Nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông qua mạng truyền thông.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BẾ VIẾT KHUYẾN - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM VIỄN THÔNG QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG BẾ VIẾT KHUYẾN THÁI NGUYÊN 2011 THÁI NGUYÊN 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT “Nghiên cứu điều khiển giám sát thiết bị trạm viễn thông qua mạng truyền thông” Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 6052703.04.3898 Học Viên: BẾ VIẾT KHUYẾN Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN NHƢ HIỂN THÁI NGUYÊN – 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT……………………………………… ……………4 DANH MỤC BẢNG…………………………… … …………….………….4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM VIỄN THÔNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH PLC .9 1.1.1 Định nghĩa hệ thống điều khiển 1.1.2 Vai trò điều khiển lập trình PLC .10 1.1.2.1 Thiết bị đầu vào 10 1.1.2.2 Thiết bị đầu .10 1.1.3 Khái niệm PLC 10 1.1.3.1 Cấu trúc .11 1.1.3.2 Hoạt động PLC .11 1.1.4 Sơ lƣợc lịch sử phát triển .13 1.1.5 Đặc điểm điều khiển lập trình .14 1.1.6 Ƣu điểm PLC .15 1.1.6.1 Hệ thống điều khiển cổ điển khó khăn 15 1.1.6.2 Bảng điều khiển khả lập trình thuận lợi 16 1.1.7 Ứng dụng PLC .18 1.2 SƠ LƢỢC VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG VỚI PLC .21 1.2.1 Định nghĩa mạng truyền thông công nghiệp 21 1.2.2 Vai trò ứng dụng mạng truyền thông 22 1.2.3 Mạng ASI 23 1.2.3.1 Giao tiếp AS 23 1.2.3.2 Các AS – I master 24 1.2.4 Mạng PROFIBUS 26 1.2.4.1 Định nghĩa PROFIBUS .26 1.2.4.2 Các thuận lợi fieldbus 27 1.2.4.3 Truyền thông công nghệp 27 1.2.4.4 Đặc tính PROFIBUS 27 1.2.4.5 Truyền thông với PROFIBUS .28 1.2.5 Mạng ETHERNET công nghiệp 29 1.2.5.1 Khái niệm 29 1.2.5.2 Truyền thông mạng .30 1.2.6 Các mạng máy tính thông dụng 30 1.2.6.1 Mạng cục - LAN (Local Area Network) 30 1.2.6.2 Mạng Internet 36 Chƣơng 38 CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM VIỄN THÔNG QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG 38 2.1 YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG 38 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG .39 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.1 Trung tâm giám sát .39 2.2.2 Các trạm viễn thông (Trạm vệ tinh) 40 2.3 CHỨC NĂNG VÀ MỤC TIÊU CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT .41 2.3.1 Thu thập liệu 41 2.3.2 Cảnh báo 42 2.3.2.1 Sự cố cảnh báo 42 2.3.2.2 Phƣơng tiện cảnh báo 42 2.3.3 Điều khiển 43 2.3.3.1 Chế độ tự động 43 2.3.3.2 Chế độ manual 43 2.3.4 Cấu hình tham số hệ thống 43 2.3.4.1 Truyền qua đƣờng E1 43 2.3.4.2 Truyền thông không dây (GPRS, SMS) 43 2.3.4.3 Truyền qua mạng LAN .44 2.3.4.4 Truyền qua đƣờng Internet (ADSL) 44 2.3.5 Khả quản trị hệ thống 44 2.3.5.1 Quản trị tập trung trung tâm 44 2.3.5.2 Lƣu trữ quản lý thông tin 44 2.3.6 Khả lƣu trữ 45 2.3.6.1 Lƣu trữ trung tâm 45 2.3.6.2 Lƣu trữ trạm đƣờng truyền 45 2.3.7 Khả bảo mật .45 2.3.8 Quản trị hệ thống phân quyền ngƣời sử dụng .45 Chƣơng 46 GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT THỰC HIỆN XÂY DỰNG HỆ THỐNG 46 3.1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ 46 3.