Mạng truyền thông công nghiệp scada lý thuyết thực hành

S ĩ» TS LÊ NGỌC BÍCH KS PHẠM QUANG HUY MẠNG THYẾR THONG CiNG NGHIỆF Dùng cho trường Đại học ụà Cao đẳng chuyên ngành Điện Điện tử cống nghiệp ĩự động hóa Giao thống ụận tải TS LÊ NGỌC BÍCH - KS PHẠM QUANG HUY MẠNG TRUYẼN THỐNG CƠNG NGHIỆP SCADA ( l í T IU V Ê T - THỰC HẦMH) TRƯỜNG £)At H fC QUY NHƠN _ T H Ư vvo 1ỆN m G ( o NHÀ XUẤT BẢN THANH NIÊN MAUS TBUYÉH THỜHB GỔHS HBHIỆP SCAPA (LÝ THUYẾT ■ THựC HÀHH) LÚI M Í BẤU TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.S7 USER'S MANUAL WINCC USER'S MANUAL http://profibus.felser.ch/en/ LẬP TRÌNH VỚI PLC S7 1200 VÀ S7 1500 Ngô Văn Thuyên - Phạm Quang Huy Nhà xuất Thanh Niên - 2019 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH VỚI S7-TIA PORTAL Phạm Quang Huy - Nguyễn Duy Ngọc Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2015 Tự ĐỘNG HĨA TRONG CƠNG NGHIỆP VỚI S7 VÀ WINCC7 Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy Nhà xuất Giao Thông - 2011 GIAO DIỆN NGUỜI VÀ MÁY - LẬP TRÌNH VỚI S7 VÀ WINCC Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy Nhà xuất Giao Thông - 2008 TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN PROFIBUS DP&FMS Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM-Trung tâm Việt Đức - 2006 Tự ĐỘNG HĨA TÍCH Hộp TỒN DIỆN VỚI SIMATIC S7 Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM-Trung tâm Việt Đức - 2006 10 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Hoàng Minh Sơn Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2005 11 PRACTICAL SCADA FOR INDUSTRY David Bailey - Edwin Wright Nhà xuất Elsevier - 2003 MẠNG TRUYỀN THỜH6 CỒNG N6HIỆP 8CADA (LÝ THUYẾT • THựC HÀNH) 101 MỞ BÁU LỜI MỞ ĐẦU SCADA viết tắt từ chữ đầu (Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu nhằm hỗ trợ người q trình giám sát điều khiển từ xa Nói cách khác, Scada hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa cấp cao hệ điều khiển tự động thông thường Đ ể điều khiển giám sát từ xa, hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người - máy (HMI - Human Machine interface) Cấu trúc chung hệ SCADA minh họa hình sau: Hệ thống điều khiển giám sát Nối trực tiếp Nối qua mạng NI: (Network Interface) Giao diện mạng I/O: ịlnpuưOutput) Vào/Ra LỜI M Ỉ BẦU MẠHB TBIIYÉH THÕNG CỔNG H6HIỆP SCADA (LỶ TBUYẼT • THựC HÀNH) CÁC THÀNH PHẦN c BẢN CỦA MỘT HỆ SCADA Trong’hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trị giao diện thiết bị điều khiển với q trình kỹ thuật Cịn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trị giao diện người máy Các thiết bị phận hệ thống ghép nối với theo kiểu điểm - điểm (Point to Point) qua mạng truyền thơng Tín hiệu thu từ cảm biến tín hiệu nhị phân, tín hiệu số tương tự Khi xử lý máy tính, chúng phải chuyển đổi cho phù hợp với chuẩn giao diện vào/ra máy tính Các thành phần hệ thống SCADA bao gồm: • Giao diện q trình: Bao gồm cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi cấu chấp hành • Thiết bị điều khiển tự động: Gồm điều khiển chuyên dụng (PID), điều khiển khả trình PLC, thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) máy tính PC với phần mềm điều khiển tương ứng • Hệ thống điều khiển giám sát: Gồm phần mềm giao diện người - máy HMI, trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp • Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống • Hệ thống bảo vệ: Thực chức an tồn MẠNt TI1IYẼN TIƠNG CÕNG HMIỆP «CAPA (IỸ TIUYẾT - TBựC lÀ M ) L0I Mở BẦU CẤU TRÚC PHẦN MỀM CỦA HỆ THỐNG ĐỂU KHIEN v g iá m s t s c a d a Trong hệ thống điều khiển giám sát, HMI thành phần quan trọng không cấp điều khiển giám sát mà cấp thấp người ta cần giao diện người - máy để phục vụ cho việc quan sát thao tác vận hành cấp điều khiển cục Với phát triển nhanh chóng nhiều nhà máy khu cơng nghiệp, việc tìm hiểu, khai thác, thiết kế hệ thống Scada ngày phức tạp đòi hỏi cán kỹ thuật phải tìm hiểu có kinh nghiệm lĩnh vực Một khó khăn lớn tài liệu tiếng Việt lý thuyết lẫn thực hành Scada thiếu Tài liệu thực hành khơng có, ỏ dạng giảng thực hành trường chuyên ngành Tài liệu lý thuyết Scada có khơng nhiều, thiên hướng truyền thông Điện - Điện tử viễn thông ứng dụng công nghiệp Điều dẫn đến, sinh viên chuyên ngành Điện, Tự động hóa, Cơ điện tử trường chưa đủ kiến thức kinh nghiệm để tự thiết kế, điều khiển giám sát hệ Scada đơn giản Trong năm 2018-2020, tủ sách STK giới thiệu chuyên dề nằm họ sách “CAD TRONG Tự ĐỘNG HÓA” chủ yếu hướng dẫn sử dụng, khai thác sử dụng chương trình hãng tiếng lãnh vực điều khiển giám sát như: S7-200, S7 300, S7 1200, S7 1500, WinCC, WinCC Flexible Siemens, GX Developer, Gto Mitshubishi, Intouch Wonderware, Rockwell s L ÍI MỞ BẦU MẠH6 HUYỄN THÕH6 CƠHS NGHIỆP SCADA (LÝ THUYẾT • THựC HÀNH) Cuốn sách hai chuyên đề Scada thuộc họ sách trên, trình bàý khơng theo kiểu truyền thống sau : Lý thuyết — ► Bài tập (phần bản) — ►Bài tập (phần nâng cao) Với cách trình bày theo dạng khó khăn cho kỹ thuật viên, cán kỹ thuật khơng có điều kiện tới trường lớp tìm hiểu phần lý thuyết Scada mà trình bày theo cấu trúc sau: Bài tập (phần bản)— ►Lý thuyết — ► Bài tập (phần nâng cao) Một thực hành điều khiển-giám sát hệ Scada có thêm tảng lý thuyết Scada, người học thiết kế hệ thống Scada phức tạp Chuyên đề giới thiệu tới bạn đọc cách tiếp cận với Scada, qua việc khai thác công cụ phần mềm lập trình hệ Scada đơn giản trình bày VỚI chương lý thuyết lẫn thực hành sử dụng thiết bị hãng SIEMENS phổ biến trường dạy nghề, Cao đẳng, Đại học chuyên ngành Điện, Điện tử, Cơ điện tử, Giao thông, Tự động hóa nhiều Tất nhiên, để hiểu rõ chất vấn đề kỹ thuật người thiết kế cần hiểu rõ phần lý thuyết Scada khơng nằm ngoại lệ Lưu ý: Muốn tìm hiểu khai thác Scada, người học cần phải tìm hiểu lập trình nhiều S7-200, S7-300, S7 1200, S7 1500, WinCC Siemens PLC hãng khác Các tác giả xem bạn đọc biết qua lập trình Ladder cho PLC tạo giao diện HMI đdn