EDS-205A Switch công nghiệp unmanaged 5 cổng | |
NPort IA5150A/IA5250A/IA5450A Series Bộ chuyển đổi 1, 2, 4 cổng serial sang Ethernet |
Lựa chọn chế độ hoạt động cho bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang Ethernet
Chế độ Real COM Bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang Ethernet Nport có thể làm việc trên hệ điều hành Window nhờ vào Driver COM, và cũng hoạt động được trên hệ điều hành Linux nhờ vào Driver TTY. Các Driver thiết lập một kết nối thông suốt giữa máy chủ và các thiết bị Serial bằng việc mapping (ánh xạ) địa chỉ cổng Serial của Nport tới cổng COM/TTY trên máy tính chủ (host). Chế độ hoạt động này hỗ trợ tới 4 kết nối đồng thời, vì thế nhiều máy chủ có thể lấy dữ liệu từ một thiết bị serial ở cùng một thời điểm. Điểm quan trọng là chế độ Real COM cho phép người dùng tiếp tục sử dụng các phần mềm được lập trình riêng cho giao tiếp serial (RS-232/422/485). Driver có nhiệm vụ chặn/giữ các dữ liệu đã gửi tới cổng COM của host, đóng gói chúng thành một gói tin TCP/IP, sau đó chuyển chúng qua Card Ethernet của máy chủ. Ở đầu kia của kết nối, Nport nhận bản tin gửi qua Ethernet, bóc tách gói tin TCP/IP sau đó gửi tới thiết bị serial phù hợp đang được kết nối tới cổng serial của Nport Chú ý Chế độ Real COM cho phép một vài máy chủ có thể truy cập, điều khiển tới cùng 1 thiết bị Nport. Driver đi kèm bộ chuyển đổi serial sang Ethernet NPort điều khiển điều kiện truy cập từ máy chủ tới thiết bị serial bằng việc kiểm tra địa chỉ IP của máy chủ. Cài đặt một danh sách các địa chỉ IP có thể truy nhập nếu ứng dụng yêu cầu địa chỉ IP hợp lệ. Chế độ RFC2217 Chế độ RFC2217 được tích hợp trong các Dòng NPort 5000A, NPort 5000AI-M12, NPort IA5000A, Nport 5600, và NPort 5600-8-DT/DTL . Chế độ RFC 2217 tương tự như chế độ Real COM, sử dụng driver để thiết lập một kết nối giữa máy chủ với thiết bị serial bằng việc mapping cổng serial trên thiết bị Nport tới cổng COM trên máy chủ. RFC2217 xác định cách thức điều khiển cổng COM dựa trên giao thức Telnet. Driver hỗ trợ RFC2217 hiện có rất nhiều trên Internet và có thể được sử dụng để thiết lập cổng COM ảo mapping tới cổng serial trên thiết bị Nport. Chế độ TCP Server Trong chế độ TCP Server, Nport cung cấp một địa chỉ IP duy nhất: địa chỉ cổng trên mạng TCP/IP. Nport sẽ chờ một kết nối từ máy chủ, cho phép máy chủ thiết lập kết nối và lấy dữ liệu từ thiết bị serial. Chế độ hoạt động này cũng hỗ trợ tới 4 kết nối đồng thời, nhằm mục đích nhiều máy chủ có thể lấy dữ liệu từ một thiết bị serial ở cùng một thời điểm. Quá trình truyền dữ liệu được minh họa như hình vẽ:Truyền thông serial dựa trên chuẩn RS-232, RS-422, RS-485 thường được sử dụng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp để kết nối và điều khiển hàng loạt các thiết bị truyền thông serial, từ những chiếc máy đọc mã vạch đơn giản cho đến các máy móc phức tạp được điều khiển bằng máy tính (Computer Numerical Control – CNC). Tuy nhiên, do giới hạn về khoảng cách truyền, khả năng truy cập, khối lượng dữ liệu truyền tại một thời điểm và tốc độ truyền dữ liệu dẫn đến yêu cầu về tính linh hoạt phải cao hơn.
Từ đầu những năm 1990, mạng Ethernet đã trở nên ngày càng phổ biến trên thị trường truyền thông công nghiệp bởi tốc độ truyền nhanh chóng, khả năng bảo mật và tính linh hoạt. Điều này đã làm xuất hiện yêu cầu chuyển đổi giao thức serial sang Ethernet TCP/IP và các thiết bị serial device servers đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. Serial device servers cho phép người dùng tận dụng được tất cả các thiết bị serial hiện hữu mà vẫn kết nối trực tiếp được vào mạng Ethernet.
Một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với công nghệ chuyển đổi từ serial sang Ethernet (chuyển đổi từ RS -232/422/485 sang Ethernet) đó là việc truyền dữ liệu ổn định và đáng tin cậy giữa các nút mạng. Do tính chất quan trọng của một hệ thống mạng công nghiệp nênchỉ một sai sót nhỏ trong truyền dữ liệu cũng có thể gây ra những thiệt hại về chi phí và thời gian. Trong bài viết này, Moxa nhấn mạnh 3 tính chất cần thiết để đảm bảo sự kết nối ổn định trong hạ tầng mạng serial-to-Ethernet: (1) sự ổn định của máy chủ, (2) sự ổn định của hệ thống mạng, (3) sự ổn định của thiết bị.
Sự ổn định của máy chủ
Trong hạ tầng mạng serial-to-Ethernet, máy chủ là một máy tính có chức năng giám sát và điều khiển các thiết bị serial tạo thành một cấu trúc. Máy chủ giao tiếp với serial device server thông qua Ethernet và serial device server giao tiếp với các thiết bị serial được nối trực tiếp với serial device server. Các máy chủ (ví dụ máy tính) có thể bị hỏng bởi hoạt động không ổn định của phần cứng hoặc phần mềm, để giảm thiểu khả năng này thì điều quan trọng là phải bổ sung một hay nhiều máy chủ dự phòng như là một phần của hệ thống.
