8.4.2. Q trình xử lí điểm đặt tương tự :
Dải ra của module đầu ra tương tự lă từ 0mA đến +20mA. Cĩ thể dùng câc dải lăm việc khâc nằm trong khoảng năy. Câc đầu ra được câch li một câch riíng biệt vă được giải trừ trở về 0mA khi cĩ lỗi thiết bị hoặc hết thời gian giâm sâ (watchdog timeout).
8.5 Câc đầu văo đếm (counter input):
Câc đầu văo bộ đếm được sử dụng cho việc tích luỹ xung điện năng. Đối với tốc độ xung dưới 3Hz một kính đầu văo số chuẩn cĩ thể được cấu hình như một đầu văo bộ đếm. Tổng tần số của câc xung cĩ thể cấp trín một thiết bị XCell đơn do đĩ khơng nín vượt quâ 30Hz, nghĩa lă 10 đầu văo 3Hz hoặc một đầu văo 30Hz. Câc kính khâc trín cùng một module đầu văo số cĩ thể được sử dụng văo mục đích khâc. Đối với tốc độ xung lớn hơn 30 Hz thì nín sử dụng một module bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter, HSC).
Câc đầu văo bộ đếm hỗ trợ chức năng sau:
• “Đĩng băng” (freeze) ở khoảng thời gian quy định.
• “Đĩng băng” (freeze) vă giải trừ (reset) ở khoảng thời gian quy định.
• “Đĩng băng” (freeze) khi cĩ lệnh.
• “Đĩng băng” (freeze) vă giải trừ (reset) khi cĩ lệnh.
Câc đầu văo bộ đếm cĩ một số thơng số cấu hình được kết hợp với chúng:
• Cơ chế chủ yếu của câc đầu văo đếm lă thu thập số đếm tích lũy tổng. Người dùng cĩ thể cấu hình bộ đếm để thu nhận tổng số tích lũy ở khoảng thời gian nhất định. Điều năy được hiểu như việc giữ ổn định tại câc khoảng quy định. Đđy chính lă “Đĩng băng” (freeze) ở khoảng thời gian quy định. Khoảng thời gian năy cĩ thể được cấu hình bằng đơn vị phút cho từng kính tín hiệu.
• Cũng cĩ thể cấu hình để giải trừ ngay sau khi tín hiệu đếm đê đĩng băng vă gửi về trung tđm. Đđy chính lă “đĩng băng” vă giải trừ. Điều năy đưa ra một số đếm rõ răng cho từng khoảng thời gian (timestamp) đê cấu hình bằng việc đĩng dấu thời gian khi đĩng băng.
• Khi trạm chủ muốn điều khiển trực tiếp việc “đĩng băng” tín hiệu câc đầu văo bộ đếm hỗ trợ một lệnh “đĩng băng”. Lệnh năy cĩ thể được ban hănh bằng giao thức trạm chủ. Khi đê được cấu hình chính xâc, lệnh năy cĩ thể lăm ““đĩng băng” tín hiệu đếm hoặc “đĩng băng” vă giải trừ tín hiệu.
• Bộ tích luỹ cuối cùng cĩ thể đầy. Mặc định giâ trị đầy lă giâ trị thập phđn tương đương với giâ trị 32 bit lớn nhất (0xFFFFFFFF). Giâ trị đầy cũng cĩ thể được cấu hình cho từng tín hiệu.
8.6 Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation) :
Thời gian RTU nín được tham chiếu đến một văi đồng hồ chủ. Cĩ thể Trung tđm điều khiển chịu trâch nhiệm đồng bộ thời gian với đồng hồ chủ vă duy trì thời gian tham chiếu cho hệ thống. Sau đĩ, Trung tđm điều khiển phải đồng bộ thời gian với tất cả câc RTU bằng câc kết nối truyền thơng. Việc đồng bộ giữa Trung tđm điều khiển vă một RTU phụ thuộc văo Trung tđm điều khiển tính tơn thời gian đều chỉnh để bù đủ cho việc trễ do đường truyền theo đặc điểm kỹ thuật của mỗi giao thức.
