CHƢƠNG 2 : HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SCADA ĐIỆN LỰC
2.3. Các cấu trúc truyền thông SCADA
Các thiết bị trong hệ thống SCADA có thể được kết nối truyền thông theo nhiều cách khác nhau, giúp cho việc vận hành hiệu quả hệ thống điện. Các cấu trúc truyền thông SCADA có thể phân thành 2 dạng: cấu trúc vật lý (cách thức kết nối các thiết bị về mặt vật lý) và cấu trúc logic (cách thức thông tin truyền qua mạng).
2.3.1. Liên kết điểm – điểm và đa điểm
Về mặt vật lý, hai thiết bị có thể được kết nối với nhau theo 2 cách: liên kết điểm – điểm (point to point), trong đó chỉ có 2 thiết bị liên kết truyền thông với nhau. Toàn bộ dung lượng của kênh truyền được dùng bởi 2 thiết bị.
Thứ 2 là liên kết đa điểm (multi – drop, multi point), một liên kết truyền thông được chia sẻ bởi nhiều hơn 2 thiết bị. Kênh truyền được chia sẻ giữa các thiết bị theo 2 cách. Chia sẻ thời gian, một khoảng thời gian cụ thể được cấp phát cho mỗi thiết bị. Chia sẻ không gian, các thiết bị sử dụng kênh truyền cùng lúc.
Khi nhiều liên kết (link) được dùng để kết nối các thiết bị (node), chúng tạo thành một cấu trúc mạng. Dựa trên phương thức kết nối các thiết bị, ta có một số cấu trúc thông dụng như: bus, mạch vòng (ring), cấu trúc hình sao (star), cấu trúc lưới (mesh), hoặc kết hợp của những cấu trúc này.
Hình 2-2: Liên kết điểm – điểm và liên kết nhiều điểm. 2.3.2. Cấu trúc bus
Cấu trúc bus tương đối linh hoạt, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông SCADA. Tất cả các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp với một đường dẫn chung. Đặc điểm cơ bản nhất của cấu trúc bus là việc sử dụng chung một đường dẫn duy nhất cho tất cả các trạm, vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt.
Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn thì tính đơn giản, dễ thực hiện là những ưu điểm chính của cấu trúc bus. Trường hợp một trạm không làm việc (do hỏng hóc, mất nguồn, …) không ảnh hưởng tới phần mạng còn lại. Một số hệ thống còn cho phép tách một trạm ra khỏi mạng hoặc thay thế một trạm trong khi cả hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
Tuy nhiên, cấu trúc đơn giản này cũng có một số điểm hạn chế:
Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm
Tất cả các trạm đều có khả năng phát và phải luôn luôn "nghe" đường truyền để phát hiện ra một thông tin có phải gửi cho mình hay không, do vậy hạn chế số trạm trong một đoạn mạng.
Chiều dài dây dẫn khá lớn, có thể gây ra hiện tượng phản xạ làm giảm chất lượng của tín hiệu. Để khắc phục vấn đề này, người ta thường chặn hai đầu dây bằng các điện trở đầu cuối (resitor terminator).
Trường hợp đường truyền bị đứt, ngắn mạch trong phần kết nối bus của một trạm bị hỏng đều dẫn đến ngưng hoạt động của cả hệ thống. Việc xác định vị trí xảy ra sự cố cũng gặp phải nhiều khó khăn.
Khó khăn khi áp dụng các kỹ thuật truyền tín hiệu mới như sử dụng cáp quang.
Hình 2-3: Cấu trúc bus. 2.3.3. Cấu trúc mạch vòng (Ring)
Trong cấu trúc dạng vòng, tất cả các nút mạng, bao gồm cả trạm chủ (master) tạo
thành một vòng khép kín (Ring, closed loop), các bản tin được gửi giữa các nút theo
một chiều nhất định. Nếu bản tin không được chấp nhận bởi bất kỳ trạm nào trong mạng, nó sẽ trở về trạm gửi và được hủy bỏ. Cấu trúc này cũng cho phép truyền thông trực tiếp giữa các trạm. Nhược điểm chính của cấu trúc này là khi xảy ra sự cố hỏng hóc ở một nút sẽ làm ngưng toàn bộ hoạt động của mạng. Việc tăng/giảm số lượng trạm cũng là vấn đề do phải dừng việc truyền thông lại. Việc phát hiện, cách ly sự cố cũng gặp khó khăn.
Hình 2-4: Cấu trúc Ring. 2.3.4. Cấu trúc hình sao (Star)
Cấu trúc hình sao (star) là một có trúc mạng có một trạm trung tâm ở giữa, kết nối
với tất cả các nút khác và điều khiển hoạt động truyền thông của toàn mạng. Các thành viên khác được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm.
Cấu trúc này dễ dàng phát triển, bảo dưỡng, giám sát. Việc thêm/bớt các nút mạng cũng rất dễ dàng. Hơn nữa, khi có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường. Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định. Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.
Một nhược điểm của cấu trúc hình sao là khi trạm trung tâm gặp sự cố sẽ làm ngừng hoạt động của toàn mạng. Vì vậy trạm trung tâm này phải có độ tin cậy rất cao.
Nhược điểm tiếp theo của cấu trúc này là tốn dây dẫn. Do yêu cầu phải nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm. Khoảng cách đến máy trung tâm cũng bị hạn chế.
Hình 2-5: Cấu trúc hình sao. 2.3.5. Cấu trúc lƣới (Mesh)
Cấu trúc lưới (mesh) cũng có thể được sử dụng, đó là một cải tiến của cấu trúc mạch
2.3.6. Cấu trúc lai
Là sự kết hợp các kiểu kết nối khác nhau ví dụ hình cây là cấu trúc phân tầng hình sao hay các Hub có thể được nối với nhau theo kiểu Bus còn từ Hub nối máy tính theo dạng hình sao.
Hình 2-6: Cấu trúc lai. 2.3.7. Luồng dữ liệu
Dữ liệu trao đổi giữa hai thiết bị có thể theo 2 cách: một chiều hoặc hai chiều. Ở chế
độ đơn công (một chiều – simplex), thông tin chỉ đi theo một chiều duy nhất, một trạm
chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát (transmitter) hoặc bên nhận thông tin (receiver)
trong suốt quá trình giao tiếp.
Chế độ truyền hai chiều gián đoạn (half duplex) cho phép mỗi trạm có thể tham gia
gửi hoặc nhận thông tin, nhưng không cùng một lúc. Nhờ vậy thông tin được trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lý. Ưu điểm của chế độ này là không đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp, trong khi có thể đạt được tốc độ truyền khá cao. Một trạm có cả một bộ phát và một bộ thu. Trong khi bộ phát làm việc thì bộ thu nghỉ và ngược lại. Do đặc tính này, chế độ truyền hai chiều gián đoạn thích hợp với kiểu liên kết đa điểm, sử dụng cấu trúc bus. Khi một trạm phát thì tất cả các trạm khác trên bus phải được giữ ở trạng thái thu nhận tín hiệu.
Với chế độ truyền hai chiều toàn phần (full duplex), mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thông tin đồng thời. Thực chất, chế độ này chỉ khác với chế độ 2 chiều gián đoạn ở chỗ phải sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho thu và phát, tức là khác ở cấu hình hệ thống truyền thông. Chế độ này phù hợp với dạng liên kết điểm – điểm, sử dụng trong các cấu trúc mạch vòng và cấu trúc hình sao.