Một phương pháp đơn giản là sử dụng một máy chủ dự phòng, gọi là máy chủ B. Nhiệm vụ của máy này là cung cấp tính ổn định bằng cách sao lưu dữ liệu từ máy chủ chính – máy chủ A. Với cách tiếp cận truyền thống này để lưu trữ dự phòng đòi hỏi máy chủ A phải tự đồng bộ hóa với máy chủ B, máy chủ B chỉ có thể cung cấp dữ liệu dự phòng một cách hạn chế . Thêm nữa, máy chủ B không thể đọc được dữ liệu trên máy chủ A cũng không kiểm soát được hệ thống mạng thay thế cho máy A, và có thể gây sự cố cho toàn bộ hệ thống mạng. Các quản trị viên phải sao lưu và đồng bộ thủ công các máy chủ và máy chủ sao lưu cũng không thể thực hiện được các công việc như máy chủ chính (ví dụ kiểm soát hệ thống mạng).
Một giải pháp thông minh hơn là cung cấp bởi chức năng Maximum Connection được hỗ trợ bởi hầu hết các thiết bị chuyển đổi từ serial (RS-232/422/485) sang Ethernet mang mã Nport của Moxa. Chức năng Maximum Connection cho phép người dùng chỉ định một máy chủ chính có thể tự động gửi cùng lúc các tín hiệu serial hoặc lệnh điều khiển cho 4 hoặc 8 máy tính chủ khác. Mặc dù máy chủ chính chỉ có thể gửi cùng một dữ liệu hoặc câu lệnh đến mỗi máy chủ dự phòng, mỗi máy chủ dự phòng có thể có quyền điều khiển hệ thống mạng khi máy chủ chính gặp sự cố.
Độ tin cậy của hệ thống mạng
Chính hệ thống mạng Ethernet cũng có thể gặp sự cố do đó cần thiết phải thực hiện một số giải pháp dự phòng mạng. Moxa cung cấp 2 giải pháp dự phòng.
Dự phòng mạng sử dụng một mạng LAN
Công nghệ dự phòng Turbo Ring của Moxa có thể được sử dụng để ngăn sự gián đoạn và đảm bảo việc truyền tải dữ liệu ổn định tới các thiết bị. Với Turbo Ring, một đoạn của mạch vòng sẽ bị chặn để ngăn chặn switching loops và broadcast storms. Sau đó khi đường truyền ban đầu trở lại bình thường thì phân đoạn bị chặn sẽ được kết nối lại để tất cả thiết bị Ethernet tạo thành một vòng và tiếp tục quá trình truyền thông. Công nghệ Turbo Ring của Moxa có thể khôi phục hệ thống mạng trong khoảng thời gian chưa tới 100ms, trong khi đó STP cần đến 30 giây để tái kết nối và con số này đối với RSTP là 2 giây.
Dự phòng mạng sử dụng 2 mạng LAN
Máy chủ đầu cuối của Moxa hỗ trợ chế độ hoạt động dự phòng COM, có thể được sử dụng để thiết lập một mạng LAN dự phòng giữa các thiết bị serial đã kết nối tới các cổng serial của thiết bị đầu cuối và máy chủ. Cấu trúc dự phòng liên quan đến việc sử dụng 2 cổng LAN để hình thành 2 cổng LAN độc lập kết nối thiết bị đầu cuối tới máy chủ. Nếu một trong 2 mạng LAN gặp sự cố thì với các gói tin đi qua máy chủ đầu cuối mạng còn lại sẽ tiếp tục truyền gói tin giữa thiết bị serial và máy chủ,. Trên thực tế, một trong những lợi thế lớn nhất của chế độ hoạt động dự phòng COM là trong quá trình vận hành bình thường cả hai mạng LAN đều hoạt động do đó khi một trong hai LAN gặp sự cố thì LAN còn lại vẫn tiếp tục vận hành và do đó thời gian chuyển mạch sẽ bằng 0.
Độ tin cậy của thiết bị
Có hai cách có thể thực hiện để đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị serial tạo thành hạ tầng mạng serial – to – Ethernet. Cách thứ nhất là bổ sung thêm các thiết bị dự phòng serial, và cách thứ hai là kiểm soát việc quá tải dữ liệu
Bổ sung thêm các thiết bị dự phòng cấp trường
Đôi khi, để đảm bảo quá trình vận hành của lớp thiết bị được ổn định, cần lắp đặt các thiết bị serial dự phòng. Dòng Nport của Moxa hỗ trợ tính năng COM Grouping cho phép người dùng bỏ qua bước cài đặt thiết bị và bố trí các thiết bị dự phòng mới trong quá trình triển khai nói chung. Với tính năng này, người dùng có thể giữ lại các thiết lập hiện có và bổ sung các thiết bị sao lưu vào hệ thống hiện hữu một cách linh hoạt . Với các thiết bị mạng có 2 cổng serial (ví dụ: các thiết bị điện tử thông minh), COM Grouping cho phép tạo ra một COM Group cho 2 cổng này và chuyểndữ liệu từ COM Group sang cổng COM vật lý trên bộ chuyển đổi serial RS-232/422/485 sang Ethernet Nport .
Tránh tình trạng quá tải dữ liệu
Khi bộ đệm dữ liệu trên thiết bị serial nhận được dữ liệu với kích thước nhỏ hơn so với gói dữ liệu được truyền đi, phương pháp truyền thống sẽ được sử dụng để điều khiển lưu lượng phần mềm nhằm quản lý kích thước của gói dữ liệu được truyền tới thiết bị. Tuy nhiên, nếu sử dụng phương pháp điều khiển lưu lượng phần mềm truyền thống này sẽ có nguy cơ mất dữ liệu nếu quá trình truyền bị gián đoạn trước khi tất cả dữ liệu truyền đến thiết bị serial. Bởi vì việc trung tâm điều khiển có đang bận hay không gây ảnh hưởng tới việc điều khiển lưu lượng phần mềm.
Kích hoạt UART của thiết bị chuyển đổi serial sang Ethernet Nport để giải quyết vấn để kiểm soát lưu lượng một cách trực tiếp, điều khiển lưu lượng trên vi mạch có thể khắc phục được những hạn chế của phương pháp điều khiển lưu lượng phần mềm truyền thống. Cụ thể hơn, điều khiển lưu lượng trên vi mạch có thể gửi một yêu cầu Xoff tới máy chủ, dừng quá trình truyền dữ liệu ngay tức khắc để tạo ra một khoảng thời gian truyền tải đủ dài và hiệu quả.