giản với WinCC nên m ột sơ' phần tập hưởng dẫn trình bày hdi tắt, dẫn đến gây khó khăn cho bắt đầu làm quen vôi Scada cần lưu ý: Phiên S7 300 để liên kết với WinCC phải từ v5.4 trở lên Cần cài PC Access hay Kepware OPC Server đ ể liên kết S7200 WinCC Với phiên TIA PORTAL trình bày sách, bạn vào trang web www.stkbook.com để tham khảo viết cách tải chưdng trình, sách điện từ, phim với utorrent Lưu ý phiên tải đầy đủ (Full) có dung lượng lớn xấp x ỉ từ 12 tới 25 GB tùy vào phiên tải V12 hay V13 Phần lý thuyết thực hành chuyên sâu Scada truyền thông cơng nghiệp (Tập 2) tác giả trình bày chuyên đề tiếp theo, dự kiến hoàn thành đầu năm 2020 I MANE TÍIDYỀH THỞHG CỦHB H6HIỆP SCADA (IỶ TgpYẾT - THựC HÃHH) L0IMỞ BẦU Nội dung trình bày sách gồm chương, ba chương 1, 8, trình bày lý thuyết, sáu chương cịn lại (2, 3, 4, 5, 6, 7) tập thực hành hướng dẫn kết nối phần tử hệ thống với qua Protibus Modbus Chương 1: Tổng quan Scada Chương 2: Kết nối trạm chủ S7-300 với trạm ìớ S7-200 thơng qua mạng Protibus Chương 3: Kết nối máy tính với S7-200 qua Ethernet Chương 4: Kết nối, điều khiển giám sát hệ thống với WinCC S7-200 Chương 5: Kết nối, điều khiển giám sát hệ thống với WinCC S7-300 Chương 6: Điều khiển giám sát WinCC từ nhiều trạm tớ thông qua mạng nội Chương 7: Điều khiển S7-1200 thông qua mạng Modbus Chương 8: Phần cứng hệ thống Scada Chương 9: Giao thức hệ thống Scada Với chuyên đề trình bày hệ thống điều khiển giám sát công nghiệp nhiều thiết bị hãng khác điều dễ dàng Thiết bị trình bày sách Siemens phần nhỏ hãng chưa phải thiết bị tiêu biểu Siemens Trong q trình biên soạn, chắn cịn nhiều điểm chưa rõ chưa sát với yêu cầu thực tế người học người sử dụng Nếu bạn quan tâm nhiều thiết bị Siemens vào trang web hãng để có thơng tin cũnp hỗ trợ tốt Tác giả hy vọng nhận đóng góp chân thành nhiều ý kiến thiết thực từ bạn đọc đặc biệt thầy, cô giảng dạy lĩnh vực để lần biên soạn sau rõ ràng, mạch lạc góp phần vào việc dạy học tốt theo hướng công nghệ 101 MỞ BẨU MẠH8 THIIYỄH TBÛH6 CÙH6 HGHIỆP SCAĐA (LỶ THUYẾT • THựC HÂHH) Mọi thắc mắc, góp ý xin gửi hộp thư: nhasachstk@yahoo.com.vn TỦ SÁCH STK 742 ĐIỆN BIÊN PHỦ - QUẬN 10 - TP H ổ CHÍ MINH (08) 38334168 - 0903728344 - 0903096857 Email: nhasachstk@yahoo.com.vn hay stkbook@yahoo.com.vn TP Hồ Chí Minh 25-4-2019 I M Ạ M THUYỀN TIÙNG cở HQ H8IIỆP SCADft (IỸ H U Y Ế T • Tlực M l ) CTƯƠH61: 6101TIIỆIIKAIA CHĨdNG1 GI0I THIỆU SCADA SCADA viết tắt từ Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát thu thập liệu), hệ thống xuất tồn với hệ thống điều khiển Các hệ thống SCADA thu thập liệu bảng đồng hồ, đèn báo biểu đồ vẽ kim lên giấy cuộn dài Các thiết bị cịn sử dụng cho mục đích giám sát thu thập liệu ngày nhà máy, cấc công trường thiết bị lượng Hình mơ tả hệ thống cảm biến bảng điều khiển - Mơ hình đơn giản, không CPU, không RAM, ROM không cần lập trình phần mềm - Các cảm biến dược kết nối trực tiếp đến đồng hồ đo, công tắc đèn báo bảng