Tìm hiểu và mô phỏng giao thức truyền tin IEC 870 5 101 sử dụng trong công nghiệp

ii MỤC LỤC Trang Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục hình vẽ viii Mở đầu Chương Hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu thời gian thực công nghiệp 1.1 Một số khái niệm hệ thống phân tán thời gian thực 1.1.1 Thông tin xử lý thông tin hệ thời gian thực 1.1.1.1 Tín hiệu analog, số số hoá 1.1.1.2 Số liệu thông tin 1.1.2 Thu thập liệu mã hóa 1.1.2.1 Thu thập liệu đại lượng analog 1.1.2.2 Mã hóa liệu đại lượng analog 1.1.2.3 Thu thập liệu đại lượng logic 1.1.2.4 Mã hóa liệu đại lượng logic 1.1.2.5 Thu thập đại lượng tích lũy 1.1.3 Tối thiểu hóa thời gian truyền liệu thời gian thực 1.1.4 Địa quy chiếu đối tượng 1.1.5 Đồng thời gian cho phân hệ 1.1.6 Lệnh điều khiển từ xa 1.1.7 Giao thức truyền tin 1.1.8 Định thời (TimeOut) 10 1.1.9 Truyền tin dị bộ, đồng 11 1.1.9.1 Truyền dị 11 1.1.9.2 Truyền đồng 12 1.1.10 Mô hình OSI 13 1.1.10.1 Giới thiệu 13 1.1.10.2 Mô tả ý nghĩa tầng 14 1.1.10.3 Đóng gói liệu 15 1.2 Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu thời gian thực công nghiệp 15 1.2.1 Hệ thống SCADA phân cấp quản lý 15 iii 1.2.2 Chức hệ thống SCADA 17 1.2.3 Cấu trúc hệ thống SCADA 18 1.2.3.1 Hệ thống thiết bị đầu cuối 18 1.2.3.2 Hệ thồng mạng truyền số liệu 20 1.2.3.3 Hệ thống Trung tâm điều hành 20 1.2.4 Hệ thống SCADA ngành điện 21 1.2.4.1 SCADA điều độ cấp quốc gia 21 1.2.4.2 SCADA điều độ cấp Miền 23 1.2.4.3 SCADA trạm 23 Chương Giao thức IEC 870-5-101 25 2.1 Giới thiệu 25 2.2 Cấu trúc giao thức 26 2.2.1 Thông tin truyền thông 26 2.2.2 Một số định nghĩa 26 2.2.3 Đặc tả cấu trúc 27 2.3 Các đặc tả truyền thông 28 2.3.1 Cấu hình mạng 28 2.3.2 Định dạng giao thức 29 2.3.3 Quy tắc truyền 29 2.4 Định dạng Frame truyền tin 30 2.4.1 Frame tiêu chuẩn 30 2.4.2 Cấu trúc phổ biến Frame liệu ứng dụng 31 2.4.2.1 Start character/length 33 2.4.2.2 Control field chế độ Master-Slave 34 2.4.2.3 Control field chế độ Master- Master 36 2.4.2.4 Link address (địa liên kết) 37 2.4.2.5 Type Identification 37 2.4.2.6 Variable Stucture Qualifier (xác định loại biến) 38 2.4.2.7 Cause Of Transmisson 39 2.4.2.8 Common address of ASDUs 40 2.4.2.9 Information Object Address 40 2.4.3 Đặc trưng Frame với chiều dài cố định, chế độ Master-Slave 42 iv 2.4.3.1 Frame gửi từ trạm controlling 42 2.4.3.2 Frame gửi từ trạm controlled 43 2.4.4 Đặc trưng Frame với chiều dài cố định, chế độ Master- Master 44 2.4.4.1 Frame gửi từ trạm controlling trạm chủ 44 2.4.4.2 Frame gửi từ trạm contronlling trạm thứ cấp 44 2.4.4.3 Frame gửi từ trạm controlled trạm chủ 45 2.4.4.4 Frame gửi từ trạm controlled trạm thứ cấp 45 2.5 Các thủ tục truyền thông 46 2.5.1 Khởi động trạm 46 2.5.1.1 Khởi động cục controlling station chế độ Master-Slave 46 2.5.1.2 Khởi động cục controlled station chế độ Master-Slave 48 2.5.1.3 Khởi động từ xa controlled station chế độ Master-Slave 50 2.5.2 Thu nhận kiện chế độ Master-Slave 51 2.5.3 Tổng thẩm vấn (hỏi yêu cầu) 54 2.5.4 Đồng hóa thời gian 56 2.5.5 Lệnh truyền 57 2.5.6 Truyền tổng số tích hợp 60 2.5.7 Tham số tải 61 2.5.8 Kiểm tra thủ tục 62 Chương Xây dựng mô hình mô sử dụng giao thức IEC 870-5-101 công nghiệp 63 3.1 Giới thiệu mô hình 63 3.2 Kết cấu phần cứng 64 3.3 Phần mềm 65 3.4 Nguyên tắc hoạt động mô hình 65 Kết luận, kiến nghị 67 Kết luận 67 Kiến nghị 67 Tài liệu tham khảo 68 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt DCS Giải thích ý nghĩa