MXstudio | EDS-G508E/EDS-G512E/EDS-G516E Series | Nport 6000 Series | Mgate 5190 Series |
IEC 61850-3 Ethernet Switches
Máy tính dùng cho ngành điện
Device Server Gateways dùng cho Trạm
Nhiều dự án năng lượng thành công trên toàn thế giới Tạo ra các lưới điện bền bỉ, phù hợp với xu thế công nghệ trong tương lai nhờ hợp tác với Moxa. Moxa là một thành viên của CIGRE và đã cung cấp giải pháp cho hơn 500 trạm truyền tải, phân phối điện và các ứng dụng điện toán trên toàn thế giới. Moxa hiện là nhà cung cấp giải pháp giám sát năng lượng mặt trời hàng đầu tại Bắc Mỹ với nhiều dự án khác nhau trong trong các hạ tầng đo lường tiên tiến trên toàn thế giới. Khách hàng hoàn toàn có thể tin tưởng vào kinh nghiệm 25 năm cung cấp giải pháp cho các ứng dụng công nghiệp.
Các giải pháp của Moxa giúp tạo ra các hệ thống mạng trạm biến áp bền bỉ và phù hợp với xu thế công nghệ trong trương lai. Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực trạm biến áp, Moxa cung cấp những giải pháp số hóa cho hơn 500 dự án hệ thống mạng máy tính và truyền thông trạm biến áp trên toàn thế giới. Trong phần này, hãy cùng chia sẻ những câu chuyện thành công trên toàn thế giới. Những câu chuyện thành công được chia thành bốn nhóm: trạm phát điện, trạm truyền tải, trạm phân phối và trạm của các xí nghiệp để có cái nhìn rõ nét hơn về cách Moxa hỗ trợ khách hàng vượt qua các thách thức khi xây dựng trạm biến áp thông minh.
Tổng quan và những yêu cầu đặt ra Điện áp: 345 kV Loại trạm: Trạm phát điện Nhu cầu của khách hàng:Lắp đặt hệ thống lưu trữ điện năng (Energy Storage System- ESS) để giám sát từ xa trạng thái của điện năng được lưu trữ. Vì sao chọn Moxa?Trạm biến áp mới theo tiêu chuẩn IEC 61850
Các kỹ sư sẽ bắt đầu công việc thiết kế một trạm điện mới từ một kho số liệu. Khi so sánh các giải pháp đi dây thông thường với giải pháp IEC 61850, rất nhiều công ty năng lượng đã lựa chọn IEC 61850, bởi giải pháp này không chỉ đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy mà còn mang lại những lợi ích khác như khả năng mở rộng và tương tác. Cùng điểm lại 3 thách thức chính mà các kỹ sư phải đối mặt khi bắt đầu xây dựng trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850:
Hiệu suất hoạt động
Một trong những vấn đề chính cần quan tâm của các kỹ sư có kinh nghiệm đó là làm cách nào để so sánh hiệu suất hoạt động của trạm biến áp dựa trên nền tảng Ethernet với nền tảng peer-to-peer truyền thống. Mối quan tâm này hoàn toàn dễ hiểu bởi trong hệ thống mạng dựa trên nền tảng Ethernet, hàng ngàn gói tin khác nhau liên tục di chuyển trên trục chính của hệ thống mạng. Nghi ngờ sẽ nảy sinh khi nhân viên kỹ thuật không hiểu rõ cách thức mà hệ thống mạng IEC 61850 phân loại các gói tin ưu tiên nhằm đảm bảo thông tin quan trong sẽ được truyền dẫn tới thiết bị nhanh nhất.
Tổng quan
Hiệu suất hoạt động của trạm biến áp trên nền tảng Ethernet chuẩn IEC 61850 có thể so sánh với trạm hardwired peer-to-peer?
Câu trả lời là có. Nhìn chung, các kỹ sư có 3 mối quan tâm chính:
IEC 61850: Ưu tiên các gói tin quan trọng Mạng Ethernet chuẩn IEC 61850 áp dụng một phương thức phân nhóm quản lý chất lượng dịch vụ (QoS - Quality of Service) thông minh để đảm bảo những dữ liệu quan trọng nhất được ưu tiên hàng đầu trong quá trình truyền dẫn. Tiêu chuẩn QoS Tiêu chuẩn QoS ưu tiên các gói tin dựa trên cổng cấu hình và cấp độ hàng chờ của chúng. Mọi gói tín trong một hàng chờ được truyền đi theo cơ chế FIFO (first-in-first-out - vào trước ra trước) mà không cần phải kiểm tra kiểu dữ liệu. Ví dụ, với phương thức này. Ví dụ, các gói tin GOOSE với mức độ ưu tiên cao nhất vẫn phải được truyền đi sau các dạng dữ liệu khác. IEC 61850 QoS Trong truyền thông trong trạm biến áp IEC 61850, GOOSE, SMV, và PTP là ba dạng dữ liệu quan trọng với mức độ ưu tiên cao. Để đảm bảo những bản tin này không bị mất, chúng phải được ưu tiên truyền đi dù cho các gói tin khác đang xếp trước trong hàng chờ của hệ thống mạng. Khi một hàng chờ IEC 61850 được sử dụng, switch Ethernet hiểu tầm quan trọng của các gói tin GOOSE, SMV, và PTP do đó luôn ưu tiên những gói tin này trong hàng đợi. | VLAN công nghệ: Đảm bảo truyền thông hiệu quả và ổn định Công nghệ VLAN được sử dụng để nhóm các thiết bị mạng theo địa chỉ IP thay vì theo vị trí vật lý. Các thiết bị dù ở bất kỳ vị trí nào trong trạm biến áp đều có thể được chỉ định thuộc cùng một mạng LAN ảo (“virtual” LAN – viết tắt VLAN) trong khi đó hai thiết bị đặt cạnh nhau có thể thuộc hai mạng VLAN khác nhau. VLAN mang lại cho hệ thống mạng trạm biến áp những lợi ích sau: Giảm thiểu lưu lượng trên đường trục chính Có thể hạn chế lưu lượng của domain mạng bằng cách nhóm các thiết bị mạng vào VLAN cụ thể nhằm tránh nút thắt cổ chai tiềm tàng trên đường trục chính. Lọc lưu lượng thông tin Thiết bị mạng được chỉ định thuộc một VLAN riêng biệt sẽ lọc những gói tin gửi từ thiết bị khác không cùng một VLAN. Điều này khá đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao giúp phân tách lưu lượng thông qua hệ thống mạng. Nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị Thiết bị ở điểm cuối của hệ thống mạng chỉ xử lý gói thông tin từ mạng VLAN của mình do đó giảm thiểu đáng kể số lượng bản tin mỗi thiết bị cần xử lý. Truyền thông chính xác Trong trạm biến áp đòi hỏi đồng bộ thời gian chính xác để đảm bảo đồng hồ của các thiết bị đo kết nối với lưới điện được chính xác. Tính chính xác của đồng hồ được tham chiếu tới tiêu chuẩn quốc gia và có thể thay đổi từ mili giây tới micro giây tùy thuộc vào ứng dụng. |
Độ ổn định
Tính ổn định là yếu tố vô cùng quan trọng trong trạm biến áp. Nếu một hay nhiều thiết bị gặp sự cố, các bộ phận trọng yếu của trạm biến áp có thể hoạt động ngoại tuyến trong thời gian dài. Do đó giảm thiểu thời gian phát hiện và xử lý sự cố là chỉ số hoạt động quan trọng đối với các kỹ sư trạm biến áp.