điều khiển - Khi muốn thêm phần tử đơn giản nút gạt đèn hiển thị dơn giản chi phí thấp Các nhược điểm hệ thống kết nối trực tiếp cảm biến đến bảng điểu khiển là: - Sẽ khơng kiểm sốt dây nối sau bạn lắp đặt hàng trăm cảm biến - Sô' lượng loại liệu đơn giản tMũm f BAO Trtc CiA tấc IỆ TIỐN6 SCAQA MftHg TIOYÉH T1ÛW6 cflug HC1IÊP SCABA (LÝ TIUYẼT- Tlực HÀHH) 5.1 Các nguyên nhân lỗi Thông thường, tín hiệu truyền qua mơi trường truyền tải bị ảnh hưởng bốn tượng sau: - Suy giảm tín hiệu - Hạn chê' băng thơng - Méo tín hiệu - Nhiễu Mỗi tượng thảo luận ngắn gọn sau: - Sự suy giảm Khi tín hiệu lan truyền môi trường truyền dẫn, biên độ giảm dần Điều gọi suy giảm tín hiệu Một giới hạn nên thiết lập cho chiều dài dây cáp nhlểu khuếch đại [hoặc lặp (repeater)] phải chèn vào khoảng giới hạn để khơi phục lại tín hiệu cấp ban đầu Sự suy giảm tín hiệu tăng cho thành phần tần số cao Các thiết bị cân sử dụng để cân lượng suy giảm dải xác định tần số - Hạn chê băng thông: v ề bản, băng thông môi trường truyền lớn tín hiệu nhận giống VỚI tín hiệu truyền Công thức Nyquist dùng để xác định tỷ lệ truyền liệu tối đa đường truyền là: Tỷ lệ truyền liệu tối đa (bit/giây) = B log2M Trong đó: B băng thơng có dơn vị Hez M số mức phần tử tạo tín hiệu Ví dụ, với modem sử dụng PSK bôn cấp độ cho phần tử tạo tín hiệu (tức hai tần số) băng thông mạng điện thoại công cộng 3.000 Hz Tỷ lệ truyền liệu tối đa tính sau: Tỷ lệ truyền liệu tối đa = X 3.000 log2 = 12.000 bit giây - Méo tín hiệu: Khi truyền tín hiệu kỹ thuật số, thành phần tần sơ khác tín hiệu đến máy thu có chậm trễ khác chúng MẠH6 TRUYỀN THÕH6 CỔNG H6BIỆP SCADfl (LỸ TII1YẾT- Tiự c H Â M ) - CHƯƠHB 9: BAO Tide CỦA CÂCIỆ T ầ N E SCAĐA Do tín hiệu nhận bị bóp méo với ảnh hưởng biến dạng trễ Khi thành phần tần số từ bit riêng lẻ khác ảnh hưởng với gọi ảnh hưởng ISI Ảnh hưởng dẫn đến hiểu sai tín hiệu nhận tỷ lệ bit tăng - Nhiễu: Một thông số quan trọng liên quan đến môi trường truyền dẫn khái niệm Signal to Noise Ratio (tĩ lệ nhiễu tín hiệu): Signal to Noise Ratio = log10(S/N) dB Trong đó: s lượng tín hiệu bị nhiễu (W) N lượng nhiễu (W) Tốc độ liệu tối đa lý thuyết mơi trường truyền tải tính cách sử dụng Luật Shannon-Hartley: Tốc độ liệu tối đa = B log2 (1+S/N) (bit giây) Trong đó: B = Băng thơng (Hz) s= Năng lượng tín hiệu (W) N = Năng lượng nhiễu ngẫu nhiên (W) Ví dụ, với tỷ lệ nhiễu tín hiệu 100 băng thông 3.000 Hz, Tốc độ liệu tối đa lý thuyết thu là: Tốc độ liệu tối đa = 3.000 log2 (1+100) = 19.963 (bit giây) Có hai cách tiếp cận để xử lý sai sót thơng điệp: Kiểm sốt lỗi phản hồi nhận phát sai sót thơng điệp sau u cầu truyền lại thơng diệp 5.2 Kiểm sốt lỗi phản hồi Tính an tồn thơng điệp An tồn cần thiết để có chế bảo vệ chống lại việc kiểm soát giả hư hỏng liệu nhiễu giao tiếp An toàn thực cách thêm mã kiểm tra cho thông điệp truyền Điều dành cho trạm truyền để tính tốn mã kiểm tra từ mẫu thông điệp Trạm tiếp nhận sau lập lập lại việc tính