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHI TIẾT .48 3.2.1 Thiết bị giám sát điều khiển MCE 48 3.2.2 Các cảm biến thiết bị kết nối với PLC 54 3.2.2.1 Tủ ATS (Atomatic Transfer Syster) 54 3.2.2.2 Thiết bị điều khiển điều hoà 57 3.2.2.3 Đầu đo nhiệt độ phòng máy 58 3.2.2.4 Cảm biến khói, cháy 58 3.2.3 Đặc tính kỹ thuật số thiết bị 59 3.2.3.1 Tủ điều khiển logic LC 59 3.2.3.2 Đầu đo nhiệt độ xác 59 3.2.3.3 Đầu báo khói .59 3.2.3.4 Đầu báo cháy (nhiệt gia tăng) .60 3.2.3.5 Đồng hồ đo dòng AC 60 3.2.3.6 Tủ ATS .60 3.3 CẤU HÌNH KỸ THUẬT 61 3.4 CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN 62 3.4.1 Giám sát đƣờng truyền 62 3.4.2 Giám sát cảnh báo, trạng thái .62 3.4.3 Đo đạc thông số từ xa 62 3.4.4 Điều khiển tự động .62 3.4.5 Điều khiển từ xa 62 3.4.6 Chức tra cứu lý lịch kiện .63 3.5 THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LOGIC .63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.5.1 Chọn sử dụng PLC .63 3.5.1.1 Module CPU .64 3.5.1.2 Các loại module mở rộng 64 3.5.2 Kết nối PLC mạng Internet 65 3.5.3 Lập trình cho PLC 66 3.5.3.1 Lập trình báo khói .66 3.5.3.2 Lập trình báo cháy (nhiệt gia tăng) .69 3.5.3.3 Lập trình điều khiển điều hòa nhiệt độ 73 3.5.3.4 Lập trình điều khiển tủ ATS 79 3.6 PHƢƠNG ÁN XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition) 89 3.6.1 Cơ sở thiết kế hệ thống .89 3.6.2 Giải pháp xây dựng phần mềm hệ thống 90 3.6.3 Một số giao diện phần mềm giám sát 92 Chƣơng 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 4.1 KẾT LUẬN .95 4.1.1 Lợi ích đem lại từ hệ thống 95 4.1.1 Kết đạt đƣợc sau trình nghiên cứu thiết kế 95 4.2 KIẾN NGHỊ 95 4.2.1 Các kiến nghị 95 4.2.2 Hƣớng phát triển 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn THUẬT NGỮ VIẾT TẮT - BTS ( Base Transceiver Station): Trạm Thu phát gốc - GSM (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động toàn cầu - ATS (Automatic Transfer Switch): Hệ Thống Tự động chuyển mạch - IMS (Intergrated Monitoring System) - VSE (Video Surveilance Entity) : Hệ thống giám sát tích hợp : Thiết bị giám sát hình ảnh - MCE (Monitoring & Control Entity) : Thiết bị giám sát điều khiển : Thiết bị quản lý vào (dùng thẻ, vân - ACE (Access Control Entity) tay, ) - OEs (Other Equipments) : Các thiết bị khác cần giám sát từ xa qua hệ thống IMS - EA (Ethernet Adapter) : Bộ thích ứng mạng Ethernet để kết nối thiết bị vào hệ thống IMS (nếu thiết bị chƣa có giao diện Ethernet) - VS-P (Video Surveilance Protocol) : Giao thức giám sát hình ảnh - MC-P (Monitoring & Control Protocol): Giao thức giám sát điều khiển - AC-P (Access Control Protocol) : Giao thức quản lý vào - OEs-P (Other Equipments Protocols) khác(SNMP, Telnet, Serial Console, ) - IMS-P (IMS-Protocol) máy chủ : Các giao thức quản lý thiết bị : Giao thức IMS máy trạm quản lý DANH MỤC BẢNG Bảng 1: So sánh đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển…………18 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống điều khiển PLC……………… …………………….9 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển lập trình……… …….