Tổng quan 1 Thất thoát bất kì gói tin nào đều không thể chấp nhận được trong truyền thông trạm biến áp. Đảm bảo độ tin cậy khi truyền những gói tin quan trọng là điều thiết yếu của mọi trạm biến áp. Làm thế nào để giảm thiểu tình trạng thất thoát gói tin do hiện tượng nhiễu điện từ trong trạm? Thiết bị mạng đáp ứng chuẩn IEEE 1613 Class 2 - tiêu chuẩn tối thiểu để đảm bảo truyền thông tin cậy trong môi trường nhiễu điện từ như trạm biến áp. Công nghệ NoiseGuard™ của Moxa giúp bảo vệ tốt hơn so với yêu cầu của chuẩn IEEE 1613 Class 2, đảm bảo không bị thất thoát bất kì gói tin nào. NoiseGuard™ sử dụng thiết kế cơ học tối ưu cộng với lớp vỏ thiết bị tích hợp cho khả năng truyền dẫn tốt hơn. Các thành phần tùy chọn có thể gồm bộ phát tín hiệu quang và thiết kế mạch điện với cải tiến tối ưu. Tổng quan 2 Làm thế nào dự đoán được những sợi quang sắp hết tuổi thọ giúp các kỹ sư kịp thời thay thế trước khi chúng không hoạt động được nữa? Hiệu suất hoạt động của cổng quang được tính bằng khoảng thời gian cổng này hoạt động tốt. Để tránh các sợi quang gặp sự cố cần có một thiết bị dự đoán trước lỗi. Hầu hết các giải pháp hiện nay chỉ hỗ trợ giám sát sợi quang SFP. FiberCheckTM của Moxa có thể sử dụng cho các switch trong trạm biến áp để giám sát các dạng đầu nối ST/SC cũng như SFP và thông báo cho hệ thống SCADA thông qua SNMP hoặc MMS khi phát hiện vấn đề bất thường, giúp các vận hành viên nhanh chóng tiến hành bảo trì. Báo cáo và cảnh báo có thể được gửi đi đi bằng một trong các cách sau: cổng mạng, cổng điều khiển serial, CLI, báo cáo MMS, rơ le số, SNMP traps, các mục được ghi trong lịch sử của hệ thống. Năng lượng, nhiệt độ và dòng điện được truyền tải dọc theo các kết nối quang sợi trong thời gian thực. Tổng quan 3 Các dữ liệu quan trong phải được truyền qua process bus với độ trễ tối đa 4ms (liên động IED). Công nghệ dự phòng nào có thể đáp ứng được yêu cầu này? Các nhà thiết kế sẽ phải xem xét tới yếu tố giá thành khi nâng cấp lên nền tảng truyền thông Ethernet đáp ứng các yêu cầu về dự phòng. Trên thực tế không tồn tại một giải pháp chuẩn và chi phí sẽ phụ thuộc vào loại giải pháp được lựa chọn. Giải pháp dự phòng không gián đoạn - PRP/HSR của Moxa đáp ứng chuẩn IEC 62443-3. Đây là một giải pháp tích hợp, có khả năng mở rộng cho hạ tầng truyền thông và nền tảng quản lý. Tổng quan 4 Yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy trong hoạt động quản lý trạm biến áp là sự hoạt động ổn định của hệ thống. Tuy nhiên khi hệ thống không ổn định, bằng cách nào để khôi phục lại trạng thái bình thường của nó một cách nhanh nhất có thể? Các kỹ sư thường gặp trở ngại bởi ít am hiểu về domain và không quen với qui trình khôi phục gồm nhiều bước. | Moxa Smart Recovery™ là một công cụ phục hồi tự động nền BIOS cho phép các kỹ sư kích hoạt quá trình khôi phục OS một cách tự động nhằm giảm thiểu thời gian gián đoạn. Công cụ hồi phục hoàn toàn tự động Thiết kế đặc biệt cho các trạm điều khiển từ xa hoặc không người trực, có thể tự kích hoạt quá trình khôi phục. Quá trình khôi phục thủ công trải qua hai bước Hỗ trợ quá trình khôi phục đơn giản chỉ với 2 bước bằng công cụ hoặc sử dụng thiết bị lưu trữ USB giúp các kỹ sư nhanh chóng phục hồi hệ điều hành Tổng quan 5 Làm sao để cải thiện hiệu suất hoạt động của CPU, dung lượng bộ nhớ khả dụng, dung lượng lưu trữ và nhiệt độ của hệ thống? Những yếu tố này có thể gây ảnh hưởng tới việc quản lý và giám sát thời gian thực. Proactive Monitoring là một công cụ hiển thị tiên tiến của Moxa cho các máy tính công nghiệp, cho phép giám sát tình trạng của máy tính thông qua việc theo dõi tình trạng sử dụng CPU, bộ nhớ khả dụng, phân vùng ổ cứng, nhiệt độ vận hành của CPU và bo mạch chủ, giám sát nguồn điện dự phòng, kích hoạt rơ le đầu ra cung cấp các cảnh báo bằng âm thanh hoặc hình ảnh. Ngoài ra có thể cấu hình công cụ để kích hoạt những cảnh báo dựa trên các tiêu chuẩn do người dùng định nghĩa. Tổng quan 6 Môi trường trạm biến áp với nhiệt độ khắc nghiệt từ -40 đến 75°C, bụi bẩn có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của các máy tính. Máy tính làm mát CPU nhờ quạt