12/08/2017
12/08/2017
Tiêu chuẩn IEEE 1588 – KHUYẾN NGHỊ C37.238-2011Tiêu chuẩn IEEE 1588 – KHUYẾN NGHỊ C37.238-2011
Như chúng ta đã biết ở bài trước, chuẩn đồng bộ thời gian IEEE 1588-2002 được thiết kế cho các mạng đo lường, điều khiển trong công nghiệp. Sang đến phiên bản IEEE 1588-2008, ngoài việc ứng dụng cho mạng công nghiệp (Default Profile) nó đã được ứng dụng cho cả mạng viễn thông diện rộng (Telecom WAN) thông qua khuyến nghị ITU-T G.8265.1 (Telecom Profile) và trong mạng nội bộ của trạm điện (Substation LAN) qua khuyến nghị IEEE C37.238-2011 (Power Profile) Tại sao phải sử dụng IEEE 1588v2 cho Substation LAN? Theo IEEE C37.118.1-2011, tiêu chuẩn IEEE cho đồng bộ pha đo lường (Synchrophasor Measurements) cho cho hệ thống điện: Một lỗi pha có giá trị 0,57 độ (0.01 radian) sẽ là nguyên nhân gây ra 1% Total Vector Error (TVE) ... Điều này tương ứng với một lỗi thời gian ± 26μs cho một hệ thống có tần số 60Hz và ± 31μs cho một hệ thống 50Hz. Khuyến cáo của IEEE là cần một nguồn đồng bộ thời gian đáng tin cậy cung cấp thời gian, tần số, và sự ổn định tần số tốt hơn ít nhất 10 lần so với giá trị tương ứng với 1% TVE, có nghĩa là ± 2,6μs với hệ thống 60Hz và ± 3,1μs với 50Hz. Các giải pháp đồng bộ thời gian thường được sử dụng trong trạm điện là IRIG-B hoặc SNTP. Trong đó, giao thức IRIG-B AM đạt sai số dưới 1ms còn IRIG-B DC-shifted đạt mức dưới 100μs. Giao thức SNTP sử dụng kiến trúc Client-Server (IRIG-B và IEEE 1588 là kiến trúc Master-Slave) nên sai số phụ thuộc rất nhiều vào kiến trúc mạng, trong trường hợp lý tưởng nhất, kết nối trực tiếp các Client với Server qua giao tiếp mạng có độ trễ thấp, có thể đạt sai số đến 200μs. Tuy nhiên đó là trường hợp lý tưởng, thông thường sai số của nó trong mạng nội bộ của trạm điện được chấp nhận ở mức 1-3ms. Tuy nhiên, cả IRIG-B và SNTP đều không đạt được yêu cầu mà IEEE C37.118.1-2011 đề ra, đó là lý do mà chuẩn IEEE 1588v2 với sai số ở mức 100ns đến 1μs (tùy kiến trúc, sơ đồ mạng và giải pháp kỹ thuật của từng hãng) được khuyến cáo sử dụng. Khuyến nghị IEEE C37.238-2011:+ Chạy trong mạng LAN lớp 2+ Chỉ sử dụng địa chỉ Multicast+ Đo độ trễ theo kết nối peer-to-peer+ Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks+ Sai số của thiết bị tham chiếu <200ns+ Sai sổ tổng thế của toàn hệ thống ở mức <1μs+ Hỗ trợ tối thiểu đến 16 lớp Switch mạng Do sử dụng trong Substation LAN nên IEEE C37.238-2011 yêu cầu các thiết bị phải chạy trong mạng Layer 2 và chỉ sử dụng địa chỉ Multicast cho các gói tin đồng bộ. Các Switch mạng hỗ trợ IEEE 1588v2 và chạy ở chế độ Transparent Clocks. Đối với các yêu cầu về sai số, chúng ta đều biết rằng, qua mỗi lớp Switch mạng, sai số lại tăng thêm do các công đoạn xử lý và chuyển gói tin đồng bộ trên đó: Như vậy, yêu cầu sai số tổng thể <1μs với tối thiểu 16 lớp Switch, với sai số của thiết bị tham chiếu ở mức 200ns, mỗi thiết bị Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks phải đảm bảo sai số <50ns. Tuy nhiên, trên đây chỉ là các yêu tối thiểu cần phải đáp ứng, đa số các thiết bị tham chiếu có thể đạt mức sai số 30-100ns hoặc thấp hơn, các Switch mạng với thiết kế hardware time stamping có thể đạt sai số dưới 10ns
Tiêu chuẩn IEEE 1588 – KHUYẾN NGHỊ C37.238-2011
Như chúng ta đã biết ở bài trước, chuẩn đồng bộ thời gian IEEE 1588-2002 được thiết kế cho các mạng đo lường, điều khiển trong công nghiệp. Sang đến phiên bản IEEE 1588-2008, ngoài việc ứng dụng cho mạng công nghiệp (Default Profile) nó đã được ứng dụng cho cả mạng viễn thông diện rộng (Telecom WAN) thông qua khuyến nghị ITU-T G.8265.1 (Telecom Profile) và trong mạng nội bộ của trạm điện (Substation LAN) qua khuyến nghị IEEE C37.238-2011 (Power Profile)
Tại sao phải sử dụng IEEE 1588v2 cho Substation LAN?
Theo IEEE C37.118.1-2011, tiêu chuẩn IEEE cho đồng bộ pha đo lường (Synchrophasor Measurements) cho cho hệ thống điện:
Một lỗi pha có giá trị 0,57 độ (0.01 radian) sẽ là nguyên nhân gây ra 1% Total Vector Error (TVE) ... Điều này tương ứng với một lỗi thời gian ± 26μs cho một hệ thống có tần số 60Hz và ± 31μs cho một hệ thống 50Hz.
Khuyến cáo của IEEE là cần một nguồn đồng bộ thời gian đáng tin cậy cung cấp thời gian, tần số, và sự ổn định tần số tốt hơn ít nhất 10 lần so với giá trị tương ứng với 1% TVE, có nghĩa là ± 2,6μs với hệ thống 60Hz và ± 3,1μs với 50Hz.
Các giải pháp đồng bộ thời gian thường được sử dụng trong trạm điện là IRIG-B hoặc SNTP. Trong đó, giao thức IRIG-B AM đạt sai số dưới 1ms còn IRIG-B DC-shifted đạt mức dưới 100μs.
Giao thức SNTP sử dụng kiến trúc Client-Server (IRIG-B và IEEE 1588 là kiến trúc Master-Slave) nên sai số phụ thuộc rất nhiều vào kiến trúc mạng, trong trường hợp lý tưởng nhất, kết nối trực tiếp các Client với Server qua giao tiếp mạng có độ trễ thấp, có thể đạt sai số đến 200μs. Tuy nhiên đó là trường hợp lý tưởng, thông thường sai số của nó trong mạng nội bộ của trạm điện được chấp nhận ở mức 1-3ms.
Tuy nhiên, cả IRIG-B và SNTP đều không đạt được yêu cầu mà IEEE C37.118.1-2011 đề ra, đó là lý do mà chuẩn IEEE 1588v2 với sai số ở mức 100ns đến 1μs (tùy kiến trúc, sơ đồ mạng và giải pháp kỹ thuật của từng hãng) được khuyến cáo sử dụng.
Khuyến nghị IEEE C37.238-2011:
+ Chạy trong mạng LAN lớp 2
+ Chỉ sử dụng địa chỉ Multicast
+ Đo độ trễ theo kết nối peer-to-peer
+ Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks
+ Sai số của thiết bị tham chiếu <200ns
+ Sai sổ tổng thế của toàn hệ thống ở mức <1μs
+ Hỗ trợ tối thiểu đến 16 lớp Switch mạng
Do sử dụng trong Substation LAN nên IEEE C37.238-2011 yêu cầu các thiết bị phải chạy trong mạng Layer 2 và chỉ sử dụng địa chỉ Multicast cho các gói tin đồng bộ. Các Switch mạng hỗ trợ IEEE 1588v2 và chạy ở chế độ Transparent Clocks.
Đối với các yêu cầu về sai số, chúng ta đều biết rằng, qua mỗi lớp Switch mạng, sai số lại tăng thêm do các công đoạn xử lý và chuyển gói tin đồng bộ trên đó:
Như vậy, yêu cầu sai số tổng thể <1μs với tối thiểu 16 lớp Switch, với sai số của thiết bị tham chiếu ở mức 200ns, mỗi thiết bị Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks phải đảm bảo sai số <50ns.
Tuy nhiên, trên đây chỉ là các yêu tối thiểu cần phải đáp ứng, đa số các thiết bị tham chiếu có thể đạt mức sai số 30-100ns hoặc thấp hơn, các Switch mạng với thiết kế hardware time stamping có thể đạt sai số dưới 10ns
Tiêu chuẩn IEEE 1588 – KHUYẾN NGHỊ C37.238-2011
12/08/2017
Như chúng ta đã biết ở bài trước, chuẩn đồng bộ thời gian IEEE 1588-2002 được thiết kế cho các mạng đo lường, điều khiển trong […]
12/08/2017
12/08/2017
IEC 61850 và các lưới điện thông minh (Smart Grids)IEC 61850 và các lưới điện thông minh (Smart Grids)
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 - Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ) IEC 61850 được xác định như công nghệ nền tảng cho Smart Grids (các lưới điện thông minh). Trong khi phiên bản thứ nhất (Edition 1) tập trung vào hệ thống bảo vệ, tự động hóa và điều khiển trạm biến áp, hiện tại nó đã vượt ra khỏi trạm và bao trùm mọi thành phần của Lưới điện thông minh. Từ 5 năm trở lại đây, mọi người bắt đầu nói về Smart Grids và mọi tổ chức muốn có tên tuổi trong công nghiệp điện lực đã đưa ra lộ trình Smart Grid. Trong khi ban đầu có rất nhiều khái niệm về một Smart Grid tồn tại, ngày nay với một cách hiểu chung, một nguyên lý then chốt của một lưới điện thông minh là sử dụng truyền thông cấp cao và công nghệ thông tin để giữ nguồn cấp điện ổn định đồng thời hỗ trợ tích hợp các nguồn năng lượng mới và giảm tổng điện năng tiêu thụ. Hiển nhiên, IEC 61850 là một trong những những công nghệ truyền thông cấp cao có thể hỗ trợ Smart Grid. Trong năm 2014 nhóm làm việc WG17 của hội đồng kỹ thuật IEC TC57 đã tạo ra danh mục đầu tiên để định nghĩa một tiêu chuẩn cho giám sát và điều khiển nguồn năng lượng phân tán (Distributed Energy Resource - DER). Các nhóm làm việc đã quyết định sử dụng IEC 61850 như nền tảng cho công việc này, và trong năm 2009 bản nháp đầu tiên của IEC 61850-7-420 - Các nút logic (logical node) cho DER được công bố. Trong phiên bản đầu tiên này của tiêu chuẩn, tập trung chủ yếu vào điều khiển tại chỗ và giám sát giữa các khối DER và hệ thống quản lý nhà máy. Các kiểu DER đề cập trong phiên bản đầu tiên này bao gồm động cơ pitton, pin nhiên liệu, quang điện, hệ thống hỗn hợp nhiệt và điện. Với việc thúc đẩy tích hợp số lượng lớn hơn các nguồn năng lượng tái tạo, nên cũng có yêu cầu về một tiêu chuẩn dựa trên giao diện để quản lý tích hợp mạng lưới các thiết bị này. Gần đây, một bộ phận đặc biệt của IEC TC 57, WG17 đang chuẩn bị một báo cáo kỹ thuật “IEC 61850-90-15-DER Grid Integration” mô tả các yêu cầu về giao diện dữ liệu cho tích hợp và định nghĩa các mô hình dữ liệu IEC 61850 cho giao diện đó. Quan điểm là tạo ra một mô hình dữ liệu chung mô tả các đặc điểm về điện của bất kỳ khối DER hoặc hệ thống DER độc lập với kiểu của nó. Một trong những ưu điểm của quan niệm này là nó có thể dễ dàng ứng dụng với các công nghệ DER mới trong tương lai. Giao diện không chỉ sử dụng để tích hợp các thế hệ thiết bị, nó cũng có thể ứng dụng với các phụ tải thay đổi được hoặc với các thiết bị hoặc hệ thống lưu năng lượng. Một ứng dụng khả thi của giao diện này là một nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP), nơi mà các hệ thống quản lý VPP phải tích hợp nhiều hệ thống DER cung cấp công suất yêu cầu cho lưới điện. Do vậy, hệ thống quản lý VPP cần biết các đặc điểm điển hình và tức thời của các hệ thống DER được nối tới, ví dụ lượng công suất tác dụng và phản kháng có thể được cung cấp và tổng năng lượng có thể lưu trữ được. Dựa trên các yêu cầu về công suất, hệ thống quản lý VPP sau đó sẽ có khả năng đặt công suất phát cho từng hệ thống DER qua các điểm đặt. Nhưng giao diện cũng sẽ hỗ trợ các chế độ vận hành khác của một hệ thống DER - một trường hợp có thể là một hệ thống lưu trữ năng lượng lớn được nối với lưới và vận hành ở chế độ điều khiển tần số - watt (công suất) bằng cách điều chỉnh năng lượng sơ cấp. Ở từng chế độ, hệ thống DER sẽ vận hành đồng bộ dựa trên các thông số cài đặt và các giá trị đo lường. Ví dụ ở chế độ điều khiển tần số - công suất, hệ thống DER sẽ đo tần số và nếu tần số lệch khỏi giá trị định mức nó sẽ phát hoặc tiêu thụ năng lượng dựa trên các thông số cài đặt. Báo cáo IEC 61850-90-15 chỉ là một ví dụ trong các hoạt động của nhóm làm việc WG17 nhằm hỗ trợ việc sử dụng IEC 61850 cho Smart Grids. Một báo cáo kỹ thuật mô tả các mô hình biến đổi thuận nghịch dựa trên hệ thống DER đã được công bố. Các mô hình các động cơ điện đóng cắt được cũng như các chế độ của hệ thống lưu trữ năng lượng đang được chuẩn bị. Các công việc khác bao gồm tạo các mô hình mới cho các thành phần của lưới phân phối như các mô hình chỉ thị sự cố hỗ trợ tự phục hồi lưới điện. Thông tin về Christoph Brunner: là chủ tịch của công ty tư vấn độc lập it4power LLC, Thụy Sỹ. Ông có trên 25 năm kinh nghiệm với kiến thức xuyên suốt nhiều lĩnh vực trong công nghiệp điện và công nghệ tự động hóa. Trước đó, ông làm quản lý dự án tại Công ty TNHH ABB Thụy Sỹ trong lĩnh vực sản phẩm công nghệ điện tại Zurich, chịu trách nhiệm về cấu trúc truyền thông của hệ thống tự động hóa trạm. Ông là người tổ chức của WG 10 và là thành viên của WG 17, 18, 19 của IEC TC57. Ông là thành viên cao cấp của IEEE-PES và IEEE-SA. Ông cũng là ủy viên của IEEE, hoạt động trường trực trong nhiều nhóm làm việc của IEEE-PSRC và là một thành viên của ủy ban PSRC chính và ủy ban trực thuộc. Ông là cố vấn quốc tế của hội đồng Hiệp hội người sử dụng quốc tế UCA. Biên dịch từ tạp chí PACWorld, số tháng 9 năm 2013
IEC 61850 và các lưới điện thông minh (Smart Grids)
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 - Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ)
IEC 61850 được xác định như công nghệ nền tảng cho Smart Grids (các lưới điện thông minh). Trong khi phiên bản thứ nhất (Edition 1) tập trung vào hệ thống bảo vệ, tự động hóa và điều khiển trạm biến áp, hiện tại nó đã vượt ra khỏi trạm và bao trùm mọi thành phần của Lưới điện thông minh.
Từ 5 năm trở lại đây, mọi người bắt đầu nói về Smart Grids và mọi tổ chức muốn có tên tuổi trong công nghiệp điện lực đã đưa ra lộ trình Smart Grid. Trong khi ban đầu có rất nhiều khái niệm về một Smart Grid tồn tại, ngày nay với một cách hiểu chung, một nguyên lý then chốt của một lưới điện thông minh là sử dụng truyền thông cấp cao và công nghệ thông tin để giữ nguồn cấp điện ổn định đồng thời hỗ trợ tích hợp các nguồn năng lượng mới và giảm tổng điện năng tiêu thụ.
Hiển nhiên, IEC 61850 là một trong những những công nghệ truyền thông cấp cao có thể hỗ trợ Smart Grid. Trong năm 2014 nhóm làm việc WG17 của hội đồng kỹ thuật IEC TC57 đã tạo ra danh mục đầu tiên để định nghĩa một tiêu chuẩn cho giám sát và điều khiển nguồn năng lượng phân tán (Distributed Energy Resource - DER).
Các nhóm làm việc đã quyết định sử dụng IEC 61850 như nền tảng cho công việc này, và trong năm 2009 bản nháp đầu tiên của IEC 61850-7-420 - Các nút logic (logical node) cho DER được công bố. Trong phiên bản đầu tiên này của tiêu chuẩn, tập trung chủ yếu vào điều khiển tại chỗ và giám sát giữa các khối DER và hệ thống quản lý nhà máy. Các kiểu DER đề cập trong phiên bản đầu tiên này bao gồm động cơ pitton, pin nhiên liệu, quang điện, hệ thống hỗn hợp nhiệt và điện.
Với việc thúc đẩy tích hợp số lượng lớn hơn các nguồn năng lượng tái tạo, nên cũng có yêu cầu về một tiêu chuẩn dựa trên giao diện để quản lý tích hợp mạng lưới các thiết bị này. Gần đây, một bộ phận đặc biệt của IEC TC 57, WG17 đang chuẩn bị một báo cáo kỹ thuật “IEC 61850-90-15-DER Grid Integration” mô tả các yêu cầu về giao diện dữ liệu cho tích hợp và định nghĩa các mô hình dữ liệu IEC 61850 cho giao diện đó.
Quan điểm là tạo ra một mô hình dữ liệu chung mô tả các đặc điểm về điện của bất kỳ khối DER hoặc hệ thống DER độc lập với kiểu của nó. Một trong những ưu điểm của quan niệm này là nó có thể dễ dàng ứng dụng với các công nghệ DER mới trong tương lai. Giao diện không chỉ sử dụng để tích hợp các thế hệ thiết bị, nó cũng có thể ứng dụng với các phụ tải thay đổi được hoặc với các thiết bị hoặc hệ thống lưu năng lượng.
Một ứng dụng khả thi của giao diện này là một nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP), nơi mà các hệ thống quản lý VPP phải tích hợp nhiều hệ thống DER cung cấp công suất yêu cầu cho lưới điện. Do vậy, hệ thống quản lý VPP cần biết các đặc điểm điển hình và tức thời của các hệ thống DER được nối tới, ví dụ lượng công suất tác dụng và phản kháng có thể được cung cấp và tổng năng lượng có thể lưu trữ được. Dựa trên các yêu cầu về công suất, hệ thống quản lý VPP sau đó sẽ có khả năng đặt công suất phát cho từng hệ thống DER qua các điểm đặt.
Nhưng giao diện cũng sẽ hỗ trợ các chế độ vận hành khác của một hệ thống DER - một trường hợp có thể là một hệ thống lưu trữ năng lượng lớn được nối với lưới và vận hành ở chế độ điều khiển tần số - watt (công suất) bằng cách điều chỉnh năng lượng sơ cấp. Ở từng chế độ, hệ thống DER sẽ vận hành đồng bộ dựa trên các thông số cài đặt và các giá trị đo lường. Ví dụ ở chế độ điều khiển tần số - công suất, hệ thống DER sẽ đo tần số và nếu tần số lệch khỏi giá trị định mức nó sẽ phát hoặc tiêu thụ năng lượng dựa trên các thông số cài đặt.
