Máy khách và máy chủ theo tiêu chuẩn IEC 60870-5

 

Đối với truyền thông theo 
tiêu chuẩn IEC 60870-5-101, -103 và -104

• Thêm vào mục yêu thích
• Bảng dữliệu
• Tiếp xúc

Lĩnh vực ứng dụng

Giao thức điều khiển từ xa, theo tiêu chuẩn IEC 60870-5-101 và IEC 60870-5-104 , được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực phát điện, phân phối điện và cơ sở hạ tầng. Chúng cho phép kiểm soát và giám sát các thành phần phụ và trạm biến áp thông minh thông qua một trung tâm điều khiển siêu cấp. 
Bảng màu của các thành phần phụ này bao gồm từ bộ ngắt mạch, bộ chuyển đổi và đồng hồ đo năng lượng cho đến các tổ máy đồng phát cho đến các nhà máy điện hoàn chỉnh. Tiêu chuẩn IEC 60870-5-103 được xác định đặc biệt để liên lạc với các thiết bị bảo vệ. 

 

tính năng sản phẩm

Dịch vụ theo tiêu chuẩn IEC 60870-5 được cài đặt hoàn toàn dưới dạng một thành phần phần mềm trên bộ điều khiển và không yêu cầu phần cứng đặc biệt. Nó sử dụng các giao diện nối tiếp (-101, -103) hoặc cổng Ethernet (-104) có sẵn trên bộ điều khiển. Thông qua cấu hình của nhiều phiên bản, có thể vận hành đồng thời -101, -103 và/hoặc -104; chức năng là chủ hoặc nô lệ có thể được chọn cho mỗi trường hợp. Có thể kết nối nhiều chủ bên ngoài bằng cách tạo nhiều phiên bản nô lệ. Nhiều chủ dự phòng cũng có thể cho mỗi trường hợp.

 

Khách hàng (Chính chủ)

Mỗi phiên bản của thiết bị chính kết nối tự động với thiết bị phụ bên ngoài được chỉ định, gửi một cuộc thẩm vấn chung và nhận các giá trị được thẩm vấn cũng như các giá trị được truyền một cách tự nhiên từ thiết bị phụ. Các giá trị này được biểu diễn dưới dạng giá trị kênh và có sẵn cho người dùng ngay lập tức mà không cần bất kỳ nỗ lực lập trình bổ sung nào. Các giá trị có thể được gửi theo hướng của lệnh bằng cách ghi đơn giản vào kênh đầu ra. Kết quả là, nô lệ có thể được vận hành dễ dàng như mô-đun I/O cục bộ. 

Có thể tiếp nhận dữ liệu nô lệ theo hướng sự kiện cho các ứng dụng phức tạp hơn. Các chức năng thư viện bổ sung có sẵn cho các chức năng đặc biệt như cài đặt thời gian của phụ, đọc đồng hồ, v.v.

 

Máy chủ (Nô lệ)

Các đối tượng thông tin mà máy chủ cung cấp theo hướng chỉ huy và giám sát, được liên kết với bộ điều khiển với các biến quy trình hiện có, thông qua cấu hình. Không cần thay đổi mã lập trình cho việc này. Một mô hình dữ liệu khác cũng có thể được tạo cho các máy khách khác nhau. 

Để giảm tải giao tiếp, có thể bật bộ lọc ngưỡng. Các giá trị nằm ngoài giới hạn Tối thiểu/Tối đa đã xác định được đánh dấu là không hợp lệ và sẽ chỉ được chuyển lại khi chúng trở lại phạm vi hợp lệ. Không cần thực hiện bởi người dùng cho việc này. Màn hình trong SolutionCenter hiển thị cấu hình hiện tại của các đối tượng thông tin được sử dụng trong máy chủ và giá trị được truyền gần đây nhất tới máy khách. 

Việc đăng nhập của máy khách có thể bị hạn chế bằng cách chỉ định địa chỉ IP được phép và số lượng kết nối máy khách đồng thời cũng có thể bị hạn chế. Truy cập ghi có thể được ghi lại trong nhật ký bảo mật của bộ điều khiển; việc quản lý quyền truy cập phụ thuộc vào người dùng cũng có hiệu lực đối với IEC 60870.

