động ngày càng nhiều. Trong một nghiên cứu (thực hiện bởi Pike Research), ước tính khoảng 150000 trạm điện sẽ được tự động hóa vào năm 2020. Một cái nhìn chi tiết về các ưu điểm và lợi ích mà IEC 61850 mang lại. Việc triển khai một chuỗi những qui tắc, qui định và yêu cầu thuật ban đầu có thể khá khó khăn, tuy nhiên nó mang lại rất nhiều ưu điểm. Ví dụ như, trong khi tại các trạm biến áp truyền thống, hàng ngàn thiết bị liên lạc với nhau ở tốc độ tương đối thấp thông qua cáp đồng, thì các IED tại các trạm biến áp theo chuẩn IEC 61850 hiện tại kết nối tốc độ cao với nhau thông qua nền tảng Ethernet, giúp dễ dàng triển khai một hệ thống quản lý toàn diện, bảo trì và điều khiển trực tiếp thông qua hệ thống SCADA tập trung. | Tại sao nên đầu tư Trạm IEC 61850? Cho dù đang phải cân nhắc giữa việc nâng cấp một trạm biến áp hiện hữu hoặc xây mới, những ưu điểm của việc triển khai tiêu chuẩn IEC 61850 là đồng nhất: Kiến trúc đơn giản Hàng ngàn IED trong một trạm biến áp hiện đại sử dụng định vị thông minh nhằm xử lý quá trình ra quyết định tại hiện trường và kết nối với những thiết bị khác thông qua các switch Ethernet trong hệ thống mạng của trạm biến áp. Độ tin cậy tuyệt vời Tiêu chuẩn IEC 61850 đưa ra những trọng tâm trong quá trình thiết kế để mạng lại độ ổn định cao. Không những đáp ứng khả năng họat động trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt của thiết bị mà còn cung cấp một hệ thống mạng với nhiều cấp độ dự phòng khác nhau. Nền tảng thiết kế của tương lai Một trong những ưu điểm chính của việc triển khai mạng Ethernet là dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu phát triển. Thêm vào đó, bất kỳ sản phẩm mới nào được kết nối đến một trạm IEC 61850 hiện hữu đều được yêu cầu phải tương thích hoàn toàn với những gì hiện có. Không phụ thuộc vào Nhà cung cấp Thực tế các sản phẩm IEC 61850 được sản xuất bởi các công ty khác nhau đều được yêu cầu sử dụng chung một loại ngôn ngữ nhằm mang lại một lợi thế khổng lồ cho các nhà tích hợp hệ thống, nhờ đó họ có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất từ các nhà cung cấp khác nhau. |
IEC 61850 là gì? Tiêu chuẩn IEC 61850 sử dụng các nguyên tắc lập trình hướng đối tượng hiện đại nhằm xác định một mô hình trạm biến áp hoàn chỉnh ảo, có thể được thử nghiệm và tinh chỉnh trong một mô hình máy tính trước khi được triển khai với những thiết bị thực tế. Do tiêu chuẩn này là “mở”, bất kì nhà sản xuất phần cứng nào cũng có thể cung cấp những sản phẩm đáp ứng IEC61850, giúp các kỹ sư có quyền lựa chọn những sản phẩm tốt nhất cho dự án họ đang triên khai. Những điểm nhấn của tiêu chuẩn này bao gồm: Đường truyền dữ liệu chính dựa trên nền tảng truyền thông Ethernet với bằng thông lớn được sử dụng để truyền các gói dữ liệu từ các thiết bị được kết nối trong hệ thống mạng. Đảm bảo khả năng tương thích với những sản phẩm đáp ứng IEC 61850 từ những nhà cung cấp khác nhau, giúp việc mở rộng hoạt động của trạm dễ dàng hơn khi có nhu cầu. Tiêu chuẩn IEC 61850 đề cao việc sử dụng ngôn ngữ cấu hình trạm nền tảng XML nhằm xác định thông số cấu hình cuả hàng loạt IED được sử dụng trong Trạm Truyền thông tốc độ cao giữa các IED với những khoảng thời gian chuyển tin được đảm bảo bởi việc gắn thẻ ưu tiên cho các gói tin trên nền tảng Ethernet. Những yêu cầu về thời gian truyền dữ liệu cho những dạng dữ liệu khác nhau:
| Cấu trúc của một trạm IEC 61850 Tiêu chuẩn IEC 61850 chia quá trình vận hành trạm biến áp thành ba cấp độ riêng biệt: Mức quá trình: Mức quá trình bao gồm các thiết bị như máy cắt và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng để đo dòng điện, điện áp, và các thông số khác trong các phần khác nhau của trạm biến áp Mức ngăn lộ: Mức ngăn lộ bao gồm các IED đóng vai trò thu thập các số liệu được cung cấp bởi các thiết bị ở mức quá trình. Các IED có thể đưa ra những quyết định điều khiền tại chỗ, truyền dẫn dữ liệu tới các IED khác, hoặc gửi dữ liệu đến hệ thống SCADA trạm phục vụ quá trình xử lý và giám sát. Mức Trạm: Mức Trạm là nơi đặt HMIs và SCADA servers, cũng là nơi vận hành viên giám sát trạng thái của trạm biến áp. . Hơn nữa, tiêu chuẩn IEC 61850 cũng định nghĩa Process Bus (bus quá trình) và Station Bus (bus trạm), như minh họa trong biểu đồ sưới đây. Bus quá trình xử lý việc truyền thông giữa mức quá trình và mức ngăn lộ, và bus trạm xử lý truyền thông giữa mức trạm và mức ngăn lộ.
|
| Truyền thông IEC 61850 IEC 61850 là tiêu chuẩn tự động hóa trạm biến áp và là một phần trong IEC TC57 áp dụng cho các hệ thống điện năng. Các giao thức truyền dẫn được sử dụng để xử lý những loại truyền dẫn thông tinh đặc trưng là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Các mô hình dữ liệu ngữ nghĩa được định nghĩa trong IEC 61850 có thể được ánh xạ tới một số giao thức, bao gồm MMS, GOOSE, và SMV. Những giao thức này có thể chạy trên các mạng tốc độ cao như TCP/IP nhằm đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh (<4ms) cần thiết cho rơ le bảo vệ. MMS: Các trạng thái thông tin của trạm sử dụng cho mục đích giám sát được gửi đi bằng giao thức MMS. GOOSE: Những dữ liệu quan trọng như tín hiệu điều khiển và cảnh báo được gửi bằng GOOSE SMV: Các dữ liệu về đo lường công dòng điện và điện áp được gửi bằng SMV. | Bước 1: Sau khi ghi nhận dòng điện trong đường dây đang quá cao, một thiết bị merging unit (bộ trộn dữ liệu) sẽ gửi một tin nhắn bằng giao thức SMV đến một rơ le bảo vệ. Bước 2: Rơ le bảo vệ sử dụng giao thức GOOSE để thông báo cho các đơn vị điều khiển thông minh để ngắt mạch Bước 3: Sau khi tắt nguồn, các đơn vị điều khiển thông minh sử dụng giao thức GOOSE nhằm thông báo cho các rơ le bảo vệ rằng điện đã bị ngắt. Bước 4: Những rơ le bảo vệ dùng giao thức MMS nhằm thông báo cho SCADA server rằng nguồn điện đã bị ngắt Bước 5: SCADA server đưa ra cảnh báo |
| Tự động hóa Trạm biến áp truyền thống | Tự động hóa Trạm với IEC 61850 |
| |
| Vào những năm 1960, một trạm biến áp thông thường khá cồng kềnh, các thiết bị được được kết nối với nhau thông cáp đồng hoặc cáp quang | Sự ra đời của giao thức IEC61850 Station bus: Trong những năm 1980, đây là một bước tiến lớn đầu tiên trên quá trình triển khai một hệ thống mạng trạm biến áp đa nhiệm |
| Tự động hóa Trạm với Trạm IEC 61850 và Process Bus | PRP/HSR: Trào lưu mới của IEC 61850 |
| |
| Vào năm 2005, tiêu chuẩn IEC đã được cải thiện rất nhiều bằng cách định nghĩa ra Process Bus để kết nối với mức quá trình với mức ngăn lộ | Sự phát triển mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn IEC 61850 bao gồm cả giao thức PRP/HSR vào năm 2010. PRP/HSR (parallel redundancy protocol/ high-availability seamless redundancy) xác định làm thế nào để sử dụng 2 mạng Ethernet nhằm đảm bảo sự liên tục trong trường hợp một mạng dự phòng bị lỗi. |
Tổng quan về trạm ứng dụng IEC 61850
Hệ thống vé điện tử sử dụng giải pháp Ethernet để đáp ứng nhu cầu giao dịch của khách hàngHệ thống vé điện tử sử dụng giải pháp Ethernet để đáp ứng nhu cầu giao dịch của khách hàng
Địa điểm/Quốc gia: Rotterdam, Hà Lan
Giới thiệu
Giới thiệu dự án
Năm công ty giao thông công cộng trong đó có một công ty đường sắt, một công ty kinh doanh dịch vụ xe buýt và ba công ty vận tải công cộng đã hợp tác nhằm xây dựng hệ thống vé điện tử cho hệ thống vân chuyển bằng tầu hỏa, xe buýt, xe điện, tầu điện ngầm và phà ở Hà Lan. Nhờ đó mà năm công ty này đã chi phối 80% thị trường vận tải công cộng ở Hà Lan. Việc tạo ra một hệ thống vé điện tử kết hợp với kiểm soát truy cập tới các trạm và phân tích chi tiết dữ liệu vé điện tử nhằm đạt những mục tiêu sau:
- Bên cạnh loại vé đơn còn có thể cung cấp vé tour “từ điểm xuất phát cho đến điểm đích”
- Tăng cường và thiết lập mối quan hệ trực tiếp với khách hàng
- Tăng cường tính an toàn của giao thông công cộng cho cả hành khách và nhân viên.
Giải pháp của Moxa
Mục tiêu hợp tác giữa các công ty là triển khai và vận hành các quá trình xử lý trung tâm của hệ thống và đặt ra các quy tắc để đảm bảo khả năng tương tác giữa các quá trình tại chỗ và quá trình trung tâm. Các nhà cung cấp từ nhiều vùng khác nhau cung cấp các thiết bị và mã số định danh điện tử. Nhờ sử dụng giải pháp Ethernet này của Moxa, các công ty vận tải công cộng tư nhân được tự do sử dụng thêm các thiết bị và mã số định danh cho các khu vực khác mà không gặp vấn đề về khả năng tương tác giữa quá trình tại chỗ và quá trình trung tâm. Thêm nữa, hệ thống vé điện tử cần được thiết lập trên nguyên tắc tôn trọng tự do của mỗi công ty giao thông công cộng theo đó các công ty lưu trữ dữ liệu của mình, duy trì quan hệ với khách hàng và xây dựng biểu thuế, các tuyến đường và khu vực riêng. Các sản phẩm Ethernet của Moxa tập hợp thành một giải pháp hoàn chỉnh đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kể trên.