… …… 11 Hình 1.3 Mô tả hoạt động PLC……………… …………….……………… 12 Hình 1.4 Chu kỳ vòng quét PLC…………… ………….……………….12 Hình 1.5 Bảng điều khiển PLC……………………… ……………….16 Hình 1.6 Hình ảnh ứng dụng PLC…………………………………… 20 Hình 1.7 Phân cấp mạng………………………………… …………………23 Hình 1.8 Sơ đồ kết nối thành phần AS – i……………… ………… .24 Hình 1.9 ASI Master CP 342-2……………………………… ………… 25 Hình 1.10 Truyền thông S7 qua mạng Ethernet……………… ……………29 Hình 1.11 Cấu hình mạng LAN……………………………… …………….31 Hình 1.12 Các tầng TCP/IP so với tầng tƣơng ứng OSI………… 33 Hình 1.13 Hai mạng Net Net kết nối thông qua routerR.……… … 36 Hình 1.14 Ba mạng kết nối với thông qua định tuyến…… …… 36 Hình 1.15 Kiến trúc tổng thể Internet…………………………………….37 Hình 2.1 Mô hình tổng thể hệ thống điều khiển giám sát trạm viễn thông39 Hình 2.2 Mô hình hệ thống điều khiển giám sát qua mạng IP………… … 41 Hình 3.1 Mô hình thiết kế tổng quan………………………………… …….46 Hình 3.2 Sơ đồ mô tả thiết bị PLC……………………………………………49 Hình 3.3 Nguyên tắc đấu nối cổng DI………………………… ……….50 Hình 3.4 Nguyên tắc đấu nối tiếp, song song cổng DI………… ………50 Hình 3.5 Đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính cổng AI………… …………51 Hình 3.6 Gửi điện áp điều khiển Vdk đến thiết bị……………………… ….51 Hình 3.7 Mô tả giao thức MC-P………………………………… …………52 Hình 3.8 Vị trí ATS 55 Hình 3.9 Sơ đồ mô tả khả dự phòng chuyển đổi chế độ Auto Remote…………………………………………………… …………………55 Hình 3.10 Mặt máy tủ ATS………………………………… …………… 56 Hình 3.11 Đầu đo nhiệt độ Dixell……………………… ………………… 58 Hình 3.12 Đầu báo khói, Đầu báo nhiệt gia tăng………………… ……… 59 Hình 3.13 Các giao tiếp điện điều khiển ATS…………… ……………… 60 Hình 3.14 Cấu hình kỹ thuật hệ thống……………………… …………… 61 Hình 3.15 PLC S7 - 300………………………………………………………63 Hình 3.16 Module giao tiếp eWON……………………………… ……… 65 Hình 3.17 Kết nối PLC S7-300 với mạng Internet qua module eWON … 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.18 Phân cấp hệ SCADA………………………………………………89 Hình 3.19 Mô hình IMS Client - Server……………………… ……………90 Hình 3.20 Giao diện giám sát tổng thể………………………… ………… 92 Hình 3.21 Quản lý ngƣỡng loại cảnh báo ……………………………… 92 Hình 3.22 Giám sát cảnh báo qua màu sắc sơ đồ mặt bằng……… … 93 Hình 3.23 Giao diện giám sát điều khiển cho thiết bị……………… 93 Hình 3.24 Giao diện giám sát điều khiển sơ đồ mặt máy PLC 94 Hình 3.25 Các lƣu đồ điều khiển tự động cho trạm…………… …………94 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Hiện đa số đơn vị cung cấp khai thác dịch vụ viễn thông tồn phƣơng pháp quản lý, khai thác dịch vụ truyền thống thủ công không đồng Chƣa thực tự động hoá đƣợc khâu quản lý, giám sát điều hành đánh giá chất lƣợng mạng dịch vụ cho toàn hệ thống gây tốn nhiều nhân lực vật lực; chậm trễ thông tin báo cáo giải cố hỗ trợ khách hàng, thông tin báo cáo hỗ trợ cấp