Báo cáo IEC 61850-90-15 chỉ là một ví dụ trong các hoạt động của nhóm làm việc WG17 nhằm hỗ trợ việc sử dụng IEC 61850 cho Smart Grids.
Một báo cáo kỹ thuật mô tả các mô hình biến đổi thuận nghịch dựa trên hệ thống DER đã được công bố. Các mô hình các động cơ điện đóng cắt được cũng như các chế độ của hệ thống lưu trữ năng lượng đang được chuẩn bị.
Các công việc khác bao gồm tạo các mô hình mới cho các thành phần của lưới phân phối như các mô hình chỉ thị sự cố hỗ trợ tự phục hồi lưới điện.
Thông tin về Christoph Brunner: là chủ tịch của công ty tư vấn độc lập it4power LLC, Thụy Sỹ. Ông có trên 25 năm kinh nghiệm với kiến thức xuyên suốt nhiều lĩnh vực trong công nghiệp điện và công nghệ tự động hóa. Trước đó, ông làm quản lý dự án tại Công ty TNHH ABB Thụy Sỹ trong lĩnh vực sản phẩm công nghệ điện tại Zurich, chịu trách nhiệm về cấu trúc truyền thông của hệ thống tự động hóa trạm. Ông là người tổ chức của WG 10 và là thành viên của WG 17, 18, 19 của IEC TC57. Ông là thành viên cao cấp của IEEE-PES và IEEE-SA. Ông cũng là ủy viên của IEEE, hoạt động trường trực trong nhiều nhóm làm việc của IEEE-PSRC và là một thành viên của ủy ban PSRC chính và ủy ban trực thuộc. Ông là cố vấn quốc tế của hội đồng Hiệp hội người sử dụng quốc tế UCA.
Biên dịch từ tạp chí PACWorld, số tháng 9 năm 2013
IEC 61850 và các lưới điện thông minh (Smart Grids)
12/08/2017
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 – Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ) IEC 61850 được xác định như […]
12/08/2017
12/08/2017
Mô hình dữ liệu ngữ nghĩaMô hình dữ liệu ngữ nghĩa
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 - Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ) Điều gì là đặc trưng quan trọng nhất của IEC 61850?Tạicác hội nghị hoặc trong các thảo luận trên mạng xã hội LinkedIn, các chủ đề ưa thích là tương tác (interoperability), phương diện truyền thông, bản tin GOOSE và tiến triển kỹ thuật. Những tuyên bố như “Ngoài GOOSE và SCL, DNP3 có tất cả các đặc trưng của IEC 61850, tại sao chúng ta phải chuyển đổi” thường được đặt ra. Chúng ta thực hiện tất cả các nỗ lực chỉ để cung cấp một giải pháp khác cho một vấn đề đã được giải quyết. Tất nhiên tôi không muốn bắt đầu so sánh các giao thức tương đương như DNP3 hoặc IEC 60870-5-101/-104 với IEC 61850. Chúng ta biết các khả năng đưa lại bởi gửi bản tin GOOSE và truyền tín hiệu Sampled value. Chúng ta tiếp tục thảo luận về quá trình cấu hình và tại sao nó không đem lại các lợi ích kỳ vọng. Một trong các đặc trưng quan trọng của IEC 61850, thường được đánh giá thấp hơn giá trị của nó, là mô hình dữ liệu ngữ nghĩa chi tiết được định nghĩa trong phần 7-4 với các nút logic (logical node) và hàng trăm các dữ liệu đối tượng (data object) cho phép mô hình vô số thông tin ứng dụng từ tự động hóa, bảo vệ, điều khiển, và đo lường trạm biến áp bao gồm cả các thiết bị xử lý. Trong khi với các hệ thống SCADA truyền thống, một kỹ sư cần biết số điểm dữ liệu nào được liên kết với vị trí của máy cắt 921, với IEC 61850, thông tin này luôn được tìm thấy như dữ liệu đối tượng “Pos” của nút logic LN XCBR. Và trong số nhiều đối tượng nút logic LN của XCBR trong trạm biến áp, qua ngôn ngữ cấu hình trạm có thể xác định đối tượng nào được liên kết với máy cắt 921. Nó không chỉ khiến việc cấu hình dễ dàng hơn rất nhiều mà còn làm đơn giản hóa quá trình bảo trì. Không may ở thế giới thực, cấp bổ sung của các mô hình dữ liệu này không luôn luôn như vốn dĩ thế, có thể do vậy nên nhiều khi chưa nhận ra giá trị của nó. Trước hết với nút logic LN GGIO. Mục đích ban đầu là nơi các thông tin chung như tiếp điểm cửa hoặc báo cháy có thể được hiển thị, nó phổ biến đã được sử dụng nhầm và được lý giải để có hiểu biết rõ hơn bởi các nhà phát triển IED. Thứ hai, tiêu chuẩn có sự linh hoạt với các nút logic đôi khi cho phép có nhiều cách để mô hình cùng một đối tượng. Một ví dụ về sự linh hoạt là việc mô hình hóa một chức năng bảo vệ khoảng cách với 3 vùng bảo vệ. Nó có thể được mô hình với 3 đối tượng PDIS - cho từng vùng. Hoặc với 6 - mỗi đối tượng cho sự cố pha và đất của một vùng, hoặc với 12 - mỗi đối tượng theo từng pha và đất. Với các biến đổi này, do đó là thách thức để xác định, đối tượng nào cho cái gì; các tiền tố có thể được sử dụng để phân biệt các đối tượng không được tiêu chuẩn hóa, do đó nếu bạn may mắn, bạn có thể đoán nhà sản xuất muốn thể hiện gì với nút logic PhsPDIS1 hoặc GndPDIS6; nếu không bạn sẽ chỉ thấy dưới dạng PDIS1 tới PDIS6. Tình trạng này nên được cải thiện trong tương lai. Với SCL, chúng ta đã đưa ra các khả năng mới để xác định chức năng và chức năng phụ như đã được đề cập trong bài báo ở số PACW 22. Vấn đề với GGIO đã được thảo luận trong nhiều chủ đề trên mạng xã hội LinkedIn cũng như trong TISSUE. Có 2 kiểu sử dụng GGIO chính: Kiểu đầu tiên do sự thiếu hiểu biết rõ ràng hoặc bởi một số người muốn có sự phản ánh phi tiêu chuẩn hóa một số thông tin, ví dụ vị trí máy cắt như 2 tín hiệu nhị phân (52a/52b) thay vì sử dụng thông tin kép (double point). Kiểu thứ hai do các IED cấu hình được và các ràng buộc cấu hình IED. Một IED được cung cấp bởi một nhà sản xuất bổ sung thêm một số thông tin như điều khiển đóng cắt hoặc tự đóng lại như một khối SW tiêu chuẩn. Trong trường hợp này, các đối tượng dữ liệu IEC 61850 được sử dụng với thiết kế tốt (lưu ý là không phải tất cả các sản phẩm được thiết kế tốt). Tuy nhiên, các IED cũng cung cấp cho người dùng các I/O cấu hình được và các khối logic. Khi IED rời khỏi nhà máy, các I/O và logic cấu hình bởi người dùng chưa có ý nghĩa ngữ nghĩa. Do đó chỉ có cách gộp chúng như một dữ liệu đối tượng IEC 61850 trong một ICD file bằng việc sử dụng GGIO, vốn chính xác do tại thời điểm đó chúng là các tín hiệu chung. Tuy nhiên sau đó các kỹ sư thiết kế chịu trách nhiệm cấu hình IED cần có khả năng thay đổi tên của một dữ liệu đối tượng dựa trên ngữ nghĩa sử dụng. Như một ví dụ, nếu kỹ sư thiết kế nối các tiếp điểm báo động của một cảm biến cách điện khí tới một trong các tiếp điểm đầu vào chung này, anh ta nên có khả năng truyền thông tin kết quả trong IEC 61850 như SIMG.InsAlm hơn là GGIO.Alm. Điều này có thể được thực hiện như một phần của quá trình chuẩn bị cấu hình IED, sau đó phối hợp với các file ICD được cấu hình hoặc muộn hơn trong khi thiết kế IED và sau đó được cung cấp tới công cụ hệ thống như một file IID cập nhật. Các cơ chế trong IEC 61850 là như thế - chúng ta chỉ thiếu sự hỗ trợ trong các công cụ cấu hình hiện tại. Hiện tại các nhà sản xuất bắt đầu hợp nhất các sản phẩm thế hệ IEC 61850 thứ nhất của họ với thế hệ thứ 2, chúng ta sẽ thấy các sản phẩm IEC 61850 tốt hơn trên thị trường. Do vậy tôi tin tưởng rằng chúng ta sẽ sớm có khả năng tận hưởng nhiều hơn các tính năng của IEC 61850.Thông tin về Christoph Brunner: là chủ tịch của công ty tư vấn độc lập it4power LLC, Thụy Sỹ. Ông có trên 25 năm kinh nghiệm với kiến thức xuyên suốt nhiều lĩnh vực trong công nghiệp điện và công nghệ tự động hóa. Trước đó, ông làm quản lý dự án tại Công ty TNHH ABB Thụy Sỹ trong lĩnh vực sản phẩm công nghệ điện tại Zurich, chịu trách nhiệm về cấu trúc truyền thông của hệ thống tự động hóa trạm. Ông là người tổ chức của WG 10 và là thành viên của WG 17, 18, 19 của IEC TC57. Ông là thành viên cao cấp của IEEE-PES và IEEE-SA. Ông cũng là ủy viên của IEEE, hoạt động trường trực trong nhiều nhóm làm việc của IEEE-PSRC và là một thành viên của ủy ban PSRC chính và ủy ban trực thuộc. Ông là cố vấn quốc tế của hội đồng Hiệp hội người sử dụng quốc tế UCA. Biên dịch từ tạp chí PACWorld, số tháng 6 năm 2013
Mô hình dữ liệu ngữ nghĩa
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 - Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ)
Điều gì là đặc trưng quan trọng nhất của IEC 61850?Tạicác hội nghị hoặc trong các thảo luận trên mạng xã hội LinkedIn, các chủ đề ưa thích là tương tác (interoperability), phương diện truyền thông, bản tin GOOSE và tiến triển kỹ thuật.
Những tuyên bố như “Ngoài GOOSE và SCL, DNP3 có tất cả các đặc trưng của IEC 61850, tại sao chúng ta phải chuyển đổi” thường được đặt ra. Chúng ta thực hiện tất cả các nỗ lực chỉ để cung cấp một giải pháp khác cho một vấn đề đã được giải quyết. Tất nhiên tôi không muốn bắt đầu so sánh các giao thức tương đương như DNP3 hoặc IEC 60870-5-101/-104 với IEC 61850. Chúng ta biết các khả năng đưa lại bởi gửi bản tin GOOSE và truyền tín hiệu Sampled value. Chúng ta tiếp tục thảo luận về quá trình cấu hình và tại sao nó không đem lại các lợi ích kỳ vọng.
Một trong các đặc trưng quan trọng của IEC 61850, thường được đánh giá thấp hơn giá trị của nó, là mô hình dữ liệu ngữ nghĩa chi tiết được định nghĩa trong phần 7-4 với các nút logic (logical node) và hàng trăm các dữ liệu đối tượng (data object) cho phép mô hình vô số thông tin ứng dụng từ tự động hóa, bảo vệ, điều khiển, và đo lường trạm biến áp bao gồm cả các thiết bị xử lý. Trong khi với các hệ thống SCADA truyền thống, một kỹ sư cần biết số điểm dữ liệu nào được liên kết với vị trí của máy cắt 921, với IEC 61850, thông tin này luôn được tìm thấy như dữ liệu đối tượng “Pos” của nút logic LN XCBR. Và trong số nhiều đối tượng nút logic LN của XCBR trong trạm biến áp, qua ngôn ngữ cấu hình trạm có thể xác định đối tượng nào được liên kết với máy cắt 921. Nó không chỉ khiến việc cấu hình dễ dàng hơn rất nhiều mà còn làm đơn giản hóa quá trình bảo trì.
Không may ở thế giới thực, cấp bổ sung của các mô hình dữ liệu này không luôn luôn như vốn dĩ thế, có thể do vậy nên nhiều khi chưa nhận ra giá trị của nó.
Trước hết với nút logic LN GGIO. Mục đích ban đầu là nơi các thông tin chung như tiếp điểm cửa hoặc báo cháy có thể được hiển thị, nó phổ biến đã được sử dụng nhầm và được lý giải để có hiểu biết rõ hơn bởi các nhà phát triển IED.
Thứ hai, tiêu chuẩn có sự linh hoạt với các nút logic đôi khi cho phép có nhiều cách để mô hình cùng một đối tượng.
Một ví dụ về sự linh hoạt là việc mô hình hóa một chức năng bảo vệ khoảng cách với 3 vùng bảo vệ. Nó có thể được mô hình với 3 đối tượng PDIS - cho từng vùng. Hoặc với 6 - mỗi đối tượng cho sự cố pha và đất của một vùng, hoặc với 12 - mỗi đối tượng theo từng pha và đất. Với các biến đổi này, do đó là thách thức để xác định, đối tượng nào cho cái gì; các tiền tố có thể được sử dụng để phân biệt các đối tượng không được tiêu chuẩn hóa, do đó nếu bạn may mắn, bạn có thể đoán nhà sản xuất muốn thể hiện gì với nút logic PhsPDIS1 hoặc GndPDIS6; nếu không bạn sẽ chỉ thấy dưới dạng PDIS1 tới PDIS6. Tình trạng này nên được cải thiện trong tương lai. Với SCL, chúng ta đã đưa ra các khả năng mới để xác định chức năng và chức năng phụ như đã được đề cập trong bài báo ở số PACW 22.
Vấn đề với GGIO đã được thảo luận trong nhiều chủ đề trên mạng xã hội LinkedIn cũng như trong TISSUE. Có 2 kiểu sử dụng GGIO chính:
Kiểu đầu tiên do sự thiếu hiểu biết rõ ràng hoặc bởi một số người muốn có sự phản ánh phi tiêu chuẩn hóa một số thông tin, ví dụ vị trí máy cắt như 2 tín hiệu nhị phân (52a/52b) thay vì sử dụng thông tin kép (double point).
Kiểu thứ hai do các IED cấu hình được và các ràng buộc cấu hình IED. Một IED được cung cấp bởi một nhà sản xuất bổ sung thêm một số thông tin như điều khiển đóng cắt hoặc tự đóng lại như một khối SW tiêu chuẩn. Trong trường hợp này, các đối tượng dữ liệu IEC 61850 được sử dụng với thiết kế tốt (lưu ý là không phải tất cả các sản phẩm được thiết kế tốt).
Tuy nhiên, các IED cũng cung cấp cho người dùng các I/O cấu hình được và các khối logic. Khi IED rời khỏi nhà máy, các I/O và logic cấu hình bởi người dùng chưa có ý nghĩa ngữ nghĩa.
Do đó chỉ có cách gộp chúng như một dữ liệu đối tượng IEC 61850 trong một ICD file bằng việc sử dụng GGIO, vốn chính xác do tại thời điểm đó chúng là các tín hiệu chung.
Tuy nhiên sau đó các kỹ sư thiết kế chịu trách nhiệm cấu hình IED cần có khả năng thay đổi tên của một dữ liệu đối tượng dựa trên ngữ nghĩa sử dụng.
Như một ví dụ, nếu kỹ sư thiết kế nối các tiếp điểm báo động của một cảm biến cách điện khí tới một trong các tiếp điểm đầu vào chung này, anh ta nên có khả năng truyền thông tin kết quả trong IEC 61850 như SIMG.InsAlm hơn là GGIO.Alm.
Điều này có thể được thực hiện như một phần của quá trình chuẩn bị cấu hình IED, sau đó phối hợp với các file ICD được cấu hình hoặc muộn hơn trong khi thiết kế IED và sau đó được cung cấp tới công cụ hệ thống như một file IID cập nhật. Các cơ chế trong IEC 61850 là như thế - chúng ta chỉ thiếu sự hỗ trợ trong các công cụ cấu hình hiện tại.
Hiện tại các nhà sản xuất bắt đầu hợp nhất các sản phẩm thế hệ IEC 61850 thứ nhất của họ với thế hệ thứ 2, chúng ta sẽ thấy các sản phẩm IEC 61850 tốt hơn trên thị trường.
Do vậy tôi tin tưởng rằng chúng ta sẽ sớm có khả năng tận hưởng nhiều hơn các tính năng của IEC 61850.
Thông tin về Christoph Brunner: là chủ tịch của công ty tư vấn độc lập it4power LLC, Thụy Sỹ. Ông có trên 25 năm kinh nghiệm với kiến thức xuyên suốt nhiều lĩnh vực trong công nghiệp điện và công nghệ tự động hóa. Trước đó, ông làm quản lý dự án tại Công ty TNHH ABB Thụy Sỹ trong lĩnh vực sản phẩm công nghệ điện tại Zurich, chịu trách nhiệm về cấu trúc truyền thông của hệ thống tự động hóa trạm. Ông là người tổ chức của WG 10 và là thành viên của WG 17, 18, 19 của IEC TC57. Ông là thành viên cao cấp của IEEE-PES và IEEE-SA. Ông cũng là ủy viên của IEEE, hoạt động trường trực trong nhiều nhóm làm việc của IEEE-PSRC và là một thành viên của ủy ban PSRC chính và ủy ban trực thuộc. Ông là cố vấn quốc tế của hội đồng Hiệp hội người sử dụng quốc tế UCA.
Biên dịch từ tạp chí PACWorld, số tháng 6 năm 2013
Mô hình dữ liệu ngữ nghĩa
12/08/2017
(Cập nhật thông tin về IEC 61850 – Được viết bởi Mr. Christoph Brunner, Thụy Sỹ) Điều gì là đặc trưng quan […]
12/08/2017
12/08/2017
Khái quát về tiêu chuẩn IEC61850-90-5Khái quát về tiêu chuẩn IEC61850-90-5
Tác giả: Herbert Falk, Thiết kế giải pháp, SISCO, USAHerbert Falk đã tham gia nhiều dự án liên quan đến ứng dụng các hệ thống thông tin và công nghệ truyền thông thời gian thực (real-time communication) để tự động hóa sản xuất, phân phối điện và tự động và giám sát chất lượng điện. Ông cũng đã từng tham gia xây dựng những đòi hỏi về an ninh truyền thông và tiêu chuẩn hóa từ năm 1996. Vào năm 1998, ông Falk đã chuẩn bị những yêu cầu kỹ thuật về an ninh cho UCA. Ngay sau đó, ông Falk đã hỗ trợ việc thiết kế và thực hiện 1 bộ sản phẩm truyền thông “an ninh” (secure) của SISCO. Vào năm 2000, ông Falk đã hoàn thành việc đánh giá an ninh EPRI của hạ tầng ngành điện Mỹ.Ngoài ra, ông Falk là trưởng nhóm kỹ thuật trong ủy ban IEC TC 57 (nhóm làm việc) WG15 mà phạm vi của nó là “Dữ liệu và an ninh truyền thông trong môi trường IEC/TC 57”. Ông cũng là thành viên năng động trong những hoạt động về an ninh của IEEE. Bài báo này mô tả những đòi hỏi thực tiễn dẫn đến tiêu chuẩn IEC 61850-90-5, khái quát của công nghệ, những thỏa thuận mới được thực hiện, kết quả thử nghiệm bước đầu trong ngành điện, độ tin cậy của UDP/IP. 