không hoạt động được trong những điều kiện trên. Nhiều trạm biến áp chuyển sang sử dụng máy tính không quạt để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt của trạm biến áp. Máy tính ở trạm biến áp cần được cách ly với môi trường bên ngoài và không sử dụng bất cứ loại quạt nào. Không có quạt giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của máy tính, giúp máy tính có thể hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cực đoan ở các trạm biến áp. Vì vậy, các kỹ sư phải thiết kế để các bảng mạch có nhiệt độ cao nhất phải được đặt tại trung tâm của máy tính, giúp có thể tản đi ngay lập tức một lượng nhiệt lớn nhất có thể. Với các hệ thống không quạt, thông thường toàn bộ phần vỏ ngoài thiết bị được sử dụng như một tản nhiệt lớn, với khe tản nhiệt, chiều cao, độ dày và các điểm tiếp xúc được tinh chỉnh cẩn thận để tối ưu hóa khả năng tản nhiệt. Những yếu tố trên cần được đánh giá và điều chỉnh một cách thận trọng để đạt hiệu quả tản nhiệt tối đa. Điều đó có nghĩa là thiết kế một máy tính hoàn toàn không quạt là một thách thức kỹ thuật không nhỏ, với chi phí lớn hơn máy tính có quạt. Nhưng chí phí tăng thêm là hoàn toàn hợp lý bởi sử dụng máy tính không quạt giúp tăng cường độ tin cậy, giảm thiểu kích cỡ, sự phức tạp, chống chịu tốt hơn với bụi bẩn, nhiệt độ và sự ăn mòn. |
Khả năng quản lý
Tổng quan 1 Cấu hình chính xác các thiết bị mạng là một điều khó khăn với các kỹ sư trạm biển áp, bởi cấu hình không chính xác có thể khiến hạ tầng truyền thông không ổn định và hoạt động sai chức năng. Tiện ích cấu hình trạm (Substation Configuration Wizard) độc quyền của Moxa có thể giải quyết được khó khăn này. Trạm biến áp là một môi trường đặc biệt, cài đặt IT sẽ chỉ yêu cầu một vài đặc tính chính. Do đó, cần đơn giản hóa quá trình cấu hình. Bằng cách giảm thiểu giao diện cấu hình, chỉ giữ lại những tính năng mạng có liên quan, việc cài đặt và bảo trì sẽ trở lên hiệu quả hơn. Như minh họa trong hình, các kỹ sư có thể sử dụng tiện ích cấu hình của Moxa để bố trí các thiết bị mạng chỉ trong 7 bước Tổng quan 2 Một nền tảng quản lý an toàn và mạnh mẽ là yếu tố quan trọng trong tự động hóa trạm biến áp. Tuy nhiên, khi một loạt các ứng dụng cùng vận hành trên một hệ thống đơn lẻ thì hiệu suất tổng thể sẽ bị suy giảm đáng kể. Việc duy trì nhiều nền tảng quản lý khác nhau sẽ gây tốn kém chi phí và khó khăn trong quá trình thực hiện. | Hiệu suất hoạt động và bảo vệ Phần lớn các máy tính nhúng được sử dụng trong trạm biến áp để chạy nhiều ứng dụng và hệ điều hành khác nhau. Trong những trường hợp như vậy, các kỹ sư muốn sử dụng công nghệ ảo hóa như VMware để chạy các máy ảo độc lập vì những lợi ích sau: Giảm thiểu chi phí VMs tăng cường hiệu quả và tận dụng được nền tảng phần cứng x86 hiện hữu do đó giảm thiểu chi phí thay thế phần cứng mới. Cách ly ứng dụng Tùy thuộc vào khả năng của nền tảng phần cứng, có thể chạy mỗi ứng dụng trên một VM riêng biệt để cô lập hoàn toàn các ứng dụng. Hoặc cũng có thể chạy những những dụng quan trọng và không quan trọng trên các VM riêng để đảm bảo nếu một bộ ứng dụng gặp sự có thì những ứng dụng khác vẫn tiếp tục hoạt động. Kéo dài tuổi thọ của các ứng dụng hiện hữu Có thể sử dụng VM để chạy các ứng dụng và OS hiện hữu trên những máy tính với nền tảng phần cứng hoặc các OS mới. Tuy nhiên không phải tất cả các máy tính đều tương thích với Vmware. Dấu hiệu nhận biết sản phẩm đáp ứng những tiêu chuẩn để có thể tương thích với Vmware đó trên sản phẩm có hiển thị logo của Vmware. |
Tổng quan 3
Nâng cấp các kết nối truyền thông peer-to-peer khác nhau trên cùng một mạng và tìm kiếm các lỗi truyền thông là công việc cực kỳ phức tạp. Một trong những mối lo lắng hàng đầu của các kỹ sư trạm biến là phải đợi các chuyên gia hệ thống mạng đến làm việc tại trạm làm kéo dài thời gian chết của hệ thống.
Hỗ trợ MMS tích hợp dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850-90-4, switch Ethernet PowerTrans của Moxa cung cấp cho các kỹ sư trạm lợi thế lớn quản lý lớn bằng cách tích hợp PSCADA khiến việc quản lý các switch Ethernet giống như quản lý các thiết bị đáp ứng chuẩn IEC-61850.