Distributed Control Systems (hệ thống điều khiển phân tán) RTU Remote Terminal Units (thiết bị đầu cuối) PLC Programmable Logic Controller (bộ điều khiển logic lập trình được) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu) IEC 870-5-101 Giao thức truyền tin theo tiêu chuẩn Uỷ ban điện tử Quốc tế (IEC) CC Control Center (trung tâm điều khiển) I/O In put/Out put (Vào/Ra) IED Thiết bị điện tử thông minh ASDU Application Service Data Unit (Đơn vị liệu dịch vụ ứng dụng, định nghĩa frame liệu giao thức IEC 870-5-101) Data Unit Chứng thực đơn vị liệu Identifier Information Đối tượng thông tin (cần thu thập) Object Information Địa đối tượng thông tin (địa đối tượng thông tin Object Address qui ước thống CC RTU) Time Tag Nhãn thời gian (gán cho đối tượng thông tin) Type Xác định chủng loại Identification RES Dự phòng vi PRM Primary Message (tin nhắn chính) FCB Frame Count Bit (đếm số bít frame) FCV Đếm số bít hợp lệ frame DFC Điều khiển dòng liệu ACD Access Demand bit (nhu cầu truy cập) ACK Xác nhận tốt (Bản tin chấp nhân) NACK Xác nhận tin không chấp nhận FC Function Code (mã code hàm) COT Cause Of Transmission (Nguyên truyền) TI Telegram Type Identification (Kiểu điện tín) SQ Single/sequence (đơn/chuỗi) DIR Hướng truyền vật lý SE Select / Execute ( Lựa chọn/Thi hành) GW Getway vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu diễn tín hiệu tương tự có chu kỳ Hình 1.2 Biểu diễn tín hiệu tương tự chu kỳ Hình 1.3 Biểu diễn mô hình OSI lớp 13 Hình 1.4 Tổng quan hệ thống SCADA 16 Hình 1.5 Sơ đồ cấp SCADA hệ thống điện Việt Nam 22 Hình 1.6 Sơ đồ SCADA trạm/nhà máy điện 23 Hình 2.1 Mô hình OSI IEC 870-5-101 27 Hình 2.2.Các dạng cấu hình mạng giao thức IEC 870-5-101 28 Hình 2.3 Định dạng Character IEC 870-5-101 29 Hình 2.4 Định dạng Frame liệu tiêu chuẩn 30 Hình 2.5 Cấu trúc Frame liệu 31 Hình 2.6 Frame với chiều dài cố định gửi từ trạm controlling 42 Hình 2.7 Frame với chiều dài cố định gửi từ trạm controlled 43 Hình 2.8 Frame gửi từ trạm controlling trạm chủ 44 Hình 2.9 Frame gửi từ trạm controlling trạm thứ cấp 44 Hình 2.10 Frame gửi từ trạm controlled trạm chủ 45 Hình 2.11 Frame gửi từ trạm controlled trạm thứ cấp 45 Hình 2.12 Khởi động cục contronlling station chế độ Master-Slave 47 Hình 2.13 Khởi động cục contronlled station chế độ Master-Slave 49 Hình 2.14 Khởi động từ xa contronlled station chế độ Master-Slave 50 Hình 2.15Thu nhận kiện (dữ liệu lớp 1) chế độ Master-Slave 52 Hình 2.16 Thu nhận kiện (dữ liệu lớp 2) chế độ Master-Slave 53 Hình 2.17 Thủ tục tổng thẩm vấn chế độ Master-Slave 55 Hình 2.18 Thủ tục đồng hóa chế độ Master-Slave 56 Hình 2.19 Thủ tục lệnh truyền chế độ Master-Slave 59 viii Hình 2.20 Truyền tổng số tích hợp chế độ Master-Slave 60 Hình 2.21 Tham số truyền chế độ Master-Slave 61 Hình 2.22 TEST chế độ Master-Slave 62 Hình 3.1 Mô mô hình sử dụng IEC 870-5-101 Scada 63 Hình 3.2 Mô mặt trước cảnh báo 32 kênh 64 Hình 3.3 Mô mặt sau cảnh báo 32 kênh 64 Hình 3.4 Mô Trung tâm điều khiển máy tính 65 MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin ứng vào hầu hết lĩnh vực sống Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, ngày hoạt động sản xuất công nghiệp tự động hóa mức độ cao, có tham gia hiệu công nghệ thông tin Các hệ thống điều khiển tự động hoá dây chuyền sản xuất công nghiệp cấu thành từ nhiều phân hệ độc lập liên kết thống với kiểm soát chặt chẽ công nghệ mạng theo tiêu chuẩn khác Việc trao đổi thông tin phân hệ thực