IEC TR 61850-90-5 là giao thức để truyền trạng thái số và đo lường công suất được đồng bộ thời gian thông qua các mạng diện rộng cho phép thực hiện các hệ thống đo lường diện rộng và bảo vệ và điều khiển (Wide Area Measurement and Protection And Control - WAMPAC) dựa trên các giao thức IEC 61850 thường được sử dụng trong các trạm tự động hóa. Sự phát triển của IEC TR 61850-90-5 được thúc đấy bởi 1 số sự kiện:- Sự cố rã lưới tháng 8 năm 2003 ở phía Bắc nước Mỹ: các phân tích sự cố chỉ ra sự cần thiết của tiêu chuẩn để nhận dạng được chính xác dạng sóng Sin (biên độ và góc pha) đồng bộ thời gian (Synchronized phasor measurement - Synchrophasor) nó cho phép đồng bộ thời gian cực chính xác/ thuật toán gán nhãn thời gian (time-stamping). Đây là lý do chính dẫn đến sự ra đời của IEEE C37.118 để thay thế IEEE 1344 và Dự án Liên kết Pha của miền Đông (Eastern Interconnect Phasor Project - EIPP).
- Tháng 5 năm 2005, những yêu cầu về an ninh mạng được công bố đối với những tài sản quan trọng chỉ ra rằng cần có những giao tiếp diện rộng được đảm bảo an ninh cho hệ thống điện.
- Tháng 11 năm 2006, Dự án Liên kết Pha (Phasor) của miền Đông (EIPP) được kết hợp với những sáng kiến của miền Tây và Texas để trở thành Dự án Synchrophasor Bắc Mỹ (North American Synchrophasor Project Initiative - NASPI), để đưa ra những yêu cầu kỹ thuật vận hành cho các hệ thống Synchrophasor, cấu trúc và các thiết bị Synchrophasor.
- Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử (IEEE) đề nghị ủy ban Kỹ thuật điện châu Âu (IEC) sử dụng biểu trưng kép cho C37.118 vào tháng 8 năm 2009: Biểu trưng (logo) kép bị IEC từ chối vì IEC đã có công nghệ truyền tin (IEC 61850-9-2) có thể chuyển tải thông tin Synchrophasor. Kết quả là 1 thỏa thuận liên kết công việc và nguồn lực giữa IEEE và IEC đã được hình thành, liên kết này sẽ làm việc trên những phương pháp luận/ thỏa thuận dẫn đến những thay đổi trong IEEE C37.118 và tạo ra IEC TR 61850-9-5 (TR - Technical Report).
Bên cạnh những sự kiện trên, và những đòi hỏi kỹ thuật để hỗ trợ Synchrophasor, IEC TR 61850-9-5 cũng được thiết kế để hỗ trợ những trường hợp ứng dụng đã được hỗ trợ bởi GOOSE và SV (Sampled Value), một phần của IEC 61850. 
Các yêu cầu kỹ thuật đã được phát triển, thay đổi và bổ sung. Trọng tâm ban đầu của GOOSE và Sample Value từng là ứng dụng của cho điều khiển và tự động hóa. 1 vài yêu cầu kỹ thuật trong số đó là: - Phát triển những tính năng cho hoạt động của GOOSE. Ban đầu, yêu cầu về hoạt động của GOOSE là 4 mili Giây để thỏa mãn được yêu cầu của bảo vệ rơle trong trạm. Nó đã được điều chỉnh xuống 3 mili Giây với việc ban hành IEC 61850-5 năm 2003.
- Sự phát triển của Sampled Value, giao thức thời gian thực, cho phép đo lường lấy mẫu tốc độ cao các giá trị dòng điện và điện áp từ các máy biến dòng điện và biến điện áp để chia sẽ với nhiều thiết bị điện tử thông minh. Tốc độ đo lường/lấy mẫu ban đầu theo yêu cầu kỹ thuật của UCAIug 9-2LE là 80 hoặc 256 mẫu/ chu kỳ cho các ứng dụng bên trong trạm.
- Sự phát triển các tiêu chuẩn bảo mật (an ninh) cho IEC 61850, bao gồm GOOSE và SV được khởi động năm 2004 và hoàn thành năm 2007.
- Năm 2005, việc sử dụng giao thức IEC 61850 giữa các trạm và giữa trạm và trung tâm điều độ được khởi động, nhưng công nghệ GOOSE vẫn không thay đổi định hướng mặc dù nó được xác định để dụng cho những cấu trúc truyền tin mới (IEC 61850-90-1 và IEC 61850-90-2)
Năm 2003, IEEE bắt đầu nỗ lực chuyển từ IEEE 1344 sang IEEE C37.118 để cải thiện cấp chính xác phép đo của việc đo lường các sóng Sin đồng bộ thời gian (synchrophasor). Sự cần thiết của phải cải tiến dựa trên việc phân sự cố rã lưới ở Bắc Mỹ năm 2003. Năm 2009, sau khi đề nghị có 1 tiêu chuẩn sử dụng biểu trưng kép, các tiêu chuẩn IEEE C37.118 và IEC 61850 đã được đánh giá và đưa ra kết quả như bảng số 1.Trước khi đề nghị có 1 biểu trưng chung cho 2 tiêu chuẩn, hoạt động của NASPI đã tạo thêm nhiều yêu cầu kỹ thuật cho đo lường Synchrophasor. Các yêu cầu này bao gồm cả sự cần thiết đảm bảo an ninh mạng diện rộng khi thông tin Synchrophasor phân tán trên lục địa Bắc Mỹ. Sự kết hợp nguồn lực của IEEE và IEC đưa ra chiến lược để chia C37.118 thành 2 phần trong khi tiếp tục xem xét khả năng chuyển sang công nghệ dựa trên IEC 61850 để đáp ứng những yêu cầu của NASPI:- IEEE C37.118.1: Đo Synchrophasor cho các hệ thống điện hiện có. Tiêu chuẩn này xác định đo các tín hiệu sóng Sin (Synchrophasor), tần số và tốc độ thay đổi tần số (Rate Of Change Of Frequency - ROCOF) trong tất cả các điều kiện vận hành. Nó xác định các phương pháp đánh giá các kết quả đo và những yêu cầu đúng theo tiêu chuẩn ở các điều kiện vận hành ổn định và động. Các yêu cầu về gán và đồng bộ thời gian cũng bao gồm trong tiêu chuẩn. Các yêu cầu hoạt động được xác định với mẫu tham chiếu, được đưa ra cụ thể. Tiêu chuẩn xác định 1 bộ PMU (Phasor Measurment Unit - Synchrophasor), có thể là 1 thiết bị vật lý làm việc độc lập hoặc là 1 module chức năng trong 1 thiết bị vật lý khác. Tiêu chuẩn không xác định phần cứng, phần mềm hoặc phương pháp tính toán tín hiệu Sin (Phasor), tần số hay tốc độ thay đổi tần số (ROCOF).
- IEEE C37.118.2: Xác định phương pháp trao đổi các dữ liễu Synchrophasor thời gian thực giữa các thiết bị trên hệ thống điện. Tiêu chuẩn xác định các thông điệp (massaging) có thể truyền nhận giữa các PMU, và các ứng dụng khác với bất cứ giao thức thời gian thực phù hợp. Tiêu chuẩn định nghĩa loại thông điệp (massage), nội dụng và cách sử dụng. Loại dữ liệu và định dạng được định nghĩa. Hệ thống đo lường chuẩn, các tùy chọn truyền thông và các yêu cầu được mô tả.
Chức năng C37.118 IEC 61850 GOOSE và SV Giao thức thời gian thực (Streaming protocol) Đáp ứng Sampled Value Tốc độ đo/ phát tin (Rate of Measurement/ Reporting) 10-30 mẫu/giây 80-256 mẫu/chu kỳ (4800-15360 mẫu/giây) Có thể định tuyến (đảm bảo) nguyên bản bằng IP (Natively Routable using IP) Đáp ứng Không. Phải sử dụng định tuyến bắc cầu - bridged-routing (brouting) Tập trung ứng dụng (Application Focus) Nhận ra trạng thái (situational awareness) Điều khiển Bảo mật các địa chỉ tiêu chuẩn (Standard Addressses Security) Không Có Xác định đầy đủ Hồ sơ truyền thông (Communication profile fully specified) Không Có Yêu cầu kỹ thuật đo lường cho Synchrophasor Có Không Khả năng truyền sự kiện Không Có Giao thức được hoạt động bởi ngôn ngữ (Protocol is semantically driven) Không Có Ngôn ngữ cấu hình được chuẩn hóa Không Có
Bảng 1 So sánh tiêu chuẩn IEEE C37.118 và IEC 61850
IEEE C37.118.1 tiếp tục là tiêu chuẩn quốc tế để xác định công nghệ đo cho Synchrophasor trong khi đó IEEE C37.118.2 là giao thức của IEEE để giải quyết các yêu cầu của hệ thống hiện tại làm cho IEC TR 61850-90-5 trở thành cơ sở cho 1 giao thức có khả năng mở rộng và bảo mật hơn để đáp ứng các yêu cầu của NASPI. IEC TR 61850-90-5 có các tham chiếu theo IEEE C37.118.1 như là phương pháp đo Synchrophasor. Phạm vi của IEC TR 6:- Xác định rõ mô hình đối tượng 61850 để thể hiện phù hợp với các Synchrophasor.
- Cung cấp giao thức định tuyến và bảo mật có thể truyền GOOSE hoặc SV qua các gói dữ liệu IEC61850 ở tầng ứng dụng.
- Cung cấp khả năng nâng cấp từ IEEE C37.118 và những cấu trúc tiêu chuẩn đang được sử dụng sang IEC TR 61850-90-5.
Xác định rõ mô hình đối tượng IEC 61850IEEE C37.118.1 xác định phép đo Synchrophasor được thực hiện như thế nào dưới dạng vecto điện áp hoặc dòng điện (biên độ và góc pha), Tần số, Tốc độ thay đổi tần số (ROCOF). Mục tiêu của IEC TR 61850-90-5 là tìm ra những nút logic (Logical Node) để đại diện cho các thông tin này. Ủy ban kỹ thuật (Technical Committee - TC) IEC 57 nhóm làm việc (Working Group - WG) 10 chọn cách sử dụng nút logic đo lường (MMXU). Tuy vậy, điều này dẫn đến đòi hỏi xác định các nút này thuộc cấp bảo vệ hay đo lường như đã định nghĩa trong IEEE C37.118.1.Để làm được việc này, tiêu chuẩn đã mở rộng bảng liệt kê phương pháp tính (ClcMth) IEC 61850 để bao gồm cấp bảo vệ (P-Class) và cấp đo lương (M-Class). Định nghĩa MMXU hiện hữu chứa các đối tượng dữ liệu (DataObject) mô tả các giá trị đo lường dòng điện, điện áp cũng như tần số. Tuy nhiên, IEC 61850 không mô tả ROCOF. Để cung cấp khả năng đo ROCOF, IEC TR 61850-90-5 bổ sung đối tượng dữ liệu HzRte (Tốc độ Hert) vào nút đo lường (MMXU). Một ý nghĩa quan trọng khác của thông tin Synchrophasor là có khả năng hiểu các tốc độ lấy mẫu. Trong IEC 61850, nó cho phép thực hiện cấu hình phù hợp các đối tượng dữ liệu có trước của:- ClcMod (Calculation Mode - chế độ tính toán): Từ IEEE C37.118.1 cho phép đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của phương pháp đo lường là định kỳ. Giá trị IEC 618850-7-4 sử dụng cho ClcMod được định nghĩa là chu kỳ (PERIOD).
- ClcIntvTyp (Calculation Interval Type): Đo theo chuẩn IEEE C37.118 theo khoảng thời gian trên Giây. Tuy vậy, IEC TR 61850-90-5 đòi hỏi mềm dẻo hơn để đáp ứng được những ứng dụng khác. Do đó, hỗ trợ mili Giây (MS), và các kiểu (type) biến thời gian theo chu kỳ (Cycle) đã được bổ sung. Để thực hiện giống như khả năng của IEEE C37.118, giá trị MS đã được sử dụng.
- ClcIntvPer (Calculation Interval Period): được đặt theo giá trị của ClcIntvTyp.
IEEE C37.118 cũng cho phép chuyển các thông tin số rời rạc. Các ngữ nghĩa/ Đối tượng dữ liệu này đã hiện diện trong IEC 61850 như các thành phần riêng biệt của các bộ dữ liệu (DataSets).
Giao thức định tuyến IEC TR 61850-90-5 IEC 61850 có giao tiếp dịch vụ truyền thông cơ bản (ACSI), cung cấp các dịch vụ truyền tin khác nhau được hỗ trợ bởi IEC 61850. Ở đây chúng ta chỉ tập trung vào những dịch vụ này trong IEC 61850-7-2 được sử dụng cho việc trao đổi thông tin Synchrophasor chỉ tuân theo IEC TR 61850-90-5 (hình 1).- Nút logic MMXU được sử dụng để thể hiện các giá trị đo lường Synchrophasor được tạo ra theo định nghĩa của IEEE C37.118.1
- Thông tin từ MMXU được đặt vào 1 hoặc nhiều DataSet mà việc gửi nó được được kiểm soát bởi các khối điều khiển (Control Block) thích hợp (ví dụ như các khối điều khiển GOOSE hoặc SV). Lưu ý là các DataSet có thể chứa cả những thông tin khác ngoài thông tin đo lường Synchrophasor.
- IEC TR 61850-90-5 định nghĩa các khối điều khiển mới để xử lý các ngữ nghĩa định tuyến 90-5. Khối điều khiển “RS” (Routable Semantic) được sử dụng để điều khiển các dữ liệu định tuyến SV và các khối điều khiển “RG” (Routable GOOSE) được sử dụng để các điều khiển các thông tin trạng thái định hướng GOOSE.
- Sự kết hợp của DataSet và Control Block xác định những dịch vụ nào được sử dụng để trao đổi thông tin DataSet.
- Tùy thuộc vào khối điều khiển (loại RS hoặc RG), 1 tin nhắn (massage) ứng dụng được tạo ra/mã hóa theo các nguyên tắc được xác định trong IEC 61850-9-2 và IEC 61850-8-1.
- Các tin nhắn ứng dụng, được tóm lược trong tầng phiên IEC TR 61850-90-5, tiêu chuẩn đã hỗ trợ bảo mật và quản lý qua giao thức Trung tâm Phân phối khóa KDC (Key Distribution Center) 90-5.
- Các tin nhắn ứng dụng đã được đóng gói thông tin phát tán qua các dịch vụ UDP/IP, nó sử dụng giao thức kiểm soát các dịch vụ khác biệt (Differentiated Service Control Protocol - DSCP) để hỗ trợ đánh dấu ưu tiên IP giảm thiểu sự thất lạc gói tin có thể do tắc nghẽn ở Router.
- Để cấu hình các khối vận chuyển (transport) và điều khiển, ngôn ngữ cấu hình trạm (Substation Configuration Language - SCL) của IEC 61850-6 đã được mở rộng.
Giao thức 90-5 hỗ trợ khả năng truyền các nhóm tin ứng dụng GOOSE và SV (APDUs) trong đối tượng SPDU (Session Protocol Data Unit) đơn. Nó cũng hỗ trợ khả năng thiết lập một đường hầm an toàn trên nền Ethernet cho các gói tin GOOSE và SV, cho phép trao đổi thông tin dễ dàng hơn giữa các trạm biến áp và trung tâm điều khiển cho các thông điệp GOOSE và SV hiện hữu (hình 3).Để đảm bảo an toàn, khái niệm bảo mật “perfect-forward” được thực hiện. Mô hình bảo mật được thiết kế để cho phép mã hóa key luân phiênKhả năng bảo mật của IEC TR 61850-90-5 Dịch chuyển từ C37.118.2 sang IEC 61850-90-5Có 1 số khía cạnh được xem xét khi dịch chuyển từ IEEE C37.118.2 sang IEC 61850 được cung cấp trong IEC TR 61850-90-5. Những mục chính đã sử dụng để từng bước chuyển sang IEC 61850 bao gồm:- Thay đổi IEC 61850-6 để hỗ trợ cấu hình C37.118.2 qua SCL.
- Sử dụng GOOSE hoặc SV, trong ngữ cảnh của 90-5, không sử dụng… Nó cho phép sử dụng cấu hình SCL và IEEE C37.118.2 được thay thế bởi IEC TR 61850-90-5 không đòi hỏi mô tả toàn bộ IEC 61850-8-1 qua TCP/IP (ví dụ MMS)
Việc sử dụng IEEE C37.118 đã mang đến 1 cấu trúc triển khai Synchrophasor được gọi là Bộ tập trung dữ liệu Pha (Phasor Data Concentrator - PDC) được sử dụng trong các hệ thống hiện hữu. Mục tiêu đầu tiên của PDC là hỗ trợ khả năng phân tán các thiết bị đo Synchrophasor vì khả năng trao đổi thông tin giới hạn của trạm điện dẫn đến hạn chế khả năng đo lường phân tán dữ liệu. Mục đích tiêu biểu khác của PDC là hỗ trợ chức năng đo lường với liên kết thời gian giữa những phép đo từ nhiều thiết bị PMU. Trong IEC TR 61850-90-5 đã bao gồm mô hình rõ ràng để hỗ trợ khái niệm PDC. 
