Máy tính nhúng dùng cho tự động hóa trạm biến áp

Daisy Dai_Bộ phận marketing sản phẩm

Bruce Chen_Bộ phận truyền thông Marketing

Trạm biến áp đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện năng từ nhà máy phát điện đến các hộ dân, công ty kinh doanh điện và nhà xưởng. Tuy nhiên, một lưới điện điển hình có thể được ghép nối từ hàng trăm trạm biến áp cần được giám sát và điều khiển. Chúng tôi xin gửi lời cám ơn vì sự phát triển như vũ bão của công nghệ máy tính và truyền tin nên trạm biến áp đang ngày càng được tự động hóa hơn và càng có nhiều các thiết bị thông minh để giám sát và điều khiển các thiết bị phụ thuộc nó. Những nhân tố quan trọng để tạo nên sự thành công của hệ thống tự động hóa trạm biến áp là giải pháp mạng tin cậy và hoạt động nhanh hơn như là máy tính nhúng. Bài viết này thảo luận về cách mà hệ thống máy tính nhúng có thể đem lại khả năng tự động hóa một cách tin cậy cho mạng lưới trạm biến áp.

Yêu cầu ứng dụng trong tự động hóa trạm biến áp

Có 3 lớp vật lý trong trạm biến áp tự động hóa: lớp ngăn lộ, lớp truyền tin và lớp trạm. Lớp ngăn lộ bao gồm các thiết bị bảo vệ, điều khiển và dựa trên bus (trường) RS-485. Máy chủ lớp truyền tin như là phần lõi của toàn bộ hệ thống giám sát từ xa. Nó không những chỉ thu thập dữ liệu từ thiết bị bảo vệ và gửi nó đến trung tâm điều khiển back-end mà còn truyền lệnh từ trung tâm điều khiển đến thiết bị điều khiển như là bộ chuyển mạch bật và tắt nhiều hệ thống thiết bị khác nhau, tụ điện và bộ chuyển mạch biến áp. Lớp trạm cung cấp 100Mbps hỗ trợ Ethernet cho máy chủ back-end, bảo mật trạm điện, cũng như là ngăn cản về mặt cơ học để bảo vệ chống lại việc lạm dụng đóng cắt và ảnh hưởng cách điện. Nói chung là các thiết bị ở lớp ngăn lộ thu thập dữ liệu thời gian thực và truyền nó đến lớp truyền tin rồi truyền tiếp đến lớp trạm. Lớp truyền tin hoạt động nhạy cảm như là trung tâm chuyển tiếp nhận dữ liệu từ cả lớp ngăn lộ và lớp trạm và đảm bảo vận hành ổn định một cách tin cậy cho toàn bộ hệ thống.

Công nghệ máy tính nhúng trong trạm biến áp tự động hóa

So với máy tính công nghiệp truyền thống IPC thì máy tính nhúng là một cuộc cách mạng trong công nghệ và được xem như là sự thay đổi cấu trúc của hệ thống điều khiển. Bằng cách thay thế ổ cứng của máy tính bằng thẻ nhớ hoặc DOM (đĩa trong mo đun) bộ nhớ, cấu trúc RISC của máy tính nhúng cung cấp cho người sử dụng loại vận hành không quạt mát và tiêu thụ công suất thấp. Về mặt cấu trúc mà nói, công nghệ nhúng giảm được nhiều yếu tố không ổn định khi kết hợp với máy tính công nghiệp truyền thống mà thường yêu cầu phải thêm bo mạch hoặc card cho mở rộng hệ thống. Việc mở rộng thêm bo mạch/ card hiếm khi đáp ứng đúng yêu cầu chống rung và chống sốc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Để giải quyết vấn đề này thì hệ thống máy tính nhúng sử dụng thiết kế sơ đồ tích hợp cao cho tất cả giao diện bao gồm cổng serial, cổng Ethernet và DI/DO. Hệ thống nâng cao đáng kể này tin cậy và vận hành ổn định. Hơn nữa, máy tính nhúng thường được cài đặt sẵn hệ điều hành Linux hoặc Window cho việc sẵn sàng chạy trên nền tảng mà hoàn toàn đáp ứng ứng dụng công nghiệp thời gian thực và đảm bảo bảo dưỡng hệ thống tiết kiệm chi phí và hiệu quả.

Nhằm bắt kịp xu hướng phát triển hệ thống nhúng trong tự động hóa trạm biến áp, ngày càng có nhiều công ty bao gồm cả các hãng sản xuất máy tính công nghiệp truyền thống cũng đang sản xuất máy tính nhúng để thâm nhập dần vào sự phát triển của thị trường này. Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất máy tính công nghiệp truyền thống đơn giản chỉ là giảm kích thước máy tính của họ mà không cải tiến bất kỳ sự thay đổi đáng kể nào về thiết kế phần cứng và phần mềm. Dựa trên nền tảng từ hơn 20 năm kinh nghiệm trong việc cung cấp dẫn đầu về giải pháp mạng công nghiệp cho tự động hóa năng lượng, tự động hóa giao thông và nhiều ứng dụng cấp công nghiệp khác, Moxa đã tìm thấy rằng các nhà tích hợp hệ thống yêu cầu một cách lặp đi lặp lại hệ thống nhúng với kết nối từ serial đến Ethernet và khả năng lập trình. Dòng máy tính nhúng DA-660 của Moxa được phát triển đáp ứng được những yêu cầu này và cung cấp tích hợp với nhiều cổng Ethernet cho tự động hóa trạm biến áp. Nhúng được nhiều chương trình ứng dụng khác nhau, dòng sản phẩm DA-660 có thể làm được nhiều tác vụ tự động hóa công nghiệp bao gồm điều khiển dữ liệu, lấy được dữ liệu và số hóa máy tính.