Bộ xử lí giao tiếp truyền thơng căi đặt thời gian tham chiếu của nĩ từ Trung tđm điều khiển bằng giao thức. Sau đĩ bộ xử lý đồng bộ hô thời gian với câc Cell khâc trong RTU. Điều năy được thực hiện đều đặn dựa trín truyền thơng nội bộ FiledNet. Việc đồng bộ năy duy trì tất cả câc đồng hồ của câc bộ xử lí XCell trong khoảng thời gian 1ms. Độ chính xâc của đồng hồ RTU ở chế độ chạy độc lập lớn hơn 250ms một ngăy vă từ đĩ Trung tđm điều khiển cĩ thể xâc định tần số cần đồng bộ với RTU để duy trì độ chính xâc thời gian toăn hệ thống.
9. Truyền thơng :
Câc truyền thơng đến Trung tđm điều khiển – IEC870-5-101. Câc truyền thơng trong RTU – FieldNet.
9.1.1. Tổng quât :
Truyền thơng giữa RTU vă câc Trung tđm điều khiển dùng giao thức điều khiển từ xa chuẩn quốc tế IEC870-5-101 được thiết kế đặc biệt dănh cho câc ứng dụng điện năng. Giao thức năy hỗ trợ việc truyền dữ liệu được dân nhên thời gian từ RTU đến Trung tđm điều khiển. Nĩ cũng hỗ trợ cả việc truyền file đến RTU vă từ RTU truyền đi. Việc truyền file được sử dụng cho việc tải cấu hình RTU từ Trung tđm điều khiển xuống RTU vă gửi câc file chuỗi sự kiện vă bâo câo về câc sự kiện đê xảy ra từ RTU về Trung tđm điều khiển.
Việc truyền thơng thực hiện từ q trình hoạt động của 2 bộ xử lí XCell trong chế độ dự phịng kĩp (dual redundant mode) để tăng tính sẵn săng. Ở một thời điểm chỉ một bộ xử lí hoạt động. RTU giao tiếp dựa văo cổng nối tiếp phía trước module bộ xử lí XCell. Ở một văi nơi RTU chứa giao thức IEC trín một bộ xử lí đơn vă khơng hoạt động trong chế độ dự phịng kĩp.
Mọi nơi đều sử dụng IEC870-5-101 trong chế độ khơng cđn bằng (unbalanced mode) trín một kết nối khơng đồng bộ (asynchronuous link).
Đĩ lă một giao thức chuẩn vă mở được định nghĩa đối với câc ứng dụng điều khiển từ xa. Giao thức năy cung cấp tính an toăn vă chức năng được yíu cầu cho việc giâm sât vă điều khiển từ xa. Nĩ được dựa trín một tập con của ISO 7498 (thường được biết đến như mơ hình tham chiếu 7 tầng ISO), vă tập con năy được đặt tín “cấu trúc thi hănh nđng cao” (“Enhanced Performance Architecture”). Tập con năy gồm cĩ 3 tầng : tầng vật lí (physical layer), tầng liín kết (link layer) vă tầng ứng dụng (Application layer), cung cấp câc thời gian đâp ứng nhanh hơn đối với câc thơng tin then chốt (critical information).
9.1.2. Tầng vật lý (Physical layer) :
Cĩ 3 loại RTU phụ thuộc văo số liín kết với Trung tđm điều khiển như đê đề cập ở phần 3.1:
Câc RTU với truyền thơng kĩp :
Câc RTU cĩ hai bộ xử lí truyền thơng dănh cho việc truyền thơng với câc Trung tđm điều khiển Miền vă một bộ xử lí truyền thơng dănh cho việc truyền thơng với Trung tđm điều khiển quốc gia. Câc bộ xử lí năy giao tiếp với câc Trung tđm điều khiển dựa trín 3 đường thơng tin riíng biệt.