Với nền tảng MMS, các nhà tích hợp và các kỹ sư tự động hóa có thể hiển thị toàn bộ mạng lưới các thiết bị tự động hóa dọc theo các lớp thông tin về quá trình chỉ trên một thiết bị SCADA duy nhất. Do không cần phải cài đặt và cấu hình phần mềm NMS riêng cho các thiết bị IT trên hệ thống trạm biến áp, các vận hành viên sẽ được hưởng những lợi ích như: tích hợp tự động hóa toàn diện hơn, cải thiện hiệu quả quản lý và tiết kiệm chi phí triển khai.
Tổng quan 4
Quản lý phân cấp với các giao thức khác nhau (MMS, khung giám sát PRP/HSR, SNMP) tăng sự phức tạp và giảm hiệu quả. Một vấn đề khó khăn đó là nếu các kỹ sư trạm biến không thể phân tích trạng thái truyền thông của mạng PRP/HSR một cách hiệu quả, thì sẽ gây khó khăn cho việc tiến hành một bảo trì, phòng ngừa khi chỉ có duy nhất một đường truyền hoạt động.
Một máy tính PRP/HSR là sự lựa chọn tốt nhất để đảm bảo độ tin cậy cao khi giám sát mạng PRP/HSR. Với việc tích hợp các middleware (phần sụn) được thiết kế đặc biệt, máy chủ quản lý PPR/HSR có thể cho phép hệ thống Power SCADA thu thập và phân tích dữ liệu thô từ nhiều thiết bị phân tán khác nhau. Trạng thái hiện hữu của mạng dự phòng có thể được giám sát một cách toàn diện và điểm nút sự cố có thể được phát hiện ngay lập tức. Điều này làm cho việc xử lý sự cố thời gian thực trở thành một công việc đơn giản. Middleware PRP/HSR hỗ trợ cả giao diện SNMP và MMS, cho phép kết nối nhiều thiết bị trạm chạy trên các giao thức truyền thông khác nhau bao gồm các thiết bị PRP/HSR. Khung giám sát từ các thiết bị PRP/HSR được chuyển đổi thành định dạng SNMP hoặc MMS ở cấp thiết bị và được gửi cho middleware để phân tích. Tích hợp middleware và hệ thống Power SCADA cho phép dễ dàng sử dụng và đọc tất cả dữ liệu trong hệ thống Power SCADA của trạm biến thông qua giao thức MMS. Vận hành viện tại trạm biến áp sẽ dễ dàng để quản lý tất cả các thiết bị trên hệ thống PRP/HSR thông qua công cụ Power SCADA. Hơn nữa, việc xử lý sự cố được dễ dàng hơn khi mọi điểm nút sự cố đều được hiển thị trên hệ thống Power SCADA giúp tăng cường tính tin cậy và ổn định của SAS hay bất kỳ ứng dụng PRP/HSR nào khác.
Những lợi ích trong công nghệ PRP/HSR tích hợp của Moxa
Khả năng mở rộng và linh hoạt của PRP/HSR Redundancy Box
Native PRP/HSR Computer
Cải tạo Trạm biến áp
Trong những trạm điện hiện hữu đang sử dụng hàng trăm ngàn thiết bị serial, một số thiết bị đã được sử dụng trong vòng từ 20 đến 30 năm. Chỉ với những cải tiến nhỏ để đáp ứng IEC 61850, các trạm biến áp này có thể đạt được những lợi ích to lớn. Tuy nhiên, để thực hiện những cải tiến này, cần phải kết nối các thiết bị hiện hữu vào mạng TCP/IP hiện đại, cũng như thực hiện chuyển đổi giao thức để cho phép các thiết bị có thể kết nối với nhau. Ba thách thức chính đặt ra cho các kỹ sư trong quá trình cải tạo một trạm biến áp và cách giải quyết chúng:
Chủng loại thiết bị đa dạng
Một trong những khía cạnh chính của hiện đại hóa trạm hiện đại là vấn đề ngắt các thiết bị hiện hữu ra khỏi mạng serial (sẽ dễ dàng hơn nếu chỉ có một hay nhiều thiết bị serial kết nối trực tiếp với một hay nhiều PC), sau đó thiết lập lại kết nối của các thiết bị thông qua mạng TCP/IP hiện đại. Công việc có vẻ đơn giản, đặc biết khi thị trường hiện nay có rất nhiều các thiết bị chuyển đổi serial sang Ethernet. Nhưng thực tế, việc có quá nhiều lựa chọn lại khiến quá trình trở nên phức tạp bởi cần xác định loại thiết bị phù hợp với ứng dụng.
