HỆ THỐNG ĐIỆN
4.1 Các Chuẩn vật lý thông dụng
Ta có các chuẩn ghép nối vật lý thông dụng như sau: 1. EIA-232
- Sử dụng nối điểm- điểm - Khoảng cách giới hạn - Tốc độ chậm (< 20kbits/sec) 2. EIA-485
- Sử dụng nối nhiều điểm
- Sử dụng tốt với khoảng cách lớn
- Tốc độ truyền thấp và trung bình (>10Mbits/sec) Cáp quang
- Tạo ra được cách ly về mặt điện áp giữa các thiết bị, tránh cho thiết bị dạng sự cố nguy hiểm như điện áp với đất tăng cao.
- Không bị ảnh hưởng của nhiễu Radio và điện trường
- Sử dụng tốt với khoảng cách lớn và tốc độ cao Cấu trúc hình sao sử dụng EIA-232 Cấu trúc BUS sử dụng EIA-485
4.2 Chuẩn giao thức IEC 60870
Chuẩn truyền thông dùng trong hệ thống điện phục vụ để liên kết các thông tin giữa các phàn tử trong hệ thống, hiện nay sử dụng chuẩn IEC60870-5-X giao diện truyền thông IEC60870-5-101 được định rõ trong tài liệu về 60870- 5-101, được xuất bản bởi hội đồng kỹ thuật điện quốc tế.
4.2.1 Giới thiệu về chuẩn IEC 60870-5-X
4.2.1.1 Tổng quát về chức năng
Giao diện truyền thông IEC 60870-5-101 là chuẩn quốc tế cho việc điều khiển từ xa các thiết bị và hệ thống, giao diện truyền thông này được minh họa dưới đây.
Hình4.1: Giao diện truyền thông 60870-5-101
PCU: Process communication server . RCS: Remote communication Scrvcr. RTU: Remote terminal unit.
AS: Application Server (central system)
Tốc độ truyền của IEC 60870-5-101 trong điều khiển giống như là một phàn điều khiển quan trọng mặc dù chuẩn này cho phép các tốc độ khác nhau trong các chế độ truyền khác nhau.
Giao diện chuẩn IEC 60870-5-101 được xây dựng từ chuẩn IEC 60870-5-1 đến IEC 60870-5-5.
IEC 60870 bao gồm hệ thống và thiết bị điều khiển từ xa và các giao diện truyền thông. 4Ề2ỆiỆ2 Chuẩn 60870-5-1
Các khung được định dạng của 60870-5-1 dựa trên lớp vật lý và lớp liên kết. IEC 60870- 5-1 (link Service classes provided) xác định theo ba lớp dùng ở ba mức khác nhau. Ta có hình minh hoạ sau:
Initiating Receiving station station Link Link layer layer SEND/NO REPLY ________________(data) SI ------ „ SEND ________________(data) S2 --- „ ________^--- ---—_____REQUEST S3 --- --- > RESPOND^---
Hình 4.2: Khung định dạng của IEC 60870-5-1 Bảng dưới đây mô tả cách sử dụng của 3 loại dịch vụ theo sự mô tả các chức năng đặc trưng:
Phương thức truyền dẫn không đối xứng (unbalanced mode): Là phương thức sử dụng điện áp của một dây dẫn so với đất để thể hiện các trạng thái logic (1 và 0) của một tín hiệu số. Ưu điểm của phương thức là nhiều khi chỉ càn một đường dây đất chung cho nhiều kênh tín hiệu trong trường họrp càn thiết.
Loại dịch vụ liên kêt (link
Service class)
chức năng (function) Cách dùng
SI
gửi/ không phản hô ì ( send/ no reply )
Không sử dụng trong thiết bị này (not used in this implementation)
S2
gửi/ xác định ( send/confĩrm)
Các loại dữ liệu tông hợp đến trạm được điều khiển ( miscellaneous data to the controlled station)
S3
Yêu câu/ đáp ứng (request/respond)
chủ yêu dùng cho dữ liệu thu được (mainly for poll of data)
- ---- - -— ---^ ~ ---7 ---
Bảng 4.1: Phương thức fruyên dân không đôi xứng
Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng: Sử dụng điện áp giữa hai dây dẫn (A và B hay dây - và +) để biểu hiện trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu. Không phụ thuộc vào đất.
Loại dịch vụ liên kêt (link
Service class)
chức năng ( ủinction) Cách dùng
SI
gửi/ không phản hô ì ( send/ no reply )
Không sử dụng trong thiết bị này (not used in this implementation) S2
gửi/ xác định ( send/confirm)
Các loại dữ liệu tông hợp đến/từ trạm được điều khiển
(miscellaneous data to/ ữom the controlled station)
S3
Yêu câu/ đáp ứng (requesưrespond)
được dùng trong suôt việc thiết lập đường truyền (used during the link
establishment)
-----— ---^ ---5 « ---7 ---
Bảng 4.2: Phương thức truyên dân chênh lệch đôi xứng
Có 4 loại khung định dạng truyền thông là: FT1.1, FT1.2, FT2 và FT3. Chuẩn IEC 60870- 5-101 chỉ sử dụng khung định dạng FT1.2 với khoảng cách hamming là 4.
Chuẩn 60870-5-101 dùng 3 loại khung FT1.2 - Khung với độ dài được định vị
- Khung với các độ dài khác nhau - Khung với một đặc tính điều chỉnh đơn
Khung với độ dài được định vị (Frames with flxed length) bao gồm hai trường dữ liệu sử dụng là các trường điều khiển và trường địa chỉ. Các khung này được sử dụng cho các phương pháp truyền tải thông tin thông thường giống như việc
cài đặt lại đường dẫn hoặc phương pháp hỏi tuần tự (polling) đối với dữ liệu sử dụng.. Trường điều khiển và trường địa chỉ có quan hệ mật thiết với chức năng liên kết và vì vậy nó không được xem là dữ liệu sử dụng.
D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DO Start charai 0 :ter lOh 0 0 1 0 0 0 0 Control fie X ld X X X X X X X Address fie X ld (low) X X X X X X X Address fie X ld (high) X X X X X X X Check sum X X X X X X X X End charac 0 ter 16h 0 0 1 0 1 1 0
Hình 4.3: Khung với chiều dài cổ định Byte với vùng màu xám là tuỳỷ (không bắt buộc)
Khung với chiều dài thay đổi'.Được sử dụng cho việc truyền các dữ liệu sử dụng khác nhau: D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DO Start characte 0 r 68h 1 1 0 1 0 0 0 Length X X X X X X X X Length (repea X ted) X X X X X X X Start characte 0 r 68h 1 1 0 1 0 0 0 Control field X X X X X X X X Address field X (low) X X X X X X X Address field X (high) X X X X X X X
APPLICATION SERVICE DATA UNIT (ASDỤ)
Check sum X X X X X X X X End character 0 16h 0 0 1 0 1 1 0
Hình 4.4: Khung với chiều dài thay đổi khung với một chức năng điều khiểní?07z(Frames with a single control character).
Chỉ loại điểu khiển đặc trưng I được sử dụng trong IEC 60870- 5-101
D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |DO
E5h
1 |1 |1 |0 |0 |1 ll
Hình 4.5: Khung với một chức năng điều khiển đơn 4.2.1.3 Chuẩn IEC 60870-5-2
Phương thức ỉìên kết đường truyền (lìnk ữansmission procedures) cấc
dịch vụ ban đầu được miêu tả như sau: - REQ: Yêu càu ban đàu
- CON: Xác lập ban đàu -IND: Biểu thị ban đàu - RESP: Đáp ứng ban đàu
Những trạng thái ban đàu được sử dụng trong giao diện đối với lớp liên kết. các phương thức liên kết đường truyền hay liên kết dịch vụ được đề cập đến như sau:
- Gửi/ không phản hồi - Gửi/ xác nhận - yêu cầu/ đáp ứng
Đây chính là sự biểu hiện mối quan hệ giữa dịch vụ ban đàu và phương thức truyền dẫn. Khung CONFIRM bao gồm duy nhất một mức liên kết.
4.2.1.4 IEC 60870-5-3
Cấu trúc chung của dữ liệu ứng dụng
IEC 60870-5-3 định rõ cấu trúc chung chuẩn cho ứng dụng trường dữ liệu trong việc điều khiển từ xa các khung truyễn dẫn. Nó mô tả điều lệ cơ bản để định rõ việc ứng dụng khối dữ liệu.
LPDU
Link layer
Hình 4.6: Mối quan hệ giữa các khối dữ liệu
4.2.1.5 IEC 870-5-4
Định dạng và mã hóa các thành phần thông tin ứng dụng
IEC 60870-5-4 định dạng phương thức chuẩn đối với dữ liệu ứng dụng và đưa ra một thiết lập của các thành phàn thông tin như loại dữ liệu , kích thước dữ liệu
4.2.1.6 IEC 60870-5-5 Chức năng ứng dụng cơ bản năng ứng dụng cơ bản
Chuẩn này được dùng trong hệ thống điều khiển từ xa. Một vài phương thức tạo thành chuỗi tiếp nối được môt tả như việc chuyển đổi khối dữ liệu giữa trạm điều khiển và trạm được điều khiển. Ví dụ các chức năng sau:
- Thu thập dữ liệu bằng phương pháp tuần hoàn - Đường truyền Điều hành
- Khoá điều chỉnh 4Ề2ỆiỆ7 IEC 870-5-101
Chuẩn kết hợp cho nhiệm vụ điều khiển từ xa
Đây là một chuẩn kết hợp bao gồm các chuẩn cơ bản. được định rõ từ phần 870- 5-1...870- 5-5. Bảng tiếp theo đây chỉ rõ sự kết nôí giữa các lớp thông tin và các chuẩn.
Lựa chọn các chức năng ứng dụng IEC 870-5-5
Quá trình sử dụng(User process)
Lựa chọn các thành phân thông tin ứng dụng (IEC 870-5-4)
lớp ứng dụng (7) Application layer Lựa chọn các khôi dữ liệu dịch vụ ứng
dụng (IEC 870-5-3)
Lựa chọn các phương thức liên kêt đường truyền( IEC 807-5-2)
lớp liên kêt (2) Link layer Lựa chọn các khung định dạng đường
truyền (IEC 870-5-1
Lựa chọn các yêu câu ITU-T lớp vật lý (1) Physical layer
— - ---7---7 - -
Bảng 4.3: Sự kêt nôi giữa các ỉớp thông tin và các chuăn
4.2.2 Chức năng của IEC 60870-5-101
4.2.2.1 Giới thiệu
Cách thức thực hiện giao thức thông tin IEC 60870-5-101. RTU được thực hiện bởi RCS 210/PCU 400. thiết bị PCU này được kết nối với IEC 60870-5-101 ở phía dưới và RSP ở phía trên. Điều này được phản ảnh ở hình dưới đây.
RCS Controlling
station
Controlled stations
Hình 4.1: Tổng quan về cách thu thập dữ ỉỉệu
4.2.2.2 Địa chỉ của các trạm
Một bức điện (telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 của frofĩbus được gọi là khung (frame). Ba loại khung có khoảng cách Hamming là 4 và một loại khung đặc biệt đánh dấu một token được quy định như sau
Có hai trường được sử dụng cho địa chỉ của các trạm, cấu trúc của bức điện được mô tả dưới đây
Variable length Fixed length
Start ( khởi đâu) Start
Length (chiêu dài) Control field
Length Address field, that is Lữik address
Start Checksum
Control field (trường điêu khiên) End character
Address field, that is Link address (địa chỉ liên kết là địa chỉ trường )
Type identiíication
Variable structure Qualiíĩer ( chât lượng câu trúc của biến)
Cause ofTransmission Common address of ASDU
Iníòrmation object address (thông tin địa chỉ của đối tượng)
Set of information elements Time tag
Checksum End character
Khung với chiều dài cố định (không mang dữ liệu) chỉ được sử dụng trong kết nối chính.
Sự sắp xếp địa chỉ không có sự hỗ trợ của các trạm RTU Các địa chỉ thông thường của ASDU chính là địa chỉ liên kết (link address). Nó tái hiện lại một địa chỉ trạm. Trong phương diện điều khiển(control direction), chính là địa chỉ của đích (RTU)
Trong phương diện hệ thống truyền phát (monitor direction), là địa chỉ của nguồn ( RTU)
Sự sắp xếp địa chỉ có sự hô trợ của các trạm RTU Trường hợp 1: Đích/ nguồn là một router RTU Trường hợp 2: Đích/nguồn là một SubRTU.
4.2.2.3. Địa chỉ các điểm(Addressing of points)
Quy ước tiếp theo được dùng cho địa chỉ của đối tượng đó là thông tin về địa chỉ của đối tượng (IOA- infomation object address). Mỗi điểm được xác định với một 10 A chủ. Ta có bảng giới thiệu về các loại dữ liệu và các vùng địa chỉ
Data type IEC Addr. Range (IOA)
Comment
System Indication 1...96 ASDU 1 Single Indication 101...2212 ASDU 1 , 2 , 3 0 Double Indication 5001...5936 ASDU 3, 4, 31 Analogue Measured value 10001... 10255 ASDU 9 Digital Measured value 15001... 15255 ASDU 5, 7 Pulse Counter (Integrated Totals) 16001... 16255 ASDU 37 Object Command (On/Off command) 21001...21510 ASDU 45, 46 Regulation Command (raise/lower) 26001...26255 ASDU 47
Set point Command 27001...27255 ASDU 48 General Output 28001...28255 ASDU 51
Bảng 4.4: Giới thiệu vê các loại dữ liệu và các vùng địa chỉ Địa chỉ của các điểm(addressing of points) bao gồm:
- xây dựng cơ sở dữ liệu (building database)
- Địa chỉ của các điểm với RTU 232 (ABB RTU type)
- Sự tồn tại của các RTU với sự sắp xếp các địa chỉ khác (existing RTUs with another addressing scheme)
4.2.2.4 ASDUs
ASDUs bao gồm:
- ASDUs đối với thông tin tiến hành trong phương diện hệ thống truyền dẫn (ASDUs for process infomation in monitor direction)
- ASDUs đối với thông tin tiến hành trong phương diện điều khiển (ASDUs for process infomation in control direction)
- ASDUs đối với hệ thống thông tin trong phương diện hệ thống truyền dẫn (ASDUs for s ystem infomation in monitor direction)
- ASDUs đối với hệ thống thông tin trong phương diện điều khiển (ASDUs for system infomation in control dữection)
-ASDUs đối với tham số trong phương diện điều khiển (ASDUs for parameter in control direction)
Informatìon object address (IOA) The IOA is identical to the IOA used for the Tiost' data points, e.g., the correspanding measured value object.
QualiỄer of parameter of measured values (QPM)
KPA 1 Threshold value X