Nhà phân phối của Moxa tại Việt Nam - Thiết bị truyền thông công nghiệp - Tự động hóa Ứng dụng Giải pháp ngành điện Những yêu cầu đối với mạng Ethernet trong tự động hóa trạm biến áp (Phần 2)

Những yêu cầu đối với mạng Ethernet trong tự động hóa trạm biến áp (Phần 2)

27/10/2017

Những yêu cầu đối với mạng Ethernet trong tự động hóa trạm biến áp (Phần 2)

Nguồn: Moxa’s Website

Kiến trúc mạng

Dự phòng và thời gian hồi phục

Dự phòng mạng là một yêu cầu cở bản cho hệ thống tự động hóa vì nó đảm bảo mạng hoạt động một cách tin cậy ở mức độ cao. Trong cấu trúc liên kết mạng dự phòng, một đường dẫn dự phòng được thiết lập để sử dụng khi một phần của mạng bị lỗi. Có thể sử dụng các cấu trúc liên kết khác nhau như mạng kép với các yêu cầu đặc biệt về thiết kế của switch và giao thức.

Cấu trúc liên kết vòng Ethernet đã trở thành lựa chọn thích hợp cho hệ thống tự động hóa trạm biến áp bởi tính linh hoạt, chi phí thấp, và lắp đặt dễ dàng. Cấu trúc liên kết mạch vòng có thể áp dụng với giao thức IEEE 802.1D STP (Spanning Tree Protocol – giao thức chặn vòng lặp) hoặc IEEE 802.1W RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol).

Tuy nhiên, thời gian hồi phục mạng khi sử dụng STP hoặc RSTP nằm trong khoảng 1 đến 60 giây. Thời gian trễ này có thể gây ra các sự cố nghiêm trọng đối với các hệ thống tự động hóa phức tạp.

Nói chung, một hệ thống mạng trong trạm điện cần có khả năng tự hồi phục trong vòng 100 ms để tối giản bất mọi sự gián đoạn tác động đến hệ thống tự động. Do đó, nên sử dụng các giao thức độc quyền cho các cấu trúc mạch vòng với thời gian phục hồi trong khoảng một phần nghìn giây.

Cấu trúc mạch vòng cơ bản

Dưới đây là một ví dụ về cấu trúc mạch vòng Ethernet. Cấu trúc mạch vòng được áp dụng cho kiến trúc truyền thông trạm cơ bản và có thể được thiết lập để sử dụng STP, RSTP, hoặc các giao thức đặc biệt. Các thiết bị điện thông minh (IEDs) đã được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện như các rơ le bảo vệ, công tơ đo đếm, và máy cắt. Tất cả các IED được điều khiển bởi một phòng điều khiển tại chỗ hoặc tại trung tâm điều độ từ xa.

Mỗi thiết bị switch sử dụng giao thức mạch vòng và được kết nối trong cấu trúc mạch vòng. Một phần trong đó hoạt được dùng để dự phòng và bị khóa trong khi hệ thống hoạt động bình thường. Nếu bất kỳ kết nối nào bị lỗi, cấu trúc mạch vòng sẽ sử dụng phần đường dẫn dự phòng để khôi phục truyền thông trong mạng.

Hình 1. Cấu trúc mạch vòng cho kiến trúc truyền thông trạm cơ bản Hình 2. Phản ứng của cấu trúc mạch vòng khi có lỗi liên kết

Cấu trúc liên kết mạch vòng phức hợp

Cấu trúc mạch vòng có thể mở rộng với số lượng lớn thiết bị switch, nhưng việc quản lý hoặc lắp đặt một lượng rất lớn các mạch là không dễ dàng, đặc biệt trên một khoảng cách rất lớn. Ngoài ra, thời gian hồi phục cũng tăng theo kích cỡ của mạch vòng.

Thông thường, sẽ hiệu quả hơn khi thiết lập một số mạch vòng nhỏ dựa trên vị trí và hệ thống (ví dụ: một mạch vòng cho trung tâm điều khiển, một mạch vòng cho các IED). Các kết nối dự phòng có thể được thiết lập giữa các vòng này, sử dụng các phương pháp khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu của mạng và bố trí vật lý. Hình 4 là một ví dụ của dual-homing trong hệ thống tự động hóa trạm. Việc mất kết nối từ bất kỳ kết nối nào hoặc việc chuyển mạch trong mạch vòng sẽ không phải làm gián đoạn truyền thông trong mạng. Giao thức vòng dự phòng ngay lập tức khôi phục lại truyền thông mạng, và hệ thống chạy không bị gián đoạn.