 

Kỹ thuật

Các công cụ dễ sử dụng để cấu hình máy khách và máy chủ có sẵn trong SolutionCenter. Master được cấu hình giống như một mô-đun I/O cục bộ trên các kênh của nó, các đối tượng thông tin của các thiết bị bên trong được thể hiện theo hướng giám sát và lệnh. 

Có một trình chỉnh sửa bảng cho nô lệ để tạo các đối tượng thông tin hiển thị bên ngoài. Liên kết đến dữ liệu quá trình diễn ra bằng cách chọn các biến SVI tương ứng từ trình duyệt biến. Để trao đổi cấu hình bằng các công cụ khác, có sẵn các chức năng nhập và xuất ở định dạng CSV chung.

 

Thuận lợi

Phần mềm hiện có để kiểm soát và điều chỉnh trình tự không cần phải thay đổi và sẽ không bị ảnh hưởng trong thời gian chạy của nó. Do đó, nó có thể đáp ứng linh hoạt các yêu cầu cuối cùng của khách hàng mà không cần thay đổi phần mềm đã được thử nghiệm hiện có để kiểm soát và điều chỉnh trạm biến áp. Thông qua việc hiện thực hóa thành một máy chủ hoàn chỉnh với logic ngưỡng và cập nhật tích hợp, việc sao chép tẻ nhạt các chức năng giao thức thông qua việc giới hạn các thư viện PLC và các nỗ lực đào tạo liên quan trong tiêu chuẩn sẽ bị loại bỏ. Do đó, thời gian kỹ thuật và thử nghiệm có thể được giảm bớt và chẩn đoán tích hợp rút ngắn quá trình khắc phục sự cố trong trường hợp trục trặc trong quá trình vận hành. 

Khả năng giao tiếp đa dạng thông qua các bus trường và Ethernet thời gian thực, phạm vi giao diện tín hiệu rộng để đo lưới, cũng như bộ lưu trữ dung lượng lớn mạnh mẽ giúp hệ thống M1 kết hợp với giao thức điều khiển từ xa của sê-ri IEC 60870-5-10x một cách lý tưởng thích hợp để sử dụng như một thiết bị điều khiển, điều khiển trung tâm, bộ tập trung dữ liệu, bộ ghi dữ liệu và cổng.

 

Thông số kỹ thuật

• Triển khai tuân thủ tiêu chuẩn của máy khách và máy chủ IEC 60870-5-101, -103, -104
• Giải pháp dịch vụ/phần mềm có thể cài đặt sau đó
• Không cần thay đổi logic ứng dụng
• Có thể cấu hình đầy đủ/không yêu cầu xử lý dành riêng cho ứng dụng thông qua các thư viện PLC
• Bộ cấu hình cho màn hình chẩn đoán và chạy thử trong SolutionCenter
• Nhập/xuất cấu hình nô lệ ở định dạng CSV để trao đổi với các nhà sản xuất khác
• Giảm lượng dữ liệu thông qua các bộ lọc ngưỡng có thể định cấu hình
• Số lượng và địa chỉ IP của khách hàng được ủy quyền có thể bị giới hạn
• Ghi nhật ký truy cập ghi trong nhật ký bảo mật của bộ điều khiển
• Khởi động dễ dàng và nhanh chóng bao gồm chẩn đoán mà không cần bất kỳ nỗ lực lập trình nào
• Giao thức điều khiển từ xa có thể được vận hành như một mô-đun I/O đơn giản

Đọc thêm

SG Gateway - IEC60870-5-104 Giải pháp truyền thông SCADA hiện đại

 Trước năm 2010, các thiết bị đầu cuối RTU (ví dụ RTU560 của ABB, XCELL của Microsol,...) đặt tại trạm biến áp (TBA) 110kV/220kV/500kV hoặc nhà máy điện ở Việt Nam nhằm phục vụ mục đích thu thập và truyền dữ liệu về hệ thống SCADA (Trung tâm Điều độ Điện lực -B41, Trung tâm điều khiển - TTĐK, hoặc Điều độ Miền A1, A2, A3) thông qua giao thức IEC60870-5-101 (IEC101) như Hình 1.