Mô tả dòng sản phẩm DA-660

Phần cứng

Thiết kế gắn rãnh 19 inch dễ lắp đặt

Thiết kế không quạt, không ổ cứng, công suất tiêu thụ thấp (20W) cho thời gian trung bình giữa 2 lần mắc lỗi lâu hơn.

Tích hợp nhiều cổng serial và cổng LAN cho việc kết nối các thiết bị

16 RS-232/422/485 phần mềm có khả năng lựa chọn cổng serial hỗ trợ tốc độ truyền định mức không tiêu chuẩn với tốc độ giữa 50bps và 921.6Kbps, đáp ứng linh hoạt kết nối thiết bị tại hiện trường.

Dải điện áp nguồn đầu vào rộng từ 100 đến 240V AC/DC

16 chỉ thị đèn LED cho trạng thái truyền cổng serial

Hỗ trợ CF, USB và khe cắm thẻ mở rộng PCMCIA

Hai khối, hai thiết kế LAN cho mạng dự phòng

Khởi động hệ thống nhanh có 10 giây

Cài đặt trước web server, hỗ trợ PHP/XML cho giám sát từ xa

Chuyển đổi giao thức và nhúng cơ sở dữ liệu MySQL cho kết nối giao thức khác nhau và lưu trữ dữ liệu

Hỗ trợ JFFS2 và hệ thống tệp TFAT để bảo vệ dữ liệu khỏi bị mất khi bị lỗi nguồn.

Hỗ trợ Watchdog timer

Hỗ trợ quản lý thiết bị Moxa (MDM) để quản lý nguồn phần cứng và phần mềm trong hệ thống

Cài đặt sẵn với Client NTP cho mạng NTP chức năng thời gian

Hỗ trợ chế độ quay số PPP

Phần mềm

Dòng sản phẩm DA-660 dùng trong tự động hóa trạm biến áp ở nhà máy thép

Một nhà máy thép ở Trung Quốc cần giải pháp giám sát từ xa và điều khiển hơn 100 trạm biến áp trong mạng lưới điện. Thay vì dùng thiết bị truyền tin chuyên dụng, nhà máy đã sử dụng rất nhiều thiết bị điều khiển với card cổng serial cho thu thập dữ liệu, phân tích và phân phối. Những thiết bị này nhạy cảm cao khi máy tính bị tắt nguồn và bị nhiễm virut, chúng không thể đảm bảo ổn định và vận hành tin cậy được. Hơn nữa, một thiết bị đơn lẻ bị gánh nhiều tác vụ bao gồm thu thập dữ liệu, chuyển đổi giao thức, phân phối dữ liệu front-end, phân tích dữ liệu back-end. Hơn nữa, người lập trình cần thay thế RAM và ổ cứng, tăng chi phí bảo dưỡng hệ thống và nhân công.

Để giải quyết những vấn đề này và cấu trúc một cách tin cậy hệ thống giám sát từ xa, nhà máy đã sử dụng máy tính nhúng DA-662-16-LX của Moxa như là khối điều khiển chuyên dụng cho bảo vệ hệ thống, thu thập dữ liệu, chuyển đổi giao thức và xử lý dữ liệu front-end. Hơn nữa, để xử lý việc thu thập dữ liệu, máy tính nhúng DA-662-16-LX chuyển tất cả dữ liệu quá trình đến DCS (hệ thống điều khiển phân tán) thông qua cổng Ethernet của máy tính với giao thức IEC 104. Bằng việc phát triển hệ thống mới này, nhà máy coi như giảm được cấu trúc hệ thống và chi phí bảo dưỡng. Trung bình mỗi một trạm trong hơn 100 trạm ở trong mạng lưới điện của nhà máy trước đây cứ phải có 3 người giám sát liên tục 24 giờ. Bây giờ chỉ cần có 20 người cho toàn bộ mạng lưới trạm biến áp giám sát ở hiện trường đã được thay thế bằng hệ thống giám sát từ xa mà có thể được bảo dưỡng từ trung tâm điều khiển.

Tổng kết

Hệ thống nhúng đáp ứng tốt cho việc thay đổi máy tính công nghiệp truyền thống bằng giải pháp tự động hóa trạm biến áp. Ví dụ, mỗi một dòng máy tính nhúng DA-660 được thiết kế đặc biệt cho môi trường điện từ trường, phương pháp lắp đặt và điện áp đầu vào của hiện trường. Chúng đáp ứng nền tảng phần cứng cấp công nghiệp, hệ thống nhúng và sẵn sàng chạy trên nền tảng phần mềm với kết nối serial điều khiển đến giảm đáng kể hiệu quả phát triển hệ thống và thời gian. Đây là hỗ trợ đặc biệt cho tích hợp hệ thống như là chúng không còn cần để phát triển mạng từ lớp phần cứng cơ bản. Với tất cả những mô tả và lợi ích trên, dòng sản phẩm máy tính nhúng DA-660 của Moxa đã được công nhận rộng rãi và phát triển ở thị trường tự động hóa trạm biến áp Trung Quốc.

(Nguồn Moxa White Paper)

ỨNG DỤNG LIÊN QUAN