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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT “Nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông qua mạng truyền thông”... 38 CÁ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 0

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT……… ………4

DANH MỤC BẢNG……… … ……….………….4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

LỜI NÓI ĐẦU 7

Chương 1 9

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ 9

TRONG TRẠM VIỄN THÔNG 9

1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH PLC 9

1.1.1 Định nghĩa về hệ thống điều khiển 9

1.1.2 Vai trò của bộ điều khiển lập trình PLC 10

1.1.2.1 Thiết bị đầu vào 10

1.1.2.2 Thiết bị đầu ra 10

1.1.3 Khái niệm về PLC 10

1.1.3.1 Cấu trúc 11

1.1.3.2 Hoạt động của PLC 11

1.1.4 Sơ lược về lịch sử phát triển 13

1.1.5 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 14

1.1.6 Ưu điểm của PLC 15

1.1.6.1 Hệ thống điều khiển cổ điển và những khó khăn của nó 15

1.1.6.2 Bảng điều khiển khả lập trình và những thuận lợi của nó 16

1.1.7 Ứng dụng của PLC 18

1.2 SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG VỚI PLC 21

1.2.1 Định nghĩa về mạng truyền thông công nghiệp 21

1.2.2 Vai trò ứng dụng của 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 của 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 bộ - LAN (Local Area Network) 30

1.2.6.2 Mạng Internet 36

Chương 2 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

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 dữ liệu 41

2.3.2 Cảnh báo 42

2.3.2.1 Sự cố cảnh báo 42

2.3.2.2 Phương 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 các tham số hệ thống 43

2.3.4.1 Truyền qua đường 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 đường Internet (ADSL) 44

2.3.5 Khả năng quản trị hệ thống 44

2.3.5.1 Quản trị tập trung tại trung tâm 44

2.3.5.2 Lưu trữ và quản lý thông tin 44

2.3.6 Khả năng lưu trữ 45

2.3.6.1 Lưu trữ tại trung tâm 45

2.3.6.2 Lưu trữ tại trạm khi mất đường truyền 45

2.3.7 Khả năng bảo mật 45

2.3.8 Quản trị hệ thống và phân quyền người sử dụng 45

Chương 3 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 và điều khiển MCE 48

3.2.2 Các cảm biến và 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 của một số thiết bị chính 59

3.2.3.1 Tủ điều khiển logic LC 59

3.2.3.2 Đầu đo nhiệt độ chính 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 mất đường truyền 62

3.4.2 Giám sát cảnh báo, trạng thái 62

3.4.3 Đo đạc các 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 năng tra cứu lý lịch sự kiện 63

3.5 THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LOGIC 63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

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 và 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 PHƯƠNG 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 của phần mềm giám sát 92

Chương 4 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 quả đạt được sau quá trình nghiên cứu và thiết kế 95

4.2 KIẾN NGHỊ 95

4.2.1 Các kiến nghị 95

4.2.2 Hướng phát triển 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

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) : Hệ thống giám sát tích hợp

- VSE (Video Surveilance Entity) : Thiết bị giám sát hình ảnh

- MCE (Monitoring & Control Entity) : Thiết bị giám sát và điều khiển

- ACE (Access Control Entity) : Thiết bị quản lý vào ra (dùng thẻ, vân 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 và điều khiển

- AC-P (Access Control Protocol) : Giao thức quản lý vào ra

- OEs-P (Other Equipments Protocols) : Các giao thức quản lý thiết bị khác(SNMP, Telnet, Serial Console, )

- IMS-P (IMS-Protocol) : Giao thức IMS giữa máy trạm quản lý

và máy chủ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển…………18

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC……… ……….9

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển lập trình……… …….… …… 11

Hình 1.3 Mô tả hoạt động PLC……… ……….……… 12

Hình 1.4 Chu kỳ vòng quét của PLC……… ………….……….12

Hình 1.5 Bảng điều khiển bằng PLC……… ……….16

Hình 1.6 Hình ảnh ứng dụng của PLC……… 20

Hình 1.7 Phân cấp mạng……… ………23

Hình 1.8 Sơ đồ kết nối các 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 của TCP/IP so với 7 tầng tương ứng của OSI………… 33

Hình 1.13 Hai mạng Net 1 và Net 2 kết nối thông qua routerR.……… … 36

Hình 1.14 Ba mạng kết nối với nhau thông qua 2 bộ định tuyến…… …… 36

Hình 1.15 Kiến trúc tổng thể của Internet……….37

Hình 2.1 Mô hình tổng thể của 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 các cổng DI……… ……….50

Hình 3.4 Nguyên tắc đấu nối tiếp, song song các cổng DI………… ………50

Hình 3.5 Đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính các 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 của ATS 55