Loại RTU này sử dụng nguồn nuôi 48Vdc. Các tín hiệu điều khiển, giám sát được lấy từ các tiếp điểm phụ của rơle trung gian trong mạch điều khiển, giám sát DCL, DTĐ, MC, MBA, role bảo vệ (RLBV) tại TBA để đưa vào các card I/O của RTU. Các tín hiệu đo lường được lấy từ TU, TI đưa vào transducer và kết nối đến RTU thông qua cổng giao tiếp RS485 với giao thức truyền thông Modbus. Sau đó, RTU đưa ra các thông số như P, Q, F, OLTC, và CosƟ. Giải pháp kết nối này có ưu điểm là thu thập được các tín hiệu điều khiển, giám sát không phụ thuộc vào RLBV của các hãng sản xuất khác nhau. Tuy nhiên, nó có rất nhiều nhược điểm:

- Vào thời điểm hiện nay, khi mở rộng thêm ngăn lộ mới và RTU, người dùng sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào công nghệ của nhà sản xuất để nâng cấp lên giao thức IEC60870-5-104 (IEC104), IEC61850, mua license để tăng số lượng datapoints, bổ sung thêm card I/O và transducer.

- Lắp đặt quá nhiều thiết bị phụ trợ như: rơle trung gian, hàng kẹp, contact, cáp tín hiệu đấu nối (có số nhận dạng theo quy định gồm tên cáp, số sợi cáp phù hợp với bản vẽ của nhà cung cấp)… dẫn đến cần có không gian lớn để đi dây, làm cho độ tin cậy thấp, khó khăn cho quản lý vận hành, tốn nhiều thời gian và chi phí trong việc đấu nối, thí nghiệm; sai số đo lường lớn.

- Giải pháp này không khai thác được nhiều chức năng tại TTĐK như: truy cập, cài đặt thông số chỉnh định và đọc thông tin sự cố của RLBV từ xa (Remote), đọc từ xa các thông số đo lường từ công tơ hoặc RLBV.

Tuy nhiên, IEC101 vẫn còn có nhiều hạn chế trong việc thiết lập các kênh truyền thông vật lý và có băng thông hẹp. Do đó, IEC104 đã được đưa vào sử dụng để truyền dữ liệu qua mạng LAN, WAN với băng thông rộng, dựa trên nền tảng giao tiếp TCP/IP tại các TBA 110kV lắp mới như Huế 3, Nhơn Tân, Quảng Phú... Kết quả bước đầu của giải pháp đã mang lại nhiều ưu điểm trong việc triển khai cũng như khả năng ổn định cao trong các phương thức truyền dẫn.

Mô hình kết nối theo giao thức truyền thông theo IEC60870-5-101 (IEC101)

Mô hình dưới đây là phương thức truyền thông cơ bản của hệ thống SCADA của các trạm truyền tải được thực hiện trong dự án 4 thành phố. Tín hiệu truyền thông IEC101 từ RTU tại trạm kết nối với hệ thống SCADA của hai đường vật lý:

-    Main line: Đường truyền thông chính sử dụng kết nối qua hạ tầng cáp quang với các thiết bị ghép kênh (PCM) và truyền dẫn (STM1, STM4).

-    Backup line: Sử dụng phương thức truyền thông PSTN qua mạng điện thoại có dây của các nhà cung cấp dịch vụ.

Mô hình kết nối theo giao thức truyền thông theo IEC60870-5-104 (IEC104)

 

 

 

 

Đọc thêm

Hiện nay, giải pháp truyền thông từ các trạm biến áp (TBA) 110kV

 Hiện nay, giải pháp truyền thông từ các trạm biến áp (TBA) 110kV về Trung tâm điều khiển (DCC) thường sử dụng các kênh truyền dẫn quang với giao thức truyền thông IEC 60870-5-101 hoặc IEC 60870-5-104. Vậy sự khác biệt của hai giao thức này là như thế nào? Ưu điểm của giao thức IEC 60870-5-104 trong tự động hóa trạm 110kV so với giao thức IEC 60870-5-101?

Bộ tiêu chuẩn IEC 60870-5 chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp điện, nó mô tả đầy đủ các chức năng chi tiết cho thiết bị điều khiển xa và hệ thống điều khiển vận hành trên phạm vi rộng (hệ thống Scada).

Bộ tiêu chuẩn này có 2 phương thức truyền dữ liệu khác nhau nhưng giao thức truyền thông tương tự nhau. Phương thức đầu tiên, IEC 60870-5-101 được sử dụng từ năm 1995 để truyền thông nối tiếp, băng thông hẹp. Từ năm 2000, phương thức IEC 60870-5-104 được sử dụng truyền dữ liệu qua mạng băng thông rộng dựa trên nền tảng giao thức TCP/IP.