tốn mã kiểm tra giống thông điệp so sánh mã kiểm tra tính tốn với mã kiểm tra tính tốn thơng điệp nhận Nêu chúng giống hệt cho thông điệp nhận không bị hỏng Nếu chúng khác thông điệp bị loại Các định dạng mã an tồn dùng: - Kiểm tra tính chẵn lẻ đơn giản M tfflB I: B A I TMữC CÙA CẤC IỆ TBỐHG SCflDA M Ạ H t HU YỄN TIỒN6 CÙH6 H tilỆ P SCADA (IỸ TII1YẾT- THựC HẤIIM) Một bit đơn thêm vào byte thơng điệp để nhóm bit ln thêm thành thành số chẵn - Tính tốn kiểm tra khối Đây phần mở rộng việc kiểm tra tính chẵn lẻ đơn, đó, byte tính (vào cuối thơng điệp), dựa kiểm tra tính chẵn lẻ tổng giá trị số học bit - BCH (Bose-Chaudhuin-Hacquengham) Mỗi khối liệu (26 bit) chia đa thức phức phần dư phép chia thêm vào phần cuối khối thông điệp (thường mã 5-bit) - Mã kiểm tra lỗi CRC (CRC-16 CRC-CCITT) Tương tự BCH, phần dư mã 16 bit nối vào cuối thơng điệp CRC-16 có lẽ phương pháp kiểm tra an toàn đáng tin cậy thực dễ dàng - Các kiểm tra thừa kí tự Trước truyền tải ký tự, truyền sử dụng chế thỏa thuận CHẴN LẺ để tính bit chẵn lẻ để thêm vào ký tự Ví dụ: Nếu tính chẵn lè LÈ xác định chế truyền tải cho mã ASCII 0100001 trở thành 01000011 để đảm bảo só lượng só byte lẻ Đối với tính chẵn lè CHẴN, ký tự chuyến thành 01000010 Ci q trình nhân, tính chẵn lè cho byte liệu bit tính tốn so sánh với bít chẵn lẻ dược nhận Nếu hai khơng giống có nghĩa có lỗi xảy Phát lỗi chẵn lẻ khơng sừ dụng nhiều ngày để giao tiếp máy tính khác thuật tốn phức tạp sử dụng chẳng hạn kiểm tra chẵn lè thừa khối CRC - Các kiểm tra thừa khối Kiểm tra lỗi chẵn lẻ ký tự thảo luận cho yếu việc kiểm tra lỗi Có hai phương pháp cải thiện mơ tả sau Việc kiểm tra tính chẵn lẻ ký tự riêng lẻ bổ sung việc kiểm tra tính chẵn lẻ khối ký tự - Kiểm tra tính chẵn lẻ (kiểm tra thừa dọc/ngang) Trong phương pháp kiểm tra khói, ký tự thông điệp coi mảng hai chiều Một bít chẵn lẻ nối vào mơi ký tự Sau số xác định ký tự, ký tự kiểm tra khối (BCC), đại diện cho kiểm tra tính chẵn lẻ cột, truyền MẠNG TBUYẼH THỒNB CÙNG NGHIỆP 8CA0A (LỸ TBUYẾT- Tlực ■ÀHH) C fơ H It BAO T ic CÙA CẮC BỆ IBỐHG «CAM Mặc dù chẵn lẻ cột (cịn gọi kiểm tra thừa theo phương đứng) tốt so VỚI kiểm tra lỗi chẵn lẻ ký tự, phát số lỗi hàng - Kiểm tra tổng giá trị số học Một phần mở rộng việc kiểm tra dư theo phương thẳng dứng sử dụng kiểm tra tổng số học, tổng đơn giản ký tự khối Được nhận Thông diệp truyền Lỗi bit-đôi hàng Lỗi bit-dôi hàng c 11000011 11000011 11000011 f 01100110 01100110 01100110 y 11111001 11100001 11100001 u 01010101 01010101 01001101 BCC 00001001 00001001 00001001 00001001 00010001 00001001 Tính tốn BCC (Lỗi phát hiện) (Lỗi khơng phát hiện) nhận Cách cung cấp khả kiểm tra lỗi tốt làm tăng chi phí hai byte phải truyền T ruyền Thông diệp Nhận Lỗi bit-đôi hàng Lỗi bit-đôi hàng Lỗi bit-dơn cột c 1000011 1000011 1000011 1000010 f 1100110 1100110 1100110 1100111 y 1111001 1100001 1100001 1111001 u 1010101 1010101 1001101 1010101 01110111 101110111 101110111 