Câc RTU với truyền thơng dự phịng:
Câc RTU cĩ 2 bộ xử lí truyền thơng dănh cho việc truyền thơng với Trung tđm điều khiển Miền. Chúng khơng truyền thơng với Trung tđm điều khiển quốc gia. Cả hai bộ xử lí truyền thơng với Trung tđm điều khiển vùng dựa trín câc đường thơng tin riíng biệt.
Câc RTU với truyền thơng chuẩn cĩ một bộ xử lí truyền thơng dănh cho việc truyền thơng với Trung tđm điều khiển Miền. Đối với câc RTU với truyền thơng kĩp vă dự phịng, cả hai bộ xử lí trung tđm của câc RTU truyền thơng với Trung tđm điều khiển miền thực hiện câc chức năng y hệt nhau, nhưng ở một thời điểm chỉ cĩ một bộ xử lý hoạt động để kết nối với Trung tđm điều khiển. Cịn câi kia sẽ thực hiện song song cùng câc chức năng nhưng sẽ khơng truyền thơng thật sự với Trung tđm điều khiển. Trong trường hợp bộ xử lí đang lăm việc (active processor) bị lỗi thì bộ xử lí kia sẽ trở thănh bộ xử lí chính vă lại tiếp tục cơng việc.
Giao diện bộ xử lí lă một giao diện chuẩn RS232 sử dụng bộ nối câi loại D 9 chđn (9-way D-type female connector) trín module bộ xử lí. Chuẩn RS232 giới hạn tổng khoảng câch của việc kết nối lă 15 mĩt.
Mỗi kí tự Tx/Rx cĩ 11 bít bao gồm : 1 bít khởi đầu (start bit), 8 bít dữ liệu (data bit), 1 bít tính chẵn (even party bit) vă 1 bít kết thúc (stop bit). Tốc độ bít trín đường truyền liín kết cĩ thể cấu hình từ 100 baud đến 9600 baud như đê định trong đặc tinhd kỹ thuật của giao thức IEC 870-5-101. Chất lượng modem vă đường truyền xâc định tốc độ bít thực sự được sử dụng.
Tầng vật lý năy cung cấp việc kiểm tra tính chẵn lẻ, tạo khung vă việc chạy quâ của dữ liệu. Bất kì dữ liệu năo bị phât hiện lỗi sẽ bị loại bỏ.
9.1.3. Tầng liín kết (Link layer) :
Giao thức IEC 870-5-101 sử dụng cấu trúc khung FT1.2 theo đặc tính IEC 870-5-101 đưa ra một khoảng câch Hamming bằng 4 vă tuđn theo lớp tính nguyín vẹn dữ liệu I2. Vì thế mă nĩ kết hợp câc kí tự bắt đầu vă kết thúc, việc kiểm tra tổng, độ dăi dữ liệu, việc kiểm tra điều khiển vă câc việc kiểm tra dữ liệu trong việc việc kiểm tra sự hợp lệ của mẫu tin.
Mỗi giao diện RTU được gân một địa chỉ RTU duy nhất (cĩ thể cấu hình) trín đường truyền thơng. RTU chỉ đâp ứng đối với câc mẫu tin hợp lệ mă gửi đến nĩ vă bỏ qua tất cả tương tâc (transaction) đến với câc RTU khâc.
Đối với giao thức cĩ 2 chế độ hoạt động : chế độ khơng cđn bằng (unbalanced mode ) vă chế độ cđn bằng (balanced mode). Trong chế độ khơng cđn bằng (chế độ chủ / tớ ) RTU chỉ truyền thơng với Trung tđm điều khiển khi được hỏi đến. Trong chế độ cđn bằng RTU cĩ thể tự truyền mẫu tin đến Trung tđm điều khiển.