Trong hệ thống, có 46 trạm tầu và xe buýt được điều khiển từ xa, sử dụng tổng cộng 192 switch ED6008-MM-SC – một trong những dòng switch Ethernet công nghiệp với hiệu suất hoạt động cao của Moxa. Switch này hỗ trợ mạng dự phòng, cảnh báo tự động qua email và những tính năng quản lý qua giao diện web để xử lý một số lượng hành khách lớn. Để gia tăng khoảng cách truyền của hệ thống mạng, các nhà tích hợp hệ thống đã lựa chọn converter quang (bộ chuyển đổi quang điện) IMC-101-M-SC. Bộ chuyển đổi này có thiết kế bền chắc, khoảng thời gian giữa hai lần lỗi MTBF (810000 giờ), cung cấp hoạt động ổn định và tin cậy trong môi trường khắc nghiệt. Các sản phẩm mạng công nghiệp của Moxa giúp đảm bảo tính ổn định của hệ thống vé điện tử.
Sơ đồ giải pháp
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Tích hợp tính năng cảnh báo qua email và các tiếp điểm rơ le cung cấp các cảnh báo kỹ thuật khi phát hiện ra sự cố mạng đồng thời cung cấp cho các nhà quản lý hệ thống các tin nhắn thời gian thực
- Trình duyệt web dễ sử dụng, tiện ích Windows và cấu hình Telnet hoặc cổng serial console giúp cài đặt nhanh chóng, chính xác
- Hệ thống IP dễ dàng tích hợp với các hệ thống và ứng dụng khác
- Các sản phẩm của Moxa với thiết kế phần cứng chắc chắn phù hợp sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Giải pháp sản phẩm
IMC-101-M-SC Converter quang từ 10/100BaseT(X) sang 100BaseFX
Hệ thống vé điện tử sử dụng giải pháp Ethernet để đáp ứng nhu cầu giao dịch của khách hàng
Địa điểm/Quốc gia: Rotterdam, Hà Lan
Giới thiệu
Giới thiệu dự án
Năm công ty giao thông công cộng trong đó có một công ty đường sắt, một công ty kinh doanh dịch vụ xe buýt và ba công ty vận tải công cộng đã hợp tác nhằm xây dựng hệ thống vé điện tử cho hệ thống vân chuyển bằng tầu hỏa, xe buýt, xe điện, tầu điện ngầm và phà ở Hà Lan. Nhờ đó mà năm công ty này đã chi phối 80% thị trường vận tải công cộng ở Hà Lan. Việc tạo ra một hệ thống vé điện tử kết hợp với kiểm soát truy cập tới các trạm và phân tích chi tiết dữ liệu vé điện tử nhằm đạt những mục tiêu sau:
- Bên cạnh loại vé đơn còn có thể cung cấp vé tour “từ điểm xuất phát cho đến điểm đích”
- Tăng cường và thiết lập mối quan hệ trực tiếp với khách hàng
- Tăng cường tính an toàn của giao thông công cộng cho cả hành khách và nhân viên.
Giải pháp của Moxa
Mục tiêu hợp tác giữa các công ty là triển khai và vận hành các quá trình xử lý trung tâm của hệ thống và đặt ra các quy tắc để đảm bảo khả năng tương tác giữa các quá trình tại chỗ và quá trình trung tâm. Các nhà cung cấp từ nhiều vùng khác nhau cung cấp các thiết bị và mã số định danh điện tử. Nhờ sử dụng giải pháp Ethernet này của Moxa, các công ty vận tải công cộng tư nhân được tự do sử dụng thêm các thiết bị và mã số định danh cho các khu vực khác mà không gặp vấn đề về khả năng tương tác giữa quá trình tại chỗ và quá trình trung tâm. Thêm nữa, hệ thống vé điện tử cần được thiết lập trên nguyên tắc tôn trọng tự do của mỗi công ty giao thông công cộng theo đó các công ty lưu trữ dữ liệu của mình, duy trì quan hệ với khách hàng và xây dựng biểu thuế, các tuyến đường và khu vực riêng. Các sản phẩm Ethernet của Moxa tập hợp thành một giải pháp hoàn chỉnh đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kể trên.
Trong hệ thống, có 46 trạm tầu và xe buýt được điều khiển từ xa, sử dụng tổng cộng 192 switch ED6008-MM-SC – một trong những dòng switch Ethernet công nghiệp với hiệu suất hoạt động cao của Moxa. Switch này hỗ trợ mạng dự phòng, cảnh báo tự động qua email và những tính năng quản lý qua giao diện web để xử lý một số lượng hành khách lớn. Để gia tăng khoảng cách truyền của hệ thống mạng, các nhà tích hợp hệ thống đã lựa chọn converter quang (bộ chuyển đổi quang điện) IMC-101-M-SC. Bộ chuyển đổi này có thiết kế bền chắc, khoảng thời gian giữa hai lần lỗi MTBF (810000 giờ), cung cấp hoạt động ổn định và tin cậy trong môi trường khắc nghiệt. Các sản phẩm mạng công nghiệp của Moxa giúp đảm bảo tính ổn định của hệ thống vé điện tử.
Sơ đồ giải pháp
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Tích hợp tính năng cảnh báo qua email và các tiếp điểm rơ le cung cấp các cảnh báo kỹ thuật khi phát hiện ra sự cố mạng đồng thời cung cấp cho các nhà quản lý hệ thống các tin nhắn thời gian thực
- Trình duyệt web dễ sử dụng, tiện ích Windows và cấu hình Telnet hoặc cổng serial console giúp cài đặt nhanh chóng, chính xác
- Hệ thống IP dễ dàng tích hợp với các hệ thống và ứng dụng khác
- Các sản phẩm của Moxa với thiết kế phần cứng chắc chắn phù hợp sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Giải pháp sản phẩm
| IMC-101-M-SC Converter quang từ 10/100BaseT(X) sang 100BaseFX |
Hệ thống vé điện tử sử dụng giải pháp Ethernet để đáp ứng nhu cầu giao dịch của khách hàng
IEX-402/408E – lựa chọn lý tưởng cho nâng cấp hệ thống mạngIEX-402/408E – lựa chọn lý tưởng cho nâng cấp hệ thống mạng
Tổng quan
Xu hướng IIoT đã tạo động lực thúc đẩy các doanh nghiệp nâng cấp hệ thống mạng hiện hữu thành hệ thống mạng trên nền tảng IP. Thiết bị chuyển đổi IEX-402/408E của Moxa cho phép người dùng dễ dàng tận dụng được những cáp đồng đôi hiện có, tiết kiệm thời gian và chi phí triển khai khi xây dựng hạ tầng mạng IIoT. Đối với những dự án bị giới hạn về ngân sách hay đòi hỏi phải hoàn thành nhanh chóng trong thời gian ngắn như nâng cấp hệ thống tín hiệu giao thông, thì dòng sản phẩm IEX là giải pháp lý tưởng để xây dựng hệ thống mạng dễ quản lý và mang lại hiệu quả cao.
IEX-402/IEX-408E Series Dòng switch công nghiệp IEX-402/IEX-408 Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 15.3 Mbps với khoảng các truyền 8 km (G.SHDSL) và 100 Mbps ở khoảng cách 3 km (VDSL2)* Tự động điều chỉnh chế độ CO/CPE *IEX-408E chỉ hỗ trợ VDSL2
Plug and Play Độ tin cậy cao Dễ quản lý Dòng IEX tích hợp tính năng tự động điều chỉnh chế độ CO/CPE, plug – n – play, tự động cấu hình, dễ dàng triển khai. Dòng IEX hỗ trợ giao thức dự phòng Turbo Ring và Turbo Chain cho thời gian khôi phục chỉ ở mức mili giây và hỗ trợ tính năng bypass có thể hỗ trợ khắc phục được với các sự cố khác nhau. Dòng IEX hỗ trợ chỉ thị LED dễ dàng khắc phục sự cố tại hiện trường. Người dùng cũng có thể
quản lý từ xa trạng thái kết nối thông qua phần mềm quản lý mạng Mxview.
INJ-24A Gigabit High Power PoE+ Injectors- Chế độ hoạt động với hiệu suất cao lên đến 60W
- Bộ cấu hình switch DIP và chỉ thị LED giúp quản lý các cổng PoE
- Chống xung 3kV trong môi trường khắc nghiệt
IEX-402/408E – lựa chọn lý tưởng cho nâng cấp hệ thống mạng
Tổng quan
Xu hướng IIoT đã tạo động lực thúc đẩy các doanh nghiệp nâng cấp hệ thống mạng hiện hữu thành hệ thống mạng trên nền tảng IP. Thiết bị chuyển đổi IEX-402/408E của Moxa cho phép người dùng dễ dàng tận dụng được những cáp đồng đôi hiện có, tiết kiệm thời gian và chi phí triển khai khi xây dựng hạ tầng mạng IIoT. Đối với những dự án bị giới hạn về ngân sách hay đòi hỏi phải hoàn thành nhanh chóng trong thời gian ngắn như nâng cấp hệ thống tín hiệu giao thông, thì dòng sản phẩm IEX là giải pháp lý tưởng để xây dựng hệ thống mạng dễ quản lý và mang lại hiệu quả cao.
| | IEX-402/IEX-408E Series Dòng switch công nghiệp IEX-402/IEX-408 Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 15.3 Mbps với khoảng các truyền 8 km (G.SHDSL) và 100 Mbps ở khoảng cách 3 km (VDSL2)* Tự động điều chỉnh chế độ CO/CPE *IEX-408E chỉ hỗ trợ VDSL2 |
| Plug and Play | Độ tin cậy cao | Dễ quản lý |
| Dòng IEX tích hợp tính năng tự động điều chỉnh chế độ CO/CPE, plug – n – play, tự động cấu hình, dễ dàng triển khai. | Dòng IEX hỗ trợ giao thức dự phòng Turbo Ring và Turbo Chain cho thời gian khôi phục chỉ ở mức mili giây và hỗ trợ tính năng bypass có thể hỗ trợ khắc phục được với các sự cố khác nhau. | Dòng IEX hỗ trợ chỉ thị LED dễ dàng khắc phục sự cố tại hiện trường. Người dùng cũng có thể quản lý từ xa trạng thái kết nối thông qua phần mềm quản lý mạng Mxview. |
| INJ-24A Gigabit High Power PoE+ Injectors
|
IEX-402/408E – lựa chọn lý tưởng cho nâng cấp hệ thống mạng
Switch PoE – giải quyết nhu cầu năng lượng qua EthernetSwitch PoE – giải quyết nhu cầu năng lượng qua Ethernet
Để cấp nguồn cho các thiết bị mạng trong môi trường khắc nghiệt là một vấn đề khá nan giải. Các doanh nghiệp cần cân nhắc về mặt thời gian và chi phí cho việc đi dây, độ bền của hệ thống mạng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt cũng như các yêu cầu cao về hiệu suất do sự ra đời của các xu hướng công nghệ mới.