Từ một giao thức này tới một giao thức khác Một trong những vấn đề cần phải đối mặt là các thiết bị hiện hữu từ những nhà cung cấp khác nhau sẽ sử dụng những giao thức truyền thông khác nhau. Có thể chia vấn đề thành 3 loại khác nhau: Các thiết bị sử dụng các giao thức chuẩn công nghiệp Trong trường hợp này, cấu trúc chính xác của các gói dữ liệu được được gửi vào và ra khỏi thiết bị là xác định. Các nhà cung cấp như Moxa có thể phát triển các thiết bị gateway Ethernet công nghiệp dùng để chuyển đổi giữa hai hoặc nhiều loại cấu trúc gói dữ liệu, đặc biệt giữa dạng serial và dạng Ethernet. Một ví dụ điển hình là dòng sản phẩm MGate MB3000 của Moxa có thể chuyển đổi giữa giao thức Modbus RTU/ASCII và Modbus TCP. Các thiết bị sử dụng giao thức độc quyền Trong trường hợp này, chỉ có chủ sở hữu của giao thức mới biết cấu trúc chính xác của gói dữ liệu. Để giải quyết những vấn đề này, các sản phẩm serial-to-Ethernet của Moxa hỗ trợ truyền đa giao thức, tức đóng gói dữ liệu từ thiết bị thành gói dữ liệu TCP/IP sau đó gửi qua hệ thống mạng tới các máy tính. Một trình điều khiển của Moxa cài đặt trên máy tính để nhận các gói tin TCP/IP, giải nén các gói dữ liệu độc quyền và đưa tới phần mềm độc quyền. Trong thực tế, các thiết bị Nport làm việc với trình điều khiển để đánh lừa các phần mềm độc quyền trong máy tính tưởng rằng chúng vẫn được kết nối trực tiếp tới các thiết bị độc quyền. Các thiết bị hoạt động một cách tối ưu với các ứng dụng phần mềm tùy chỉnh Nếu hệ thống trạm sử dụng các ứng dụng phần mềm tùy chỉnh để tăng giá trị và tối ưu hoạt động, cần phải có một máy tính với chức năng đặc biệt giữa hệ thống mạng và các thiết bị để chạy các ứng dụng. Trong một số hệ thống trạm cải tạo, vận hành viên sử dụng các giao thức tùy chỉnh thay vì giao thức chuẩn hoặc giao thức độc quyền. Trong trường hợp như vậy cần thiết có những nền tảng máy tính mở nhúng để phát triển các ứng dụng riêng cho các giao thức tùy chỉnh. Các dữ liệu thu được qua giao thức tùy chỉnh được lưu trữ một cách hữu ích. Các thông số kỹ thuật khác nhau cho các hệ thống khác nhau Tùy thuộc vào quy mô hoạt động và yêu cầu mặt hiệu suất của hệ thống, các đặc điểm kỹ thuật của thiết bị được cài đặt có thể thay đổi theo từng hệ thống khác nhau. Ví dụ, dải điện áp đầu vào có thể từ 100 đến 240 V đối với đầu vào AC và từ 12V đến 48V thậm chí là 300V đối với đầu vào DC. Giao diện kết nối Ethernet có thể là cổng đồng hoặc quang tùy thuộc vào yêu cầu về khoảng cách và tương thích điện từ và yêu cầu về lắp đặt như gắn DIN-rail hay rack cũng có thể làm thay đổi tính chất của dự án. Thời gian là vấn đề then chốt Hệ thống SCADA được sử dụng để giám sát và quản lý hoạt động của trạm biến áp tiên tiến bằng cách liên tục thu thập và phân tích một lượng lớn dữ liệu từ nhiều thiết bị và máy tính trong hệ thống trạm. Có hai khía cạnh đặc biệt quan trọng về mặt thời gian của quá trình này: Các nhãn thời gian hữu ích Khi các sự kiện xảy ra tại những vị trí khác nhau trong trạm biến áp, thiết bị ghi sự cố tại chỗ sẽ thêm một nhãn thời gian tùy thuộc vào thời gian tại chỗ của thiết bị, sau đó gửi thông tin sự kiện để phân tích. Vì lý do này, các nhãn thời gian đến từ các phần khác nhau của hệ thống phải cùng một nền tảng và cùng một thời gian. Để đạt được điều này, các giao thức đồng bộ thời gian được sử dụng để đồng bộ tất cả đồng hồ trong hệ thống. Truyền tải dữ liệu thời gian thực Thông tin dù được truyền đi với tốc độ ánh sáng thì cũng phải mất một khoảng thời gian nhất định để truyền từ điểm A đến điểm B, nên thời gian thực được hiểu là giữ thời gian truyền thông tin ở mức mili giây. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống điều khiển, bất kể sự chậm trễ nào trong việc tiếp nhận tín hiệu điều khiển tới bộ điều khiển trong quá trình phản hồi tới cảm biến có thể làm sai lệch hoạt động của toàn bộ hệ thống. Trong các dự án cải tạo trạm, các thiết bị serial hiện hữu có thể sử dụng giao thức đồng bộ thời gian serial IRIG-B. Ngược lại, một hệ thống mạng IEC 61850 sẽ sử dụng giao thức đồng bộ thời gian IEEE 1588 dựa trên nền tảng Ethernet. Để giải quyết vấn đề này cần sử dụng các thiết bị cho phép chuyển đổi giữa hai giao thức.Các tiêu chuẩn có thể mang lại thành công hoặc thất bại
Tiêu chuẩn IEC 61850-3 Class C3
Chuẩn IEC 61850-3 Class C3 và IEEE 1613 quy định các yêu cầu về tương thích điện từ và truyền thông cho thiết bị mạng sử dụng trong trạm biến áp. Máy tính trong trạm và các switch Ethernet phải đạt chuẩn IEC 61850-3 và IEEE 1613 để đảm bảo chống lại những tác động từ điều khiện môi trường. Những yêu cầu tối thiểu bao gồm:
Khả năng tích hợp
Các kỹ sư quản lý và cải tạo trạm điện thể rất giỏi về mặt chuyên môn song có thể không có những hiểu biết cần thiết về truyền thông domain để cải tiến trạm biến áp theo chuẩn IEC 61850 hoặc không có thời gian để liên kết các thiết bị trong quá trình tích hợp. Khi quyết định cách thức tiến hành, bao gồm sử dụng sản phẩm nào để chuyển đổi phù hợp với chuẩn IEC 61850 cần lưu ý những điều sau:
Phù hợp với cấu hình
Vấn đề thường gặp trong quá trình cài đặt là cấu hình các thiết bị serial sang Ethernet. Đặc biệt trong các dự án cải tạo, các kỹ sư luôn muốn giành nhiều thời gian trong việc kiểm tra chức năng của hệ thống hơn là giải quyết các vấn đề truyền thông. Do đó, quá trình cấu hình càng dễ dàng sẽ càng cải thiện hiệu quả cấu hình của toàn bộ dự án.
Dễ dàng cấu hình trong 3 bước:
Dải nhiệt độ vận hành rộng
Khi cải tạo trạm, các kỹ sư sẽ phải giải quyết vấn đề dải nhiệt độ rộng của hệ thống vận hành bởi các trạm biến áp hiện hữu được xây dựng trong một thời gian dài và được đặt trên nhiều vùng địa lý. Đôi khi những hạn chế xuất phát từ yêu cầu duy trì hệ điều hành hiện hữu bởi các trình điều khiển được sử dụng để đọc các thiết bị cuối chỉ hoạt động trên những hệ thống này. Đôi khi, người sử dụng cuối cùng muốn cập nhật hệ điều hành bởi tuổi thọ của chúng. Do đó, giải pháp IEC 61850 phải hỗ trợ nhiều trình điều khiển cho các thiết bị serial sang Ethernet trên các hệ điều hành khác nhau.