Một vấn đề khác đã được chỉ ra trong thỏa thuận thực hiện (bởi IEC 61850-90-5) là định nghĩa cụ thể cách thức dịch thông tin C37.118.2 sang IEC 61850 và sử dụng SV của IEC 61850 như thế nào để chuyển tín hiệu đo lường Synchrophasor 1 cách tin cậy. Các công việc này sẽ được biên soạn bởi IEC TC57 WG10. Lịch sử: Khởi nguồn yêu cầu GOOSE của IEC 61850 dựa trên thời gian tác động của rơle cắt nhanh của hãng ASEA (4 ms). Rơle được giới thiệu vào giữa những năm 1970 và đã có tác động trực tiếp đến các yêu cầu bao gồm trong báo cáo EPRI RP 3599 - được biết đến như giao thức truyền thông UCA (Utility Communication Architecture) phiên bản 1.0. Thời đó, đã có đồng thời nhiều số nỗ lực để tiêu chuẩn hóa và chúng có ảnh hưởng tới IEC TR 61850-90-5. Những nỗ lực chính là:- Khả năng tiêu chuẩn hóa của UCA để trở thành tiêu chuẩn IEEE
- Công việc của IEEE về tiêu chuẩn synchrophasor: Công việc này bắt đầu trước khi công bố IEEE 1344 (khoảng năm 1995) và tiếp tục đến ngày hôm nay với các phiên bản IEEE C37.118.1 và IEEE C37.118.2
- Công việc của IEC về IEC 61850
Điều quan trọng cần lưu ý là các nỗ lực của UCA/IEEE và IEC đều để giải quyết các vấn đề tương tự trong công nghiệp và do đó sẽ có thể cạnh tranh với nhau trên toàn cầu. Vào cuối năm 1996, các tổ chức trên đã được đồng ý cùng xem các khái niệm của UCA, bao gồm cả việc sử dụng truyền thông peer-to-peer tốc độ cao (nguồn gốc của GOOSE), có thể trở thành/được chấp nhận là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Kết quả là IEC61850 (khoảng năm 2004) là một tiêu chuẩn quốc tế và các văn bản UCA được đặt vào Báo cáo kỹ thuật (TR) IEEE 1550 để trở thành phiên bản kế tiếp. Đồng hành với nó, không cần phối hợp với IEC, IEEE tiếp tục giải quyết các yêu cầu của synchrophasors. Những nỗ lực của IEEE được thúc đẩy bởi việc phân tích các khiếm khuyết gây sự cố tháng 08/2003. Nỗ lực này dẫn đến IEEE 1344 được thay thế bởi IEEE C37.118. Khi IEEE công bố C37.118, IEEE tiếp cận IEC với một yêu cầu cho 1 biểu tượng kép (khoảng tháng 3 năm 2009). IEC từ chối các yêu cầu biểu tượng kép vì đã có IEC 61850-9-2 (SV) và GOOSE, cả 2 đều có khả năng mang thông tin synchrophasor. Việc này đã dẫn đến việc tạo ra một Nhóm công tác chung giữa IEEE và IEC, và do đó đầu của sự phát triển của IEC TR 61850-90-5. Hình 5 cho thấy các sự kiện quan trọng cuối cùng để xây dựng IEC TR 61850-90-5.http://www.pacw.org/issue/december_2012_issue/iec_61850905_an_overview/iec_61850905_an_overview/complete_article/1.html Dịch từ tạp chí PAC WOLRD tháng 12, 2012
Khái quát về tiêu chuẩn IEC61850-90-5
Tác giả: Herbert Falk, Thiết kế giải pháp, SISCO, USA
Herbert Falk đã tham gia nhiều dự án liên quan đến ứng dụng các hệ thống thông tin và công nghệ truyền thông thời gian thực (real-time communication) để tự động hóa sản xuất, phân phối điện và tự động và giám sát chất lượng điện. Ông cũng đã từng tham gia xây dựng những đòi hỏi về an ninh truyền thông và tiêu chuẩn hóa từ năm 1996. Vào năm 1998, ông Falk đã chuẩn bị những yêu cầu kỹ thuật về an ninh cho UCA. Ngay sau đó, ông Falk đã hỗ trợ việc thiết kế và thực hiện 1 bộ sản phẩm truyền thông “an ninh” (secure) của SISCO. Vào năm 2000, ông Falk đã hoàn thành việc đánh giá an ninh EPRI của hạ tầng ngành điện Mỹ.
Ngoài ra, ông Falk là trưởng nhóm kỹ thuật trong ủy ban IEC TC 57 (nhóm làm việc) WG15 mà phạm vi của nó là “Dữ liệu và an ninh truyền thông trong môi trường IEC/TC 57”. Ông cũng là thành viên năng động trong những hoạt động về an ninh của IEEE.
Bài báo này mô tả những đòi hỏi thực tiễn dẫn đến tiêu chuẩn IEC 61850-90-5, khái quát của công nghệ, những thỏa thuận mới được thực hiện, kết quả thử nghiệm bước đầu trong ngành điện, độ tin cậy của UDP/IP.
IEC TR 61850-90-5 là giao thức để truyền trạng thái số và đo lường công suất được đồng bộ thời gian thông qua các mạng diện rộng cho phép thực hiện các hệ thống đo lường diện rộng và bảo vệ và điều khiển (Wide Area Measurement and Protection And Control - WAMPAC) dựa trên các giao thức IEC 61850 thường được sử dụng trong các trạm tự động hóa. Sự phát triển của IEC TR 61850-90-5 được thúc đấy bởi 1 số sự kiện:
- Sự cố rã lưới tháng 8 năm 2003 ở phía Bắc nước Mỹ: các phân tích sự cố chỉ ra sự cần thiết của tiêu chuẩn để nhận dạng được chính xác dạng sóng Sin (biên độ và góc pha) đồng bộ thời gian (Synchronized phasor measurement - Synchrophasor) nó cho phép đồng bộ thời gian cực chính xác/ thuật toán gán nhãn thời gian (time-stamping). Đây là lý do chính dẫn đến sự ra đời của IEEE C37.118 để thay thế IEEE 1344 và Dự án Liên kết Pha của miền Đông (Eastern Interconnect Phasor Project - EIPP).
- Tháng 5 năm 2005, những yêu cầu về an ninh mạng được công bố đối với những tài sản quan trọng chỉ ra rằng cần có những giao tiếp diện rộng được đảm bảo an ninh cho hệ thống điện.
- Tháng 11 năm 2006, Dự án Liên kết Pha (Phasor) của miền Đông (EIPP) được kết hợp với những sáng kiến của miền Tây và Texas để trở thành Dự án Synchrophasor Bắc Mỹ (North American Synchrophasor Project Initiative - NASPI), để đưa ra những yêu cầu kỹ thuật vận hành cho các hệ thống Synchrophasor, cấu trúc và các thiết bị Synchrophasor.
- Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử (IEEE) đề nghị ủy ban Kỹ thuật điện châu Âu (IEC) sử dụng biểu trưng kép cho C37.118 vào tháng 8 năm 2009: Biểu trưng (logo) kép bị IEC từ chối vì IEC đã có công nghệ truyền tin (IEC 61850-9-2) có thể chuyển tải thông tin Synchrophasor. Kết quả là 1 thỏa thuận liên kết công việc và nguồn lực giữa IEEE và IEC đã được hình thành, liên kết này sẽ làm việc trên những phương pháp luận/ thỏa thuận dẫn đến những thay đổi trong IEEE C37.118 và tạo ra IEC TR 61850-9-5 (TR - Technical Report).
Bên cạnh những sự kiện trên, và những đòi hỏi kỹ thuật để hỗ trợ Synchrophasor, IEC TR 61850-9-5 cũng được thiết kế để hỗ trợ những trường hợp ứng dụng đã được hỗ trợ bởi GOOSE và SV (Sampled Value), một phần của IEC 61850.
Các yêu cầu kỹ thuật đã được phát triển, thay đổi và bổ sung. Trọng tâm ban đầu của GOOSE và Sample Value từng là ứng dụng của cho điều khiển và tự động hóa. 1 vài yêu cầu kỹ thuật trong số đó là:
- Phát triển những tính năng cho hoạt động của GOOSE. Ban đầu, yêu cầu về hoạt động của GOOSE là 4 mili Giây để thỏa mãn được yêu cầu của bảo vệ rơle trong trạm. Nó đã được điều chỉnh xuống 3 mili Giây với việc ban hành IEC 61850-5 năm 2003.
- Sự phát triển của Sampled Value, giao thức thời gian thực, cho phép đo lường lấy mẫu tốc độ cao các giá trị dòng điện và điện áp từ các máy biến dòng điện và biến điện áp để chia sẽ với nhiều thiết bị điện tử thông minh. Tốc độ đo lường/lấy mẫu ban đầu theo yêu cầu kỹ thuật của UCAIug 9-2LE là 80 hoặc 256 mẫu/ chu kỳ cho các ứng dụng bên trong trạm.
- Sự phát triển các tiêu chuẩn bảo mật (an ninh) cho IEC 61850, bao gồm GOOSE và SV được khởi động năm 2004 và hoàn thành năm 2007.
- Năm 2005, việc sử dụng giao thức IEC 61850 giữa các trạm và giữa trạm và trung tâm điều độ được khởi động, nhưng công nghệ GOOSE vẫn không thay đổi định hướng mặc dù nó được xác định để dụng cho những cấu trúc truyền tin mới (IEC 61850-90-1 và IEC 61850-90-2)
Năm 2003, IEEE bắt đầu nỗ lực chuyển từ IEEE 1344 sang IEEE C37.118 để cải thiện cấp chính xác phép đo của việc đo lường các sóng Sin đồng bộ thời gian (synchrophasor). Sự cần thiết của phải cải tiến dựa trên việc phân sự cố rã lưới ở Bắc Mỹ năm 2003. Năm 2009, sau khi đề nghị có 1 tiêu chuẩn sử dụng biểu trưng kép, các tiêu chuẩn IEEE C37.118 và IEC 61850 đã được đánh giá và đưa ra kết quả như bảng số 1.
Trước khi đề nghị có 1 biểu trưng chung cho 2 tiêu chuẩn, hoạt động của NASPI đã tạo thêm nhiều yêu cầu kỹ thuật cho đo lường Synchrophasor. Các yêu cầu này bao gồm cả sự cần thiết đảm bảo an ninh mạng diện rộng khi thông tin Synchrophasor phân tán trên lục địa Bắc Mỹ. Sự kết hợp nguồn lực của IEEE và IEC đưa ra chiến lược để chia C37.118 thành 2 phần trong khi tiếp tục xem xét khả năng chuyển sang công nghệ dựa trên IEC 61850 để đáp ứng những yêu cầu của NASPI:
- IEEE C37.118.1: Đo Synchrophasor cho các hệ thống điện hiện có. Tiêu chuẩn này xác định đo các tín hiệu sóng Sin (Synchrophasor), tần số và tốc độ thay đổi tần số (Rate Of Change Of Frequency - ROCOF) trong tất cả các điều kiện vận hành. Nó xác định các phương pháp đánh giá các kết quả đo và những yêu cầu đúng theo tiêu chuẩn ở các điều kiện vận hành ổn định và động. Các yêu cầu về gán và đồng bộ thời gian cũng bao gồm trong tiêu chuẩn. Các yêu cầu hoạt động được xác định với mẫu tham chiếu, được đưa ra cụ thể. Tiêu chuẩn xác định 1 bộ PMU (Phasor Measurment Unit - Synchrophasor), có thể là 1 thiết bị vật lý làm việc độc lập hoặc là 1 module chức năng trong 1 thiết bị vật lý khác. Tiêu chuẩn không xác định phần cứng, phần mềm hoặc phương pháp tính toán tín hiệu Sin (Phasor), tần số hay tốc độ thay đổi tần số (ROCOF).
- IEEE C37.118.2: Xác định phương pháp trao đổi các dữ liễu Synchrophasor thời gian thực giữa các thiết bị trên hệ thống điện. Tiêu chuẩn xác định các thông điệp (massaging) có thể truyền nhận giữa các PMU, và các ứng dụng khác với bất cứ giao thức thời gian thực phù hợp. Tiêu chuẩn định nghĩa loại thông điệp (massage), nội dụng và cách sử dụng. Loại dữ liệu và định dạng được định nghĩa. Hệ thống đo lường chuẩn, các tùy chọn truyền thông và các yêu cầu được mô tả.
| Chức năng | C37.118 | IEC 61850 GOOSE và SV |
| Giao thức thời gian thực (Streaming protocol) | Đáp ứng | Sampled Value |
| Tốc độ đo/ phát tin (Rate of Measurement/ Reporting) | 10-30 mẫu/giây | 80-256 mẫu/chu kỳ (4800-15360 mẫu/giây) |
| Có thể định tuyến (đảm bảo) nguyên bản bằng IP (Natively Routable using IP) | Đáp ứng | Không. Phải sử dụng định tuyến bắc cầu - bridged-routing (brouting) |
| Tập trung ứng dụng (Application Focus) | Nhận ra trạng thái (situational awareness) | Điều khiển |
| Bảo mật các địa chỉ tiêu chuẩn (Standard Addressses Security) | Không | Có |
| Xác định đầy đủ Hồ sơ truyền thông (Communication profile fully specified) | Không | Có |
| Yêu cầu kỹ thuật đo lường cho Synchrophasor | Có | Không |
| Khả năng truyền sự kiện | Không | Có |
| Giao thức được hoạt động bởi ngôn ngữ (Protocol is semantically driven) | Không | Có |
| Ngôn ngữ cấu hình được chuẩn hóa | Không | Có |
Bảng 1 So sánh tiêu chuẩn IEEE C37.118 và IEC 61850
IEEE C37.118.1 tiếp tục là tiêu chuẩn quốc tế để xác định công nghệ đo cho Synchrophasor trong khi đó IEEE C37.118.2 là giao thức của IEEE để giải quyết các yêu cầu của hệ thống hiện tại làm cho IEC TR 61850-90-5 trở thành cơ sở cho 1 giao thức có khả năng mở rộng và bảo mật hơn để đáp ứng các yêu cầu của NASPI. IEC TR 61850-90-5 có các tham chiếu theo IEEE C37.118.1 như là phương pháp đo Synchrophasor. Phạm vi của IEC TR 6:
- Xác định rõ mô hình đối tượng 61850 để thể hiện phù hợp với các Synchrophasor.
- Cung cấp giao thức định tuyến và bảo mật có thể truyền GOOSE hoặc SV qua các gói dữ liệu IEC61850 ở tầng ứng dụng.
- Cung cấp khả năng nâng cấp từ IEEE C37.118 và những cấu trúc tiêu chuẩn đang được sử dụng sang IEC TR 61850-90-5.
Xác định rõ mô hình đối tượng IEC 61850
IEEE C37.118.1 xác định phép đo Synchrophasor được thực hiện như thế nào dưới dạng vecto điện áp hoặc dòng điện (biên độ và góc pha), Tần số, Tốc độ thay đổi tần số (ROCOF). Mục tiêu của IEC TR 61850-90-5 là tìm ra những nút logic (Logical Node) để đại diện cho các thông tin này. Ủy ban kỹ thuật (Technical Committee - TC) IEC 57 nhóm làm việc (Working Group - WG) 10 chọn cách sử dụng nút logic đo lường (MMXU). Tuy vậy, điều này dẫn đến đòi hỏi xác định các nút này thuộc cấp bảo vệ hay đo lường như đã định nghĩa trong IEEE C37.118.1.
Để làm được việc này, tiêu chuẩn đã mở rộng bảng liệt kê phương pháp tính (ClcMth) IEC 61850 để bao gồm cấp bảo vệ (P-Class) và cấp đo lương (M-Class). Định nghĩa MMXU hiện hữu chứa các đối tượng dữ liệu (DataObject) mô tả các giá trị đo lường dòng điện, điện áp cũng như tần số. Tuy nhiên, IEC 61850 không mô tả ROCOF. Để cung cấp khả năng đo ROCOF, IEC TR 61850-90-5 bổ sung đối tượng dữ liệu HzRte (Tốc độ Hert) vào nút đo lường (MMXU). Một ý nghĩa quan trọng khác của thông tin Synchrophasor là có khả năng hiểu các tốc độ lấy mẫu. Trong IEC 61850, nó cho phép thực hiện cấu hình phù hợp các đối tượng dữ liệu có trước của:
- ClcMod (Calculation Mode - chế độ tính toán): Từ IEEE C37.118.1 cho phép đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của phương pháp đo lường là định kỳ. Giá trị IEC 618850-7-4 sử dụng cho ClcMod được định nghĩa là chu kỳ (PERIOD).
- ClcIntvTyp (Calculation Interval Type): Đo theo chuẩn IEEE C37.118 theo khoảng thời gian trên Giây. Tuy vậy, IEC TR 61850-90-5 đòi hỏi mềm dẻo hơn để đáp ứng được những ứng dụng khác. Do đó, hỗ trợ mili Giây (MS), và các kiểu (type) biến thời gian theo chu kỳ (Cycle) đã được bổ sung. Để thực hiện giống như khả năng của IEEE C37.118, giá trị MS đã được sử dụng.
- ClcIntvPer (Calculation Interval Period): được đặt theo giá trị của ClcIntvTyp.
IEEE C37.118 cũng cho phép chuyển các thông tin số rời rạc. Các ngữ nghĩa/ Đối tượng dữ liệu này đã hiện diện trong IEC 61850 như các thành phần riêng biệt của các bộ dữ liệu (DataSets).
Giao thức định tuyến IEC TR 61850-90-5
IEC 61850 có giao tiếp dịch vụ truyền thông cơ bản (ACSI), cung cấp các dịch vụ truyền tin khác nhau được hỗ trợ bởi IEC 61850. Ở đây chúng ta chỉ tập trung vào những dịch vụ này trong IEC 61850-7-2 được sử dụng cho việc trao đổi thông tin Synchrophasor chỉ tuân theo IEC TR 61850-90-5 (hình 1).
- Nút logic MMXU được sử dụng để thể hiện các giá trị đo lường Synchrophasor được tạo ra theo định nghĩa của IEEE C37.118.1
- Thông tin từ MMXU được đặt vào 1 hoặc nhiều DataSet mà việc gửi nó được được kiểm soát bởi các khối điều khiển (Control Block) thích hợp (ví dụ như các khối điều khiển GOOSE hoặc SV). Lưu ý là các DataSet có thể chứa cả những thông tin khác ngoài thông tin đo lường Synchrophasor.
- IEC TR 61850-90-5 định nghĩa các khối điều khiển mới để xử lý các ngữ nghĩa định tuyến 90-5. Khối điều khiển “RS” (Routable Semantic) được sử dụng để điều khiển các dữ liệu định tuyến SV và các khối điều khiển “RG” (Routable GOOSE) được sử dụng để các điều khiển các thông tin trạng thái định hướng GOOSE.
- Sự kết hợp của DataSet và Control Block xác định những dịch vụ nào được sử dụng để trao đổi thông tin DataSet.
- Tùy thuộc vào khối điều khiển (loại RS hoặc RG), 1 tin nhắn (massage) ứng dụng được tạo ra/mã hóa theo các nguyên tắc được xác định trong IEC 61850-9-2 và IEC 61850-8-1.
- Các tin nhắn ứng dụng, được tóm lược trong tầng phiên IEC TR 61850-90-5, tiêu chuẩn đã hỗ trợ bảo mật và quản lý qua giao thức Trung tâm Phân phối khóa KDC (Key Distribution Center) 90-5.
- Các tin nhắn ứng dụng đã được đóng gói thông tin phát tán qua các dịch vụ UDP/IP, nó sử dụng giao thức kiểm soát các dịch vụ khác biệt (Differentiated Service Control Protocol - DSCP) để hỗ trợ đánh dấu ưu tiên IP giảm thiểu sự thất lạc gói tin có thể do tắc nghẽn ở Router.
- Để cấu hình các khối vận chuyển (transport) và điều khiển, ngôn ngữ cấu hình trạm (Substation Configuration Language - SCL) của IEC 61850-6 đã được mở rộng.
Giao thức 90-5 hỗ trợ khả năng truyền các nhóm tin ứng dụng GOOSE và SV (APDUs) trong đối tượng SPDU (Session Protocol Data Unit) đơn. Nó cũng hỗ trợ khả năng thiết lập một đường hầm an toàn trên nền Ethernet cho các gói tin GOOSE và SV, cho phép trao đổi thông tin dễ dàng hơn giữa các trạm biến áp và trung tâm điều khiển cho các thông điệp GOOSE và SV hiện hữu (hình 3).
Để đảm bảo an toàn, khái niệm bảo mật “perfect-forward” được thực hiện. Mô hình bảo mật được thiết kế để cho phép mã hóa key luân phiên
Khả năng bảo mật của IEC TR 61850-90-5
Dịch chuyển từ C37.118.2 sang IEC 61850-90-5
Có 1 số khía cạnh được xem xét khi dịch chuyển từ IEEE C37.118.2 sang IEC 61850 được cung cấp trong IEC TR 61850-90-5. Những mục chính đã sử dụng để từng bước chuyển sang IEC 61850 bao gồm:
- Thay đổi IEC 61850-6 để hỗ trợ cấu hình C37.118.2 qua SCL.