Nhiều vận hành viên đang hướng tới sử dụng các giải pháp dựa trên PoE (Power-over-Ethernet) để giải quyết các thách thức kể trên. Các switch PoE của Moxa có thể dễ dàng cấp nguồn cho các thiết bị như IP camera và các điểm truy cập không dây trong khu vực khó tiếp cận mà không làm phát sinh chi phí đi dây. Những switch này có thể cấp nguồn với công suất lên đến 36W trên mỗi cổng PoE cũng như các cổng Gigabit Ethernet PoE. Các switch PoE của Moxa với thiết kế cấp công nghiệp, phù hợp với việc cấp nguồn cho các thiết bị hoạt động ngoài trời, trong môi trường khắc nghiệt và các ứng dụng công nghiệp như tự động hóa nhà máy.
Switch PoE unmanaged dạng DIN – Rail EDS-P206A-4PoE/EDS-G205A-4PoE- Cổng PoE+ đạt chuẩn 4 IEEE 802.3af/at
- Cấp nguồn với công suất đầu ra lên đến 36W trên mỗi cổng PoE
- Nguồn vào dự phòng có thể điều chỉnh linh hoạt trong phạm vi 12/24/48 VDC (và 24/48 VDC đối với EDS-P206A-4PoE)
- Dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -40 đến 75°C
Plug – and - Play Nguồn điện năng ổn định Hiệu suất hoạt động cao Switch PoE của Moxa cho phép điều chỉnh điện áp đầu vào một cách linh hoạt và cung cấp điện áp đầu ra PoE chuẩn trên các cổng với chế độ vận hành plug-and-play. Để đáp ứng yêu cầu về tính ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, các switch PoE có tính năng chống xung với mức điện áp lên đến 2kV và dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -40 đến 75°C. Để đáp ứng nhu cầu về băng thông cao và công suất đầu ra lớn, EDS-G205A-4PoE của Moxa cung cấp 5 cổng Ethernet Gigabit non-blocking và 4 cổng PoE với công suất đầu ra lên đến 36W trên mỗi cổng.
Switch PoE – giải quyết nhu cầu năng lượng qua Ethernet
Để cấp nguồn cho các thiết bị mạng trong môi trường khắc nghiệt là một vấn đề khá nan giải. Các doanh nghiệp cần cân nhắc về mặt thời gian và chi phí cho việc đi dây, độ bền của hệ thống mạng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt cũng như các yêu cầu cao về hiệu suất do sự ra đời của các xu hướng công nghệ mới.
Nhiều vận hành viên đang hướng tới sử dụng các giải pháp dựa trên PoE (Power-over-Ethernet) để giải quyết các thách thức kể trên. Các switch PoE của Moxa có thể dễ dàng cấp nguồn cho các thiết bị như IP camera và các điểm truy cập không dây trong khu vực khó tiếp cận mà không làm phát sinh chi phí đi dây. Những switch này có thể cấp nguồn với công suất lên đến 36W trên mỗi cổng PoE cũng như các cổng Gigabit Ethernet PoE. Các switch PoE của Moxa với thiết kế cấp công nghiệp, phù hợp với việc cấp nguồn cho các thiết bị hoạt động ngoài trời, trong môi trường khắc nghiệt và các ứng dụng công nghiệp như tự động hóa nhà máy.
| Switch PoE unmanaged dạng DIN – Rail EDS-P206A-4PoE/EDS-G205A-4PoE
|
| | |
| Plug – and - Play | Nguồn điện năng ổn định | Hiệu suất hoạt động cao |
| Switch PoE của Moxa cho phép điều chỉnh điện áp đầu vào một cách linh hoạt và cung cấp điện áp đầu ra PoE chuẩn trên các cổng với chế độ vận hành plug-and-play. | Để đáp ứng yêu cầu về tính ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, các switch PoE có tính năng chống xung với mức điện áp lên đến 2kV và dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -40 đến 75°C. | Để đáp ứng nhu cầu về băng thông cao và công suất đầu ra lớn, EDS-G205A-4PoE của Moxa cung cấp 5 cổng Ethernet Gigabit non-blocking và 4 cổng PoE với công suất đầu ra lên đến 36W trên mỗi cổng. |
Switch PoE – giải quyết nhu cầu năng lượng qua Ethernet
Mạng truyền thông không dây cho các xe tự hành trong kho bãiMạng truyền thông không dây cho các xe tự hành trong kho bãi
Địa điểm/Quốc gia: Châu Âu
Tổng quan
Giới thiệu dự án
Trước đây, để vận hành các kho bãi cần phải thuê một lượng lớn nhân công để sắp xếp hàng ngàn loại hàng hóa trong kho. Là doanh nghiệp dẫn đầu trong lĩnh vực tự động hóa kho bãi, khách hàng của Moxa đã sử dụng các xe tự hành (AGVs) cho công tác phân loại hàng hóa. Mỗi sản phẩm được gắn 1 thẻ RFID chứa những dữ liệu chi tiết được sử dụng để phân loại hàng hóa. Việc sử dụng các xe tự hành (AGVs) và các thẻ RFID cho phép khách hàng có thể tiết kiệm đáng kể thời gian và nguồn lực.
Mạng truyền thông phù hợp nhất cho các xe tự hành (AGVs) là mạng không dây, nó cho phép loại bỏ các cáp truyền dữ liệu và tiết kiệm không gian. Hệ thống mạng không dây khá dễ cài đặt và bảo trì, các client tích hợp sẵn chuẩn mạng không dây 802.11 a/b/g. Nhằm đảm bảo khả năng hoạt động của các AGVs, client cần một mạng truyền thông ổn định và đáng tin cậy giữa các điểm truy cập (Access Points) và các bộ điều khiển xe tự hành (AGVs Control) cũng như truyền thông liên tục với chuẩn 802.11 a/b/g và khả năng chuyển vùng.
Giải pháp của Moxa
Sản phẩm Nport W2150 Plus là một lựa chọn sáng suốt cho việc kết nối những thiết bị serial. Các sản phẩm của Moxa cung cấp chuẩn kết nối 802.11a/b/g, tương thích với những yêu cầu về thông số kỹ thuật của hệ thống. Thông qua môi trường WLAN, Nport W2150 plus cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho những thiết bị thường xuyên di chuyển từ nơi này đến nơi khác như các xe tự hành.
- Nport W2150 cung cấp giải pháp serial-to-wireless cho các xe tự hành với các tính năng phù hợp với tự động hóa kho bãi.
- Hỗ trợ chuẩn kết nối 802.11 a/b/g: sử dụng các băng tần không dây khác nhau – một điều rất cần thiết cho ứng dụng này.
- Chuyển vùng dữ liệu liên tục: chức năng “Connect Rule” cho phép chuyển vùng không dây với cổng đệm off-line nhằm ngăn ngừa việc mất dữ liệu giữa các môi trường 802.11a và 802.11b/g trong quá trình hoạt động.
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Kết nối chuẩn 802.11a/b/g cho các thiết bị serial
- Chuyển vùng liên tục với ngưỡng cường độ tín hiệu do người dùng xác định
- Cổng đệm Off-line và ghi dữ liệu serial
- Truy cập dữ liệu an toàn với WEP, WPA, WPA2 và quản lý từ xa với cấu hình SSH/SSL
Thông số sản phẩm
NPort® W2150 Plus
- Kết nối bất kỳ thiết bị serial nào đến môi trường mạng IEEE 802.11a/b/g
- Tốc độ truyền lên đến 921.6 Kbps cho truyền dẫn RS-232/422/485
- Cấu hình trên web bằng cách sử dụng Ethernet hoặc WLAN
- Cấu hình từ xa với HTTPS, SSH
- Truy cập dữ liệu án toàn với WEP, WPA, WPA2
- Tích hợp WLAN với các công cụ khảo sát
- Chuyển vùng không dây với ngưỡng cường độ tín hiệu do người dùng xác định
- Cổng đệm Off-line và ghi dữ liệu serial
- Nguồn cấp đầu vào kép (1 qua jack nguồn, 1 qua cầu đấu)
Ghi chú:
AGV: Automated Guided Vehicle
Mạng truyền thông không dây cho các xe tự hành trong kho bãi
Địa điểm/Quốc gia: Châu Âu
Tổng quan
Giới thiệu dự án
Trước đây, để vận hành các kho bãi cần phải thuê một lượng lớn nhân công để sắp xếp hàng ngàn loại hàng hóa trong kho. Là doanh nghiệp dẫn đầu trong lĩnh vực tự động hóa kho bãi, khách hàng của Moxa đã sử dụng các xe tự hành (AGVs) cho công tác phân loại hàng hóa. Mỗi sản phẩm được gắn 1 thẻ RFID chứa những dữ liệu chi tiết được sử dụng để phân loại hàng hóa. Việc sử dụng các xe tự hành (AGVs) và các thẻ RFID cho phép khách hàng có thể tiết kiệm đáng kể thời gian và nguồn lực.
Mạng truyền thông phù hợp nhất cho các xe tự hành (AGVs) là mạng không dây, nó cho phép loại bỏ các cáp truyền dữ liệu và tiết kiệm không gian. Hệ thống mạng không dây khá dễ cài đặt và bảo trì, các client tích hợp sẵn chuẩn mạng không dây 802.11 a/b/g. Nhằm đảm bảo khả năng hoạt động của các AGVs, client cần một mạng truyền thông ổn định và đáng tin cậy giữa các điểm truy cập (Access Points) và các bộ điều khiển xe tự hành (AGVs Control) cũng như truyền thông liên tục với chuẩn 802.11 a/b/g và khả năng chuyển vùng.
Giải pháp của Moxa
Sản phẩm Nport W2150 Plus là một lựa chọn sáng suốt cho việc kết nối những thiết bị serial. Các sản phẩm của Moxa cung cấp chuẩn kết nối 802.11a/b/g, tương thích với những yêu cầu về thông số kỹ thuật của hệ thống. Thông qua môi trường WLAN, Nport W2150 plus cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho những thiết bị thường xuyên di chuyển từ nơi này đến nơi khác như các xe tự hành.
- Nport W2150 cung cấp giải pháp serial-to-wireless cho các xe tự hành với các tính năng phù hợp với tự động hóa kho bãi.
- Hỗ trợ chuẩn kết nối 802.11 a/b/g: sử dụng các băng tần không dây khác nhau – một điều rất cần thiết cho ứng dụng này.
- Chuyển vùng dữ liệu liên tục: chức năng “Connect Rule” cho phép chuyển vùng không dây với cổng đệm off-line nhằm ngăn ngừa việc mất dữ liệu giữa các môi trường 802.11a và 802.11b/g trong quá trình hoạt động.
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Kết nối chuẩn 802.11a/b/g cho các thiết bị serial
- Chuyển vùng liên tục với ngưỡng cường độ tín hiệu do người dùng xác định
- Cổng đệm Off-line và ghi dữ liệu serial
- Truy cập dữ liệu an toàn với WEP, WPA, WPA2 và quản lý từ xa với cấu hình SSH/SSL
Thông số sản phẩm
NPort® W2150 Plus
- Kết nối bất kỳ thiết bị serial nào đến môi trường mạng IEEE 802.11a/b/g
- Tốc độ truyền lên đến 921.6 Kbps cho truyền dẫn RS-232/422/485
- Cấu hình trên web bằng cách sử dụng Ethernet hoặc WLAN
- Cấu hình từ xa với HTTPS, SSH
- Truy cập dữ liệu án toàn với WEP, WPA, WPA2
- Tích hợp WLAN với các công cụ khảo sát
- Chuyển vùng không dây với ngưỡng cường độ tín hiệu do người dùng xác định
- Cổng đệm Off-line và ghi dữ liệu serial
- Nguồn cấp đầu vào kép (1 qua jack nguồn, 1 qua cầu đấu)
Ghi chú:
AGV: Automated Guided Vehicle
Mạng truyền thông không dây cho các xe tự hành trong kho bãi
Thiết bị chuyển đổi serial sang quang cho hệ thống giám sát trong nhà máyThiết bị chuyển đổi serial sang quang cho hệ thống giám sát trong nhà máy
Tổng quan Sau vụ tấn công khủng bố ngày 11/09, hệ thống giám sát được triển khai ngày càng nghiêm ngặt trong cả khu vực công cộng lẫn tư nhân. Ngoài việc phát hiện sự xâm nhập từ bên ngoài, nhiều công ty sử dụng hệ thống giám sát cho việc giám sát từ xa ở những môi trường độc hại cho con người nếu phải tiếp xúc trong một thời gian dài. Camera PTZ cung cấp cho các vận hành viên hệ thống các công cụ quan trọng để điều khiển lấy nét và góc nhìn cho camera tại hiện trường. Người quản trị hệ thống có thể vận hành các camera PTZ bằng các tín hiệu RS-485 từ những khoảng cách xa trên 1.2 km. Tuy nhiên, dây cáp đồng cho những ứng dụng như thế có thể rất đắt và khả năng bị mất dữ liệu khá cao vì lý do nhiễu điện từ. Cáp quang là một lựa chọn thích hợp hơn cung cấp khả năng chống nhiễu điện từ và khả năng truyền thông trong một khoảng cách xa hơn so với dây đồng. Dòng thiết bị chuyển đổi truyền thông TCF-142 cung cấp một cách thức dễ dàng hơn nhằm kết nối giao diện serial của các camera PTZ đến mạng cáp quang, phù hợp cho cả các hệ thống độc lập và phân tán . Quản trị viên hệ thống sẽ luôn đòi hỏi một giải pháp mật độ cao tại trung tâm điều khiển để tiết kiệm diện tích. Hệ thống NRAck của Moxa có thể kết nối tới 19 bộ chuyển đổi khác nhau và chỉ yêu cầu một nguồn cấp điện. Bằng cách chuyển đổi dữ liệu serial cho việc truyền tải trên nền mạng Ethernet, Nport 6650 của Moxa cho phép các nhà vận hành hệ thống sử dụng cáp UTP nhằm giám sát và điều khiển tất cả các camera PTZ từ xa. Giải pháp của Moxa- TCF-142 series
- NRack System
- NPort 6650 series
Giải pháp về sản phẩm- NPort 6610/NPort 6650 Series: 8/16/32-port RS-232/422/485 rackmount secure terminal servers
- TCF-142 Series: RS-232/422/485 to fiber converters
- TRC-190 Series: Rackmount chassis for the NRack System™
Thiết bị chuyển đổi serial sang quang cho hệ thống giám sát trong nhà máy
Tổng quan Sau vụ tấn công khủng bố ngày 11/09, hệ thống giám sát được triển khai ngày càng nghiêm ngặt trong cả khu vực công cộng lẫn tư nhân. Ngoài việc phát hiện sự xâm nhập từ bên ngoài, nhiều công ty sử dụng hệ thống giám sát cho việc giám sát từ xa ở những môi trường độc hại cho con người nếu phải tiếp xúc trong một thời gian dài. Camera PTZ cung cấp cho các vận hành viên hệ thống các công cụ quan trọng để điều khiển lấy nét và góc nhìn cho camera tại hiện trường. Người quản trị hệ thống có thể vận hành các camera PTZ bằng các tín hiệu RS-485 từ những khoảng cách xa trên 1.2 km. Tuy nhiên, dây cáp đồng cho những ứng dụng như thế có thể rất đắt và khả năng bị mất dữ liệu khá cao vì lý do nhiễu điện từ. Cáp quang là một lựa chọn thích hợp hơn cung cấp khả năng chống nhiễu điện từ và khả năng truyền thông trong một khoảng cách xa hơn so với dây đồng. Dòng thiết bị chuyển đổi truyền thông TCF-142 cung cấp một cách thức dễ dàng hơn nhằm kết nối giao diện serial của các camera PTZ đến mạng cáp quang, phù hợp cho cả các hệ thống độc lập và phân tán . Quản trị viên hệ thống sẽ luôn đòi hỏi một giải pháp mật độ cao tại trung tâm điều khiển để tiết kiệm diện tích. Hệ thống NRAck của Moxa có thể kết nối tới 19 bộ chuyển đổi khác nhau và chỉ yêu cầu một nguồn cấp điện. Bằng cách chuyển đổi dữ liệu serial cho việc truyền tải trên nền mạng Ethernet, Nport 6650 của Moxa cho phép các nhà vận hành hệ thống sử dụng cáp UTP nhằm giám sát và điều khiển tất cả các camera PTZ từ xa. Giải pháp của Moxa- TCF-142 series
- NRack System
- NPort 6650 series
- NPort 6610/NPort 6650 Series: 8/16/32-port RS-232/422/485 rackmount secure terminal servers
- TCF-142 Series: RS-232/422/485 to fiber converters
- TRC-190 Series: Rackmount chassis for the NRack System™
Thiết bị chuyển đổi serial sang quang cho hệ thống giám sát trong nhà máy
Hệ thống giám sát và điều khiển trang trại gió tiên tiếnHệ thống giám sát và điều khiển trang trại gió tiên tiến
Giới thiệu
Giới thiệu dự án
Một công ty hàng đầu về các hệ thống điện gió (sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện) sử dụng công nghệ Ethernet để duy trì và kiểm soát tốt hơn quá trình vận hành. Công ty này đi tiên phong trong lĩnh vực công nghệ gió và là động lực thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng gió với nhiều nhà máy trên toàn thế giới. Khách hàng đã triển khai một số lượng lớn các “trang trại gió” và tin tưởng vào sự ổn định và hiệu quả mà hệ thống mạng mang lại cho việc quản lý và giám sát lắp đặt. Các dự nói riêng có quy mô từ một vài tua bin gió cho đến hàng trăm chiếc tua bin gió và có thể trải dài trên một khoảng cách rất xa.
Để có thể giám sát, điều khiển tập trung ở một khoảng cách xa và vận hành trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, công ty yêu cầu một hệ thống mạng đáng tin cậy nhằm hỗ trợ các dự án. Các nhà sản xuất tua bin gió cũng phát triển mối quan hệ lâu dài với khách hàng, duy trì quá trình vận hành trong suốt thời gian thực hiện dự án, điều này có thể kéo dài tới 20 năm, có nghĩa là nhà sản xuất phải cung cấp dịch vụ với quy mô toàn cầu và sử dụng các sản phẩm với độ tin cậy cao nhất trong ngành công nghiệp.
Giải pháp của Moxa
Ứng dụng này được áp dụng trên một trang trại gió với quy mô hơn 80 tua bin gió. Tại mỗi tua bin gió, các cánh quạt có thể quay với tốc độ từ 10 đến 15 RPM tùy thuộc vào điều kiện gió. Trục cánh quạt được kết nối với một hộp số bên trong lớp vỏ, quay quanh trục với tốc độ 1500 RPM và trở thành một chiếc máy phát. Mỗi tua bin gió có một hộp điều khiển gồm một máy tính công nghiệp và PLC được gắn tại đỉnh của tua bin, bên trong lớp vỏ. Các cảm biến tốc độ gió, hướng gió, tốc độ trục rô to … thu thập dữ liệu và truyền tới PLC. Bằng cách xác định hướng gió, hệ thống điều khiển có thể sử dụng một động lệch trục để điều chỉnh hướng của tua bin nhằm tận dụng tối đa sức gió để phát điện.
Tất cả các tua bin được kết nối tới hệ thống mạng cục bộ, mỗi hộp điều khiển tua bin sử dụng Ethernet để kết nối tới hệ thống mạng dự phòng cáp quang tại chân tua bin. Mạng LAN được kết nối tới một trạm điều khiển từ xa ứng dụng các hệ thống điều khiển và SCADA, giúp phân tích dữ liệu, điều chỉnh các cài đặt của tua bin gió và cung cấp các cảnh báo thông minh cho nhân viên vận hành và nhân viên bảo trì. Khách hàng lựa chọn các giải pháp của Moxa cho mạng Ethernet giữa các tua bin gió và trung tâm điều khiển.
Với mỗi tua bin gió, switch Ethernet unmanaged EDS-305-M-SC của Moxa có vai trò chuyển đổi tín hiệu đồng Ethernet từ hộp điều khiển sang tín hiệu quang multimode, một bộ chuyển đổi IMC-101-M-SC sẽ có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang multimode từ đỉnh tua bin gió sang tín hiệu đồng, và ở chân tua bin gió, một switch Ethernet8 cổng EDS-508-MM-SC sẽ kết nối tới các switch công nghiệp EDS-508-MM-SC khác tạo thành một mạch dự phòng quang hỗ trợ truyền thông giữa các tua bin gió.
Cấu trúc mạch vòng dự phòng kết nối từng tua bin gió với nhau để tăng cường độ tin cậy và tiết kiệm chi phí dây cáp. Tất cả các sản phẩm của Moxa đều có chu kỳ lỗi sản phẩm (MTBF) dài, độ tin cậy và năng suất cao giúp khách hàng duy trì hệ thống một cách hiệu quả. Danh mục sản phẩm đa dạng, hỗ trợ trên toàn cầu giúp đảm bảo khả năng tương thích của sản phẩm, dịch vụ sau bán và hỗ trợ nâng cấp trong tương lai.
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Cấu trúc mạch vòng sử dụng switch Ethernet công nghiệp EDS-508-MM-SC cho phép dự phòng hệ thống mạng cáp quang truyền thông đáng tin cậy trên một khoảng cách dài tiết kiệm chi phí dây cáp
- Moxa cung cấp phần mềm EDS-SNMP OPC Server hỗ trợ việc tích hợp thông tin với hệ thống SCADA được tốt hơn
- Giải pháp Ethernet hoàn hảo với sự kết hợp linh hoạt của các switch managed, unmanaged và thiết bị chuyển đổi truyền thông chất lượng tốt nhất giúp dễ dàng cấu hình hệ thống mạng đáp ứng các yêu cầu khác nhau của dự án
- Thiết kế cấp công nghiệp của các thiết bị Ethernet cho phép các tua bin gió vận hành đáng tin cậy trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt
Hệ thống giám sát và điều khiển trang trại gió tiên tiến
Giới thiệu
Giới thiệu dự án
Một công ty hàng đầu về các hệ thống điện gió (sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện) sử dụng công nghệ Ethernet để duy trì và kiểm soát tốt hơn quá trình vận hành. Công ty này đi tiên phong trong lĩnh vực công nghệ gió và là động lực thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng gió với nhiều nhà máy trên toàn thế giới. Khách hàng đã triển khai một số lượng lớn các “trang trại gió” và tin tưởng vào sự ổn định và hiệu quả mà hệ thống mạng mang lại cho việc quản lý và giám sát lắp đặt. Các dự nói riêng có quy mô từ một vài tua bin gió cho đến hàng trăm chiếc tua bin gió và có thể trải dài trên một khoảng cách rất xa.
Để có thể giám sát, điều khiển tập trung ở một khoảng cách xa và vận hành trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, công ty yêu cầu một hệ thống mạng đáng tin cậy nhằm hỗ trợ các dự án. Các nhà sản xuất tua bin gió cũng phát triển mối quan hệ lâu dài với khách hàng, duy trì quá trình vận hành trong suốt thời gian thực hiện dự án, điều này có thể kéo dài tới 20 năm, có nghĩa là nhà sản xuất phải cung cấp dịch vụ với quy mô toàn cầu và sử dụng các sản phẩm với độ tin cậy cao nhất trong ngành công nghiệp.
Giải pháp của Moxa
Ứng dụng này được áp dụng trên một trang trại gió với quy mô hơn 80 tua bin gió. Tại mỗi tua bin gió, các cánh quạt có thể quay với tốc độ từ 10 đến 15 RPM tùy thuộc vào điều kiện gió. Trục cánh quạt được kết nối với một hộp số bên trong lớp vỏ, quay quanh trục với tốc độ 1500 RPM và trở thành một chiếc máy phát. Mỗi tua bin gió có một hộp điều khiển gồm một máy tính công nghiệp và PLC được gắn tại đỉnh của tua bin, bên trong lớp vỏ. Các cảm biến tốc độ gió, hướng gió, tốc độ trục rô to … thu thập dữ liệu và truyền tới PLC. Bằng cách xác định hướng gió, hệ thống điều khiển có thể sử dụng một động lệch trục để điều chỉnh hướng của tua bin nhằm tận dụng tối đa sức gió để phát điện.
Tất cả các tua bin được kết nối tới hệ thống mạng cục bộ, mỗi hộp điều khiển tua bin sử dụng Ethernet để kết nối tới hệ thống mạng dự phòng cáp quang tại chân tua bin. Mạng LAN được kết nối tới một trạm điều khiển từ xa ứng dụng các hệ thống điều khiển và SCADA, giúp phân tích dữ liệu, điều chỉnh các cài đặt của tua bin gió và cung cấp các cảnh báo thông minh cho nhân viên vận hành và nhân viên bảo trì. Khách hàng lựa chọn các giải pháp của Moxa cho mạng Ethernet giữa các tua bin gió và trung tâm điều khiển.
Với mỗi tua bin gió, switch Ethernet unmanaged EDS-305-M-SC của Moxa có vai trò chuyển đổi tín hiệu đồng Ethernet từ hộp điều khiển sang tín hiệu quang multimode, một bộ chuyển đổi IMC-101-M-SC sẽ có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang multimode từ đỉnh tua bin gió sang tín hiệu đồng, và ở chân tua bin gió, một switch Ethernet8 cổng EDS-508-MM-SC sẽ kết nối tới các switch công nghiệp EDS-508-MM-SC khác tạo thành một mạch dự phòng quang hỗ trợ truyền thông giữa các tua bin gió.
Cấu trúc mạch vòng dự phòng kết nối từng tua bin gió với nhau để tăng cường độ tin cậy và tiết kiệm chi phí dây cáp. Tất cả các sản phẩm của Moxa đều có chu kỳ lỗi sản phẩm (MTBF) dài, độ tin cậy và năng suất cao giúp khách hàng duy trì hệ thống một cách hiệu quả. Danh mục sản phẩm đa dạng, hỗ trợ trên toàn cầu giúp đảm bảo khả năng tương thích của sản phẩm, dịch vụ sau bán và hỗ trợ nâng cấp trong tương lai.
Các ưu điểm của sản phẩm Moxa
- Cấu trúc mạch vòng sử dụng switch Ethernet công nghiệp EDS-508-MM-SC cho phép dự phòng hệ thống mạng cáp quang truyền thông đáng tin cậy trên một khoảng cách dài tiết kiệm chi phí dây cáp
- Moxa cung cấp phần mềm EDS-SNMP OPC Server hỗ trợ việc tích hợp thông tin với hệ thống SCADA được tốt hơn
- Giải pháp Ethernet hoàn hảo với sự kết hợp linh hoạt của các switch managed, unmanaged và thiết bị chuyển đổi truyền thông chất lượng tốt nhất giúp dễ dàng cấu hình hệ thống mạng đáp ứng các yêu cầu khác nhau của dự án
- Thiết kế cấp công nghiệp của các thiết bị Ethernet cho phép các tua bin gió vận hành đáng tin cậy trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt
Hệ thống giám sát và điều khiển trang trại gió tiên tiến
Turbo Chain: Giải pháp khôi phục hệ thống mới vượt qua công nghệ dự phòng Ring EthernetTurbo Chain: Giải pháp khôi phục hệ thống mới vượt qua công nghệ dự phòng Ring Ethernet
Tổng Quan
Trong những năm gần đây, công nghệ dự phòng Ethernet đã phát triển nhanh chóng và được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa bởi khả năng nâng cao độ tin cậy của nó. Tuy nhiên, cũng như các mạng dự phòng đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn, yêu cầu kết nối mạng của nó đòi hỏi phát triển nhiều hơn nữa, tạo ra một số công nghệ dự phòng không hiệu quả trong các tình huống nhất định (chẳng hạn như cấu trúc kết nối vòng ring đơn giản). Chính vì vậy vấn đề đưa ra được công nghệ dự phòng đáp ứng được yêu cầu công nghệ là một thách thức bởi vì một giải pháp dự phòng Ethernet cần có được khả năng hỗ trợ nhiều kết nối dự phòng. Trong bài viết này, trước tiên chúng tôi sẽ giới thiệu công nghệ dự phòng tiêu chuẩn. Tiếp theo, chúng tôi sẽ công bố một công nghệ dự phòng đột phá mới có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả và tính sẵn sàng của nhiều kết nối dự phòng trong các ứng dụng công nghiệp, kèm theo đó là một số kịch bản để mô tả lợi ích của việc áp dụng các giải pháp dự phòng mới.
Xây dựng Networks dự phòng có tính sẵn sàng caoĐối với các mạng dự phòng Ethernet công nghiệp, một trong những vấn đề thường gặp nhất hiện nay là thiếu một công nghệ để dễ dàng xây dựng mạng có tính sẵn sàng cao có chứa các kết nối dự phòng phức tạp. Tuy nhiên, yêu cầu này vẫn còn rất cần thiết trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau (ví dụ như điện gió, đường ống dẫn dầu và mạng lưới đường sắt tự động). Trong các ứng dụng này, các mạng Ethernet lớn với mạng dự phòng thường được yêu cầu, mạng có thể bao gồm nhiều địa điểm khác nhau trên một khoảng cách đáng kể và yêu cầu cấu trúc liên kết linh hoạt hơn.
Ngoài vấn đề trên, vấn đề phức tạp trong việc mở rộng mạng hay chậm phục hồi cũng thường xuyên gặp phải. Từ những lợi thế và nhược điểm của các công nghệ dự phòng tiêu chuẩn, chúng tôi sẽ giới thiệu cách mà công nghệ mới nhất của MOXA - Turbo Chain có thể giải quyết những vấn đề này một cách chính xác và hiệu quả.
Các công nghệ mạng dự phòngHiện nay có rất nhiều cơ chế có thể nâng cao khả năng khắc phục các lỗi trong một mạng Ethernet. Phổ biến nhất ở đây là Mesh networking, STP, RSTP và mạng dự phòng ring riêng biệt.
- Mesh Networking
Mạng Mesh là một mạng mà tất cả các nút được kết nối với nhau trong một mạng lưới hoàn chỉnh. Mỗi nút được kết nối tới các nút khác trên mạng thông qua các bước nhảy (hops). Một số kết nối thông qua một bước nhảy duy nhất và một số có thể được kết nối với nhiều hơn 1 bước nhảy. Dữ liệu di chuyển trên mạng được tự động cấu hình để đi tới đích bằng con đường ngắn nhất.
Mạng Mesh là một mạng đáng tin cậy và có khả năng tự phục hồi. Nếu một nút bị lỗi, mạng sẽ tìm một đường đi thay thế để chuyển dữ liệu. Trong một mạng Mesh, một điều rất khó xảy ra là tất cả các nút mạng trong một mạng duy nhất sẽ bị phá vỡ tại một thời điểm bất kỳ nào đó. Tuy nhiên, mặc dù mạng Mesh có độ tin cậy cao và mạnh mẽ để truyền dữ liệu, nhược điểm của nó là chi phí truyền thông cao hơn và có chi phí tăng từ việc chi phí cho dây cáp cần thiết kết nối tất cả các nút mạng với nhau là rất lớn.