giao thức truyền tin Hiện nhiều hệ thống điều khiển thiết kế cho phép điều khiển, giám sát thu thập liệu từ hệ thống SAS/DCS (Distributed Control Systems), RTU (Remote Terminal Units) khác phân bổ toàn ngành hay toàn lãnh thổ gọi tắt hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), hệ thống sử dụng loại giao diện, giao thức, loại mạng khác tuỳ theo mức phân cấp phân hệ hệ thống Luận văn tập trung nghiên cứu giao thức IEC 870-5-101 tiêu chuẩn quốc tế sử dụng hệ thống SCADA nhằm kết nối SAS/DCS, RTU, Getway với trung tâm điều khiển CC (Control Center) Ở nước ta có nhiều hệ thống điều khiển tự động hoá áp dụng cho ngành công nghiệp, hệ thống thường nhà cung cấp thiết bị nước xây dựng tích hợp thành hệ thống riêng theo gói thầu bảo dưỡng, sửa chữa, thay hệ thống thường gặp phải khó khăn chuẩn kết nối không tương thích Các sản phẩm nước chưa tìm hiểu kỹ tiêu chuẩn kết nối không hợp chuẩn không đồng nên khó vào thực tiễn Hướng nghiên cứu luận văn mong muốn cung cấp thêm thông tin để công ty, dự án Việt Nam lĩnh vực điều khiển tự động hoá nghiên cứu, tham khảo áp dụng vào sản phẩm nhằm đưa sản phẩm chuẩn hoá vào thực tiễn ngành sản xuất công nghiệp nước Luận văn trình bày chương: Chương 1: Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu thời gian thực công nghiệp Phân tích lý thuyết số khái niệm hệ thống phân tán thời gian thực, hệ thống điều khiển giám sát thu thập thời gian thực (Scada) công nghiệp ngành điện Chương 2: Giao thức IEC 870-5-101 Phân tích cấu trúc, thủ tục giao thức Vấn đề đồng thời gian, chế phát kiểm tra lỗi Chương 3: Xây dựng mô hình mô sử dụng giao thức IEC 870-5101 công nghiệp Mô việc truyền byte liệu giao thức IEC 870-5-101 hệ thống Scada thông qua mô hình với phần cứng cảnh báo 32 kênh (giả định hệ thống RTU, PLC) máy tính PC (giả định trung tâm điều khiển) Phần kết luận hướng phát triển đề tài: Kết luận vấn đề nghiên cứu, điểm tồn hướng phát triển đề tài Do đề tài thuộc chuyên ngành công nghiệp, cần có thời gian công tác thực tế kinh nghiệm chuyên sâu nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận quan tâm, nhận xét góp ý, phản biện thầy cô hội đồng khoa học độc giả để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC TRONG CÔNG NGHIỆP Trong chương tập trung phân tích lý thuyết số khái niệm hệ thống phân tán thời gian thực Phân tích thành phần hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu thời gian thực (SCADA) công nghiệp nói chung ngành điện nói riêng 1.1 Một số khái niệm hệ thống phân tán thời gian thực 1.1.1 Thông tin xử lý thông tin hệ thời gian thực 1.1.1.1 Tín hiệu analog, số số hoá - Tín hiệu analog (tương tự): Là tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian miền xác định Ví dụ: âm thanh, nhiệt độ, giá trị dòng điện, điện áp - Tín hiệu số (logic): Là tín hiệu thể trạng thái đóng mở On/off thiết bị Bản thân tín hiệu số tồn dạng số mã hóa dạng bit liệu - Số hoá tín hiệu: Là trình lấy mẫu tín hiệu analog lượng tử hóa chúng thành liệu 1.1.1.2 Số liệu thông tin Trong luận văn này, số liệu hiểu tín hiệu analog lối vào (của hệ thống) số hóa trạng thái thiết bị mã hóa dạng bit Thông tin hiểu kết số liệu xử lý có nhiều thông tin rút từ liệu Như vậy, số liệu kết việc thu thập giá trị đại lượng vật lý trạng thái thiết bị Từ số liệu thô theo thời gian, qua xử lý ta có nhận biết thông tin trạng thái hệ thống hoạt động bình thường hay không, vượt ngưỡng, ngưỡng, an toàn an toàn… 54 2.5.3 Tổng thẩm