- Sử dụng GOOSE hoặc SV, trong ngữ cảnh của 90-5, không sử dụng… Nó cho phép sử dụng cấu hình SCL và IEEE C37.118.2 được thay thế bởi IEC TR 61850-90-5 không đòi hỏi mô tả toàn bộ IEC 61850-8-1 qua TCP/IP (ví dụ MMS)
Việc sử dụng IEEE C37.118 đã mang đến 1 cấu trúc triển khai Synchrophasor được gọi là Bộ tập trung dữ liệu Pha (Phasor Data Concentrator - PDC) được sử dụng trong các hệ thống hiện hữu. Mục tiêu đầu tiên của PDC là hỗ trợ khả năng phân tán các thiết bị đo Synchrophasor vì khả năng trao đổi thông tin giới hạn của trạm điện dẫn đến hạn chế khả năng đo lường phân tán dữ liệu. Mục đích tiêu biểu khác của PDC là hỗ trợ chức năng đo lường với liên kết thời gian giữa những phép đo từ nhiều thiết bị PMU. Trong IEC TR 61850-90-5 đã bao gồm mô hình rõ ràng để hỗ trợ khái niệm PDC.
Một vấn đề khác đã được chỉ ra trong thỏa thuận thực hiện (bởi IEC 61850-90-5) là định nghĩa cụ thể cách thức dịch thông tin C37.118.2 sang IEC 61850 và sử dụng SV của IEC 61850 như thế nào để chuyển tín hiệu đo lường Synchrophasor 1 cách tin cậy. Các công việc này sẽ được biên soạn bởi IEC TC57 WG10.
Lịch sử: Khởi nguồn yêu cầu GOOSE của IEC 61850 dựa trên thời gian tác động của rơle cắt nhanh của hãng ASEA (4 ms). Rơle được giới thiệu vào giữa những năm 1970 và đã có tác động trực tiếp đến các yêu cầu bao gồm trong báo cáo EPRI RP 3599 - được biết đến như giao thức truyền thông UCA (Utility Communication Architecture) phiên bản 1.0. Thời đó, đã có đồng thời nhiều số nỗ lực để tiêu chuẩn hóa và chúng có ảnh hưởng tới IEC TR 61850-90-5. Những nỗ lực chính là:
- Khả năng tiêu chuẩn hóa của UCA để trở thành tiêu chuẩn IEEE
- Công việc của IEEE về tiêu chuẩn synchrophasor: Công việc này bắt đầu trước khi công bố IEEE 1344 (khoảng năm 1995) và tiếp tục đến ngày hôm nay với các phiên bản IEEE C37.118.1 và IEEE C37.118.2
- Công việc của IEC về IEC 61850
Điều quan trọng cần lưu ý là các nỗ lực của UCA/IEEE và IEC đều để giải quyết các vấn đề tương tự trong công nghiệp và do đó sẽ có thể cạnh tranh với nhau trên toàn cầu. Vào cuối năm 1996, các tổ chức trên đã được đồng ý cùng xem các khái niệm của UCA, bao gồm cả việc sử dụng truyền thông peer-to-peer tốc độ cao (nguồn gốc của GOOSE), có thể trở thành/được chấp nhận là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Kết quả là IEC61850 (khoảng năm 2004) là một tiêu chuẩn quốc tế và các văn bản UCA được đặt vào Báo cáo kỹ thuật (TR) IEEE 1550 để trở thành phiên bản kế tiếp. Đồng hành với nó, không cần phối hợp với IEC, IEEE tiếp tục giải quyết các yêu cầu của synchrophasors. Những nỗ lực của IEEE được thúc đẩy bởi việc phân tích các khiếm khuyết gây sự cố tháng 08/2003. Nỗ lực này dẫn đến IEEE 1344 được thay thế bởi IEEE C37.118. Khi IEEE công bố C37.118, IEEE tiếp cận IEC với một yêu cầu cho 1 biểu tượng kép (khoảng tháng 3 năm 2009). IEC từ chối các yêu cầu biểu tượng kép vì đã có IEC 61850-9-2 (SV) và GOOSE, cả 2 đều có khả năng mang thông tin synchrophasor. Việc này đã dẫn đến việc tạo ra một Nhóm công tác chung giữa IEEE và IEC, và do đó đầu của sự phát triển của IEC TR 61850-90-5. Hình 5 cho thấy các sự kiện quan trọng cuối cùng để xây dựng IEC TR 61850-90-5.
http://www.pacw.org/issue/december_2012_issue/iec_61850905_an_overview/iec_61850905_an_overview/complete_article/1.html
Dịch từ tạp chí PAC WOLRD tháng 12, 2012
Khái quát về tiêu chuẩn IEC61850-90-5
12/08/2017
Tác giả: Herbert Falk, Thiết kế giải pháp, SISCO, USA Herbert Falk đã tham gia nhiều dự án liên quan đến ứng dụng các hệ thống […]
12/08/2017
12/08/2017
Xu hướng phát triển của các hệ thống SCADAXu hướng phát triển của các hệ thống SCADA
Bức tranh tổng quát về thị trường tự động hóa trong những năm gần đây dựa trên sự thay đổi công nghệ và nghiên cứu sản phẩm của các công ty, đây là các yếu tố giúp tạo động lực phát triển cho thị trường này và phải đầu tư nghiên cứu và phát triển liên tục.
Nói cách khác, luôn có áp lực nhằm giảm các chi phí đối với sản phẩm và dịch vụ. Áp lực này đòi hỏi chúng ta phải tìm ra tỷ lệ tốt nhất giữa chi phí và lợi ích, việc nghiên cứu các công nghệ để đầu tư, nghiên cứu công nghệ nào để kết hợp chúng lại và các nghiên cứu nào chỉ để xem xét, và quyết định sản phẩm nào nành cung cấp dịch vụ sẽ chào hàng để đảm bảo tính cạnh tranh và khả năng thực thi trong phân khúc đó.
Trong trường hợp riêng của các hệ thống giám sát, cần xem xét các yếu tố thực tế:
- Tiếp tục sử dụng các công cụ cũ dựa trên nền tảng Windows được biết là tốt nhất trên thị trường, mặc dù có ít khái niệm cao cấp.
- Tạo ra các công cụ mới đáp ứng nền tảng hệ điều hành Windows, với các khái niệm tốt hơn về tính linh hoạt và hiệu suất vận hành.
- Tìm kiếm các hình thức giám sát mới, như sử dụng các server web cho các PLC chạy trên nên tảng Linux hoặc Java.
- Các giao diện HMI trên nền tảng Windows CE thay thế cho các HMI với các phần cứng chuyên biệt.
- Sử dụng các hệ thống Linux và Unix cho các hệ thống lớn hơn, tùy thuộc vào thói quen văn hóa của người sử dụng với các môi trường hoạt động, người sẵn sàng trả các giá cao hơn với số lượng bản quyền nhỏ hơn đã bán (như các hệ thống quản lý mạng SNMP, hệ thống thông tin).
- Kết hợp với giao thức OPC (OLE for Process Control).
- Bổ sung thêm các tính năng mới cho các hệ thống SCADA, là một yêu cầu của cho kế hoạch mở rộng, ví dụ như tính năng phân tích các quá trình và các hệ thống sản xuất, điều khiển theo mẻ và các tính năng khác.
- Khả năng tích hợp hoàn toàn với web.
Hệ điều hành
Kết luận đầu tiên từ sự phân tích các thực tế này, đó là sự kết hợp hệ điều hành Windows với các hệ thống SCADA. Bởi vì nền tảng này cung cấp một mức độ phù hợp cho việc đào tạo, tính tin cậy, khả năng bảo trì phần cứng và phần mềm, các thay thế có thể cho các sản phẩm sẵn có, và một số yếu tố khác, khi tổng hợp tại mức chi phí cạnh tranh cho hầu hết các ứng dụng và người sử dụng. Lưu ý rằng, mục tiêu là luôn luôn có bảo trì sản xuất và ít hảnh hưởng của giải pháp đưa ra, cho cả hai phía người mua và người bán.
Ngoài ra, chúng ta nhận thấy Linux là một sự thay thế hấp dẫn với các yếu tố tiêu cực cần loại bỏ hoặc trì hoãn, đặc biệt khi đi cùng với đó là yêu cầu các đào tạo và bảo trì chuyên nghiệp. Ví dụ, sử dụng Linux hoặc Java hoạt động như web server với PLC, bởi nó sẽ hạn chế nền tảng cố định. Tuy nhiên, một vài điểm luôn cần nghiên cứu như tính kết nối, sự linh hoạt và hiệu suất hoạt động.
Cấu trúc
Khi xu hướng thị trường được xác định, chúng ta cân nhắc các vấn đề như khả năng sử dụng trong các hệ thống SCADA, và lưu ý thấy các cấu trúc trở nên quan trọng khi chúng ta kết hợp các nhân tố mới với các cấp độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn của độ linh hoạt, mà không ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động hoặc thời gian dành cho việc cấu hình.
Ví dụ việc sử dụng hiệu quả các mạng kết nối không dây để xây dựng giao diện người dùng cho các PocketPC với server SCADA phải đủ mạnh để cung cấp các thông tin quản lý về quá trình và cùng một thời gian, chiếm lượng băng thôi nhỏ nhất, và vấn đề bảo mật cần được quan tâm hoặc bỏ qua.
Các giao thức
Việc sử dụng các giao thức mở không chỉ là yêu cầu của thị trưởng, mà trở thành xu hướng nhằm làm giảm các chi phí khi tích hợp, và có được các dữ liệu ổn định, và cũng làm giảm thời gian xây dựng các ứng dụng. Bởi vì chúng ta không chỉ xem xét khả năng tương thích của các giao thức, mà còn tối ưu hóa chúng khi sử dụng trong hệ thống SCADA. Vì thế, cấu hình và đồng bộ hóa các cơ sở dữ liệu giữa các thiết bị và phần mềm sẽ được đánh giá để có được nhiều lợi ích hơn từ cấu trúc hệ thống mở.
Web
Câu hỏi tiếp theo cho cấu trúc hệ thống là việc cung cấp dữ liệu để truy cập thông qua web như thế nào. Có nhiều công nghệ được sử dụng với các sản phẩm, công nghệ chính thường được dựa trên Java hoặc các đối tượng ActiveX. Khả năng mới nhất là sử dụng công nghệ .NET của Microsoft.
Theo qui định, trang web sẽ được người dùng xem bằng trình duyệt Internet, và nó gồm một phần mềm được hiểu là plug-in (nhúng), để xử lý các hình ảnh động và các nhiệm vụ nền khác-ví dụ như các thay đổi về giá trị của các biến-hoạt động đồng thời, không có sự nhắc nhở người sử dụng, với các định dạng siêu văn bản (hypertext) của các trang web như HTML, ASP và PHP, thì không cho phép thực thi khả năng này nếu không sử dụng các thành phần bổ sung.
Vì thế, một số ít chương trình phần mềm SCADA đã sử dụng và thực hiện các chuyển đổi định dạng màn hình và các đối tượng của hệ thống sang tiêu chuẩn khác, có thể hiểu đó như là các thành phần ActiveX hoặc Java trong các trình duyệt, vì không thể thường xuyên dùng cùng một định dạng giống nhau cho các trường hợp. Tuy niên có các vấn đề phát sinh như các đoạn mã (script) bằng VBA (Visual Basic for Applications) không thể chạy trên các trình duyệt hiện có, phải chuyển đổi các màn hình giao diện sang web không phải lúc nào cũng hoạt động như trong định dạng gốc.
Các giải pháp khác nha E3 của Elipse, với giả sử rằng cùng tỉ lệ tương tự có thể được sử dụng SCADA Client trong cả Windows, và trên trình duyệt- tránh việc phải chuyển đổi định dạng, cũng như sử dụng các đoạn mã dựa trên VBScript có thể chạy trên cả hai môi trường này.
Tuy nhiên, Java và ActiveX có một số hạn chế. Java yêu cầu thời gian thực thi, có thể phân tích các mã đang chạy, và đã cài đặt trên máy khách (Client). Yếu tố này gây giảm hiệu suất thực hiện, ví dụ như báo cáo từ vài khác hàng, bởi vi nó đã được phân tích và không cần biên dịch. ActiveX chỉ hoạt động và có hiệu lực trong môi trường Windows và trình duyệt Internet Explorer, đây có thể là vấn đề đối với các khách hàng sử dụng các trình duyệt khác.
Liên quan tới truyền thông, cả Java và ActiveX trao đổi các thông tin thông qua các mô hình như CORBA hoặc DCOM thông qua TCP/IP để có được các giao diện từ các máy chủ (server) và nhận các thông báo về sự thay đổi giá trị. ActiveX có trở nên nặng nề: vì nó dựa trên công nghệ COM (Component Object Model-Mô hình đối tượng thành phần), cũng như biến thể phân tán của nó (DCOM của Microsoft), do đó sẽ có một số vấn đề về truyền thông thông qua Firewall (tường lửa), vì DCOM sử dụng các cổng ngẫu nhiên để trao đổi dữ liệu. Một giải pháp sẽ được sử dụng như giao thức riêng cho mạng trao đổi dữ liệu dựa trên TCP/IP đơn thuần, nó tương đối phức tạp.
.NET
Nền tảng .NET giới thiệu hai loại giải pháp: bằng cách tạo một môi trường pháp triển duy nhất cho cả Windows và Web, thông qua các định dạng Windows và định dạng Web; hoặc bằng cách trao đổi dữ liệu qua một web có nền tảng XML, đây là dạng cấu trúc các định dạng văn bản có thể vượt qua bất kỳ tường lửa (firewall) nào. Ngoài hai yếu tố này, .NET cung cấp một thế giới khả năng mới về khả năng tích hợp các dịch vụ web động, tái sử dụng các thành phần, và tạo ra sự kết hợp các thông tin như máy chủ SharePoint (SharePoint Server), cho phép nó đạt tới mức hội nhập và phát triển chưa từng thấy trước đó, và luôn giữ định hướng tập trung vào hiệu suất và tổng chi phí sở hữu cho các giải pháp.
Ngoài ra, .NET cho phép vài ngôn ngữ lập trình khác nhau có thể sử dụng trong cùng chương trình (ví dụ: C++, VB, C#, FORTRA…), cho tới hiện nay không thể làm được với các công nghệ khác.
Hình 1- Cấu trúc khung làm việc của .NET
Tuy nhiên, một số người dùng hạn chế sử dụng .NET vì cũng như Java, chúng ta phải cài đặt bộ phân tích (.NET Framework) trên máy khách (Client), để các mã .NET được thực thi. Tuy nhiên, về lâu dài, khi các cài đặt mới Windows đã có .NET Framework mặc định thì đây chỉ là nhân tố nhỏ.
Tính năng Java ActiveX .NET Môi trường Bất kỳ hệ thống Windows Windows, như các dịch vụ XML có thể sử dụng bởi các hệ thống bất kỳ Các thành phần cần thiết Java Runtime Internet Explorer or other container .NET Frame Work, Internet Explorer Thực thi Interpreted Compiled Pre-interpreted, sử dụng CLR - Common Language Runtime Trao đổi dữ liệu và các đối tượng mẫu Corba, TCP/IP COM/DCOM, TCP/IP XML Web Services and TCP/IP Ngôn ngữ lập trình Java C++, Visual Basic, Delphi C++, Visual Basic, C#, Pascal, Fortran, Java, ...
Tích hợp dữ liệu và cấu trúc OPC UA (OPC Unified Architecture)
Không cần phải nói, nhưng dải các tùy chọn cho tích hợp dữ liệu giữa các hệ thống SCADA và doanh nghiệp như ERP, chuỗi cung cấp –Supply Chain, và các phần khác, ngày càng trở nên quan trọng. Ngoài ra để giữ lại các giải pháp cũ hơn, việc tìm kiếm các cách thức mới cho mô hình và trao đổi dữ liệu là phần quan trong của sự phát triển hệ thống. Truy cập nguồn gốc tới các cơ sở dữ liệu qua SQL, trao đôi dữ liệu qua TCP/IP, I/O driver để thực hiện các giao thức Master/Slave, Các đối tượng COM và ActiveX, trong số nhiều dạng khác nhau, đã sẵn sàng giúp các phát triển quan trọng.
Tuy nhiên, phải lưu ý, không có giải pháp nào là quan trọng và được sử dụng rộng rãi như OPC, nó nổi lên với cố gắng tiêu chuẩn hóa các lớp của bộ điều khiển I/O, và kết hợp một tiêu chuẩn về mô hình lớn, với các tính năng kỹ thuật cho Truy cập dữ liệu-Data Access (DA), các sự kiện và cảnh báo (AE), dữ liệu quá khứ (HAD), Dữ liệu phức tạp, và các vấn đề khác.
Sáng kiến này tập trung vào khả năng tương tác, và cho thấy OPC đang là một tiêu chuẩn toàn cầu cho phép từ bỏ vĩnh viên mô hình các giải pháp riêng để kiếm tìm giá trị được bổ sung mà mỗi giải pháp đề xuất. Phương pháp tiếp cận đã sử dụng trong nghiên cứu đã sử dụng nền tảng .NET như cách thức logic nhất để đạt được kết quả và cung cấp phương tiện phù hợp với các máy chủ OPC và các máy khách hiện hữu, với việc sử dụng các tiêu chuẩn nên có thể áp dụng đối với bất kỳ hệ điều hành nào, và có thể tạo ra các mô hình dữ liệu xa hơn là các hệ thống SCADA, mở rộng hệ thống với các mức độ công ty.
Kết luận
Sau các phân tích trên, kết luận ở đây là công nghệ hầu như không thể đánh giá đâu là “người thắng cuộc”, bởi vì sẽ luôn có các mảng mà mỗi giải pháp có được các lợi ích khi có thể quyết định nếu được so sánh về cạnh tranh công nghệ. Chúng tôi tin rằng .NET như là sự mở rộng các tiêu chuẩn một cách tự nhiên và phổ biến nhất mà chúng ta có thể thấy ngày này, nó xuất hiện như một sự thay thế đầy hứa hẹn, đặc biệt là khi xem xét tới tất cả cá khía cạnh liên quan tới các giải pháp.
Xu hướng phát triển của các hệ thống SCADA
Bức tranh tổng quát về thị trường tự động hóa trong những năm gần đây dựa trên sự thay đổi công nghệ và nghiên cứu sản phẩm của các công ty, đây là các yếu tố giúp tạo động lực phát triển cho thị trường này và phải đầu tư nghiên cứu và phát triển liên tục.
Nói cách khác, luôn có áp lực nhằm giảm các chi phí đối với sản phẩm và dịch vụ. Áp lực này đòi hỏi chúng ta phải tìm ra tỷ lệ tốt nhất giữa chi phí và lợi ích, việc nghiên cứu các công nghệ để đầu tư, nghiên cứu công nghệ nào để kết hợp chúng lại và các nghiên cứu nào chỉ để xem xét, và quyết định sản phẩm nào nành cung cấp dịch vụ sẽ chào hàng để đảm bảo tính cạnh tranh và khả năng thực thi trong phân khúc đó.
Trong trường hợp riêng của các hệ thống giám sát, cần xem xét các yếu tố thực tế:
- Tiếp tục sử dụng các công cụ cũ dựa trên nền tảng Windows được biết là tốt nhất trên thị trường, mặc dù có ít khái niệm cao cấp.
- Tạo ra các công cụ mới đáp ứng nền tảng hệ điều hành Windows, với các khái niệm tốt hơn về tính linh hoạt và hiệu suất vận hành.
- Tìm kiếm các hình thức giám sát mới, như sử dụng các server web cho các PLC chạy trên nên tảng Linux hoặc Java.