lãnh đạo định đạo điều hành Chính cần phải có hệ thống điều khiển giám sát thiết bị trạm viễn thông nhằm khắc phục đƣợc tồn nói Trong thời gian vừa qua, ngành công nghệ thông tin truyền thông nói chung ngành viễn thông nói riêng có bƣớc phát triển vô mạnh mẽ Đã có nhiều trạm viễn thông, BTS đƣợc xây dựng với trang thiết bị đại đắt tiền nhằm phục vụ cho nhu cầu không ngừng tăng cao khách hàng Sự tốn kém, phức tạp việc giải hậu nhƣ chi phí, mát không lƣờng trƣớc đƣợc xảy thiết bị nhà trạm viễn thông xảy cố dẫn đến nhu cầu phải có giám sát nhà trạm viễn thông cách liên tục, tin cậy hiệu Tuy nhiên, hầu hết trạm viễn thông, có số cảnh báo giản đơn cho số thiết bị Hơn việc sử dụng hệ thống điều hoà, thông gió,… liên tục mà không quan tâm tới nhiệt độ nhà trạm gây thất thoát lớn điện Do hệ thống giám sát đƣợc trang bị đầy đủ thiết bị với khả cảnh báo, giám sát toàn trạm viễn thông theo thời gian thực có phƣơng án sử dụng điện cách hiệu cần phải đƣợc xây dựng Số lƣợng không ngừng tăng lên trạm viễn thông đòi hỏi giám sát phải đƣợc thực theo hƣớng tập trung, tiện lợi an toàn Trong tƣơng lai, tất trạm viễn thông hoạt động hoàn toàn tự động, nhân viên kỹ thuật xử lý, giám sát hoạt động trạm từ xa Chỉ trƣờng hợp có cố nghiêm trọng nhân viên kỹ thuật phải đến tận nơi để xử lý Để nâng cao chất lƣợng dịch vụ tối ƣu hoá chi phí quản lý, tăng cƣờng việc kiểm soát an ninh nhà trạm thiết bị, phải có giải pháp giám sát quản lý nhà trạm tập trung từ xa, tự động hoá toàn hoạt động thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ thiết bị chính, giảm bớt nhân tố ngƣời trông coi, qua giảm đƣợc nhiều chi phí quản lý, tận dụng đƣợc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn nguồn nhân lực để phục vụ nhu cầu khác Có nhƣ tăng sức mạnh cạnh tranh kinh từ mở cửa nhƣ Xây dựng hệ thống giám sát, quản lý tập trung tạo khả quản lý phân vùng, phòng ngừa xử lý cố cách chủ động, từ xa,… mà giúp giảm thiểu chi phí gây lãng phí điện Đối với nƣớc phƣơng Tây, hệ thống giám sát tự động từ xa cho nhà trạm thiết bị không ngƣời đƣợc sử dụng từ lâu tất lĩnh vực, Việt Nam, công nghệ tƣơng đối mẻ Với đề tài “ Nghiên cứu điều khiển giám sát thiết bị trạm viễn thông qua mạng truyền thông”, phƣơng án kỹ thuật đáp ứng đƣợc công việc giám sát quản lý tập trung từ xa nhà trạm thiết bị Viễn thông Tôi mong sở xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát với quy mô lớn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... cho nhà trạm thiết bị không ngƣời đƣợc sử dụng từ lâu tất lĩnh vực, Việt Nam, công nghệ tƣơng đối mẻ Với đề tài “ Nghiên cứu điều khiển giám sát thiết bị trạm viễn thông qua mạng truyền thông ,... …………….………….4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM VIỄN THÔNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC... CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Nghiên cứu điều khiển giám sát thiết bị trạm viễn thông qua mạng truyền thông Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 6052703.04.3898 Học Viên: