2.5.1. Sơ bộ về chuẩn DLMS
Chuẩn DLMS/COSEM quy định cách thức mô hình hóa dữ liệu (data model) và các giao thức truyền tin cho việc trao đổi dữ liệu với các thiết bị đo đếm. Theo đó, khi thiết lập kênh truyền tin giữa các thiết bị với nhau phải qua 3 bước như sau:
27
Hình 3: Các bước giao tiếp với công tơ theo chuẩn DLMS/COSEM
Bước 1: Modelling
Bước này thực hiện việc mô hình hóa dữ liệu cho thiết bị đo và các quy tắc để phân loại dữ liệu. Theo mô hình hóa dữ liệu, các chức năng của thiết bị đo được nhìn thông qua các lớp giao diện (Interface class), dữ liệu được chia làm các đối tượng bao gồm các thuộc tính và phương thức.
Bước 2: Messaging
Bước này đề cập tới các dịch vụ truyền tin và các giao thức để tham chiếu các thành phần dữ liệu (đã được thực hiện trên lớp modelling) tới các đơn vị dữ liệu trên lớp giao thức ứng dụng (application protocol data unit - APDU).
Bước 3: Transporting
Bước này đề cập tới các dịch vụ và các giao thức cho việc truyền nhận các bản tin thông qua các kênh truyền tin.
Chi tiết về chuẩn DLMS được mô tả trong 2 quyển sách chính là Blue book và Green book.
28
2.5.2. Đọc dữ liệu từ công tơ ZxD của hãng Landis & Gyr
Theo công bố của nhà sản xuất, công tơ ZxD Landis & Gyr tuân theo chuẩn truyền thông IEC 62056/DLMS. Dựa trên phân tích bằng phần mềm giao tiếp với công tơ từ hãng, thấy rằng giao thức công tơ sử dụng theo HDLC protocol thông qua mode E. Cụ thể:
Theo Protocol mode E, thiết bị đọc (máy tính/HHU) đóng vai trò là Client, công tơ đóng vai trò là Master. Sau khi thiết lập cổng truyền thông, máy tính gửi bản tin </><?>SerialNumber<!> xuống công tơ, công tơ trả lời lại bằng bản tin /XXX\W Ident <CR><LF> (XXX là mã của nhà sản xuất, W là thông số cho biết tốc độ truyền thông ở bước tiếp theo, Ident là số Serial của công tơ). Nếu máy tính trả lời bản tin xác nhận ACK 2 Z 2 <CR><LF>, phiên giao tiếp tiếp theo sẽ được thực hiện theo HDLC protocol, nếu không trả lời bản tin xác nhận, phiên giao tiếp sẽ đi vào chế độ Readout data (công tơ gửi các dữ liệu mặc định của nhà sản xuất lên máy tính).
Khi vào giai đoạn giao tiếp theo HDLC Protocol, máy tính (Client) gửi bản tin hỏi/hoặc ra lệnh, công tơ (Server) gửi bản tin trả lời/hoặc đáp ứng.
Để có thể đọc dữ liệu từ công tơ L&G, nhất thiết phải qua 4 bước sau:
- Bước 1: Khởi tạo truyền thông theo Protocol mode E
S-> /?SerialNuber!<CR><LF> // Máy tính gửi yêu cầu R<- /LGZ5\2ZMD4054407.B21<CR><LF> //Công tơ gửi bản tin trả lời
wait for minimum response time delay (minimum reaction time: 200ms) S-> <ACK>252<CR><LF> //Máy tính gửi mã xác nhận R<- <ACK>252<CR><LF> //Công tơ xác nhận lại
- Bước 2: Giai đoạn bắt tay trong HDLC Protocol
Máy tính gửi SNRM Frame để thiết lập kênh truyền thông trên lớp HDLC, công tơ gửi đáp ứng qua UA Frame.
Máy tính gửi lệnh khởi tạo kênh truyền thông trên lớp COSEM/DLMS, công tơ gửi bản tin đáp ứng.
29
- Bước 3: Đọc dữ liệu từ công tơ
Máy tính gửi thông tin về đối tượng/ giá trị cần đọc, công tơ gửi bản tin trả lời.
Trong bước này cần chú ý tới việc chuyển tải dữ liệu gửi đúng cấu trúc và phương thức mã hóa dữ liệu để giải mã dữ liệu công tơ gửi về.
- Bước 4: Giải phóng kênh truyền thông
Máy tính gửi lệnh kết thúc kênh truyền thông (qua DISC Frame), công tơ gửi bản tin xác nhận, kênh truyền thông được giải phóng.
2.6. Đọc dữ liệu từ công tơ của nhà sản xuất không công bố giao thức hoặc giao thức riêng thức riêng
Phương án đề xuất đối với loại công tơ này là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Liên lạc với nhà sản xuất hoặc các đơn vị trong nước có giao thức của nhà sản xuất (các công ty điện lực, các đơn vị sản xuất bàn kiểm công tơ…) để có giao thức từ đó mới có thể triển khai xây dựng module phần mềm.
- Có thể mua bản quyền hoặc mua thư việc .dll (chứa các hàm truy xuất dữ liệu từ công tơ) từ các bên thứ 3.
30
CHƯƠNG III – XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THU THẬP SỐ LIỆU TỰ ĐỘNG
3.1. Mô hình chung thu thập số liệu tự động
Database server Reading server Application server METERS C A BL E TCP/IP – RS232/RS485 Tablet Mobile PC GPRS/3G INTERNET ROUTER GPRS/3G GPRS/3G
IP modem IP modem IP modem
Hình 4: Mô hình tổng quát giải pháp thu thập số liệu tự động
Tất cả các công tơ cần thu thập số liệu, sẽ được kết nối đến một hệ thống máy chủ:
- Máy chủ đọc số liệu: Làm nhiệm vụ đọc số liệu công tơ, tích hợp rất nhiều giao thức đọc cho phép đọc nhiều loại công tơ điện tử khác nhau, xuất ra các file số liệu và đẩy số liệu vào cơ sở dữ liệu.
- Máy chủ cơ sở dữ liệu: Lưu trữ các số liệu thu thập.
- Máy chủ khai thác số liệu: Làm nhiệm vụ vận hành, giám sát và khai thác các số liệu thu thập.
31
- Các công tơ được kết nối đến máy chủ đọc số liệu thông qua đường cáp hoặc không dây thông qua thiết bị modem công nghiệp IP modem (sử dụng dữ liệu mạng di động).
- Người quản trị sẽ vận hành hệ thống thông qua phần mềm được cài đặt trên máy chủ ứng dụng.
- Các thiết bị máy tính, máy tính bảng, điện thoại di động… khai thác số liệu thông qua trang web được cài đặt trên máy chủ ứng dụng.
3.2. Giải pháp kết nối và truyền thông
Đối với các điểm có nhiều công tơ gần nhau: Các công tơ này sẽ được đấu chuỗi nối tiếp với nhau, tối đa 32 công tơ trên một chuỗi, được xác định thông qua địa chỉ của từng công tơ. Mỗi chuỗi này sẽ được đấu nối với thiết bị chuyển đổi từ giao tiếp RS232/485 sang Ethernet, và kết nối với máy tính đọc số liệu tại trung tâm thông qua mạng WAN/Internet. Hoặc từng chuỗi được đấu nối với modem IP, thông qua sóng 3G/GPRS để kết nối với máy tính đọc số liệu.
32
Đối với các điểm công tơ riêng lẻ: Mỗi công tơ sẽ được gắn thêm thiết bị IP modem. IP modem sử dụng dữ liệu mạng di động (3G/GPRS) để kết nối đến địa chỉ máy chủ được cấu hình trước đó. Máy chủ sẽ ra lệnh đọc số liệu tới công tơ thông qua modem này.
TRẠM BIẾN ÁP KHÁCH HÀNG LỚN TRẠM BIẾN ÁP CÔNG CỘNG TRẠM BIẾN ÁP 110/ 220kV
Công tơ Công tơ Công tơ Công tơ Công tơ
Modem IP 3G/GPRS Modem IP 3G/GPRS Modem IP 3G/GPRS INTERNET READING SERVER
33
34
3.3 Mô hình xây dựng tổng thể hệ thống Lưu đồ hệ thống: Lưu đồ hệ thống:
Hình 8: Lưu đồ hệ thống thu thập và khai thác số liệu đo đếm
Diễn giải:
- Công tơ: Các công tơ trên hệ thống được khai báo thông tin: Loại công tơ, số serial công tơ, địa chỉ công tơ trong chuỗi (nếu có), giao thức đọc công tơ…
- Thu thập số liệu: Hệ thống kết nối đến các công tơ trong danh sách được khai báo phía trên và thu thập số liệu. Việc thu thập có thể được lập lịch biểu sẵn hoặc thủ công theo lệnh của người vận hành. Các số liệu thu thập được sẽ xuất ra thành file số liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đánh giá số liệu: Bước này sẽ kiểm tra tính hợp lệ của các file số liệu và đẩy số liệu này vào CSDL trên hệ thống, đồng thời đưa ra các cảnh báo các số liệu vượt ngưỡng cho phép hoặc các sự cố.
35
- Xử lý số liệu: Các số liệu đã được lưu trữ trong CSDL trên hệ thống sẽ được biểu diễn dưới dạng trực quan: Biểu đồ, đồ thị xu hướng, các bảng biểu thống kê báo cáo phục vụ vận hành…
- Trao đổi số liệu: Các số liệu này cũng được sử dụng làm số liệu thanh toán của khách hàng. Hệ thống sẽ liên kết với hệ thống thông tin quản lý khách hàng (CMIS – Customer Management Information System) của Tập đoàn Điện lực Việt Nam để đẩy số liệu thanh toán này vào.
- Sử dụng số liệu: Các số liệu này được công bố trên website chăm sóc khách hàng. Tại đây, khách hàng có thể theo dõi được chỉ số tiêu thụ điện tức thời, lịch sử sử dụng điện hoặc các chỉ số điện hàng tháng. Ngoài ra còn phục vụ các công tác quản lý, vận hành và điều độ.
3.4 Hệ thống đọc số liệu công tơ 3.4.1 Mô tả chung 3.4.1 Mô tả chung
- Tên gọi: ESMR Server.
- Luồng trao đổi dữ liệu:
ESMR SERVER NGƯỜI VẬN
HÀNH
ES METERING
- Ra lệnh đọc trực tiếp
- Lập lịch đọc Số liệu công tơ
- Ra lệnh đọc trực tiệp - Quản lý lịch đọc - Cấu hình kênh, công tơ
Só liệu công tơ
IP MODEM/ CÔNG TƠ
Số liệu
Lệnh đọc số liệu
36 PHÒNG KINH DOANH ES METERING 1. ĐỌC SỐ LIỆU 2. QUẢN LÝ TRUYỀN THÔNG 3. CẤU HÌNH Cấu hình hệ thống Đọc trực tiếp Số liệu công tơ
Thông tin kênh
Trạng thái kênh Thông tin Cấu hình Hệ thống Thông số vận hành Phụ tải Thông số lịch sử
Chỉ số chốt Kênh truyền thông
Liên kết kênh công tơ Công tơ
Thông tin kênh
Thông tin kênh
Thông tin công tơ Thông tin liên kết
Ra lệnh đọc
Thông tin
công tơ Thông tin liên kết
Thông số vận hành (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phụ tải
Thông số Lịch sử
Chỉ số chốt
Thông tin kênh
Hình 10: Sơ đồ chi tiết ESMR Server
Diễn giải:
- ESMR Server sẽ lấy danh sách các công tơ đã được khai báo trên ES Metering; lắng nghe, thiết lập và quản lý các kết nối của các IP modem gắn với các công tơ.
- Khi nhận được lệnh đọc số liệu (lệnh đọc đã được lập lịch trên ES Metering hoặc lệnh đọc trực tiếp từ người vận hành hệ thống), ESMR Server sẽ sử dụng các kết nối này để ra lệnh đọc số liệu cho công tơ, sử dụng giao thức đọc đã được khai báo của loại công tơ này.
- Các lệnh đọc loại số liệu khác nhau sẽ được xuất thành file khác nhau. Số liệu này sẽ được xuất thành file và đẩy vào CSDL theo các bảng tương ứng.
3.4.2 Các chức năng chính
Cài đặt tại máy chủ thu nhận dữ liệu để thực hiện quá trình đọc số liệu công tơ và lưu trữ vào máy chủ tại trung tâm thu thập và xử lý số liệu. Phần mềm sẽ đọc dữ liệu công tơ thông qua các danh sách đọc. Danh sách đọc là danh sách các công tơ
37
phải đọc trong cùng một khung thời gian. Trong một danh sách đọc có nhiều công tơ thuộc nhiều nhóm công tơ, mỗi nhóm công tơ trong danh sách đọc tối đa không quá 6 công tơ. Nhóm công tơ là những công tơ đã được kết nối về mặt thông tin với nhau và được nối với 01 thiết bị chuyển đổi TCP/IP sang RS232/RS485. Các chức năng chính như sau:
- Chức năng quản lý: Cho phép tạo mới, thay đổi, hủy công tơ trong danh sách đọc. Định nghĩa mỗi công tơ trong danh sách đọc, bao gồm: mã điểm đo, tên trạm, tên lộ, số công tơ, ID công tơ… Trong chức năng này, phần mềm thu thập dữ liệu phải sử dụng mã điểm đo được khai báo trong phần mềm quản lý, giám sát và xử lý số liệu.
- Chức năng đọc công tơ:
Cho phép đọc nhiều danh sách đọc cùng một lúc (có thể đọc đồng thời tối đa 500 nhóm tại một thời điểm). Mỗi nhóm không quá 32 công tơ. Thời gian đọc mỗi nhóm không quá 25 phút. Các công tơ được phân biệt thông qua mã điểm đo. Mỗi điểm đo tương ứng với 01 công tơ. Các chủng loại công tơ mà module này có thể giao tiếp được bao gồm tối thiểu các loại sau: A1700 (Elster), ZMD/ZxD (Landis & Gyr), Genius (EDMI).