Một nền tảng không đơn thuần chỉ là một nền tảng
Vì các máy tính nhúng thường được sử dụng để tùy chỉnh, tối ưu và thực hiện nhiều tác vụ khác nhau nên việc lựa chọn nền tảng phần cứng phù hợp là vô cùng quan trọng.
Hỗ trợ trình biên dịch riêng
Kỹ sư phải làm việc với một loạt các công cụ, mã nguồn và các con số nhị phân để biên dịch phần mềm cho các nền tảng khác nhau. Một nền tảng hỗ trợ trình biên dịch riêng sẽ khiến mọi thứ trở nên dễ dàng hơn
Hệ điều hành
Máy tính nhúng sử dụng trong giải pháp serial sang Ethernet không chỉ dùng để chuyển đổi giao thức. Thời gian phát triển các giải pháp phụ thuộc vào hệ điều hành và các gói tin được hỗ trợ.
Khả năng truyền thông không dây
Đối với trạm phân phối theo khu vực địa lý, giải pháp không dây thường xuyên được lựa chọn cho truyền thông và dự phòng. Tuy nhiên, không có bất kỳ sự kiểm định khắt khe nào về tính ổn định của các giải pháp không dây. Một vài nhà sản xuất đã xác định tiêu chí riêng của họ trong việc lựa chọn nền tảng không dây cho trạm IEC 61850
Vận hành
Khi trạm điện đã được cải tạo theo chuẩn IEC 61850 và đi vào hoạt động, sẽ nảy sinh ra nhiều vấn đề vì vậy cần phải đặc biệt lưu ý. Dưới đây là một vài điều cần chú ý:
Lỗi xử lý sự cố truyền thông Do không đủ hiểu biết về domain, xử lý sự cố truyền thông luôn là vấn đề khó khăn đối với các kỹ sư trạm. Trong các trạm cải tạo, giải quyết các lỗi truyền thông serial ví dụ lỗi Modbus thậm chí còn khó khăn hơn bởi các kỹ sư trạm thường mất thời gian để thử nghiệm nhiều lần nhằm giải quyết vấn đề. Các sản phẩm hỗ trợ tính năng giám sát lưu lượng dữ liệu và kiểm tra giao thức có thể giúp xác định được lỗi truyền thông serial qua đó giảm thiểu tác động do hệ thống ngưng hoạt động. Ưu tiên các tin nhắn Modbus Trong hệ thống điều khiển và giám sát, các lệnh theo dõi dữ liệu quan trọng và các yêu cầu khẩn cấp được ưu tiên hàng đầu. Lệnh đo lường thông thường không quan trọng. CMS tạo ra cảnh báo hoặc lỗi nếu một chức năng quan trọng không được giải quyết ngay lập tức. Để giải quyết vấn đề này nên tìm kiếm các sản phẩm có tính năng ưu tiên các lệnh quan trọng như tin nhắn Modbus. | Hiệu suất hoạt động và khả năng bảo vệ Hầu hết các máy tính nhúng trong trạm biến áp được sử dụng để chạy nhiều ứng dụng và hệ điều hành khác nhau. Trong nhiều trường hợp, các kỹ sư muốn sử dụng công nghệ ảo hóa như VMware để chạy những máy ảo độc lập bởi những lợi ích sau: Giảm thiểu chi phí VMs nâng cao hiệu quả và tận dụng được nền tảng phần cứng hiện hữu x86 Cách ly ứng dụng Tùy thuộc vào khả năng của nền tảng phần cứng, có thể chạy mỗi ứng dụng trên một máy ảo riêng để cách ly hoàn toàn ứng dụng. Cũng có thể chạy những ứng dụng quan trọng và không quan trọng trên các máy ảo khác nhau để đảm bảo nếu một ứng dụng lỗi thì ứng dụng còn lại vẫn tiếp tục hoạt động Kéo dài tuổi thọ của ứng dụng hiện hữu Có thể sử dụng các máy ảo để chạy các ứng dụng và hệ điều hành hiện hữu trên máy tính với nền tảng phần cứng hoặc hệ điều hành mới Tuy nhiên, không nên cho rằng mọi máy nền tảng máy tính đều tương thích với VMware. Sản phẩm tương thích và tích hợp với VMware sẽ có logo VMware. |
Xỷ lý sự cố của hệ thống
Cần thiết có một hệ thống khôi phục OS thông minh cho trạm điều khiển từ xa. Không có hệ thống khôi phục OS, sự cố của phần mềm hệ thống dù trong hệ điều hành hay trong các ứng dụng trạm biến áp cục bộ có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Theo ước tính, 30% trong tổng số các trường hợp sự cố máy tính là sự cố do phần mềm gây ra. Tuy nhiên, hầu hết các kỹ sư trạm không đủ sự hiểu biết về domain máy tính trong việc khắc phục và xử lý các vấn đề của hệ thống. Để giảm thiểu thời gian gián đoạn, một hệ thống phục hồi tự động trên BIOS là vô cùng có giá trị đối với quá trình cài đặt trạm biến áp.
Một ví dụ điển hình là Moxa Smart Recovery™, một công cụ cho phép tự động phục hồi hệ thống bằng cách kích hoạt tính năng OS re-writes. Hệ thống kích hoạt quá trình phục hồi sử dụng một bản sao của toàn bộ hệ thống được tạo ra khi máy tính nhúng được triển khai thành công lần đầu tiên, và chúng được lưu trữ trên máy tính hoặc các ổ đĩa ngoài. Phương thức phục hồi này giúp tối thiểu hóa thời gian chết khi hệ thống gặp sự cố:
Đối với những trạm được giám sát bởi kỹ sư điện, đòi hỏi phải kiểm tra thông số hai lần trước khi bắt đầu quá trình phục hồi OS, các kỹ sư có thể cung đường dẫn tới tập tin ảnh và chỉ cần khởi động máy tính để hoàn tất quá trình.
moxa-archives-page-7-of-8-safenergy-i-din-moxa-ti-vit-nam