vấn (hỏi yêu cầu) Tổng thẩm vấn chức ứng dụng sử dụng để cập nhật trạm controlling station sau thủ tục khởi động trạm nội trạm controlled station phát thông tin Chức tổng thẩm vấn trạm controlling station yêu cầu trạm controlled station truyền tải giá trị thực tế tất trình diễn biến Thủ tục thẩm vấn hoàn thành trạm controlling station nhận thông báo kết thúc thẩm vấn Thủ tục thẩm vấn bị gián đoạn kiện xẩy cuối trạm controlled station Các trạm kiểm soát truyền thông tin thẩm vấn phương tiện nhiều ASDUs thông tin theo dõi Cuối thông tin ASDU sau theo sau thông báo chấm dứt thẩm vấn (End Of Interrogation), cho thấy tất thông tin chuyển giao Hình 2.17 biểu diễn trình tự thủ tục thẩm vấn chế độ truyền không đồng Việc chuyển giao thông tin kích hoạt lệnh thẩm vấn từ trạm controlling station để trạm controlled station, đáp ứng thông báo xác nhận thẩm vấn Các trạm controlled station truyền thông tin thẩm vấn phương tiện nhiều ASDUs thông tin theo dõi Cuối thông tin ASDU sau theo sau thông báo chấm dứt thẩm vấn (End Of thẩm vấn), cho thấy tất thông tin chuyển giao Dữ liệu thông thường tự phát (bao gồm câu trả lời thẩm vấn) xác định loại liệu thu nhận "Yêu cầu người sử dụng liệu loại 1" bit ACD thiết lập Tuy nhiên, tất liệu định nghĩa liệu lớp việc thu nhận "Yêu cầu liệu người dùng 2" không phân biệt bit ACD.Bottom of Form 55 Chức ứng dụng Controlling Station Dịch vụ truyền thông Lệnh thẩm vấn Chức ứng dụng Controlled Station TI-100 Lệnh thẩm vấn COT = Yêu cầu sử dụng d ữ liệu lớp (hoặc 2) Xác nhận thẩm vấn ACK Frame cố định FC = 10 (11) Xác nhận thẩm vấn TI-100 COT = 7, ACD = C Yêu cầu sử dụng d ữ liệu lớp (hoặc 2) Frame cố định FC = 10 (11) Theo dõi thẩm vấn TI-1/TI-3 TI-21 Theo dõi thẩm vấn COT = 20 ACD = Theo dõi thẩm vấn Frame cố định FC = 10 (11) TI-1/TI-3 TI-21 Theo dõi thẩm vấn COT = 20 ACD = FC = 10 (11) Theo dõi thẩm vấn Theo dõi thẩm vấn TI-1/TI-2 TI-40 COT = FC = 10 (11) Chấm dứt thẩm vấn Chấm dứt thẩm vấn - TI-100 COT = 10 TI: Telegram Type Identification (kiểu điện tín) COT : Cause Of Transmission (nguyên nhân truyền) FC: Function Code (mã code hàm) ACD : Access Demand bit ( yêu cầu truy cập bit) ACK : Single character or fixed frame ACK Hình 2.17 Thủ tục thẩm vấn chế độ Master-Slave 56 2.5.4 Đồng hóa thời gian Thời gian trạm controlled station ban đầu đồng trạm controlling station khởi động đồng định kỳ Lệnh đồng thời gian có chứa đồng hồ thời gian gửi từ controlling station Thời gian thực tế chuyển nhượng thời điểm bit điện đồng hóa đồng hồ truyền Chức ứng dụng Controlling Station Dịch vụ truyền thông Chức ứng dụng Controlled Station Lệnh đồng hóa TI-103 COT = Yêu cầu sử dụng liệu lớp Lệnh đồng hóa ACK Frame cố định FC = 10(11) Sự kiện TI-2 COT = Frame cố định FC = 10(11) Lệnh đồng hóa Yêu cầu sử dụng liệu lớp Sự kiện (S) - Sự kiện Lệnh đồng hóa TI-103 COT = Frame cố định FC = 10(11) Sự kiện (S) TI-2 COT = TI: Telegram Type Identification (kiểu điện tín) COT : Cause Of Transmission (nguyên nhân truyền) FC: Function Code (mã code hàm) ACD : Access Demand bit ( yêu cầu truy cập bit) ACK : Single character or fixed frame ACK Hình 2.18- Thủ tục đồng hóa chế độ Master-Slave 57 Thông tin thời gian phải sửa chữa trạm controlling station theo tổng chậm trễ truyền truyền tải thời gian trước lệnh đồng hóa gửi Sau thực đồng hóa đồng hồ, trạm controlled station tạo thông báo xác nhận có thời gian địa phương trước đồng hóa, độ xác việc đồng hóa phụ thuộc vào đặc