Tại trung tâm, dữ liệu của công tơ được đọc bằng ít nhất 02 máy tính, mỗi máy đọc ½ số công tơ hiện có của hệ thống. Trường hợp 01 máy hỏng, máy tính còn lại phải đảm nhận đọc toàn bộ dữ liệu hiện có của hệ thống. Khi số lượng công tơ tăng lên thì số máy tính đọc cũng tăng lên tương ứng. Dữ liệu công tơ được đưa về 01 cơ sở dữ liệu dùng chung.
- Đọc tự động hoặc thủ công:
Trong chế độ đọc tự động, toàn bộ các nhóm công tơ trong danh sách đọc sẽ đồng thời truyền dữ liệu về trung tâm sau mỗi chu kỳ đọc đã được thiết lập cho từng nhóm.
Trong chế độ đọc thủ công, chỉ một số công tơ do người dùng lựa chọn truyền dữ liệu về trung tâm. Dữ liệu và độ dài dữ liệu do người sử dụng lựa chọn.
38
Có thể thiết lập chu kỳ đọc cho mỗi nhóm khác nhau (lưu ý: chu kỳ đọc phải lớn hơn chu kỳ tích phân của công tơ trong nhóm).
Cho phép đọc và lưu vào cơ sở dữ liệu toàn bộ các thông tin lưu trữ trong công tơ, bao gồm các nhóm thông số: Các giá trị tức thời (phản ánh chất lượng của lưới điện như: dòng điện, điện áp, góc pha, hệ số công suất, tần số, công suất hữu công, vô công, biểu kiến tức thời…), nhóm các thanh ghi năng lượng, nhóm các chỉ số chốt, công suất cực đại, đồ thị phụ tải cho các đại lượng điện năng (hữu công chiều giao/chiều nhận, vô công chiều giao/chiều nhận, 4 góc phần tư…), các sự kiện xảy ra đối với công tơ như: mất điện, quá dòng, quá áp, ngược chiều công suất…
Cho phép người dùng có thể tùy chọn đọc các nhóm thông số lưu trữ trong công tơ để tối ưu hóa thời gian đọc dữ liệu.
Giao diện phần mềm hiển thị được trực quan quá trình đọc đồng thời toàn bộ các nhóm công tơ, trạng thái truyền tin. Trên cửa sổ đọc phải có các dấu hiệu nhận biết các công tơ đã đọc xong, các công tơ đang trong quá trình đọc và các công tơ đọc lỗi.
Phần mềm lập báo cáo về tình trạng đọc dữ liệu của từng trạm và của từng điểm ngay sau khi thực hiện xong quá trình đọc công tơ.
Phần mềm có chức năng tự đọc lại dữ liệu (được lưu trong công tơ) của chu kỳ trước nếu chu kỳ đọc trước bị lỗi hoặc thiếu.
- Chức năng quản lý người dùng: module này có tối thiểu 03 mức mật khẩu tương ứng với người quản trị (admin), người dùng (user) và khách (client), trong đó mật khẩu admin là cao nhất có thể phân quyền cho người dùng trong các tác vụ liên quan đến việc đọc công tơ như phân quyền lập danh sách đọc công tơ, phân quyền lập danh sách công tơ trong danh sách đọc, phân quyền theo khu vực quản lý… Mức mật khẩu khách chỉ được phân quyền xem quá trình đọc.
3.5 Hệ thống giám sát và khai thác số liệu 3.5.1 Mô tả chung 3.5.1 Mô tả chung
39 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tên gọi: ES Metering.
- Mô tả: Hệ thống giám sát và khai thác số liệu có thể quản lý cùng lúc hàng nghìn điểm đo. Phần mềm có giao diện tiếng Việt/tiếng Anh và chạy trên hệ điều hành Windows XP/7/8/8.1. Cơ sở dữ liệu của hệ thống là Oracle. Phần mềm có 03 mức mật khẩu (mật khẩu admin, mật khẩu cho người sử dụng user và mật khẩu cho khách client). Phần mềm này có 04 phân hệ chính:
Hình 11: Các phân hệ trong ES Metering
40
1. THÔNG SỐ
CÔNG TƠ 2. ĐỌC SỐ LIỆU
5. QUẢN TRỊ HỆ THỐNG 3. TỔNG HỢP BÁO CÁO 4. CẤU HÌNH HỆ THỐNG Thông số vận hành Điện lực Trạm Khách hàng Điểm đo Công tơ Kênh truyền thông Liên kết truyền thông - công tơ