Tất cả chuyển tâc giao thức (protocol transaction) dùng hoặc một tin bâo nhận xâc thực (positive acknowledgement) hoặc một tin nhắn bâo nhận khơng xâc thực (negative acknowledgement) để chỉ việc tiếp nhận câc mẫu tin. Câc dữ liệu đê truyền đi cĩ thể chỉ cĩ thể bị loại bỏ bằng sự kết thúc truyền tin sau khi nhận sự thừa nhận xâc thực của việc kết thúc nhận tin. Trâch nhiệm của Trung tđm điều khiển lă khởi đầu một cơ chế thử lại lần nữa để phục hồi câc gĩi dữ liệu hỏng.
Tầng năy cung cấp câc đặc điểm chung sau:
Kiểm sơt vịng (Poll) sự kiện (lớp 1 vă lớp 2). Việc đọc RTU đầy đủ.
Việc kích hoạt (activation) câc đầu ra điều khiển. Việc đệm sự kiện (event buffering ).
Việc đồng bộ thời gian (time synchronisation).
Quâ trình tải thơng số xuống (parameter downloading). Ưu tiín mẫu tin.
Việc in dấu thời gian cho dữ liệu (time stamping of data). Đĩng băng vă đọc trị số bộ đếm .
Truyền file.
a) Poll dữ liệu RTU :
Giao thức IEC 870-5-101 hỗ trợ cả hai quâ trình hoạt động ở chế độ cđn bằng vă khơng cđn bằng. Trong cả hai chế độ giao thức hỗ trợ việc kiểm sơt vịng đối với câc thay đổi dữ liệu (lớp 1 vă lớp 2) vă cũng hỗ trợ việc kiểm sơt vịng đối với câc giâ trị hiện hănh của tin tức dữ liệu rõ răng vă đầy đủ. Việc kiểm sôt câc thay đổi dữ liệu cĩ thể được lăm một câch độc lập đối với cả hai dữ liệu lớp 1 vă lớp 2. Việc kiểm sôt đối với câc tin tức dữ liệu rõ răng vă đầy đủ cĩ thể được lăm trín cơ sở một RTU đầy đủ. Trong quâ trình hoạt động ở chế độ cđn bằng RTU sẽ cũng tự động truyền câc sự kiện lớp 1 đến Trung tđm điều khiển.
Chu kì kiểm sơt thơng thường sẽ kiểm sơt liín tục câc thay đổi vă chỉ sau khi khởi động lại RTU hoặc hồi phục lại câc truyền thơng thì việc kiểm sơt đầy đủ trạng thâi hiện hănh của một RTU sẽ được thực hiện. Tuy nhiín Trung tđm điều khiển cĩ thể quĩt thứ cấp để chắc chắn rằng câc điểm dữ liệu được cập nhật bình thường.
b) Ưu tiín mẫu tin :
Đặc điểm kỹ thuật giao thức IEC 870-5-101 định nghĩa 2 lớp ưu tiín mẫu tin, lớp 1 vă lớp 2. Dữ liệu lớp 1 được định nghĩa như câc sự kiện (event) vă lớp 2 được định nghĩa như lă câc giâ trị dữ liệu nền (ví
dụ như dữ liệu tương tự). Tất cả dữ liệu được định nghĩa thănh hoặc lă dữ liệu lớp 1 hoặc lă dữ liệu lớp 2. Giao thức sẽ cho phĩp bất kì điểm dữ liệu (data point) năo cũng được gân trín một lớp dữ liệu, lớp 1 hoặc lớp 2. Điều năy cĩ thể được lăm trín cơ sở từng điểm (point by point basis) như một phần của cấu hình giao thức. Độ ưu tiín của dữ liệu lớp 1 cao hơn lớp 2 vă được trở về đầu tiín trong cơ chế kiểm sơt vịng (polling mechanism). Bình thường thì dữ liệu tương tự sẽ được gân ở lớp 2 cùng với bất kì câc mục dữ liệu số cĩ độ ưu tiín thấp. Câc dữ liệu số cĩ độ ưu tiín cao sẽ chỉ định thănh dữ liệu lớp 1. c) In dấu thời gian của dữ liệu:
Giao thức hỗ trợ cả hai dữ liệu được in dấu thời gian vă khơng được in dấu thời gian. Việc thi hănh của giao thức cho phĩp mỗi mục dữ liệu vă mọi mục dữ liệu được gửi về hoặc với nhên thời gian hoặc khơng cĩ nhên thời gian. Điều năy được thực hiện cho từng điểm dữ liệu như lă một phần của việc cấu hình giao thức. Câc tín hiệu cần cĩ nhên thời gian chính xâc thì sẽ được gắn một nhên thời gian cịn câc tín hiệu khơng quan trọng thì sẽ khơng cĩ.
Câc sự kiện sẽ luơn luơn được dân nhên thời gian tại thời điểm xuất hiện trong XCell mă khơng quan tđm đến cấu hình IEC870. Nhên thời gian năy cĩ độ phđn giải lín đến 1ms. Khi dữ liệu đến tại giao diện IEC870 nếu khơng u cầu nhên thời gian cho việc truyền tin thì nĩ sẽ bị loại bỏ.
Nếu RTU khơng nhận được tín hiệu đồng bộ thời gian từ Trung tđm điều khiển trong chu kì thời gian do người dùng cấu hình thì tất cả dữ liệu được dân nhên thời gian tiếp theo sẽ được đânh dấu lă khơng hợp lệ “Invalid” như đê được định nghĩa trong đặc tính giao thức IEC. Vă điều năy sẽ thơng bâo cho Trung tđm điều khiển biết rằng nhên thời gian khơng đúng.
d) Đồng bộ hĩa thời gian:
Trung tđm điều khiển phải đồng bộ đồng hồ thời gian thực của RTU với đồng hồ thời gain thực của nĩ trín một cơ sở quy định. Để lăm điều năy phải sử dụng câc phương phâp vă câc lệnh như được định ra trong đặc tính của giao thức IEC.
RTU cĩ thể được cấu hình với chu kì thời gian mă trong chu kì đĩ RTU cần được đồng bộ thời gian với Trung tđm điều khiển. Nếu một mẫu tin đồng bộ thời gian khơng đến RTU từ Trung tđm điều khiển trong chu kì năy, thì việc in dấu thời gian đối với tất cả câc dữ liệu tiếp theo sau được biểu thị khơng tốt (đặc tính năy lă một tiện ích được định trong giao thức IEC870-5-101).
Dữ liệu lớp 1 vă lớp 2 được đưa văo trong câc bộ đệm sự kiện riíng biệt trong khi chờ đợi truyền đến Trung tđm điều khiển. Giao thức hỗ trợ bộ đệm với 500 sự kiện lớp 1 vă 500 sự kiện lớp2.
Câc sự kiện tiếp tục được ghi văo nhật ký của câc sự kiện lỗi truyền thơng đến Trung tđm điều khiển. Khi đường truyền phục hồi trở lại, câc dữ kiện sẽ được truyền về Trung tđm. RTU sẽ cảnh bâo cho Trung tđm điều khiển biết nếu bộ nhớ đệm bị đầy để Trung tđm điều khiển cĩ những thao tâc thích hợp (ví dụ như đọc tất cả câc dữ kiện vă sau đĩ ban hănh Full RTU Read). Mỗi mẫu tin trong bộ đệm dữ liệu sẽ được xâc định lă chứa dấu thời gian hay khơng. Tất cả câc dữ kiện cĩ dấu thời gian lă độc lập với câc mẫu tin vă được xử lý tại Trung tđm Điều khiển.
f) Việc kích hoạt câc đầu ra điều khiển:
Câc đầu ra điều khiển hoạt động nhờ cơ chế 2 bước Lựa chọn / Thi hănh (Select/Execute) cộng với câc đâp ứng thănh 4 bước như được định trong đặc tính giao thức. Tuy nhiín bín trong hệ thống XCell câc đầu ra điều khiển sử dụng cơ chế 3 bước Lựa chọn / Xâc định / Thi hănh (Select/Arm/Execute) cộng với cơ chế câc đâp ứng thănh 6 bước để tăng tính an toăn. Đĩ lă q trình hoạt động chuẩn bín trong RTU.