điểm đường dây truyền tải 2.5.6 Lệnh truyền Các lệnh sử dụng hệ thống điều khiển xa gây thay đổi trạng thái thiết bị hoạt động Có hai thủ tục tiêu chuẩn để truyền lệnh: + Lựa chọn thực lệnh + Trực tiếp lệnh Chọn/thực lệnh trực tiếp gán riêng độc lập cho đối tượng huy trạm kiểm soát (bằng thông số cấu hình hệ thống trạm kiểm soát) Lựa chọn thực lệnh: Lựa chọn thực lệnh sử dụng trạm kiểm soát để: + Chuẩn bị cho hoạt động kiểm soát cụ thể trạm kiểm soát + Kiểm tra hoạt động kiểm soát chuẩn bị (có thể thực nhà điều hành) + Thực hoạt động chuẩn bị kiểm tra tích cực Thủ tục cho lệnh lựa chọn thực thể hình 2.19 cho chế độ không cân Các trạm kiểm soát gửi thông điệp lệnh SELECT đến trạm controlled station, trạm phản ứng thông báo xác nhận SELECT sẵn sàng để chấp nhận 58 lệnh công bố Thủ tục không ngắt thời gian từ lệnh SELECT đến xác nhận SELECT điều khiển khoảng thời gian cấu hình Một thủ tục lựa chọn thành công sau ngừng hoạt động lệnh phá vỡ "BREAK OFF" Lệnh truyền BREAK OFF thông báo lệnh trạm kiểm soát phản ứng BREAK OFF thông báo xác nhận Thời gian tin nhắn điều khiển thời gian chờ 59 Chức ứng dụng Controlling Station Lệnh SELECT Time out Yêu cầu sử dụng liệu lớp (2) Dịch vụ truyền thông TI-45/ TI-48, TI-51 SE = 1, COT = Lệnh BREAK OFF Time out Lệnh SELECT ACK Frame cổ định Xác nhận SELECT FC = 10 (11) Xác nhận SELECT Chức ứng dụng Controlled Station TI-45/ 48, TI-51 SE = 1, COT = Lệnh BREAK OFF TI-45 48, TI-51 SE=0, COT = ACK Frame cổ định FC = 10 (11) Xác nhận BREAK OFF Xác nhận BREAK OFF TI-45/ 48, TI-51 SE = 0, COT = Lệnh EXECUTE TI-45 TI-48 Time out SE = 0, COT = Lệnh EXECUTE ACK Frame cổ định FC = 10 (11) Xác nhận EXECUTE TI-45/ 48, TI-51 SE = 0, COT = 7, ADC=1 Frame cổ định FC = 10 (11) Sự kiện (S) Kết thúc EXECUTE TI-45/ 48, TI-51 Kết thúc EXECUTE SE = 0, COT = 10 - SE : Select / Execute Hình 2.19- Thủ tục lệnh truyền chế độ Master-Slave 60 2.5.7 Sự truyền tổng số tích hợp Tổng số tích hợp giá trị tích hợp thời gian định IEC 870-5 xác định truy cập giá trị ghi nhớ (đông cứng) đệm, mà không thiết lập lại, trước truyền cho trạm điều khiển Giá trị tăng lên cho giai đoạn sau tính toán trạm điều khiển Chức ứng dụng Controlling Station Dịch vụ truyền thông Yêu cầu sử dụng liệu lớp (2) Chức ứng dụng Controlled Station Frame cố định FC = 10(11) Tổng số tích hợp Tổng số tích hợp TI-16 COT = - TI : Telegram Type Identification - COT : Cause Of Transmission - FC : Function Code Hình 2.20 Truyền tổng số tích hợp chế độ Master-Slave 2.5.8 Tham số tải Tham số tải sử dụng để thay đổi thông số xác định trước, (như dãy chết giá trị xác định phép đo tương tự truyền đi) Các thông số truyền từ trạm kiểm soát kết lệnh điều hành Để tải giá trị tham số mới, trạm kiểm soát gửi tin nhắn Parameter Load đến controlled station, kích hoạt tham số 61 nhận Các lệnh tải tham số sau thừa nhận trạm controlled station, có giá trị tham số thực tế (mới cũ) hoạt động Chú ý - Thông số tải phải lưu trữ nhớ vĩnh viễn để đảm bảo giá trị tham số xác nạp lại trạm kiểm soát khởi động lại Chức ứng dụng Controlling Station Lệnh tải tham số Truyền dịch vụ Chức ứng dụng Controlled Station TI-110/TI-112 COT = Time out Lệnh tải tham số ACK Kí tự kích hoạt Yêu cầu sử dụng liệu lớp (2) Frame cố định FC = 10 (11) Xác nhận tham số tải Xác nhận tham số tải - TI-110/TI-112 COT = TI: Telegram Type Identification (kiểu điện tín) COT : Cause Of Transmission (nguyên nhân truyền) FC: Function Code (mã code hàm) ACD : Access Demand bit ( yêu cầu truy cập bit) ACK : Single character or fixed frame ACK Hình 2.21 Tham số truyền chế độ Master-Slave 62 2.5.9 Kiểm tra thủ tục Các thủ tục kiểm tra sử dụng để kiểm tra việc hoàn thành vòng lặp từ trạm controlling station đến trạm controlled station ngược lại Một lệnh kiểm tra khởi xướng trạm controlling station cách gửi lệnh TEST Các ASDU phản ánh trạm controlled station tin nhắn xác nhận TEST Các trạm controlling station so sánh tin nhắn TEST từ tin nhắn phản ánh chúng đồng kết test xác thực Chức ứng dụng Controlling Station Truyền dịch vụ Chức ứng dụng Controlled Station TI-104 Time out COT = Lệnh TEST TI-104, COT = Yêu cầu sử dụng liệu lớp (2) Frame cố định FC = 10 (11) Xác nhận TEST - Xác nhận TEST TI-104, COT = TI: Telegram Type Identification (kiểu điện tín) COT : Cause Of Transmission (nguyên nhân truyền) FC: Function Code (mã code hàm) ACD : Access Demand bit ( yêu cầu truy cập bit) Hình 2.22 TEST chế độ không cân Master-Slave 63 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỬ DỤNG GIAO THỨC IEC 870-5-101 TRONG CÔNG NGHIỆP Trong chương trình bày giao thức IEC 870-5-101 tiêu chuẩn Quốc tế kết nối trạm điều khiển DCS với trung tâm điều khiển CC Chương bước xây dựng mô hình mô sử dụng giao thức IEC 870-5-101 hệ thống Scada 3.1 Giới thiệu mô hình Mô hình mô sử dụng giao thức IEC 870-5-101 mô hình gồm phần cứng phần mềm Phần cứng cảnh báo 32 kênh giải định trạm RTU cung cấp tín hiệu từ trường Phần mềm thiết lập giao diện máy tính thể mô hình điều khiển thực truyền Frame liệu giao thức IEC 870-5-101 PC (Giả định Trung tâm điều hành) IEC 870-5-101 DI DI 32 Bộ cảnh báo 32 kênh Modbus RS 232/485 PC (Giả định Hệ thống GW, DCS) Hình 3.1 Mô mô hình sử dụng IEC 870-5-101 Scada 64 3.2 Kết cấu phần cứng Phần cứng cảnh báo 32 kênh thiết kế gồm: Card CPU, Card ngoại vi, nguồn, cáp kết nối tín hiệu Mặt trước cảnh báo 32 kênh: Bố trí 32 đèn LED nút điều khiển Hình 3.2 Mô mặt trước cảnh báo 32 kênh Mặt sau cảnh báo 32 kênh: Bố trí đầu vào kết nối với tiếp điểm trạng thái hệ thống cổng RS232 kết nối với PC1 Các 32 Hình 3.3 Mô mặt sau cảnh báo 32 kênh 65 3.3 Phần mềm Trên máy PC thiết lập phần mềm giao diện với chức mô cảnh báo Kết nối với cảnh báo qua Modbus, thị thông tin, thực điều khiển lưu thông số từ cảnh báo Tại PC thiết lập giao thức IEC 870-5-101 kết nối với PC2 Trên máy PC thiết lập trung tâm điều khiển kết nối với PC1 qua giao thức IEC 870-5-101 TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 TEST ACK RESET Hình 3.4 Mô Trung tâm điều khiển máy tính 3.3 Nguyên tắc hoạt động mô hình Khi cảnh báo, đèn LED cảnh báo tắt, có tín hiệu cảnh báo, đèn LED tương ứng nhấp nháy chuông kêu Khi thấy đèn LED nhấp nháy chuông kêu xác nhận (bấm nút ACK) nhằm mục đích thông báo biết xử lý Lúc đèn LED tương ứng sáng hết nhấp nháy chuông ngừng kêu Sau xử lý xong 66 cảnh bảo, bấm RESET cảnh báo lại công việc trước TEST Có nghĩa tín hiệu xác nhận trước xác nhận Các tín hiệu gửi PC qua RS232, giao diện PC1 thao tác cảnh báo Từ PC1 tín hiệu gửi PC qua giao thức IEC 870-5-101 67 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Trong thời gian nhận đề tài nghiêm túc triển khai nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết tìm hiểu thực hành để xây dựng mô hình mô phỏng, luân văn đạt kết sau: Về lý thuyết: - Phân tích lý thuyết hệ thống phân tán thời gian thực, hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Scada) công