101110111 BCC Tính tốn BCC nhận 101011111 101010111 101110111 (Được phát hiện) (Được phát hiện) (Không phát hiện) 417 CaếếHC 1: BAO T ic CÙA CÂCHỆJlflHCSCAPA - MẠH6 T1BYỂH Tlõnt EỒW6 HGHIỆP 8CADA (IỸ THUYẾT- nực HÀM) Kiểm tra thừa tuần hoàn (CRC): Phương pháp cung cấp xác suất phát lỗi thấp với giá trị 99,9969% Có hai cách tính tốn CRC thực > CRC-CCITT (phổ biến hệ thống thương mại) > CRC-16 (phổ biến hệ thống cơng nghiệp) Kiểm tra tổng CRC tính cách chia thông điệp số xác định (được biết thu phát thông điệp) tính tốn phần dư Phần dư xem kiểm tra tổng CRC gắn vào phần CUỐI thơng điệp Ví dụ CRC: Cơng thức sau dùng: Thôngdiệpx2^ = Kếtquả + sốdư Số chia Trong đó: Thơng điệp dãy bit, ví dụ dãy ASCII HELP với tính chẵn [0100100] [11000101] H E Giao thức mạng phân bố 6.1 Giới thiẹu [11001100] L [01010000] P Giao thức mạng phân phối giao thức thu thập liệu sử dụng chủ yếu ngành công nghiệp điện tiêu dùng Nó thlêt kế giao thức mỏ, tương tác đơn giản, đặc biệt cho hệ thông điều khiển SCADA Nó sử phương pháp polling chủ/tớ để gửi nhận thơng tin, cịn sử dụng trạm chủ phụ hệ thông Lớp vật lý thường thiết kế xung quanh RS-232 (V.24), hỗ trợ tiêu chuẩn vật lý khác RS-422, RS-485 chí cáp quang 6.2 Tương tác Giao thức mạng phân bố giao thức tương tác thiết kế neng cho ngành công nghiệp điện, dầu khí, xử lý nước an ninh Do la giao thức thu thập liệu nên cần thiết phải giao tiếp VỚI nhiêu thiết bị nhà cung cấp khác Nhờ có trình chứng nhạn, giao thức đảm bảo nhà sản xuất khác xây dựng trang thiêt bị theo tiêu chuẩn DNP Điều bảo vệ người dùng mua thiêt bị chứng nhận DNP Khi ngày có nhiều nhà sản xuât sản xuất thiết bị theo chuẩn DNP, khả lựa chọn tính an tồn cho người dùng nâng cao 4M MẠNG TRUYỀN TIỖN6 CÛH6 NGNIỆP SCADA (IỸ TIÜYÊT- Hực HAW) eitftfHB t BAO Ttfc CÙA CẤC HÈ T8ỐH6 «ABA 6.3 Chuẩn mồ Các DNP tạo với ngun lý để có tiêu chuẩn hồn tồn mở công ty sờ hữu tiêu chuẩn DNP, có nghĩa nhà sản xuất thiết bị cảm thấy họ có sân choi bình dẳng mà cạnh tranh bình đẳng Điều cho phép nhà sản xuất khác có quyền thay đổi giao thức Có nghĩa chi phí dể xây dựng hệ thống giảm xuống Nhà sản xuất không cần thiết phải thiết kế tất phần hệ thống SCADA Trong hệ thống sở hữu độc quyền, nhà sản xuất thường phải thiết kế sản xuất tất phần hệ thống SCADA, số phần khơng mang lại lợi nhuận cho Nhà sản xuất tập trung, chuyên sản xuất, kinh doanh số phẩm cốt lõi 6.4 IEC IEEE DNP dựa tiêu chuẩn ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tê' (IEC), ủy ban kỹ thuật 57 khuyến khích sử dụng IEEE 6.5 SCADA DNP phát triển tốt để giao thức thiết bị hệ thống SCADA hồn chỉnh Nó thiết kế giao thức thu thập liệu với thiết bị thông minh Các thiết bị sau kết hợp hệ thống fieldbus nhiều điểm Các thiết bị DNP fieldbus tích hợp vào gói phần mềm để trị thành hệ thống SCADA DNP không xác định lớp vật lý đơn cho bus hối tiếp (đa chế độ) Thiết bị kết nối 422 (bốn dây), 485 (hai dây), modem (Bell 202) với cáp quang