Kết nối giữa trạm và Trung tâm điều khiển xa sử dụng giao thức IEC 60870-1-101/104 (minh họa)

PC Đà Nẵng đang sử dụng hệ thống SCADA/DMS của hãng ABB để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa. Tổng số trạm nút đang giám sát điều khiển là 101 nút, trong đó có 8 TBA 110kV kết nối thông tin về Trung tâm điều khiểu & giám sát (DCC) sử dụng giao thức IEC 60870-5-101.

Hiện trạng kết nối truyền thông Scada tại các trạm 110kV

Giao thức IEC 60870-5-101 định nghĩa lớp vật lý (mô hình OSI) sử dụng giao diện V24, truyền thông tin nối tiếp với tốc độ 9600 bps, nên việc ghép nối nhiều trạm (station) trên một đường truyền (line) IEC 60870-5-101 khá hạn chế, làm tăng chi phí mua license line. Các dịch vụ khác tại TBA 110kV như mạng LAN, hệ thống Camera… phải sử dụng thêm một đường truyền vật lý riêng.

Bên cạnh đó, sử dụng kênh V24 cần phải qua nhiều thiết bị truyền dẫn trung gian như: modem V24/4W, PCM, SDH và thiết bị phần cứng Scada khác (Fall back switch, Front-End…) làm tăng nguy cơ sự cố trên hệ thống.

Thuận lợi lớn nhất của IEC 60870-5-104 là có thể truyền thông qua một mạng tiêu chuẩn TCP/IP, cho phép truyền dữ liệu đồng thời giữa nhiều thiết bị và dịch vụ. Đồng thời, tăng khả năng truy cập mạng, sử dụng LAN và WAN trên hạ tầng có sẵn, từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư và không cần xây dựng hạ tầng thông tin riêng biệt.

Thiết bị hỗ trợ IEC 60870-5-104 kết nối vào mạng LAN, các gói tin của nó trong mạng LAN có thể đi trực tiếp đến thiết bị hỗ trợ IEC 60870-5-104 khác trong mạng LAN, hoặc qua router đến các thiết bị ở xa như Trung tâm (Master station). Tuy nhiên, nếu khai thác trên hạ tầng truyền thông công cộng, thì yêu cầu bảo mật trong các giải pháp truyền thông phải được đặc biệt ưu tiên.

Mặt khác, các hệ thống khác trong TBA 110kV không người trực như: camera, access control, mạng LAN… có thể sử dụng chung một giao diện truyền dẫn để truyền về Trung tâm điều khiển.

Tuy vậy, IEC 60870-5-104 giới hạn một số loại thông tin và thông số cấu hình được định nghĩa trong IEC 60870-5-101. Ví dụ IEC 60870-5-104 không hỗ trợ short time stamps (3 byte format), độ dài địa chỉ thay đổi được thiết lập cố định bằng giá trị lớn nhất. Do đó, tương thích thiết bị giữa các nhà cung cấp khác nhau phải được đảm bảo bởi danh sách tương thích (interoperability list), định nghĩa bởi tiêu chuẩn.

Ngoài ra, do mạng có độ trễ không tính trước được, nên có thể thay đổi thứ tự giao các gói dữ liệu (APDU) hoặc nếu 1 lệnh APDU bị trễ nghiêm trọng trên mạng có thể gây ra một hành động điều khiển không mong muốn... Tuy nhiên,việc xây dựng một hệ thống truyền dẫn NG-SDH với độ trễ nhỏ sẽ khắc phục các nhược điểm nêu trên.

Thực hiện lộ trình phát triển lưới điện thông minh của Chính phủ và Tập đoàn Điện lực Việt Nam, PC Đà Nẵng đang áp dụng công nghệ điều khiển hệ thống bằng máy tính, được áp dụng rộng rãi trên thế giới, để tự động hóa quá trình vận hành hệ thống điện tại các TBA 110kV không người trực. Việc áp dụng giao thức IEC 60870-5-104 truyền thông giữa TBA 110kV và Trung tâm điều khiển sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy hệ thống cũng như đảm bảo tương thích các thiết bị thế hệ mới.