Hình 3.9 Sơ đồ mô tả khả năng dự phòng và chuyển đổi giữa 2 chế độ Auto và 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

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 ngưỡng các loại cảnh báo ……… 92

Hình 3.22 Giám sát cảnh báo qua màu sắc trên sơ đồ mặt bằng……… … 93

Hình 3.23 Giao diện giám sát và điều khiển cho từng thiết bị……… 93

Hình 3.24 Giao diện giám sát và điều khiển trên sơ đồ mặt máy của PLC 94

Hình 3.25 Các lưu đồ điều khiển tự động cho 1 trạm……… …………94

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

7

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đa số ở các đơn vị cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông vẫn tồn tại phương pháp quản lý, khai thác dịch vụ truyền thống thủ công và không đồng bộ Chưa thực sự tự động hoá được các khâu quản lý, giám sát điều hành

và đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ cho toàn hệ thống gây ra sự tốn kém rất nhiều về nhân lực và vật lực; chậm trễ trong thông tin báo cáo giải quyết sự

cố và hỗ trợ khách hàng, thông tin báo cáo hỗ trợ các cấp lãnh đạo ra quyết định chỉ đạo điều hành Chính vì vậy cần phải có một hệ thống điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông nhằm khắc phục được những tồn tại nói

trên

Trong thời gian vừa qua, ngành công nghệ thông tin truyền thông nói chung và ngành viễn thông nói riêng đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ Đã có rất nhiều trạm viễn thông, BTS được xây dựng với các trang thiết bị hiện đại đắt tiền nhằm phục vụ cho nhu cầu không ngừng tăng cao của các khách hàng Sự tốn kém, phức tạp trong việc giải quyết hậu quả cũng như những chi phí, mất mát không lường trước được có thể xảy ra mỗi khi các thiết

bị nhà trạm viễn thông xảy ra sự cố dẫn đến nhu cầu phải có sự giám sát nhà trạm viễn thông một cách liên tục, tin cậy và hiệu quả

Tuy nhiên, hiện nay tại hầu hết các trạm viễn thông, đều mới chỉ có một số rất ít các cảnh báo giản đơn cho một số ít thiết bị Hơn nữa việc sử dụng các hệ thống điều hoà, thông gió,… liên tục mà không quan tâm tới nhiệt độ nhà trạm

đã gây ra một sự thất thoát lớn về điện năng Do đó một hệ thống giám sát mới được trang bị đầy đủ các thiết bị với khả năng cảnh báo, giám sát toàn bộ trạm viễn thông theo thời gian thực và có phương án sử dụng điện năng một cách hiệu quả cần phải được xây dựng

Số lượng không ngừng tăng lên của các trạm viễn thông đòi hỏi sự giám sát đó phải được thực hiện theo hướng tập trung, tiện lợi và an toàn Trong tương lai, tất cả các trạm viễn thông hoạt động hoàn toàn tự động, các nhân viên kỹ thuật có thể xử lý, giám sát các hoạt động của trạm từ xa Chỉ trong những trường hợp có sự cố nghiêm trọng thì các nhân viên kỹ thuật mới phải đến tận nơi để xử lý

Để nâng cao chất lượng dịch vụ và tối ưu hoá chi phí quản lý, tăng cường việc kiểm soát an ninh đối với các nhà trạm thiết bị, còn phải có một giải pháp giám sát quản lý nhà trạm tập trung từ xa, tự động hoá toàn bộ hoạt động của các thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ các thiết bị chính, giảm bớt nhân tố con người trông coi, qua đó giảm được rất nhiều chi phí quản lý, và tận dụng được

nguồn nhân lực đó để phục vụ các nhu cầu khác Có như vậy mới có thể tăng sức mạnh cạnh tranh trong nền kinh từ mở cửa như hiện nay

Xây dựng một hệ thống giám sát, quản lý tập trung không những tạo ra khả năng quản lý phân vùng, phòng ngừa và xử lý các sự cố một cách chủ động, từ xa,… mà còn giúp giảm thiểu những chi phí gây ra do sự lãng phí điện

năng

Đối với các nước phương Tây, các hệ thống giám sát tự động từ xa cho các nhà trạm thiết bị không người đã được sử dụng từ rất lâu trong tất cả các lĩnh vực, trong khi ở Việt Nam, công nghệ này là tương đối mới mẻ

Với đề tài “ Nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông qua mạng truyền thông”, phương án kỹ thuật có thể đáp ứng được công

việc giám sát quản lý tập trung từ xa đối với các nhà trạm thiết bị Viễn thông Tôi mong rằng trên cơ sở đó có thể xây dựng các hệ thống điều khiển, giám sát

với quy mô lớn hơn

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

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read