Mạng Mesh là một mạng đáng tin cậy và có khả năng tự phục hồi. Nếu một nút bị lỗi, mạng sẽ tìm một đường đi thay thế để chuyển dữ liệu. Trong một mạng Mesh, một điều rất khó xảy ra là tất cả các nút mạng trong một mạng duy nhất sẽ bị phá vỡ tại một thời điểm bất kỳ nào đó. Tuy nhiên, mặc dù mạng Mesh có độ tin cậy cao và mạnh mẽ để truyền dữ liệu, nhược điểm của nó là chi phí truyền thông cao hơn và có ch phí tăng từ việc chi phí cho dây cáp cần thiết kết nối tất cả các nút mạng với nhau là rất lớn.
Hình 2: Mạng Ethernet dự phòng sử dụng STP
STP như được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1D là được thiết kế để loại bỏ các vòng lặp trong mạng bởi việc phân tách mạng thành các vòng lặp tự do (loop-free) dạng hình cây. Nó giúp đạt được một mạng liên kết dự phòng và tối ưu hóa đường truyền dẫn. Một mạng như hình 2 là một ví dụ của một mạng Ethernet dự phòng sử dụng STP và bao gồm vòng lặp giữa các Switch từ 1 tới 5.
STP sử dụng một thuật toán để tìm liên kết cần thiết trong một mạng và cho phép đường dẫn nhất định như đường dẫn sao lưu (Backup Link) để ngăn chặn vòng lặp. Khi STP hoạt động, các gói dữ liệu được gửi từ Switch 5 tới Root Switch thông qua Switch 3. Trong trường hợp Switch mất kết nối hoặc bị lỗi, STP sau đó sẽ tự động sắp xếp lại các kết nối bằng cách kích hoạt đường dẫn sao lưu để chuyển tiếp dữ liệu.
Mặc dù STP giải quyết được các vòng lặp và đạt được mạng dự phòng, tuy nhiên nó có một số nhược điểm. Một trong số đó là thời gian phục hồi chậm. Với STP, thời gian phục hồi thường mất 15s sau khi cây mở rộng (spanning tree) được thành lập. Thời gian phục hồi này là quá dài cho các ứng dụng công nghiệp.
- RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)
Để khắc phục sự phục hồi chậm của STP, IEEE đã công bố tiêu chuẩn IEEE 802.1w để tạo nên các cải thiện dựa trên STP. Điều này rút ngắn tốc độ phục hồi chỉ còn 1s. Tuy nhiên, đối với tính thời gian thực và một số ứng dụng công nghiệp quan trọng, chẳng hạn như hệ thống quân sự và hệ thống điều khiển quá trình thì thời gian phục hồi phải dưới 100ms để đả bảo độ tin cậy của mạng.
STP và RSTP là các tiêu chuẩn mở cho nhiều nhà sản xuất Switch Ethernet đã thực hiện trong các sản phẩm quản lý chuyển đổi của họ. Việc thời gian tự phục hồi của RSTP nhanh hơn là rất hữu ích trong một mạng doanh nghiệp, nơi mà một vài giây chậm trễ của mạng là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, trong một mạng công nghiệp, 1 giây mất liên lạc có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Các ứng dụng tự động hóa trong nhà máy thường liên quan tới các máy móc thiết bị đòi hỏi thời gian mất kết nối ngắn hơn rất nhiều so với thời gian đạt được như trên. Điều này là cần thiết cho sự hoạt động an toàn của các quá trình được kiểm soát và ngăn chặn thời gian chết của các hệ thống đắt tiền.
- Mạng dự phòng ring riêng biệt (Proprietary Ring Redundancy)
Hình 3: Ví dụ về mạng dự phòng Ring
Mạng Ring dự phòng là rất phổ biến trong các mạng Ethernet công nghiệp ngày nay. Nó là một giải pháp tiết kiệm chi phí hơn so với mạng Mesh và khắc phục được các vấn đề về thời gian phục hồi của STP/RSTP. Có nhiều công nghệ dự phòng Ring khác nhau, bao gồm thời gian tự phục hồi được đảm bảo trong một vài mili giây, được cung cấp bởi các nhà cung cấp giải pháp Ethernet công nghiệp như giải pháp Turbo Ring của MOXA. Mạng dự phòng Ring đảm bảo việc không ngừng hoạt động của mạng với thời gian tự phục hồi rất nhanh. Ví dụ, sử dụng Turbo Ring, nếu bất kỳ phân đoạn nào của mạng bị ngắt kết nối, hệ thống mạng sẽ tự phục hồi trong vòng chưa đến 20ms bằng cách kích hoạt các đường dẫn sao lưu trong vòng Ring. Tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm của dự phòng Ring: khả năng tương tác là một thách thức, bởi vì công nghệ dự phòng Ring là riêng biệt cho các nhà cung cấp các nhân. Ngoài ra, dự phòng Ring chỉ hỗ trợ hạn chế trong một Switch duy nhất.
Turbo Chain: Giải pháp khôi phục hệ thống vượt qua công nghệ dự phòng Ring Ethernet. Giải pháp Turbo Chain của MOXA là một công nghệ dự phòng tiên tiến, nó có thể giải quyết các cấu trúc thiếu linh hoạt của mạng Mesh, thời gian phục hồi chậm của STP/RSTP và khả năng tương tác hạn chế hoặc vòng giới hạn của dự phòng Ring.
Hình 4: Mạng Turbo Chain
Sử dụng sáng tạo cấu trúc “Chain”, việc quản trị mạng linh hoạt có thể tạo ra bất kỳ cấu trúc liên kết trong bất kỳ đoạn mạng nào. Turbo Chain được tạo ra bằng cách kết nối các Switch Ethernet lại với nhau để tạo thành mạng Daisy-chain, ở đó Head-Switch và Tail-Switch (Các Switch ở 2 đầu của cấu trúc Chain) được cấu hình đầu tiên, sau đó các Switch còn lại được cấu hình như các Member Switchs. Tiếp theo, chúng ta chỉ cần kết nối 2 đầu của Chain với một mạng Ethernet, và sau đó thiết lập được thực hiện xong. Một minh họa ngắn gọn được thể hiện như trên hình 4.
Turbo Chain cung cấp giải pháp dự phòng nhanh chóng, đáp ứng được các yêu cầu cho các ứng dụng công nghiệp. Ngay khi một đoạn mạng Chain bị lỗi, liên kết bị chặn trước đó (liên kết giữa Tail-Switch và mạng bên ngoài) sẽ nhanh chóng được kích hoạt trong vòng 20ms. Cơ chế nhanh chóng phục hồi này đảm bảo rằng các mạng Ethernet công nghiệp vẫn hoạt động gần như liên tục.
Các lợi ích của Turbo Chain
Turbo Chain đã thể hiện lợi thế đáng kể cho các mạng công nghiệp đòi hỏi phải có cấu trúc dự phòng phức tạp và cho phép độ tin cậy cao cũng như tính sẵn sàng của các ứng dụng mạng Ethernet công nghiệp. Bất cứ khi nào một mạng đang áp dụng cấu trúc nhiều vòng ring, Turbo Chain sẽ là giải pháp tối ưu nhất dựa vào 4 lý do: linh hoạt, mở rộng không hạn chế, phục hồi lỗi nhanh chóng và triển khai hiệu quả.
- Xây dựng cấu trúc dự phòng với độ linh hoạt cao và khả năng mở rộng.
Turbo Chain có đặc tính linh hoạt cao trong việc đáp ứng bất kỳ loại cấu trúc mạng phức tạp nào. Với phương pháp Chain, kỹ sư mạng hiện nay có sự tự do để tạo ra nhiều kết nối dự phòng khi họ có nhiều Switch và các cổng bằng cách liên kết một Turbo Chain mới với bất kỳ phân đoạn nào của mạng Ethernet.
- Khả năng mở rộng không hạn chế mạng dự phòng.
Turbo Chain cho phép mở rộng mạng không giới hạn một cách dễ dàng. Kỹ sư mạng không cần phải cấu hình lại mạng hiện có, nhưng đúng hơn, sử dụng Turbo Chain để mở rộng quy mô mạng dự phòng trực tiếp. Ngoài ra, Turbo Chain có thể được kết nối cới một mạng sử dụng bất kỳ công nghệ dự phòng khác như STP, RSTP và công nghệ Turbo Ring của MOXA.
- Đáng tin cậy và cơ chế phục hồi lỗi ngay lập tức.
Turbo Chain cung cấp khả năng dự phòng tiêu chuẩn công nghiệp, có khả năng chịu đựng lỗi mất kết nối tại các đoạn mạng. Nếu có bất kỳ liên kết mạng nào bị lỗi, Turbo Chain sẽ ngay lập tức kích hoạt các con đường tạm thời bị chặn trước đó để tiếp tục chuyển dữ liệu ngay lập tức, tất cả được thực hiện với thời gian phục hồi dưới 20ms.
- Chi phí triển khai thấp hơn so với Ring Coupling
Turbo Chain giảm được thời gian triển khai, nỗ lực và chi phí lắp đặt kể từ khi kết nối các mạng dự phòng khác nhau có thể trực tiếp đạt được mà không cần có các vòng lặp Ring Coupling . Turbo Chain giảm được đáng kể chi phí cáp cần thiết và cổng Ethernet để hình thành đường Ring Coupling. Đây là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi phải có mạng lưới dự phòng và cần cân nhắc tới ngân sách cũng như hệ thống cáp khó khăn khi kết nối.
Các kịch bản được đặt ra
Các ứng dụng công nghiệp sử dụng nhiều cở sở hạ tầng dự phòng Ethernet để tăng độ tin cậy, tính sẵn sàng và khả năng thích ứng của các mạng quan trọng. Giải pháp Turbo Chain của MOXA hỗ trợ kết nối đa vòng linh hoạt, khả năng mở rộng mạng dễ dàng và lý tưởng cho các ứng dụng mạng dự phòng quy mô lớn, chẳng hạn như năng lượng gió, đường ống dẫn dầu và các ứng dụng trong ngành đường sắt.
- Kịch bản 1: Hệ thống năng lượng gió
Trong các ứng dụng năng lượng gió, điểm truyền thông như cối xay gió thường nằm rải rác trong toàn bộ các trang trại gió. Kết nối mạng Ethernet dự phòng là một giải pháp lý tưởng để kết nối các nút cối xay gió với nhau và tạo ra một mạng lưới thông tin liên lạc đáng tin cậy để thu thập dữ liệu từ xa, điều khiển thiết bị, và điều chỉnh cài đặt cối xay gió. Tuy nhiên, để tạo ra các kết nối cần thiết thường dẫn đến một vấn đề phổ biến mà gọi là dự phòng Ring khó có thể dễ dàng tạo ra toàn bộ mạng một cách hiệu quả. Để làm như vậy đòi hỏi một cấu trúc liên kết cực kỳ linh hoạt nhưng phải có tính hiệu quả (xem hình bên dưới), nhưng công nghệ Ring điển hình là quá khó khăn, tốn kém và không hiệu quả để thuận tiện liên kết các nút với nhau. Trong trường hợp này, Turbo Chain là giải pháp tốt nhất. Nó đáp ứng nhu cầu ứng dụng cho một mạng tự phục hồi đáng tin cậy (thời gian phục hồi <20 ms) và triển khai tiết kiệm chi phí, khả năng mở rộng cao và mở rộng thêm nhiều tua-bin có thể được bổ sung thuận tiện trong tương lai.
Hình 5: Turbo Chain trong hệ thống điện gió
- Kịch bản 2: Hệ thống đường ống dẫn dầu
Một mạng lưới đường ống dẫn dầu kéo dài nhiều dặm thường đòi hỏi nhiều vòng ring của hạ tầng mạng cáp quang tại các vị trí khác nhau để tạo thành một mạng giám sát và kiểm soát hệ thống phân phối đáng tin cậy. Tuy nhiên, chi phí sợi cáp lên đến hàng chục ngàn đô la cộng với ngày nỗ lực cài đặt cần được dùng chỉ để "tạo ra và kết nối các vòng ring". Trong kịch bản này, Turbo Chain có thể được sử dụng để làm giảm đáng kể các chi phí triển khai của mạng lưới và nâng cao độ tin cậy hệ thống. Chain độc lập được hình thành trong các đoạn mạng đường ống khác nhau có thể được nối với mạng dự phòng Ring trung ương nhanh chóng và không tốn kém. Bằng cách này, mạng lưới đường ống có thể thích nghi nhanh chóng và dễ dàng mở rộng.
Hình 6: Turbo Chain trong hệ thống dẫn dầu
- Kịch bản 3: Hệ thống đường sắt
Trong một hệ thống đường sắt, việc sử dụng một hệ thống giám sát dự phòng tập trung để kết nối các trạm phụ truyền thông khác nhau cho các hoạt động thời gian thực, đảm bảo vận chuyển an toàn hàng ngày. Turbo Chain cho phép hệ thống đường sắt mở rộng quy mô một cách dễ dàng và nhanh chóng bất cứ khi nào mạng cần mở rộng. Thay vì tạo ra một sub-ring cho mạng mới, hoặc thay đổi tuyến vận chuyển/ cấu hình lại mạng hiện có, các quản trị viên có thể chỉ đơn giản là tạo lên các nút mới, và kết nối chain với mạng hiện tại. Bất kể có hay không các mạng hiện tại đang chạy STP, RSTP, hoặc các giao thức Turbo Ring. Turbo Chain có thể tương thích với bất kỳ loại mạng nào một cách mạnh mẽ và đáng tin cậy.
Hình 6: Turbo Chain trong hệ thống đường sắt
Kết Luận
Các ứng dụng công nghiệp yêu cầu độ tin cậy cao, yêu cầu hệ thống mạng dự phòng để đảm bảo mạng lưới hoạt động không ngừng. Vì sự phức tạp của hệ thống dây điện trong lĩnh vực công nghiệp đang phát triển ngày càng lớn hơn, triển khai kết nối dự phòng với sự linh hoạt và khả năng mở rộng đang trở thành bắt buộc. Mặc dù có rất nhiều giao thức dự phòng hiện có, công nghệ dự phòng Turbo Chain, được hỗ trợ bởi tất cả các thiết bị Switch Ethernet công nghiệp của MOXA là giải pháp có tính sẵn sàng cao nhất cho phép quản trị mạng xây dựng nhiều kết nối dự phòng dễ dàng nhất và khả năng thích ứng cao nhất. Những lợi ích của công nghệ dự phòng Turbo Chain bao gồm:
- Xây dựng mạng lướilinh hoạt vàmở rộng dễ dàng, không cần nỗ lực cấu hình lạimạng;
- Có khả năng tương tác cao với các mạng dự phòng khác nhau như STP/RSTP và mạng Turbo Ring của MOXA;
- Phục hồi lỗinhanh chóng(thời gian phục hồi <20 ms) của công nghệTurboChaincho hoạt động củahệ thốngđáng tin cậy;
- Tiết kiệm chi phí so với giải pháp Ring Coupling.
Turbo Chain: Giải pháp khôi phục hệ thống mới vượt qua công nghệ dự phòng Ring Ethernet
Tổng Quan
Trong những năm gần đây, công nghệ dự phòng Ethernet đã phát triển nhanh chóng và được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa bởi khả năng nâng cao độ tin cậy của nó. Tuy nhiên, cũng như các mạng dự phòng đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn, yêu cầu kết nối mạng của nó đòi hỏi phát triển nhiều hơn nữa, tạo ra một số công nghệ dự phòng không hiệu quả trong các tình huống nhất định (chẳng hạn như cấu trúc kết nối vòng ring đơn giản). Chính vì vậy vấn đề đưa ra được công nghệ dự phòng đáp ứng được yêu cầu công nghệ là một thách thức bởi vì một giải pháp dự phòng Ethernet cần có được khả năng hỗ trợ nhiều kết nối dự phòng. Trong bài viết này, trước tiên chúng tôi sẽ giới thiệu công nghệ dự phòng tiêu chuẩn. Tiếp theo, chúng tôi sẽ công bố một công nghệ dự phòng đột phá mới có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả và tính sẵn sàng của nhiều kết nối dự phòng trong các ứng dụng công nghiệp, kèm theo đó là một số kịch bản để mô tả lợi ích của việc áp dụng các giải pháp dự phòng mới.
Xây dựng Networks dự phòng có tính sẵn sàng caoĐối với các mạng dự phòng Ethernet công nghiệp, một trong những vấn đề thường gặp nhất hiện nay là thiếu một công nghệ để dễ dàng xây dựng mạng có tính sẵn sàng cao có chứa các kết nối dự phòng phức tạp. Tuy nhiên, yêu cầu này vẫn còn rất cần thiết trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau (ví dụ như điện gió, đường ống dẫn dầu và mạng lưới đường sắt tự động). Trong các ứng dụng này, các mạng Ethernet lớn với mạng dự phòng thường được yêu cầu, mạng có thể bao gồm nhiều địa điểm khác nhau trên một khoảng cách đáng kể và yêu cầu cấu trúc liên kết linh hoạt hơn.
Ngoài vấn đề trên, vấn đề phức tạp trong việc mở rộng mạng hay chậm phục hồi cũng thường xuyên gặp phải. Từ những lợi thế và nhược điểm của các công nghệ dự phòng tiêu chuẩn, chúng tôi sẽ giới thiệu cách mà công nghệ mới nhất của MOXA - Turbo Chain có thể giải quyết những vấn đề này một cách chính xác và hiệu quả.
Các công nghệ mạng dự phòngHiện nay có rất nhiều cơ chế có thể nâng cao khả năng khắc phục các lỗi trong một mạng Ethernet. Phổ biến nhất ở đây là Mesh networking, STP, RSTP và mạng dự phòng ring riêng biệt.
- Mesh Networking
Mạng Mesh là một mạng mà tất cả các nút được kết nối với nhau trong một mạng lưới hoàn chỉnh. Mỗi nút được kết nối tới các nút khác trên mạng thông qua các bước nhảy (hops). Một số kết nối thông qua một bước nhảy duy nhất và một số có thể được kết nối với nhiều hơn 1 bước nhảy. Dữ liệu di chuyển trên mạng được tự động cấu hình để đi tới đích bằng con đường ngắn nhất.
Mạng Mesh là một mạng đáng tin cậy và có khả năng tự phục hồi. Nếu một nút bị lỗi, mạng sẽ tìm một đường đi thay thế để chuyển dữ liệu. Trong một mạng Mesh, một điều rất khó xảy ra là tất cả các nút mạng trong một mạng duy nhất sẽ bị phá vỡ tại một thời điểm bất kỳ nào đó. Tuy nhiên, mặc dù mạng Mesh có độ tin cậy cao và mạnh mẽ để truyền dữ liệu, nhược điểm của nó là chi phí truyền thông cao hơn và có chi phí tăng từ việc chi phí cho dây cáp cần thiết kết nối tất cả các nút mạng với nhau là rất lớn.
Mạng Mesh là một mạng đáng tin cậy và có khả năng tự phục hồi. Nếu một nút bị lỗi, mạng sẽ tìm một đường đi thay thế để chuyển dữ liệu. Trong một mạng Mesh, một điều rất khó xảy ra là tất cả các nút mạng trong một mạng duy nhất sẽ bị phá vỡ tại một thời điểm bất kỳ nào đó. Tuy nhiên, mặc dù mạng Mesh có độ tin cậy cao và mạnh mẽ để truyền dữ liệu, nhược điểm của nó là chi phí truyền thông cao hơn và có ch phí tăng từ việc chi phí cho dây cáp cần thiết kết nối tất cả các nút mạng với nhau là rất lớn.
Hình 2: Mạng Ethernet dự phòng sử dụng STP
STP như được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1D là được thiết kế để loại bỏ các vòng lặp trong mạng bởi việc phân tách mạng thành các vòng lặp tự do (loop-free) dạng hình cây. Nó giúp đạt được một mạng liên kết dự phòng và tối ưu hóa đường truyền dẫn. Một mạng như hình 2 là một ví dụ của một mạng Ethernet dự phòng sử dụng STP và bao gồm vòng lặp giữa các Switch từ 1 tới 5.
STP sử dụng một thuật toán để tìm liên kết cần thiết trong một mạng và cho phép đường dẫn nhất định như đường dẫn sao lưu (Backup Link) để ngăn chặn vòng lặp. Khi STP hoạt động, các gói dữ liệu được gửi từ Switch 5 tới Root Switch thông qua Switch 3. Trong trường hợp Switch mất kết nối hoặc bị lỗi, STP sau đó sẽ tự động sắp xếp lại các kết nối bằng cách kích hoạt đường dẫn sao lưu để chuyển tiếp dữ liệu.
Mặc dù STP giải quyết được các vòng lặp và đạt được mạng dự phòng, tuy nhiên nó có một số nhược điểm. Một trong số đó là thời gian phục hồi chậm. Với STP, thời gian phục hồi thường mất 15s sau khi cây mở rộng (spanning tree) được thành lập. Thời gian phục hồi này là quá dài cho các ứng dụng công nghiệp.
- RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)
Để khắc phục sự phục hồi chậm của STP, IEEE đã công bố tiêu chuẩn IEEE 802.1w để tạo nên các cải thiện dựa trên STP. Điều này rút ngắn tốc độ phục hồi chỉ còn 1s. Tuy nhiên, đối với tính thời gian thực và một số ứng dụng công nghiệp quan trọng, chẳng hạn như hệ thống quân sự và hệ thống điều khiển quá trình thì thời gian phục hồi phải dưới 100ms để đả bảo độ tin cậy của mạng.