Đọc thêm

SG Gateway - IEC60870-5-104

 

SG Gateway - IEC60870-5-104 Giải pháp truyền thông SCADA hiện đại

Đặt vấn đề

Trước năm 2010, các thiết bị đầu cuối RTU (ví dụ RTU560 của ABB, XCELL của Microsol,...) đặt tại trạm biến áp (TBA) 110kV/220kV/500kV hoặc nhà máy điện ở Việt Nam nhằm phục vụ mục đích thu thập và truyền dữ liệu về hệ thống SCADA (Trung tâm Điều độ Điện lực -B41, Trung tâm điều khiển - TTĐK, hoặc Điều độ Miền A1, A2, A3) thông qua giao thức IEC60870-5-101 (IEC101) như Hình 1.

Loại RTU này sử dụng nguồn nuôi 48Vdc. Các tín hiệu điều khiển, giám sát được lấy từ các tiếp điểm phụ của rơle trung gian trong mạch điều khiển, giám sát DCL, DTĐ, MC, MBA, role bảo vệ (RLBV) tại TBA để đưa vào các card I/O của RTU. Các tín hiệu đo lường được lấy từ TU, TI đưa vào transducer và kết nối đến RTU thông qua cổng giao tiếp RS485 với giao thức truyền thông Modbus. Sau đó, RTU đưa ra các thông số như P, Q, F, OLTC, và CosƟ. Giải pháp kết nối này có ưu điểm là thu thập được các tín hiệu điều khiển, giám sát không phụ thuộc vào RLBV của các hãng sản xuất khác nhau. Tuy nhiên, nó có rất nhiều nhược điểm:

- Vào thời điểm hiện nay, khi mở rộng thêm ngăn lộ mới và RTU, người dùng sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào công nghệ của nhà sản xuất để nâng cấp lên giao thức IEC60870-5-104 (IEC104), IEC61850, mua license để tăng số lượng datapoints, bổ sung thêm card I/O và transducer.

- Lắp đặt quá nhiều thiết bị phụ trợ như: rơle trung gian, hàng kẹp, contact, cáp tín hiệu đấu nối (có số nhận dạng theo quy định gồm tên cáp, số sợi cáp phù hợp với bản vẽ của nhà cung cấp)… dẫn đến cần có không gian lớn để đi dây, làm cho độ tin cậy thấp, khó khăn cho quản lý vận hành, tốn nhiều thời gian và chi phí trong việc đấu nối, thí nghiệm; sai số đo lường lớn.

- Giải pháp này không khai thác được nhiều chức năng tại TTĐK như: truy cập, cài đặt thông số chỉnh định và đọc thông tin sự cố của RLBV từ xa (Remote), đọc từ xa các thông số đo lường từ công tơ hoặc RLBV.

Tuy nhiên, IEC101 vẫn còn có nhiều hạn chế trong việc thiết lập các kênh truyền thông vật lý và có băng thông hẹp. Do đó, IEC104 đã được đưa vào sử dụng để truyền dữ liệu qua mạng LAN, WAN với băng thông rộng, dựa trên nền tảng giao tiếp TCP/IP tại các TBA 110kV lắp mới như Huế 3, Nhơn Tân, Quảng Phú... Kết quả bước đầu của giải pháp đã mang lại nhiều ưu điểm trong việc triển khai cũng như khả năng ổn định cao trong các phương thức truyền dẫn.

Mô hình kết nối theo giao thức truyền thông theo IEC60870-5-101 (IEC101)

Mô hình dưới đây là phương thức truyền thông cơ bản của hệ thống SCADA của các trạm truyền tải được thực hiện trong dự án 4 thành phố. Tín hiệu truyền thông IEC101 từ RTU tại trạm kết nối với hệ thống SCADA của hai đường vật lý:

-    Main line: Đường truyền thông chính sử dụng kết nối qua hạ tầng cáp quang với các thiết bị ghép kênh (PCM) và truyền dẫn (STM1, STM4).

-    Backup line: Sử dụng phương thức truyền thông PSTN qua mạng điện thoại có dây của các nhà cung cấp dịch vụ.

Mô hình kết nối theo giao thức truyền thông theo IEC60870-5-104 (IEC104)

 

 

 

 

ĐĂNG KÝ NHẬN THÔNG TIN

Đọc thêm