- Các giao diện HMI trên nền tảng Windows CE thay thế cho các HMI với các phần cứng chuyên biệt.
- Sử dụng các hệ thống Linux và Unix cho các hệ thống lớn hơn, tùy thuộc vào thói quen văn hóa của người sử dụng với các môi trường hoạt động, người sẵn sàng trả các giá cao hơn với số lượng bản quyền nhỏ hơn đã bán (như các hệ thống quản lý mạng SNMP, hệ thống thông tin).
- Kết hợp với giao thức OPC (OLE for Process Control).
- Bổ sung thêm các tính năng mới cho các hệ thống SCADA, là một yêu cầu của cho kế hoạch mở rộng, ví dụ như tính năng phân tích các quá trình và các hệ thống sản xuất, điều khiển theo mẻ và các tính năng khác.
- Khả năng tích hợp hoàn toàn với web.
Hệ điều hành
Kết luận đầu tiên từ sự phân tích các thực tế này, đó là sự kết hợp hệ điều hành Windows với các hệ thống SCADA. Bởi vì nền tảng này cung cấp một mức độ phù hợp cho việc đào tạo, tính tin cậy, khả năng bảo trì phần cứng và phần mềm, các thay thế có thể cho các sản phẩm sẵn có, và một số yếu tố khác, khi tổng hợp tại mức chi phí cạnh tranh cho hầu hết các ứng dụng và người sử dụng. Lưu ý rằng, mục tiêu là luôn luôn có bảo trì sản xuất và ít hảnh hưởng của giải pháp đưa ra, cho cả hai phía người mua và người bán.
Ngoài ra, chúng ta nhận thấy Linux là một sự thay thế hấp dẫn với các yếu tố tiêu cực cần loại bỏ hoặc trì hoãn, đặc biệt khi đi cùng với đó là yêu cầu các đào tạo và bảo trì chuyên nghiệp. Ví dụ, sử dụng Linux hoặc Java hoạt động như web server với PLC, bởi nó sẽ hạn chế nền tảng cố định. Tuy nhiên, một vài điểm luôn cần nghiên cứu như tính kết nối, sự linh hoạt và hiệu suất hoạt động.
Cấu trúc
Khi xu hướng thị trường được xác định, chúng ta cân nhắc các vấn đề như khả năng sử dụng trong các hệ thống SCADA, và lưu ý thấy các cấu trúc trở nên quan trọng khi chúng ta kết hợp các nhân tố mới với các cấp độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn của độ linh hoạt, mà không ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động hoặc thời gian dành cho việc cấu hình.
Ví dụ việc sử dụng hiệu quả các mạng kết nối không dây để xây dựng giao diện người dùng cho các PocketPC với server SCADA phải đủ mạnh để cung cấp các thông tin quản lý về quá trình và cùng một thời gian, chiếm lượng băng thôi nhỏ nhất, và vấn đề bảo mật cần được quan tâm hoặc bỏ qua.
Các giao thức
Việc sử dụng các giao thức mở không chỉ là yêu cầu của thị trưởng, mà trở thành xu hướng nhằm làm giảm các chi phí khi tích hợp, và có được các dữ liệu ổn định, và cũng làm giảm thời gian xây dựng các ứng dụng. Bởi vì chúng ta không chỉ xem xét khả năng tương thích của các giao thức, mà còn tối ưu hóa chúng khi sử dụng trong hệ thống SCADA. Vì thế, cấu hình và đồng bộ hóa các cơ sở dữ liệu giữa các thiết bị và phần mềm sẽ được đánh giá để có được nhiều lợi ích hơn từ cấu trúc hệ thống mở.
Web
Câu hỏi tiếp theo cho cấu trúc hệ thống là việc cung cấp dữ liệu để truy cập thông qua web như thế nào. Có nhiều công nghệ được sử dụng với các sản phẩm, công nghệ chính thường được dựa trên Java hoặc các đối tượng ActiveX. Khả năng mới nhất là sử dụng công nghệ .NET của Microsoft.
Theo qui định, trang web sẽ được người dùng xem bằng trình duyệt Internet, và nó gồm một phần mềm được hiểu là plug-in (nhúng), để xử lý các hình ảnh động và các nhiệm vụ nền khác-ví dụ như các thay đổi về giá trị của các biến-hoạt động đồng thời, không có sự nhắc nhở người sử dụng, với các định dạng siêu văn bản (hypertext) của các trang web như HTML, ASP và PHP, thì không cho phép thực thi khả năng này nếu không sử dụng các thành phần bổ sung.
Vì thế, một số ít chương trình phần mềm SCADA đã sử dụng và thực hiện các chuyển đổi định dạng màn hình và các đối tượng của hệ thống sang tiêu chuẩn khác, có thể hiểu đó như là các thành phần ActiveX hoặc Java trong các trình duyệt, vì không thể thường xuyên dùng cùng một định dạng giống nhau cho các trường hợp. Tuy niên có các vấn đề phát sinh như các đoạn mã (script) bằng VBA (Visual Basic for Applications) không thể chạy trên các trình duyệt hiện có, phải chuyển đổi các màn hình giao diện sang web không phải lúc nào cũng hoạt động như trong định dạng gốc.
Các giải pháp khác nha E3 của Elipse, với giả sử rằng cùng tỉ lệ tương tự có thể được sử dụng SCADA Client trong cả Windows, và trên trình duyệt- tránh việc phải chuyển đổi định dạng, cũng như sử dụng các đoạn mã dựa trên VBScript có thể chạy trên cả hai môi trường này.
Tuy nhiên, Java và ActiveX có một số hạn chế. Java yêu cầu thời gian thực thi, có thể phân tích các mã đang chạy, và đã cài đặt trên máy khách (Client). Yếu tố này gây giảm hiệu suất thực hiện, ví dụ như báo cáo từ vài khác hàng, bởi vi nó đã được phân tích và không cần biên dịch. ActiveX chỉ hoạt động và có hiệu lực trong môi trường Windows và trình duyệt Internet Explorer, đây có thể là vấn đề đối với các khách hàng sử dụng các trình duyệt khác.
Liên quan tới truyền thông, cả Java và ActiveX trao đổi các thông tin thông qua các mô hình như CORBA hoặc DCOM thông qua TCP/IP để có được các giao diện từ các máy chủ (server) và nhận các thông báo về sự thay đổi giá trị. ActiveX có trở nên nặng nề: vì nó dựa trên công nghệ COM (Component Object Model-Mô hình đối tượng thành phần), cũng như biến thể phân tán của nó (DCOM của Microsoft), do đó sẽ có một số vấn đề về truyền thông thông qua Firewall (tường lửa), vì DCOM sử dụng các cổng ngẫu nhiên để trao đổi dữ liệu. Một giải pháp sẽ được sử dụng như giao thức riêng cho mạng trao đổi dữ liệu dựa trên TCP/IP đơn thuần, nó tương đối phức tạp.
.NET
Nền tảng .NET giới thiệu hai loại giải pháp: bằng cách tạo một môi trường pháp triển duy nhất cho cả Windows và Web, thông qua các định dạng Windows và định dạng Web; hoặc bằng cách trao đổi dữ liệu qua một web có nền tảng XML, đây là dạng cấu trúc các định dạng văn bản có thể vượt qua bất kỳ tường lửa (firewall) nào. Ngoài hai yếu tố này, .NET cung cấp một thế giới khả năng mới về khả năng tích hợp các dịch vụ web động, tái sử dụng các thành phần, và tạo ra sự kết hợp các thông tin như máy chủ SharePoint (SharePoint Server), cho phép nó đạt tới mức hội nhập và phát triển chưa từng thấy trước đó, và luôn giữ định hướng tập trung vào hiệu suất và tổng chi phí sở hữu cho các giải pháp.
Ngoài ra, .NET cho phép vài ngôn ngữ lập trình khác nhau có thể sử dụng trong cùng chương trình (ví dụ: C++, VB, C#, FORTRA…), cho tới hiện nay không thể làm được với các công nghệ khác.
Hình 1- Cấu trúc khung làm việc của .NET
Tuy nhiên, một số người dùng hạn chế sử dụng .NET vì cũng như Java, chúng ta phải cài đặt bộ phân tích (.NET Framework) trên máy khách (Client), để các mã .NET được thực thi. Tuy nhiên, về lâu dài, khi các cài đặt mới Windows đã có .NET Framework mặc định thì đây chỉ là nhân tố nhỏ.
| Tính năng | Java | ActiveX | .NET |
| Môi trường | Bất kỳ hệ thống | Windows | Windows, như các dịch vụ XML có thể sử dụng bởi các hệ thống bất kỳ |
| Các thành phần cần thiết | Java Runtime | Internet Explorer or other container | .NET Frame Work, Internet Explorer |
| Thực thi | Interpreted | Compiled | Pre-interpreted, sử dụng CLR - Common Language Runtime |
| Trao đổi dữ liệu và các đối tượng mẫu | Corba, TCP/IP | COM/DCOM, TCP/IP | XML Web Services and TCP/IP |
| Ngôn ngữ lập trình | Java | C++, Visual Basic, Delphi | C++, Visual Basic, C#, Pascal, Fortran, Java, ... |
Tích hợp dữ liệu và cấu trúc OPC UA (OPC Unified Architecture)
Không cần phải nói, nhưng dải các tùy chọn cho tích hợp dữ liệu giữa các hệ thống SCADA và doanh nghiệp như ERP, chuỗi cung cấp –Supply Chain, và các phần khác, ngày càng trở nên quan trọng. Ngoài ra để giữ lại các giải pháp cũ hơn, việc tìm kiếm các cách thức mới cho mô hình và trao đổi dữ liệu là phần quan trong của sự phát triển hệ thống. Truy cập nguồn gốc tới các cơ sở dữ liệu qua SQL, trao đôi dữ liệu qua TCP/IP, I/O driver để thực hiện các giao thức Master/Slave, Các đối tượng COM và ActiveX, trong số nhiều dạng khác nhau, đã sẵn sàng giúp các phát triển quan trọng.
Tuy nhiên, phải lưu ý, không có giải pháp nào là quan trọng và được sử dụng rộng rãi như OPC, nó nổi lên với cố gắng tiêu chuẩn hóa các lớp của bộ điều khiển I/O, và kết hợp một tiêu chuẩn về mô hình lớn, với các tính năng kỹ thuật cho Truy cập dữ liệu-Data Access (DA), các sự kiện và cảnh báo (AE), dữ liệu quá khứ (HAD), Dữ liệu phức tạp, và các vấn đề khác.
Sáng kiến này tập trung vào khả năng tương tác, và cho thấy OPC đang là một tiêu chuẩn toàn cầu cho phép từ bỏ vĩnh viên mô hình các giải pháp riêng để kiếm tìm giá trị được bổ sung mà mỗi giải pháp đề xuất. Phương pháp tiếp cận đã sử dụng trong nghiên cứu đã sử dụng nền tảng .NET như cách thức logic nhất để đạt được kết quả và cung cấp phương tiện phù hợp với các máy chủ OPC và các máy khách hiện hữu, với việc sử dụng các tiêu chuẩn nên có thể áp dụng đối với bất kỳ hệ điều hành nào, và có thể tạo ra các mô hình dữ liệu xa hơn là các hệ thống SCADA, mở rộng hệ thống với các mức độ công ty.
Kết luận
Sau các phân tích trên, kết luận ở đây là công nghệ hầu như không thể đánh giá đâu là “người thắng cuộc”, bởi vì sẽ luôn có các mảng mà mỗi giải pháp có được các lợi ích khi có thể quyết định nếu được so sánh về cạnh tranh công nghệ. Chúng tôi tin rằng .NET như là sự mở rộng các tiêu chuẩn một cách tự nhiên và phổ biến nhất mà chúng ta có thể thấy ngày này, nó xuất hiện như một sự thay thế đầy hứa hẹn, đặc biệt là khi xem xét tới tất cả cá khía cạnh liên quan tới các giải pháp.
Xu hướng phát triển của các hệ thống SCADA
12/08/2017
Bức tranh tổng quát về thị trường tự động hóa trong những năm gần đây dựa trên sự thay đổi công nghệ và nghiên cứu sản […]
12/08/2017
12/08/2017
Hệ thống giám sát-điều khiển là gì?Hệ thống giám sát-điều khiển là gì?
1.Giới thiệu Các hệ thống giám sát cho phép các thông tin dữ liệu của các quá trình sản xuất hoặc các lắp đặt vật lý được theo dõi và giám sát. Ví dụ, các thông tin được thu thập thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu, chúng sẽ xử lý các thông tin, phân tích, và lưu trữ, và sẽ gửi các thông tin này tới người dùng. Các hệ thống này gọi là hệ thống SCADA (Supervisory Controland Data Acquisition). Các hệ thống SCADA đầu tiên, hệ thống đo xa cơ bản, cho phép thông tin theo chu kỳ các trạng thái hiện thời của quá trình công nghiệp bằng giám sát các tín hiệu đo lường và trạng thái của thiết bị thông qua các bảng lắp bóng đèn chiếu sàng và các bộ chỉ thị, không có các giao diện ứng dụng cho người sử dụng. Ngày nay, các hệ thống tự động hóa công nghiệp sử dụng máy tính và các công nghệ truyền thông để tự động hóa các quá trình giám sát và điều khiển trong công nghiệp, thu thập dữ liệu trong các môi trường phức tạp (kết hợp với các vị trí địa lý khác nhau) và biểu diễn chúng một cách thân thiện cho người vận hành, với các tài nguyên đồ họa phức tạp (giao diện người-máy) và các nội dung đa phương tiện. Để thực hiện được các tính năng, các hệ thống SCADA nhận diện các tag thông tin, đó là các biến số hoặc chữ cái liên quan tới các ứng dụng có thể thực hiện bằng các hàm máy tính (toán học, logic, vector, hoặc các chuỗi ký tự) hoặc biểu diễn các điểm vào/ra của quá trình điều khiển. Trong trường hợp này, tương ứng với các biến của quá trình thực tế (ví dụ, nhiệt độ, mức, lưu lượng,…) thể hiện với một kết nối giữa bộ điều khiển và hệ thống. Các thông tin dựa vào các giá trị của các tag đã được thu thập và biểu diễn cho người dùng. Các hệ thống SCADA cũng có thể kiểm tra các điều kiện cảnh báo, xác định khi nào giá trị tag vượt qua dải hoặc điều kiện đã định trước; chúng ta có thể lập trình ghi nhận lại các giá trị vào cơ sở dữ liệu, kích hoạt các âm thanh, tin nhắn, thay đổi màu sắc, gửi tin nhắn, email…. 2.Các thành phần phần cứng (vật lý) của hệ thống giám sát. Một hệ thống giám sát bao gồm các thành phần phần cứng như sau: các cảm biến và thiết bị chấp hành, mạng truyền thông, và các trạm giám sát trung tâm và từ xa-cấp trường (SCADA computing system-hệ thống máy tính SCADA). Các thiết bị và các cảm biến được kết nối với các thiết bị được điều khiển và giám sát bởi các hệ thống SCADA để chuyển đổi các thông số vật ý, như tốc độ, mức nhiệt độ và mức nước thành các tín hiệu số và tương tự, có thể đọc được từ các trạm xa trung tâm. Các thiết bị chấp hành là các thiết bị thực thi nhiệm vụ trong hệ thống, thực hiện đóng/cắt các thiết bị. Quá trình thu thập và điều khiển dữ liệu bắt nguồn từ các trạm ở xa, PLC (Programmable Logic Controllers) và RTU (Remote Terminal Unit), với việc đọc các giá trị hiện tại của các thiết bị đang được kết nối tới bộ thu thập PLC/RTU và được điều khiển tương ứng. PLC và RTU là các thiết bị tính toán riêng, và được sử dụng với các kiểu bố trí để độc các đầu vào, thực hiện tính toán và điều khiển, và đưa tín hiệu ra đầu ra. Sự khác nhau giữa PLC và RTU là ở phần ngôn ngữ lập trình và điều khiển đầu vào/ra mềm dẻo hơn, trong khi cấu trúc phân tán giữa các CPU (Central Process Unit-Thiết bị xử lý trung tâm) và các card vào/ra, độ chính xác hơn và trình tự các sự kiện. Mạng truyền thông là nên tảng để các thông tin chạy từ các PLC/RTU về hệ thống SCADA; việc xem xét các yêu cầu của hệ thống và khoảng cách hệ thống bao phủ, có thể thực hiện bằng cáp Ethernet, cáp quang, các đường truyền thuê bao hoặc quay số cho dữ liệu, các sóng radio, .v.v. Các trạm giám sát trung tâm là các thiết bị chính của các hệ thống SCADA, sẽ chịu trách nhiệm tổng hợp thông tin được tạo ra bởi các trạm và hoạt động phù hợp với các sự kiện được thực hiện; chúng có thể được tập trung thành một máy tính duy nhất hoặc phân phối tới mạng máy tính, để cho phép thu thập thông tin được chia sẻ trong mạng. 
Hình 1- Hệ thống điều khiển giám sát
3.Các thành phần logic của hệ thống SCADA. Trong nội bộ, các hệ thống SCADA thường phân chia các nhiệm vụ thành các khối hoặc các module, điều này cho phép hệ thống mềm dẻo và mạnh mẽ trong việc thực thi các các vụ, và nó cũng phù hợp với các giải pháp mong muốn. Các nhiệm vụ mà hệ thống có thể thực thi được phân chia:- Phần lõi xử lý của hệ thống.
- Truyền thông với các PLC/RTU
- Quản lý các cảnh báo.
- Cơ sở dữ liệu quá khứ và cấu hình hệ thống.
- Logic lập trình nội bộ (các mã lệnh) và các điều khiển
- Giao diện đồ họa
- Các báo cáo trong hệ thống
- Truyền thông với các trạm SCADA khác
- Truyền thông với các hệ thống bên ngoài/nội bộ
- Các nhiệm vụ khác
Vận hành bình thường của hệ thống SCADA bắt đầu các quá trình xử lý truyền thông với các thiết bị cấp trường, toàn bộ các dữ liệu được gửi tới lõi chính của phần mềm. Phần lõi này chịu trách nhiệm cho việc phân phối và phối hợp lưu lượng các dữ liệu với các module khác, cho đến khi chúng lấy được các định dạng mong muốn theo yêu cầu của người vận hành hệ thống, thể hiện trên giao diện đồ họa hay giao diện vận hành của quá trình, thông thường là các biểu đồ, hình ảnh động, các báo cáo,.v.v. diễn biến các trạng thái của các thiết bị và các quá trình điều khiển sẽ được hiển thị, cho phép tạo các báo cáo khi bất thường, các hành vi hoặc các phản ứng tự động. Các công nghệ tính toán được sử dụng để phát triển các hệ thống SCADA, đã được áp dụng trong các năm vừa qua, do đó tạo sự tin cậy, linh hoạt và khả năng kết nối được cải tiến liên tục, ngoài ra còn có thêm các công cụ mới cho phép giảm thời gian thiết lập và triển khai hệ thống khi có nhu cầu lắp đặt. 4.Các chế độ truyền thông Chức năng chính của bất kỳ hệ thống SCADA nào cũng là việc trao đổi dữ liệu/thông tin, có thể là các kiểu:- Truyền thông với PLC/RTU
- Truyền thông với các trạm SCADA khác
- Truyền thông với các hệ thống khác.