STP và RSTP là các tiêu chuẩn mở cho nhiều nhà sản xuất Switch Ethernet đã thực hiện trong các sản phẩm quản lý chuyển đổi của họ. Việc thời gian tự phục hồi của RSTP nhanh hơn là rất hữu ích trong một mạng doanh nghiệp, nơi mà một vài giây chậm trễ của mạng là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, trong một mạng công nghiệp, 1 giây mất liên lạc có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Các ứng dụng tự động hóa trong nhà máy thường liên quan tới các máy móc thiết bị đòi hỏi thời gian mất kết nối ngắn hơn rất nhiều so với thời gian đạt được như trên. Điều này là cần thiết cho sự hoạt động an toàn của các quá trình được kiểm soát và ngăn chặn thời gian chết của các hệ thống đắt tiền.
- Mạng dự phòng ring riêng biệt (Proprietary Ring Redundancy)
Hình 3: Ví dụ về mạng dự phòng Ring
Mạng Ring dự phòng là rất phổ biến trong các mạng Ethernet công nghiệp ngày nay. Nó là một giải pháp tiết kiệm chi phí hơn so với mạng Mesh và khắc phục được các vấn đề về thời gian phục hồi của STP/RSTP. Có nhiều công nghệ dự phòng Ring khác nhau, bao gồm thời gian tự phục hồi được đảm bảo trong một vài mili giây, được cung cấp bởi các nhà cung cấp giải pháp Ethernet công nghiệp như giải pháp Turbo Ring của MOXA. Mạng dự phòng Ring đảm bảo việc không ngừng hoạt động của mạng với thời gian tự phục hồi rất nhanh. Ví dụ, sử dụng Turbo Ring, nếu bất kỳ phân đoạn nào của mạng bị ngắt kết nối, hệ thống mạng sẽ tự phục hồi trong vòng chưa đến 20ms bằng cách kích hoạt các đường dẫn sao lưu trong vòng Ring. Tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm của dự phòng Ring: khả năng tương tác là một thách thức, bởi vì công nghệ dự phòng Ring là riêng biệt cho các nhà cung cấp các nhân. Ngoài ra, dự phòng Ring chỉ hỗ trợ hạn chế trong một Switch duy nhất.
Turbo Chain: Giải pháp khôi phục hệ thống vượt qua công nghệ dự phòng Ring Ethernet. Giải pháp Turbo Chain của MOXA là một công nghệ dự phòng tiên tiến, nó có thể giải quyết các cấu trúc thiếu linh hoạt của mạng Mesh, thời gian phục hồi chậm của STP/RSTP và khả năng tương tác hạn chế hoặc vòng giới hạn của dự phòng Ring.Hình 4: Mạng Turbo Chain
Sử dụng sáng tạo cấu trúc “Chain”, việc quản trị mạng linh hoạt có thể tạo ra bất kỳ cấu trúc liên kết trong bất kỳ đoạn mạng nào. Turbo Chain được tạo ra bằng cách kết nối các Switch Ethernet lại với nhau để tạo thành mạng Daisy-chain, ở đó Head-Switch và Tail-Switch (Các Switch ở 2 đầu của cấu trúc Chain) được cấu hình đầu tiên, sau đó các Switch còn lại được cấu hình như các Member Switchs. Tiếp theo, chúng ta chỉ cần kết nối 2 đầu của Chain với một mạng Ethernet, và sau đó thiết lập được thực hiện xong. Một minh họa ngắn gọn được thể hiện như trên hình 4.
Turbo Chain cung cấp giải pháp dự phòng nhanh chóng, đáp ứng được các yêu cầu cho các ứng dụng công nghiệp. Ngay khi một đoạn mạng Chain bị lỗi, liên kết bị chặn trước đó (liên kết giữa Tail-Switch và mạng bên ngoài) sẽ nhanh chóng được kích hoạt trong vòng 20ms. Cơ chế nhanh chóng phục hồi này đảm bảo rằng các mạng Ethernet công nghiệp vẫn hoạt động gần như liên tục.
Các lợi ích của Turbo Chain
Turbo Chain đã thể hiện lợi thế đáng kể cho các mạng công nghiệp đòi hỏi phải có cấu trúc dự phòng phức tạp và cho phép độ tin cậy cao cũng như tính sẵn sàng của các ứng dụng mạng Ethernet công nghiệp. Bất cứ khi nào một mạng đang áp dụng cấu trúc nhiều vòng ring, Turbo Chain sẽ là giải pháp tối ưu nhất dựa vào 4 lý do: linh hoạt, mở rộng không hạn chế, phục hồi lỗi nhanh chóng và triển khai hiệu quả.
- Xây dựng cấu trúc dự phòng với độ linh hoạt cao và khả năng mở rộng.
Turbo Chain có đặc tính linh hoạt cao trong việc đáp ứng bất kỳ loại cấu trúc mạng phức tạp nào. Với phương pháp Chain, kỹ sư mạng hiện nay có sự tự do để tạo ra nhiều kết nối dự phòng khi họ có nhiều Switch và các cổng bằng cách liên kết một Turbo Chain mới với bất kỳ phân đoạn nào của mạng Ethernet.
- Khả năng mở rộng không hạn chế mạng dự phòng.
Turbo Chain cho phép mở rộng mạng không giới hạn một cách dễ dàng. Kỹ sư mạng không cần phải cấu hình lại mạng hiện có, nhưng đúng hơn, sử dụng Turbo Chain để mở rộng quy mô mạng dự phòng trực tiếp. Ngoài ra, Turbo Chain có thể được kết nối cới một mạng sử dụng bất kỳ công nghệ dự phòng khác như STP, RSTP và công nghệ Turbo Ring của MOXA.
- Đáng tin cậy và cơ chế phục hồi lỗi ngay lập tức.
Turbo Chain cung cấp khả năng dự phòng tiêu chuẩn công nghiệp, có khả năng chịu đựng lỗi mất kết nối tại các đoạn mạng. Nếu có bất kỳ liên kết mạng nào bị lỗi, Turbo Chain sẽ ngay lập tức kích hoạt các con đường tạm thời bị chặn trước đó để tiếp tục chuyển dữ liệu ngay lập tức, tất cả được thực hiện với thời gian phục hồi dưới 20ms.
- Chi phí triển khai thấp hơn so với Ring Coupling
Turbo Chain giảm được thời gian triển khai, nỗ lực và chi phí lắp đặt kể từ khi kết nối các mạng dự phòng khác nhau có thể trực tiếp đạt được mà không cần có các vòng lặp Ring Coupling . Turbo Chain giảm được đáng kể chi phí cáp cần thiết và cổng Ethernet để hình thành đường Ring Coupling. Đây là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi phải có mạng lưới dự phòng và cần cân nhắc tới ngân sách cũng như hệ thống cáp khó khăn khi kết nối.
Các kịch bản được đặt ra
Các ứng dụng công nghiệp sử dụng nhiều cở sở hạ tầng dự phòng Ethernet để tăng độ tin cậy, tính sẵn sàng và khả năng thích ứng của các mạng quan trọng. Giải pháp Turbo Chain của MOXA hỗ trợ kết nối đa vòng linh hoạt, khả năng mở rộng mạng dễ dàng và lý tưởng cho các ứng dụng mạng dự phòng quy mô lớn, chẳng hạn như năng lượng gió, đường ống dẫn dầu và các ứng dụng trong ngành đường sắt.
- Kịch bản 1: Hệ thống năng lượng gió
Trong các ứng dụng năng lượng gió, điểm truyền thông như cối xay gió thường nằm rải rác trong toàn bộ các trang trại gió. Kết nối mạng Ethernet dự phòng là một giải pháp lý tưởng để kết nối các nút cối xay gió với nhau và tạo ra một mạng lưới thông tin liên lạc đáng tin cậy để thu thập dữ liệu từ xa, điều khiển thiết bị, và điều chỉnh cài đặt cối xay gió. Tuy nhiên, để tạo ra các kết nối cần thiết thường dẫn đến một vấn đề phổ biến mà gọi là dự phòng Ring khó có thể dễ dàng tạo ra toàn bộ mạng một cách hiệu quả. Để làm như vậy đòi hỏi một cấu trúc liên kết cực kỳ linh hoạt nhưng phải có tính hiệu quả (xem hình bên dưới), nhưng công nghệ Ring điển hình là quá khó khăn, tốn kém và không hiệu quả để thuận tiện liên kết các nút với nhau. Trong trường hợp này, Turbo Chain là giải pháp tốt nhất. Nó đáp ứng nhu cầu ứng dụng cho một mạng tự phục hồi đáng tin cậy (thời gian phục hồi <20 ms) và triển khai tiết kiệm chi phí, khả năng mở rộng cao và mở rộng thêm nhiều tua-bin có thể được bổ sung thuận tiện trong tương lai.
Hình 5: Turbo Chain trong hệ thống điện gió
- Kịch bản 2: Hệ thống đường ống dẫn dầu
Hình 6: Turbo Chain trong hệ thống dẫn dầu
- Kịch bản 3: Hệ thống đường sắt
Hình 6: Turbo Chain trong hệ thống đường sắt
Kết Luận
Các ứng dụng công nghiệp yêu cầu độ tin cậy cao, yêu cầu hệ thống mạng dự phòng để đảm bảo mạng lưới hoạt động không ngừng. Vì sự phức tạp của hệ thống dây điện trong lĩnh vực công nghiệp đang phát triển ngày càng lớn hơn, triển khai kết nối dự phòng với sự linh hoạt và khả năng mở rộng đang trở thành bắt buộc. Mặc dù có rất nhiều giao thức dự phòng hiện có, công nghệ dự phòng Turbo Chain, được hỗ trợ bởi tất cả các thiết bị Switch Ethernet công nghiệp của MOXA là giải pháp có tính sẵn sàng cao nhất cho phép quản trị mạng xây dựng nhiều kết nối dự phòng dễ dàng nhất và khả năng thích ứng cao nhất. Những lợi ích của công nghệ dự phòng Turbo Chain bao gồm:
- Xây dựng mạng lướilinh hoạt vàmở rộng dễ dàng, không cần nỗ lực cấu hình lạimạng;
- Có khả năng tương tác cao với các mạng dự phòng khác nhau như STP/RSTP và mạng Turbo Ring của MOXA;
- Phục hồi lỗinhanh chóng(thời gian phục hồi <20 ms) của công nghệTurboChaincho hoạt động củahệ thốngđáng tin cậy;
- Tiết kiệm chi phí so với giải pháp Ring Coupling.