nghiệp ngành điện - Phân tích cấu trúc, thủ tục, giao thức Vấn đề đồng thời gian, chế phát kiểm tra lỗi Về thực nghiệm: - Đã thực việc xây dựng mô hình thực nghiệm mô chế hoạt động giao thức gồm cảnh bảo 32 kênh (giả định trạm DCS, RTP) phần mềm máy tính Xây dựng cấu trúc giao IEC 870-5-101 thức truyền liệu từ cảnh báo 32 kênh vào máy tính - Tham gia lắp đặt cài đặt hệ thống Scada với Công ty cổ phần Scada Việt Nam cho số nhà máy xi măng tỉnh Thái nguyên Hướng phát triển luận văn - Vì thời gian có hạn việc xây dựng mô hình thực nghiệm đòi hỏi phải có bắt cụ thể thực tế trương nên phần tạo lập mô truyền giao thức trung tâm điều khiển hệ thống DCS dừng lại việc thiết lập truyền frame giả định, chưa thực việc điều khiển trực tiếp - Hướng phát triển luận văn tiếp tục xây dựng hoàn thiện mô hình mô truyền liệu phong phú đa dạng hơn, giả định số tín hiệu đo lường trạng thái hệ Scada 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Kim Ánh, Nguyễn Mạnh Hà (2007), Giáo trình Mạng truyền thông Công nghiệp ,trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2007 [2] Hoàng Minh Sơn (2002), Hệ Thống điều khiển Phân Tán, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [3] Phí Mạnh Lợi “Mô đụng độ mạng cục Ethernet”, Tạp chí Khoa học tính toán Điều khiển số 2/1987 [4] Phí Mạnh Lợi, Nguyễn Nam Hải (1995) “Ứng dụng CSDL phân tán vào quản lý kiểm soát hệ thống điện Quốc gia”, Tạp chí Tin học Điều khiển học số năm 1995 [5] Phí Mạnh Lợi, Nguyễn Nam Hải “Về ứng dụng Vector Time hệ CSDL phân tán”, Tạp chí Tin học Điều khiển học số năm 1997 [6] Phí Mạnh Lợi: “LNET hệ phần mềm xây dựng mạng WAN ứng dụng” Tạp Tiếng Anh [7] SIEMENS A&G S7-300, Programmable Controller Hardware and Installation Manual, SIEMENS Đức, 1998 [8] James Northcote – Green, Robert Wilson: “Control and Automation of Electrical Power Distribution System” [9] International Standard IEC 60870-5-101; IEC 61850 Mạng Internet [10]www.proscada.com/ /Interoperability%20Definition%20for%20IEC%20 870-5-101%20Protocol.pdf [11] www.softpedia.com/get/Network /IEC-870-5-101-Simulator.shtml [...]... dây chuyền công nghệ sử dụng giao thức IEC 87 05 -103 hoặc giao thức của nhà sản xuất + Giữa SAS/DCS với IED sử dụng giao thức MODBUS trên giao diện RS4 85/ RS232, + Giữa các máy trạm và máy chủ trong hệ thống SAS/DCS ngày nay đang sử dụng một số giao thức của nhà sản xuất và đang hướng tới chuẩn IEC 61 850 + Gữa GateWay với CC sử dụng giao thức IEC8 70 -5- 101 trên RS232/Modem hoặc giao thức IEC8 70 -5- 104 qua... này được gọi là giao thức truyền tin, Giao thức truyền tin đóng vai trò trung gian và là giao diện logic” giữa 2 việc: truyền tin và xử lý thông tin Có thể hiểu giao thức truyền tin như là một loại “ngữ pháp” cho phép tập hợp và biên tập dòng các bit thu được trên kênh thành dạng có thể hiểu được Giao thức truyền tin bao hàm cả việc quản lý giao diện logic” nói trên Giao thức truyền tin có các chức... tính thông qua các giao thức IEC 6 0870- 5- 103, MODBUS  25 CHƯƠNG 2 GIAO THỨC IEC 870- 5- 101 Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực trong công nghiệp (SCADA) Hệ thống được phân cấp thành nhiều phân hệ và các trung tâm điều khiển với nhiều cấp độ khác nhau Chương 2 sẽ từng bước tìm hiểu và nghiên cứu giao thức IEC 870- 5- 101 là một tiêu chuẩn... khiển 2.1 Giới thiệu Giao thức IEC 870- 5- 101 được Uỷ ban điện tử Quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission) phát hành vào đầu của