Truyền thông với các thiết bị trường, được thực hiện thông qua việc chia sẻ giao thức với các phương pháp có thể là domain công cộng hoặc hạn chế, có thể thường xảy ra khi polling hoặc bị gián đoạn, và theo các chỉ định thông thường với cơ chế báo cáo loại trừ. (Report by Exception). Truyền thông theo phương pháp polling (Master/Slave) diễn ra khi trạm trung tâm (Master) có quyền điều khiển toàn bộ qua truyền thông, truy vấn các trạm ở xa (Slave) theo trình tự; Các trạm ở xa chỉ trả lời trạm trung tâm sau khi nhận được yêu cầu từ trạm trung tâm; ví dụ, theo cơ chế half duplex. Điều này giúp thu thập dữ liệu đơn giản, không có sự xung đột về truyền dữ liệu trên mạng, và không cần trạm thông minh ở xa. Nói cách khác, có thể tạo ra khả năng truyền thông từ trạm trung tâm tới các trạm ở xa. Truyền thông trên cơ sở ngắt phiên, hay nói cách khác, thực hiện khi PLC hoặc RTU giám sát các giá trị đầu vào của nó và, khi kiểm tra các thay đổi kỹ thuật hoặc các giá trị vượt qua các giới hạn đặt trước, khi đó PLC/RTU sẽ gửi thông tin/dữ liệu về trạm trung tâm. Điều này giúp tránh được việc truyền các dữ liệu không cần thiết (vì nó sẽ làm tăng sự chiếm dụng băng thông mạng); và điều này cũng cho phép kiểm tra nhanh các thông tin quan trọng, cũng như việc truyền dữ liệu gữa các trạm ở xa (Slave-to-Slave). Truyền thông giữa các trạm SCADA có thể thực hiện với các giao thức được phát triển bởi các nhà sản xuất hệ thống SCADA, hoặc thậm chí bằng các giao thức đã được biết đến thông qua các mạng Ethernet TCP/IP, các dường thuê bao riêng hoặc quay số (modem). Internet đã được sử dụng ngày càng phổ biến như một các thức truyền thông trong các hệ thống SCADA. Cùng với công nghệ web, và các tiêu chuẩn như Ethernet, TCP/IP, HTTP, và HTML, có thể thực hiện việc truy cập, chia sẻ dữ liệu trong các khu vực sản xuất cũng như các khu vực giám sát-điều khiển khác nhau trong các nhà máy. Thông qua các trình duyệt web (Internet Browser), chúng ta có thể điều khiển các máy móc được bố trí bất kỳ đâu trên thế giới theo thời gian thực. Trình duyệt sẽ trao đổi các webserver thông qua giao thức http, và sau khi có các yêu cầu liên quan tới các hoạt động dự kiến đã được gửi tới các máy chấp hành, các thiết bị sẽ phản hồi và thể hiện trên các trang HTML. Một số ưu thế khi sử dụng Internet và trình duyệt web với vai trò là giao diện mô phỏng của hệ thống SCADA với cơ chế tương tác đơn giản, nhiều người có thể sử dụng, hệ thống yêu cầu bảo trì thấp, và chỉ phải can thiệp ở mức server (máy chủ). Truyền thông với hệ thống khác, ví dụ trình tự phối hợp, hoặc các bộ thu thập dữ liệu hoặc các nhà cung cấp, có thể thực hiện với các module riêng, thông qua các cơ sở dữ liệu hoặc các công nghệ khác như XML và OPC.
Hệ thống giám sát-điều khiển là gì?
1.Giới thiệu Các hệ thống giám sát cho phép các thông tin dữ liệu của các quá trình sản xuất hoặc các lắp đặt vật lý được theo dõi và giám sát. Ví dụ, các thông tin được thu thập thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu, chúng sẽ xử lý các thông tin, phân tích, và lưu trữ, và sẽ gửi các thông tin này tới người dùng. Các hệ thống này gọi là hệ thống SCADA (Supervisory Controland Data Acquisition). Các hệ thống SCADA đầu tiên, hệ thống đo xa cơ bản, cho phép thông tin theo chu kỳ các trạng thái hiện thời của quá trình công nghiệp bằng giám sát các tín hiệu đo lường và trạng thái của thiết bị thông qua các bảng lắp bóng đèn chiếu sàng và các bộ chỉ thị, không có các giao diện ứng dụng cho người sử dụng. Ngày nay, các hệ thống tự động hóa công nghiệp sử dụng máy tính và các công nghệ truyền thông để tự động hóa các quá trình giám sát và điều khiển trong công nghiệp, thu thập dữ liệu trong các môi trường phức tạp (kết hợp với các vị trí địa lý khác nhau) và biểu diễn chúng một cách thân thiện cho người vận hành, với các tài nguyên đồ họa phức tạp (giao diện người-máy) và các nội dung đa phương tiện. Để thực hiện được các tính năng, các hệ thống SCADA nhận diện các tag thông tin, đó là các biến số hoặc chữ cái liên quan tới các ứng dụng có thể thực hiện bằng các hàm máy tính (toán học, logic, vector, hoặc các chuỗi ký tự) hoặc biểu diễn các điểm vào/ra của quá trình điều khiển. Trong trường hợp này, tương ứng với các biến của quá trình thực tế (ví dụ, nhiệt độ, mức, lưu lượng,…) thể hiện với một kết nối giữa bộ điều khiển và hệ thống. Các thông tin dựa vào các giá trị của các tag đã được thu thập và biểu diễn cho người dùng. Các hệ thống SCADA cũng có thể kiểm tra các điều kiện cảnh báo, xác định khi nào giá trị tag vượt qua dải hoặc điều kiện đã định trước; chúng ta có thể lập trình ghi nhận lại các giá trị vào cơ sở dữ liệu, kích hoạt các âm thanh, tin nhắn, thay đổi màu sắc, gửi tin nhắn, email…. 2.Các thành phần phần cứng (vật lý) của hệ thống giám sát. Một hệ thống giám sát bao gồm các thành phần phần cứng như sau: các cảm biến và thiết bị chấp hành, mạng truyền thông, và các trạm giám sát trung tâm và từ xa-cấp trường (SCADA computing system-hệ thống máy tính SCADA). Các thiết bị và các cảm biến được kết nối với các thiết bị được điều khiển và giám sát bởi các hệ thống SCADA để chuyển đổi các thông số vật ý, như tốc độ, mức nhiệt độ và mức nước thành các tín hiệu số và tương tự, có thể đọc được từ các trạm xa trung tâm. Các thiết bị chấp hành là các thiết bị thực thi nhiệm vụ trong hệ thống, thực hiện đóng/cắt các thiết bị. Quá trình thu thập và điều khiển dữ liệu bắt nguồn từ các trạm ở xa, PLC (Programmable Logic Controllers) và RTU (Remote Terminal Unit), với việc đọc các giá trị hiện tại của các thiết bị đang được kết nối tới bộ thu thập PLC/RTU và được điều khiển tương ứng. PLC và RTU là các thiết bị tính toán riêng, và được sử dụng với các kiểu bố trí để độc các đầu vào, thực hiện tính toán và điều khiển, và đưa tín hiệu ra đầu ra. Sự khác nhau giữa PLC và RTU là ở phần ngôn ngữ lập trình và điều khiển đầu vào/ra mềm dẻo hơn, trong khi cấu trúc phân tán giữa các CPU (Central Process Unit-Thiết bị xử lý trung tâm) và các card vào/ra, độ chính xác hơn và trình tự các sự kiện. Mạng truyền thông là nên tảng để các thông tin chạy từ các PLC/RTU về hệ thống SCADA; việc xem xét các yêu cầu của hệ thống và khoảng cách hệ thống bao phủ, có thể thực hiện bằng cáp Ethernet, cáp quang, các đường truyền thuê bao hoặc quay số cho dữ liệu, các sóng radio, .v.v. Các trạm giám sát trung tâm là các thiết bị chính của các hệ thống SCADA, sẽ chịu trách nhiệm tổng hợp thông tin được tạo ra bởi các trạm và hoạt động phù hợp với các sự kiện được thực hiện; chúng có thể được tập trung thành một máy tính duy nhất hoặc phân phối tới mạng máy tính, để cho phép thu thập thông tin được chia sẻ trong mạng.Hình 1- Hệ thống điều khiển giám sát
3.Các thành phần logic của hệ thống SCADA. Trong nội bộ, các hệ thống SCADA thường phân chia các nhiệm vụ thành các khối hoặc các module, điều này cho phép hệ thống mềm dẻo và mạnh mẽ trong việc thực thi các các vụ, và nó cũng phù hợp với các giải pháp mong muốn. Các nhiệm vụ mà hệ thống có thể thực thi được phân chia:- Phần lõi xử lý của hệ thống.
- Truyền thông với các PLC/RTU
- Quản lý các cảnh báo.
- Cơ sở dữ liệu quá khứ và cấu hình hệ thống.
- Logic lập trình nội bộ (các mã lệnh) và các điều khiển
- Giao diện đồ họa
- Các báo cáo trong hệ thống
- Truyền thông với các trạm SCADA khác
- Truyền thông với các hệ thống bên ngoài/nội bộ
- Các nhiệm vụ khác
- Truyền thông với PLC/RTU
- Truyền thông với các trạm SCADA khác
- Truyền thông với các hệ thống khác.
Hệ thống giám sát-điều khiển là gì?
12/08/2017
1.Giới thiệu Các hệ thống giám sát cho phép các thông tin dữ liệu của các quá trình sản xuất hoặc các lắp đặt vật lý […]
12/08/2017
12/08/2017
Thu thập dữ liệu và chọn lựa tính năng dự phòng trong các hệ thống SCADAThu thập dữ liệu và chọn lựa tính năng dự phòng trong các hệ thống SCADA
1. GIỚI THIỆU
Với sự linh hoạt của hệ thống, hệ thống SCADA (giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu) có thể được sử dụng trong các quá trình hoạt động khác nhau, bao gồm các ứng dụngsử dụng như công cụ để phân tích hoạt động, tùy thuộc vào điều kiện quá trình, nhưng chủ yếu để thu thập dữ liệu và giám sát. Thông thường, các hệ thống SCADA được sử dụng hiệu quả khi hệ thống có số lượng lớn các biến số (thông tin) được thu thập trong cáckhoảng thời gian tương đối nhỏ (thông thường cỡ giây). Đối với một số ứng dụng, chẳng hạn như các hệ thống rung, bạn phải có thiết bị và phần mềm riêng biệt để đạt hiệu quả hoạt động cao hơn, với số lượng biến ít và tốc độ xử lýnhỏ (mili giây). Tuy nhiên, các thời gian nhỏ không cản trở phần mềm SCADA kết nối tới bất kỳ loại hệ thống (bao gồm các hệ thống giám sát nhanh), miễn là nó tập trung vào các thông tin ở cấp độ hoạt động và quản lý. Ví dụ, việc thu thập những bản ghi sự cố từ các rơle bảo vệ, thông tin thu thập dưới dạng các tập tin COMTRADE. Các tập tin này có chứa một bản chụp sự cố theo chu kì thời gian khi hệ thống đang được giám sát. Mặc dù phần mềm biểu diễn dữ liệu với độ phân giải mili giây, hệ thống SCADA vẫn có thể để chụp các tập tin sau khi xảy ra sự cố, và dùng để phân tích trong một giao diện điều khiển riêng của hệ thống.2. CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG THƯỜNG GẶP HIỆN NAY
Trong các hệ thống SCADA hiện nay, với các khái niệm về các máy chủ và các giao diện điều khiển vận hành, việc phân tán hệ thống theo chuỗi chu trình sẽ có các kiến trúc rất linh hoạt, có khả năng phân bổ việc sự giám sát công việc và giám sát chính trên cùng một máy tính, hoặc phân chia các hoạt động chính vào một máy tính, và các lựa chọn dự phòng nằm riêng trong một máy tính khác. Ví dụ cấu trúc hệ thống này như trong hình 1. 
Hình 1-Cấu trúc hệ thống SCADA với gói phần mềm E3 của Elipse Software
Việc thu thập dữ liệu có thể thực hiện bằng bất kỳ máy chủ OPC, hoặc thông qua bộ điều khiển I/O riêng, cho phép tối ưu hóa trong truyền thông và cấu hình linh hoạt, ngay cả khi hệ thống đang vận hành (trực tuyến). Các máy chủ có thể được chỉ định để thực hiện các quá trình này, báo cáo thay đổi về dữ liệu với máy khác thông qua OPC hoặc các giao thức khác trên nền TCP/IP. Các giao thức này làm việc ở chế độ loại trừ, báo cáo dữ liệu theo tiêu chuẩn VQT (giá trị, chất lượng, và thời gian sự kiện xảy ra).3. LÝ DO SỬ DỤNG TÍNH NĂNG DỰ PHÒNG
Khi các hệ thống SCADA sử dụng các khái niệm về thin clients (máy tính người dùng có cấu hình tối thiểun, và cấu hình ngược lại là các kiến trúc rich client truyền thống (mỗi trạm SCADA phải có một bản sao không đồng bộ của toàn bộ cơ sở dữ liệu), một số nhà kỹ thuật bắt đầu chỉ trích quan điểm mới của việc tập trung các hoạt động chính của hệ thống trên một máy chủ duy nhất, vì như vậy tạo ra một điểm yếu trong hệ thống. 
Hình 2- Cấu trúc hệ thống kiểu thin Client và rich Client truyền thống
Giải pháp cho vấn đề này là tạo ra một cơ chế dự phòng riêng cho các máy chủ, nênđó là chuyển đổi dự phòng (chuyển mạch máy chủ), các trạm client (thin clients) tự động chuyển hướng truy cập đến máy chủ mới đang hoạt động (máy chủ dự phòng). Như kiến trúc hệ thống trong hình 1, ta có thể thấy một ví dụ về dự phòng các máy chủ giúp củng cố và phân phối dữ liệu trong hệ thống. Dự phòng đối với các thiết bị thu thập cũng được yêu cầu và sử dụng. Vì vậy, các bộ điều khiển I/O có thể chuyển sang các thiết bị dự phòng khi có sự cố được phát hiện, không chỉ là do sự cố trong việc trao đổi dữ liệu.
Hình 3- Phân tán các hoạt động theo các cặp dự phòng
Đi sâu vào các chi tiết của các giải pháp, với việc sử dụng các kỹ thuật đồng bộ hóa cơ sở dữ liệu và tập tin, có thể phân tán các phần nhiệm vụ từ một hệ thống phức tạp cho các máy chủ khác nhau, với các lựa chọn về dự phòng theo cặp. Bằng cách này, chúng ta có thể đảm bảo những lợi ích của kiến trúc cũ, chẳng hạn như tính đồng bộ màn hình tự động trong tất cả giao diện điều khiển vận hành, cũng như các hoạt động bảo trì khác.4. CẤU TRÚC DỰ PHÒNG BA LẦN
Đối với hệ thống có vấn đề chính là không chính xác về kích thước của ứng dụng, nhưng cần thiết cho vận hành 24x7 với MTBF (Thời gian giữa 2 lần lỗi) trong nhiều năm, ví dụ, với yêu cầu tính ổn định ở mức cao hơn, một số người dùng có thể lựa chọn một kiến trúc dự phòng ba lần cho các máy chủ. Tuy nhiên, lý do thực tế chỉ sử dụng kiến trúc dự phòng 3 lần này trong các điều kiện máy chủ SCADA có thể xảy ra lỗi đối với một máy chủ bất cứ khi nào trong thực tế (và trong khi máy chủ sẽ được sửa chữa), các hoạt động sẽ được tập trung vào một máy chủ, và một máy thứ ba sẽ hoặt động các chức năng chế độ chờ. Nói cách khác, sự cố dừng hệ thống rất khó xảy ra, vì khi đó có những giải pháp về mặt thương mại cho phép thực hiện theo cấu hình vì chi phí không quá cao. Câu hỏi đặt ra là nếu, với một số lý do, MTTR (Thời gian giữa 2 lần sửa chữa) là cao, thì việc có thêm một máy chủ ở chế độ chờ là cần thiết. Một trong những cấu trúc hệ thống khả thi trong trường hợp này là một máy chủ chính-Hot Server, một máy chủ dự phòng được hoạt động hay kích hoạt (có hoặc không có bộ điều khiển I/O hoạt động thường trực)-Standby Server, và một máy chủ thứ ba không hoạt động hay chưa kích hoạt-Cold Server. Như vậy, trong trường hợp máy chủ chính không hoạt động (không sẵn sàng)-Hot Server, máy chủ dự phòng (Standby Server) đóng vai trò máy chủ chính và máy chủ không hoạt động (Cold Server) sẽ trở thành máy chủ dự phòng chủ động (Standby Server), trong trường hợp xảy ra sự cố tại máy chủ đầu tiên thì quá trình này sẽ được áp dụng. 
