Thu thập dữ liệu TBA
Sự phát triển nhanh của công nghệ, RTU dần được thay thế bằng một hệ thống điều khiển máy tính trạm. Dữ liệu của mỗi ngăn lộ thu thập bằng một bộ BCU. Trong trạm có Gateway để thu thập dữ liệu của các ngăn lộ. Gateway đóng vai trò giống RTU, thu thập dữ liệu trong trạm, gửi dữ liệu đến trung tâm điều khiển và nhận lệnh từ trung tâm điều khiển đến các BCU.
Mô hình TBA điều khiển máy tính trạm
Trong mô hình trên tại TBA có các thiết bị sau:
– BCU: tại mỗi ngăn lộ sẽ có bộ BCU để thu thập dữ liệu từng ngăn lộ.
– Switch: để kết nối các thiết bị trong TBA. Các switch được kết nối với nhau bằng 2 đường, đảm bảo an toàn cho hệ thống khi bị đứt 1 đường.
– Gateway: thu thập dữ liệu của các BCU gửi dữ liệu đến A1 (hoặc TTĐK) và nhận lệnh điều khiển từ TTĐK gửi lệnh đến BCU để thực hiện thao tác.
– GPS: nhận tín hiệu đồng bộ thời gian, cấp thời gian đồng bộ cho toàn bộ hệ thống.
– HMI: màn hình giao diện hiển thị thông số vận hành cho nhân viên trực vận hành trạm.
– Máy tính kỹ sư: cài đặt các phần mềm để truy cập các thiết bị, thay đổi cấu hình các thiết bị.
Trong TBA điều khiển máy tính trạm BCU, Rơ le trao đổi dữ liệu với Gateway bằng giao thức IEC 61850, và Gateway trao đổi dữ liệu và nhận lệnh điều khiển với A1/TTĐKX bằng giao thức IEC 60870-5-104.
Để đảm bảo sự hoạt động ổn định, có tính dự phòng cao trong một TBA có thể có 02 Gateway (01 đóng vai trò hoạt động chính, 01 đóng vai trò dự phòng). Đối với mỗi ngăn lộ cũng có thể có 02 BCU, kết nối đến 02 switch khác nhau.
Mô hình hệ thống có 02 Gateway
Một số mô hình TBA điều khiển máy tính của hãng Toshiba, trong đó Station đóng vai trò là Gateway, Engineering là máy tính kỹ sư, operator là HMI. Số lượng Gateway, BCU tùy thuộc vào yêu cầu độ ổn định, độ an toàn của hệ thống.
Mô hình 2 gateway:
Mô hình mỗi ngăn lộ có 02 BCU hoặc Rơ le. Trong mô hình này, có 02 gateway, mỗi ngăn lộ có 02 BCU được kết nối đến 02 switch theo 02 hướng khác nhau, đảm bảo tính dự phòng cao về cả thiết bị và đường truyền.
Mô hình TBA kế thừa RTU hiện hữu thành TBA KNT
Hệ thống RTU để kết nối đến A1 chỉ thu thập tín hiệu ngăn lộ tổng và MBA. Để chuyển đổi thành TBA KNT cần thu thập thêm phía xuất tuyến và nhiều thông số khác. Mô hình của 1 TBA đã có RTU cải tạo thành TBA KNT như hình dưới:
Trong mô hình này:
- Gateway đóng vai trò thu thập dữ liệu của các thiết bị trong TBA và gửi đến TTĐKX
- Các bộ I/O bổ xung để thu thập điều khiển các ngăn lộ xuất tuyến được gửi đến Gateway.
- Các thông tin hiện đã có RTU thu thập được sẽ gửi đến Gateway.
Một số giao tiếp truyền thông hay sử dụng trong TBA
Giao tiếp RS232
Chuẩn giao tiếp RS232 (tương ứng với chuẩn Châu Âu CCITT V.24) lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối điểm – điểm giữa hai thiết bị đầu cuối, giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu.
Đặc điểm:
– Kết nối điểm điểm (máy tính – máy tính).
– Khoảng cách truyền tối đa 15m.
– Sử dụng 3 dây để truyền tín hiệu.
RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa dây dẫn và đất (so sánh điện áp chân RX và GND). Các mức điện áp như sau:
+ Mức 0: +3V đến +12V
+ mức 1: -12V đến -3V
Quá trình truyền dữ liệu
+ Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền. Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (start bit) để thông báo cho bộ nhận biết 1 ký tự sẽ được gửi trong các lần truyền bit tiếp theo, bit này luôn bắt đầu bằng mức điện áp 0, tiếp theo là các bit dữ liệu được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5, 6, 7, 8 bit). Sau đó là 1 bit kiểm tra chẵn lẻ, cuối cùng là bit dừng (bit stop), có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng.
Tốc độ baud: đây là tham số đặc trưng của RS232. Tham số này đặc trưng cho tốc độ truyền nhận dữ liệu hay tốc độ bit (tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1s hay số bit truyền được trong 1s). Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau.
Bit chẵn lẻ hay Parity bit được sử dụng để kiểm tra lỗi đường truyền. Thực chất là quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền.
Giao tiếp RS485
Giao tiếp RS485 là một sự phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Đặc điểm nổi trội của RS485 là hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên đường truyền, có tốc độ baud 115200, khoảng cách là 1200m. RS485 sử dụng kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở dây này cũng xảy ra nhiễu ở dây kia, tức là hai dây có cùng mức nhiễu. Điều này làm cho điện áp chênh lệch giữa hai sợi bị thay đổi không đáng kể. RS485 được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp, nơi mà các môi trường nhiễu cao và cần sự tin tưởng ổn định của hệ thống. Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ cao cũng là một ưu điểm.
Truyền dẫn cân bằng: hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai tín hiệu A, B. Một sợi đang phát ở mức cao thì sợi kia phải phát ở mức thấp và ngược lại. Tín hiệu mức 1 khi điện áp A lớn hơn B tối thiểu 200mV, tín hiệu mức 0 khi điện áp dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu 200mV. Điện áp -200mV<= Vab<=200mV tín hiệu này gọi là rơi vào vùng bất định. Điện thế mỗi dây so với GND của bên thu từ -7V đến +12V.
Tín hiệu của dây A, B
Đôi dây truyền đối xứng
Mô hình tín hiệu:
Tín hiệu truyền trên đôi dây
RS485 có đặc điểm:
– Có thể truyền ở khoảng cách lên tới 1200m
– Có thể kết nối nhiều thiết bị với nhau (tối đa 32 thiết bị).
Mô hình kết nối nhiều thiết bị sử dụng RS485:
Giao tiếp Ethernet (Switch)
Ban đầu, Ethernet là mạng cục bộ do Công ty Xerox, Intel, Digital xây dựng và phát triển. Sau này, ethernet được tổ chức IEEE (tổ chức phi lợi nhuận viện điện và điện tử) chuẩn hóa năm 1983 với tên gọi IEEE 802.3. Ngày nay mạng ethernet được sử dụng rất phổ biến.
Mạng Ethernet là một mạng có môi trường truyền thông chia sẻ. Tất cả các trạm trên mạng Lan đều chia sẻ số băng thông của mạng, băng thông có thể là 10Mbs, 100Mbs, 1000Mbs.
Hệ thống mạng LAN
Chuẩn bấm đầu mạng A, B
Đặc điểm:
– Có thể kết nối nhiều thiết bị với nhau.
– Khoảng cách truyền hạn chế (khoảng 100m, tùy thuộc loại cáp mạng sử dụng).