thập kỷ 90, dựa trên kiến trúc EPA (Enhanced Performance Architecture) và xác định chỉ có liên kết vật lý và ứng dụng các lớp của mô hình OSI Giao thức IEC 870- 5- 101 là một đồng tiêu chuẩn cho các ứng dụng có sử dụng điều khiển xa và là giao thức truyền thông giữa... của lớp liên kết và lớp ứng dụng có cấu trúc đơn giản Hiện nay ở Việt Nam IEC 870- 5- 101 được Tập đoàn điện lực chọn làm chuẩn giao thức kết nối hệ thống Scada trong toàn ngành Ngoài ra một số dự án MiniScada của một số ngành công nghiệp chế biến, hóa dầu cũng sử dụng giao thức IEC 870- 5- 101 làm chuẩn kết nối 2.2 Cấu trúc giao thức 2.2.1 Thông tin truyền thông Thông tin được truyền từ các thiết bị điều... rộng 870- 5- 101 theo các tiêu chuẩn sau: + IEC 870- 5- 1:Transmission Frame Formats (Định dạng khung truyền) + IEC 870- 5- 2: Data Link Transmission Services (Dịch vụ truyền dẫn kết nối dữ liệu) + IEC 870- 5- 3: General Structure Of Application Data (Tổng quan cơ cấu tổ chức của dữ liệu ứng dụng) 26 + IEC 870- 5- 4: Definition And Coding Of Information Elements (Định nghĩa và mã hóa các yếu tố thông tin) + IEC. .. IEC 870- 5- 5: Basic Application Functions (Chức năng ứng dụng cơ bản) IEC 6 0870- 5- 101 chủ yếu được sử dụng với phương tiện truyền thông truyền tải chậm tương đối trên giao diện V.24 không đồng bộ với tốc độ truyền lên đến 9600 bit/s Ngoài các chức năng giao thức chuẩn, IEC 870- 5- 101 cũng cho phép mở rộng tích hợp giữa các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau với khả năng đàn hồi của lớp liên kết và. .. chuyền công nghệ sản xuất trong một nhà máy xí nghệp nhất định Cấp nhà máy quản lý toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy, bao gồm quản lý cấp hiện trường và các các quản lý khác thuộc nhà máy xí nghiệp Vị trí của cấp hiện trường và cấp nhà máy đặt tại nhà máy xí nghiệp ICCP/ELCOM90 CC (Center) CC (Center) IEC 870- 5- 101/ 104 IEC 870- 5- 101/ 104 IEC 61 850 SAS/DCS + RTU, PLC 870- 5- 103/MODBUS IEC 870- 5- 103/MODBUS... IED, nhận lệnh điều khiển từ HMI, Gateway và các ứng dụng lưu trữ dữ liệu Phần mềm máy tính chủ sử dụng giao thức IEC 61 850 , IEC 6 0870- 51 04 Một số hãng sản xuất phần mềm: Matrikon, KalkiTech, Triangle Micro Works… + Hệ thống HMI: Cung cấp giao diện người/máy + Hệ thống Gateway: Kết nối DCS với hệ thống SCADA của Trung tâm Điều độ, sử dụng giao thức IEC 6 1870- 5- 101 Một số hãng sản xuất phần mềm: Matrikon,... biệt là về các giao diện và giao thức 17 Hai là; Môi trường áp dụng trong công nghiệp có thể có nhiễu rất lớn nên các giao diện và giao thức phải được áp dụng hợp lý để xử lý nhiễu Ba là; Do được trải ra trên không gian địa lý rộng lớn nên cần nhiều dịch vụ viễn thông để kết nối các phân hệ của hệ thống SCADA Kết nối dữ liệu trong hệ thống SCADA theo IEC thường tuân thủ một số giao thức chuẩn sau: ... trúc, thủ tục giao thức Vấn đề đồng thời gian, chế phát kiểm tra lỗi Chương 3: Xây dựng mô hình mô sử dụng giao thức IEC 870- 51 01 công nghiệp Mô việc truyền byte liệu giao thức IEC 870- 5- 101 hệ thống... theo IEC thường tuân thủ số giao thức chuẩn sau: + Giữa RTU với với dây chuyền công nghệ sử dụng giao thức IEC 87 05 -103 giao thức nhà sản xuất + Giữa SAS/DCS với IED sử dụng giao thức MODBUS giao. .. RS4 85/ RS232, + Giữa máy trạm máy chủ hệ thống SAS/DCS ngày sử dụng số giao thức nhà sản xuất hướng tới chuẩn IEC 61 850 + Gữa GateWay với CC sử dụng giao thức IEC8 70 -5- 101 RS232/Modem giao thức IEC8 70 -5- 104