Các chương trình ứng dụng tích hợp DNP với giao thức khác phần mềm SCADA cho phép DNP kết nối với mạng nội intranet Internet 6.6 Sự phát triển Đặc điểm kỹ thuật lần phát triển Công ty Harris GE phát hành DNP User Group từ năm 1992 Hiện có 0 nhà cung cấp cung cấp sản phẩm DNP V 3.0 Những sản phẩm bao gồm từ trạm chủ đến thiết bị thông minh đầu cuối Giao thức thiết kê cho nhà sản xuất phát triển sản phẩm mà sản phẩm hị trợ số khơng phải tất chức dịch vụ mà DNP hỗ trợ 419 ÇgtfK I: BAO T ie CÙA CẤC 8ỆĨIỐHEKABA MẬHt HUYỀN THỒH6 CÕN6 HBHỆP gCADA (LỶ THUYẾT- TMỊ|C HẤN!) DNP 3.0 xây dựng từ phiên trước IEC 870,5 specs Đối với người dùng DNP đặt mua DNP thông qua http://www.dnp.org 6.7 Lớp vật lý Lớp vật lý DNP hệ thống không đồng định hướng bit nối tiếp cách sử dụng bit liệu, bit bắt đầu, bit dừng khơng có tính chẵn lẻ Đồng không đồng cho phép Nó có hai chế độ hoạt động vật lý, chế độ trực tiếp (point - to - point) hay chế độ bus nối tiếp (multidrop) Hai chế độ sử dụng lúc Cả hai chế độ bán song cơng (halfduplex) hay song cơng (fullduplex) Với hai chế độ, hệ thống phát sóng mang phải sử dụng Giao thức DNP hệ thống chủ/tớ thay đổi Đamáy chủ cho phép thời điểm có trạm trạm chủ Có thể có va chạm xảy hệ thống Thiết lập cấu hình lớp vật lý xác định phương pháp tránh va chạm phục hồi 6.8 Cấu trúc liên kết vật lý Giao thức DNP hỗ trợ năm chế độ giao tiếp, hai dây điểm - điểm, hai dây đa điểm (multidrop), bốn dây điểm - điểm, bốn dây đa điểm multidrop modem quay số TRẠM TỚ TRẠM CHỦ TRỰC TIẾP HOẬCPLC đ i Ểm -oiểm TRẠM TỚ TRẠM CHỦ MÁY TÍNH HOẶC PLC THIẾT B| BUS NỐI TIẾP ĐA CHẾ DỘ TRẠM TỚ Một hệ thống với hai nút, trạm chủ trạm tớ dược gọi bus trực tiếp Nếu hệ thống da điểm với nhiểu nút, dược gọi la bus nối tiếp Cả hai hệ thống sử dụng phương thức kết nối hai hay bốn dây Phương pháp hai dây chạy bán song cơng (halfduplex) phương pháp bốn dây chạy hai chế độ bán song công (halfduplex) song công (fullduplex) 441 MẠNG TMIYẼH THỒNC CỒM NtHIỆP SCABA (LY THUYẾT- THựC MÀN») «rum It BAD rife CÙACẤCUẼ «Ấm DNP hỗ trợ giao tiếp nhiều máy chủ, nhiều máy tớ điểm-điểm (peer-to-peer) 6.9 Các chế độ Hai dây điểm - điểm Lớp vật lý giao thức DNP hỗ trợ giao tiếp điểm - điểm Chế độ bán song công (halfduplex) hai dây thường dùng RS-485 modem hai dây hệ thống vật lý Nếu modem sử dụng giao tiếp đến modem thường sử dụng tiêu chuẩn ITU V 24 (RS-232) Chế dộ hai dây không hỗ trợ song công (fullduplex) mà hỗ trợ bán song công (halfduplex) Với chế độ điểm - điểm khơng có khả xảy va chạm Trạm chủ truyền khung liệu sau trạm tớ phản hồi lại Mối quan tâm thời gian cần cho phản hồi chậm trễ việc truyền Trong DNP cho phép thiết lập thời gian MÁY TÍNH RS232/MODEM RS232/RS485 RS232/CÁP QUANG RS232/M0DEM RS232/RS485 RS232/CÁP QUANG Hai dây nhiều trạm (multidrop) Lớp vật lý DNP hỗ trợ truyền thông đa điểm Chế độ hai dây nhiều trạm (multidrop) thường sử dụng RS-485, cáp quang modem Bell 202 hệ thống vật lý Chế độ dây