Hình 4- Ví dụ về thiết lập một hệ thống dự phòng với 3 máy chủ
Tuy nhiên, chúng ta nên chú ý thông số MTBF của các máy chủ dự phòng đã đủ cao đáp ứng cho hầu hết các ứng dụng của hệ thống, khi thông số này được tính bằng giá trị bình phương MTBF của mỗi máy chủ: Cặp dự phòng MTBF = (MTBF riêng lẻ)^25. THU THẬP CÁC DỮ LIỆU QUAN TRỌNG
Thiết lập mức ưu tiên thu thập có thể phụ thuộc rất nhiều vào mạng và giao thức được sử dụng. Đối với các giao thức hỗ trợ một hệ thống ngoại lệ đó là, các giao thức chỉ truyềncác thay đổi dữ liệu, mức ưu tiên đã được xác định theo thứ tự của các thay đổi xảy ra. Mặt khác, đối với các giao thức làm việc với một hệ thống polling, chúng ta có thể xác định tốc độ cập nhật riêng lẻ hoặc hoặc theo nhóm thấp hơn cho các biến quan trọng, và các biến khác có tốc độ cao hơn. Cuối cùng, sự cần thiết để có các hệ thống thu thập dữ liệu và quản lý tự động hóa dễ dàng hơn, chúng ta thấy có sự phát các mạng mới và các giao thức để cho phép tương tácrộng hơn, tin cậy hơn với các thiết bị trong nhà máy. Ví dụ, giao thức truyền thống dựa trên cơ chế polling như Modbus, kỹ sư hoặc kỹ thuật viên chịu trách nhiệm cho việc thiết lập hệ thống phải biết tất cả các bảng địa chỉ bộ nhớ Modbus của các thiết bị hiện trường. Mỗi địa chỉ phải được xác định cùng với kiểu biến (số nguyên, thực, văn bản,.v.v.), và xác định tốc độ quét polling hoặc riêng lẻ trong hệ thống SCADA. Điều này xảy ra bởi vì các chức năng được cung cấp bởi Modbus là rất hạn chế, mặc dù giao thức này được sử dụng phổ biến và dễ thực hiện. Nhưng đối với các giao thức và các mạng mới, chẳng hạn như IEC 61850, Fieldbus HSE, và SNMP (được sử dụng cho giám sát các mạng Ethernet), hoặc một số giao thức ít biết đến, các dịch vụ mới có sẵn trong số những lợi ích khác, các thông tin quan trọng sẽ được ưu tiên về lưu lượng khi truyền thông, kể việc các thông tin không được yêu cầu,(trường hợp) khi thiết bị tự động gửi các dữ liệu quan trọng mà không có yêu cầu từ máy chủ. Ngoài ra, một phương pháp nhận dạng tự động các cơ sở dữ liệu của thiết bị, hoặc thiết bị duyệt web, cho phép tiết kiệm rất nhiều thời gian phát triển ứng dụng, và cũng có thểtránh các lỗi khi đánh máy và cài đặt ứng dụng. Tuy nhiên, điều này không hạn chế đối với việc tối ưu khi thực hiện với các giao thứcpolling truyền thống. Một tối ưu hóa có thể nhóm các biến ở các vị trí gần nhau theo yêu cầuđể tạo khối giao tiếp ảo, nhằm giảm số lượng yêu cầu cho các thiết bị. Điều này làm giảm lưu lượng mạng và cho phép cập nhật nhiều biến mỗi đơn vị thời gian.6. CẬP NHẬT DỮ LIỆU TRONG GIAO DIỆN VẬN HÀNH
Đối với giao diện đồ họa người dùng cho người vận hành, các thông tin có thể được xem trên bất kỳ máy tính hoặc trên một số hệ thống, các thiết bị di động không dây như PDAcó thể hiện các giao diện đồ họa (màn hình) cũng như các biến quá trình từ các máy chủ chính. Cần lưu ý quan trọng khi gửi thông tin đã được thu bởi các bộ điều khiển I/O, các dữ liệu sau khi được xử lý bởi các máy chủ ứng dụng, thông qua giao diện đồ họa của người vận hành, phải tối ưu nhất có thể trong xử lý, để giảm sự chậm trễ giữa việc các dữ liệu đi tới máy chủ truyền thông và cập nhật chúng trên các giao diện điều khiển phải gần như cùng lúc. Giải pháp cho kiểu truyền thông này được dựa trên khái niệm về Gửi-Thu Thập (Publish-Subscribe). Trong kỹ thuật này, máy chủ có một chức năng và một kênh truyền thông riêng cho tất cả các trạm điều khiển. Tại giao diện điều khiển, bằng cách mở một hoặc nhiều màn hình giám sát, sẽ tạo chữ ký cho các biến được cập nhật trên máy chủ. Các máy chủ lưu trữ một danh sách các chữ ký nội bộ cho mọi giao diện điều khiển để đăng nhập. Khi một biến được thay đổi trong máy chủ, các quá trình nội bộ sẽ tự động kiểm tra nếu có giao diện điều khiển đã đã ký thay đổi tại thời điểm đó. Nếu xác thực, thông báo này được đưa vào một chuỗi thông báo sẽ được gửi đến tất cả các giao diện điều khiển trong hệ thống. Tùy thuộc vào việc thiết lập hệ thống, có thể xác định liệu chuỗi chờ thông báo sẽ chỉđược gửi sau khi đạt đến một kích thước nhất định hoặc một thời hạn nhất định, hoặc sau đó làm rỗng ngay lập tức. Hệ thống thông báo này vẫn có thể chuyển tới một quá trình xử lý khác (mã hóa và nén), trong đó có hai mục đích: ngăn chặn tin tặc phá hoại hệ thống và duy trì an toàn hoạt động của thiết bị, đồng thời làm giảm kích thước của tin nhắn và thời gian trao đổi, chủ yếu là trong mạng có băng thông nhỏ. Tuy vậy, công việc này có những vấn đề đòi hỏi nhiều máy xử lý quá trình hơn (client và server) trong khi nén và giải nén, vì vậy trong một số trường hợp nó có thể làm chậm các đáp ứng-mặc dù nâng cao hiệu quả về an ninh.7. TIÊN PHONG TRONG LĨNH VỰC MỚI
Ngày nay, các mạng lưới và các giao thức mới cho phép thiết lập các phương pháp trao đổi dữ liệu thực sự hiệu quả, mối quan tâm ngày nay được tập trung vào yếu tố con người trong các hệ thống, trường hợp giải thích các dữ liệu quan trọng phải được thực hiện bởi người vận hành. Và vấn đề này làm tăng mối số lượng các bản tin sự kiện (hoặc cảnh báo) cho cùng người vận hành. Mối quan tâm chính trong thực tế đó là phần lớn của DCS (Hệ thống điều khiển số-thuộc hệ thống SCADA và DCSD) không có các công cụ thích hợp để giải quyết với số lượng lớn các cảnh báo. Khi đó, những người hành hệ thống, là con người, có một giới hạn về xử lý thông báo trong mỗi khoảng thời gian. Trong tình huống căng thẳng liên tục, hoặc thậm chí lụt thông tin, các tình trạng quá tải bản tin được tạo ra có thể làm cho các ngườivận hành không để ý đến chúng. Như vậy, chúng ta hiểu rằng hệ thống SCADA nên cung cấp nhiều công cụ có thể giúp các người vận hành trên những thời điểm này, ví dụ, cần phân biệt các hành động theo sự tính chất quan trọng và do đó phải có phản ứng phù hơp ngay lập tứcđối với những thông tin cảnh báo có độ ưu tiên thấp hơn, bởi vì trong hệ thống sẽ có những sự kiện khác xuất hiện liên tục. SCADA: Supervisory, Control and Data Acquisition MTBF : Mean Time Between Failures MTTR : Mean Time To Repair VQT : Value, Quality, and Timestamp DCS : Digital Controlling Systems
Thu thập dữ liệu và chọn lựa tính năng dự phòng trong các hệ thống SCADA
1. GIỚI THIỆU
Với sự linh hoạt của hệ thống, hệ thống SCADA (giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu) có thể được sử dụng trong các quá trình hoạt động khác nhau, bao gồm các ứng dụngsử dụng như công cụ để phân tích hoạt động, tùy thuộc vào điều kiện quá trình, nhưng chủ yếu để thu thập dữ liệu và giám sát. Thông thường, các hệ thống SCADA được sử dụng hiệu quả khi hệ thống có số lượng lớn các biến số (thông tin) được thu thập trong cáckhoảng thời gian tương đối nhỏ (thông thường cỡ giây). Đối với một số ứng dụng, chẳng hạn như các hệ thống rung, bạn phải có thiết bị và phần mềm riêng biệt để đạt hiệu quả hoạt động cao hơn, với số lượng biến ít và tốc độ xử lýnhỏ (mili giây). Tuy nhiên, các thời gian nhỏ không cản trở phần mềm SCADA kết nối tới bất kỳ loại hệ thống (bao gồm các hệ thống giám sát nhanh), miễn là nó tập trung vào các thông tin ở cấp độ hoạt động và quản lý. Ví dụ, việc thu thập những bản ghi sự cố từ các rơle bảo vệ, thông tin thu thập dưới dạng các tập tin COMTRADE. Các tập tin này có chứa một bản chụp sự cố theo chu kì thời gian khi hệ thống đang được giám sát. Mặc dù phần mềm biểu diễn dữ liệu với độ phân giải mili giây, hệ thống SCADA vẫn có thể để chụp các tập tin sau khi xảy ra sự cố, và dùng để phân tích trong một giao diện điều khiển riêng của hệ thống.2. CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG THƯỜNG GẶP HIỆN NAY
Trong các hệ thống SCADA hiện nay, với các khái niệm về các máy chủ và các giao diện điều khiển vận hành, việc phân tán hệ thống theo chuỗi chu trình sẽ có các kiến trúc rất linh hoạt, có khả năng phân bổ việc sự giám sát công việc và giám sát chính trên cùng một máy tính, hoặc phân chia các hoạt động chính vào một máy tính, và các lựa chọn dự phòng nằm riêng trong một máy tính khác. Ví dụ cấu trúc hệ thống này như trong hình 1.Hình 1-Cấu trúc hệ thống SCADA với gói phần mềm E3 của Elipse Software
Việc thu thập dữ liệu có thể thực hiện bằng bất kỳ máy chủ OPC, hoặc thông qua bộ điều khiển I/O riêng, cho phép tối ưu hóa trong truyền thông và cấu hình linh hoạt, ngay cả khi hệ thống đang vận hành (trực tuyến). Các máy chủ có thể được chỉ định để thực hiện các quá trình này, báo cáo thay đổi về dữ liệu với máy khác thông qua OPC hoặc các giao thức khác trên nền TCP/IP. Các giao thức này làm việc ở chế độ loại trừ, báo cáo dữ liệu theo tiêu chuẩn VQT (giá trị, chất lượng, và thời gian sự kiện xảy ra).3. LÝ DO SỬ DỤNG TÍNH NĂNG DỰ PHÒNG
Khi các hệ thống SCADA sử dụng các khái niệm về thin clients (máy tính người dùng có cấu hình tối thiểun, và cấu hình ngược lại là các kiến trúc rich client truyền thống (mỗi trạm SCADA phải có một bản sao không đồng bộ của toàn bộ cơ sở dữ liệu), một số nhà kỹ thuật bắt đầu chỉ trích quan điểm mới của việc tập trung các hoạt động chính của hệ thống trên một máy chủ duy nhất, vì như vậy tạo ra một điểm yếu trong hệ thống.Hình 2- Cấu trúc hệ thống kiểu thin Client và rich Client truyền thống
Giải pháp cho vấn đề này là tạo ra một cơ chế dự phòng riêng cho các máy chủ, nênđó là chuyển đổi dự phòng (chuyển mạch máy chủ), các trạm client (thin clients) tự động chuyển hướng truy cập đến máy chủ mới đang hoạt động (máy chủ dự phòng). Như kiến trúc hệ thống trong hình 1, ta có thể thấy một ví dụ về dự phòng các máy chủ giúp củng cố và phân phối dữ liệu trong hệ thống. Dự phòng đối với các thiết bị thu thập cũng được yêu cầu và sử dụng. Vì vậy, các bộ điều khiển I/O có thể chuyển sang các thiết bị dự phòng khi có sự cố được phát hiện, không chỉ là do sự cố trong việc trao đổi dữ liệu. Hình 3- Phân tán các hoạt động theo các cặp dự phòng
4. CẤU TRÚC DỰ PHÒNG BA LẦN
Đối với hệ thống có vấn đề chính là không chính xác về kích thước của ứng dụng, nhưng cần thiết cho vận hành 24x7 với MTBF (Thời gian giữa 2 lần lỗi) trong nhiều năm, ví dụ, với yêu cầu tính ổn định ở mức cao hơn, một số người dùng có thể lựa chọn một kiến trúc dự phòng ba lần cho các máy chủ. Tuy nhiên, lý do thực tế chỉ sử dụng kiến trúc dự phòng 3 lần này trong các điều kiện máy chủ SCADA có thể xảy ra lỗi đối với một máy chủ bất cứ khi nào trong thực tế (và trong khi máy chủ sẽ được sửa chữa), các hoạt động sẽ được tập trung vào một máy chủ, và một máy thứ ba sẽ hoặt động các chức năng chế độ chờ. Nói cách khác, sự cố dừng hệ thống rất khó xảy ra, vì khi đó có những giải pháp về mặt thương mại cho phép thực hiện theo cấu hình vì chi phí không quá cao. Câu hỏi đặt ra là nếu, với một số lý do, MTTR (Thời gian giữa 2 lần sửa chữa) là cao, thì việc có thêm một máy chủ ở chế độ chờ là cần thiết. Một trong những cấu trúc hệ thống khả thi trong trường hợp này là một máy chủ chính-Hot Server, một máy chủ dự phòng được hoạt động hay kích hoạt (có hoặc không có bộ điều khiển I/O hoạt động thường trực)-Standby Server, và một máy chủ thứ ba không hoạt động hay chưa kích hoạt-Cold Server. Như vậy, trong trường hợp máy chủ chính không hoạt động (không sẵn sàng)-Hot Server, máy chủ dự phòng (Standby Server) đóng vai trò máy chủ chính và máy chủ không hoạt động (Cold Server) sẽ trở thành máy chủ dự phòng chủ động (Standby Server), trong trường hợp xảy ra sự cố tại máy chủ đầu tiên thì quá trình này sẽ được áp dụng.Hình 4- Ví dụ về thiết lập một hệ thống dự phòng với 3 máy chủ
Tuy nhiên, chúng ta nên chú ý thông số MTBF của các máy chủ dự phòng đã đủ cao đáp ứng cho hầu hết các ứng dụng của hệ thống, khi thông số này được tính bằng giá trị bình phương MTBF của mỗi máy chủ: Cặp dự phòng MTBF = (MTBF riêng lẻ)^25. THU THẬP CÁC DỮ LIỆU QUAN TRỌNG
Thiết lập mức ưu tiên thu thập có thể phụ thuộc rất nhiều vào mạng và giao thức được sử dụng. Đối với các giao thức hỗ trợ một hệ thống ngoại lệ đó là, các giao thức chỉ truyềncác thay đổi dữ liệu, mức ưu tiên đã được xác định theo thứ tự của các thay đổi xảy ra. Mặt khác, đối với các giao thức làm việc với một hệ thống polling, chúng ta có thể xác định tốc độ cập nhật riêng lẻ hoặc hoặc theo nhóm thấp hơn cho các biến quan trọng, và các biến khác có tốc độ cao hơn. Cuối cùng, sự cần thiết để có các hệ thống thu thập dữ liệu và quản lý tự động hóa dễ dàng hơn, chúng ta thấy có sự phát các mạng mới và các giao thức để cho phép tương tácrộng hơn, tin cậy hơn với các thiết bị trong nhà máy. Ví dụ, giao thức truyền thống dựa trên cơ chế polling như Modbus, kỹ sư hoặc kỹ thuật viên chịu trách nhiệm cho việc thiết lập hệ thống phải biết tất cả các bảng địa chỉ bộ nhớ Modbus của các thiết bị hiện trường. Mỗi địa chỉ phải được xác định cùng với kiểu biến (số nguyên, thực, văn bản,.v.v.), và xác định tốc độ quét polling hoặc riêng lẻ trong hệ thống SCADA. Điều này xảy ra bởi vì các chức năng được cung cấp bởi Modbus là rất hạn chế, mặc dù giao thức này được sử dụng phổ biến và dễ thực hiện. Nhưng đối với các giao thức và các mạng mới, chẳng hạn như IEC 61850, Fieldbus HSE, và SNMP (được sử dụng cho giám sát các mạng Ethernet), hoặc một số giao thức ít biết đến, các dịch vụ mới có sẵn trong số những lợi ích khác, các thông tin quan trọng sẽ được ưu tiên về lưu lượng khi truyền thông, kể việc các thông tin không được yêu cầu,(trường hợp) khi thiết bị tự động gửi các dữ liệu quan trọng mà không có yêu cầu từ máy chủ. Ngoài ra, một phương pháp nhận dạng tự động các cơ sở dữ liệu của thiết bị, hoặc thiết bị duyệt web, cho phép tiết kiệm rất nhiều thời gian phát triển ứng dụng, và cũng có thểtránh các lỗi khi đánh máy và cài đặt ứng dụng. Tuy nhiên, điều này không hạn chế đối với việc tối ưu khi thực hiện với các giao thứcpolling truyền thống. Một tối ưu hóa có thể nhóm các biến ở các vị trí gần nhau theo yêu cầuđể tạo khối giao tiếp ảo, nhằm giảm số lượng yêu cầu cho các thiết bị. Điều này làm giảm lưu lượng mạng và cho phép cập nhật nhiều biến mỗi đơn vị thời gian.6. CẬP NHẬT DỮ LIỆU TRONG GIAO DIỆN VẬN HÀNH
Đối với giao diện đồ họa người dùng cho người vận hành, các thông tin có thể được xem trên bất kỳ máy tính hoặc trên một số hệ thống, các thiết bị di động không dây như PDAcó thể hiện các giao diện đồ họa (màn hình) cũng như các biến quá trình từ các máy chủ chính. Cần lưu ý quan trọng khi gửi thông tin đã được thu bởi các bộ điều khiển I/O, các dữ liệu sau khi được xử lý bởi các máy chủ ứng dụng, thông qua giao diện đồ họa của người vận hành, phải tối ưu nhất có thể trong xử lý, để giảm sự chậm trễ giữa việc các dữ liệu đi tới máy chủ truyền thông và cập nhật chúng trên các giao diện điều khiển phải gần như cùng lúc. Giải pháp cho kiểu truyền thông này được dựa trên khái niệm về Gửi-Thu Thập (Publish-Subscribe). Trong kỹ thuật này, máy chủ có một chức năng và một kênh truyền thông riêng cho tất cả các trạm điều khiển. Tại giao diện điều khiển, bằng cách mở một hoặc nhiều màn hình giám sát, sẽ tạo chữ ký cho các biến được cập nhật trên máy chủ. Các máy chủ lưu trữ một danh sách các chữ ký nội bộ cho mọi giao diện điều khiển để đăng nhập. Khi một biến được thay đổi trong máy chủ, các quá trình nội bộ sẽ tự động kiểm tra nếu có giao diện điều khiển đã đã ký thay đổi tại thời điểm đó. Nếu xác thực, thông báo này được đưa vào một chuỗi thông báo sẽ được gửi đến tất cả các giao diện điều khiển trong hệ thống. Tùy thuộc vào việc thiết lập hệ thống, có thể xác định liệu chuỗi chờ thông báo sẽ chỉđược gửi sau khi đạt đến một kích thước nhất định hoặc một thời hạn nhất định, hoặc sau đó làm rỗng ngay lập tức. Hệ thống thông báo này vẫn có thể chuyển tới một quá trình xử lý khác (mã hóa và nén), trong đó có hai mục đích: ngăn chặn tin tặc phá hoại hệ thống và duy trì an toàn hoạt động của thiết bị, đồng thời làm giảm kích thước của tin nhắn và thời gian trao đổi, chủ yếu là trong mạng có băng thông nhỏ. Tuy vậy, công việc này có những vấn đề đòi hỏi nhiều máy xử lý quá trình hơn (client và server) trong khi nén và giải nén, vì vậy trong một số trường hợp nó có thể làm chậm các đáp ứng-mặc dù nâng cao hiệu quả về an ninh.7. TIÊN PHONG TRONG LĨNH VỰC MỚI
Ngày nay, các mạng lưới và các giao thức mới cho phép thiết lập các phương pháp trao đổi dữ liệu thực sự hiệu quả, mối quan tâm ngày nay được tập trung vào yếu tố con người trong các hệ thống, trường hợp giải thích các dữ liệu quan trọng phải được thực hiện bởi người vận hành. Và vấn đề này làm tăng mối số lượng các bản tin sự kiện (hoặc cảnh báo) cho cùng người vận hành. Mối quan tâm chính trong thực tế đó là phần lớn của DCS (Hệ thống điều khiển số-thuộc hệ thống SCADA và DCSD) không có các công cụ thích hợp để giải quyết với số lượng lớn các cảnh báo. Khi đó, những người hành hệ thống, là con người, có một giới hạn về xử lý thông báo trong mỗi khoảng thời gian. Trong tình huống căng thẳng liên tục, hoặc thậm chí lụt thông tin, các tình trạng quá tải bản tin được tạo ra có thể làm cho các ngườivận hành không để ý đến chúng. Như vậy, chúng ta hiểu rằng hệ thống SCADA nên cung cấp nhiều công cụ có thể giúp các người vận hành trên những thời điểm này, ví dụ, cần phân biệt các hành động theo sự tính chất quan trọng và do đó phải có phản ứng phù hơp ngay lập tứcđối với những thông tin cảnh báo có độ ưu tiên thấp hơn, bởi vì trong hệ thống sẽ có những sự kiện khác xuất hiện liên tục. SCADA: Supervisory, Control and Data Acquisition MTBF : Mean Time Between Failures MTTR : Mean Time To Repair VQT : Value, Quality, and Timestamp DCS : Digital Controlling SystemsThu thập dữ liệu và chọn lựa tính năng dự phòng trong các hệ thống SCADA
12/08/2017
1. GIỚI THIỆU Với sự linh hoạt của hệ thống, hệ thống SCADA (giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu) có thể được sử […]