hai không hỗ trợ song công (fullduplex) mà hỗ trợ bán song công (halfduplex) 441 0*0M e tÙẤ CẤCHỆTlốte SCA1A MrtHB »•■ MẠHt THUYỀNTBỒHCCÙHt HGIIỆP iCAĨA (IÝ TBUYẼT- nực BÀH») Với chế độ hai dây nhiều trạm (multidrop) có khả xảy va chạm Điều hai trạm chủ trạm tớ truy cập vào đường truyền lúc Để khắc phục diều này, DNP chèn khoảng thời gian trễ sau sóng mang Sóng mang dấu hiệu cho thấy trạm truyền tải đường truyền Trong chế độ hai dây nhiều trạm (multidrop), tất thiết bị đường dây phải có số cách để xác định trạm truyền tải Bốn dây điểm - điểm Bốn dây điểm-tới-điểm sử dụng DNP hệ thống song công (tullduplex) chủ đến tớ Các tiêu chuẩn vật lý sử dụng RS-422, RS-232 modem bốn dây Do chế độ điểm - đến - điểm, khơng có vấn đế xảy va chạm Tuy nhiên, V.24 dược sừ dụng hệ thổng tín hiệu bẳt tay để kiểm sốt thơng tin liên lạc Điều bao gồm DCD (phát liệu sóng mang) Các thời gian trễ dùng thời gian cho thiết bị để phát việc sóng mang Giao tiếp bốn dây cho phép truyền thông song công (tullduplex) thật sự, thực tế, thực RS232 MÁY TÍNH HOẶC PLC RS232 TH|ẾTB| Bơn dây đa điểm DNP cho phép chê' độ bốn dây da điểm Chế độ sử dụng truyền thống bán song cơng (halfduplex) song công (tullduplex), song công (fullduplex) sử dụng Lý song công (fullduplex) không dược sử dụng phức tạp việc xử lý tránh va chạm Có nhiều thiết bị tất trao dổi với lúc theo hai hướng việc khó khăn dể thực Trạm chủ khơng có vấn đề với va chạm có vấn đề với trạm chủ khác chúng truy cập vào dường truyền trước trạm tớ có hội dể phản hồi 442 MẠNG THUYỀN THÛH6 CÛH6 H6HIỆP SCABA (LỶ TIBYẾT- Tgực 8ÂNI) ctfltws t BAB T ilc CÙAcấc 8Ệ n ố n t 8CABA Các trạm tớ có nhiều vấn để với va chạm chúng muốn phản hồi trạm chủ chúng thời điểm Một cách mà DNP sử dụng dể xử lý va.chạm cho phép trạm tớ va chạm Điểu làm cho trạm chũ thứ cấp hết thời gian truy cập trạm chủ truy cập vào đường truyền Trạm chủ sau gửi thông điệp với mức ưu tiên cao RS232 TRẠM CHỦ RS422 HOẶC MODEM DÂY MÁY TÍNH HOẶC PLC RS232 RS422 HOẶC MODEM DÂY — TRẠM TỚ ÍIẾT B| RS232 RS422 HOẶC MODEM DÂY TRẠM TỚ THIẾT B| Modem quay số DNP hỗ trợ việc, sử dụng chê' độ modem quay số Chế độ mạch điểm - đến - điểm Nó thường sử dụng V 24 làm hệ thống kết nối (RS-232) DCD dược sử dụng khác trường hợp phát sóng mang modem có nghĩa đường truyền dã thiết lập, liệu gửi Đường truyền RTS (Request To Send: Yêu cầu gửi) đặt lên mức cao để báo cho modem DTE muốn gửi liệu CTS đặt lên mức cao modem để báo cho DTE rằng, gửi liệu Khơng có cách cho thiết bị đầu cuối địa phương cho thiết bị đầu cuối từ xa biết liệu chuyển giao Sau tùy thuộc vào thiết bị đầu cuối từ xa để phát liệu truyền đến MODEM QUAY s ố MODEM QUAY s ố Chúng ta nên chia hệ thống SCADA hoàn chỉnh phức tạp thành phần nhỏ để giải Điều giúp công việc thiết kế trở nên nhẹ nhàng đồng thời người thiết kế dễ dàng tập trung so với việc giải toán lớn MflW t HUYỀN TIỦH cỡ HE NEHIỆP SCADfl (LỶ THUYẾT- Tlự c HÀNH) PiỊILỤC: a fll TBỆƯ 8ÀCB M