Giới thiệu 

Sự nâng cấp liên tục nhu cầu từ người sử dụng dẫn đến sự nhận thức và kỳ vọng mới, đặc biệt là việc giám sát năng lượng, vào thẳng vấn đề đối với nhà máy có trên 500 đồng hồ điện Modbus RTU cần giám sát liên tục thông số tại một đồng hồ. Các lợi ích của việc tuân thủ chính sách xanh "Green" rõ ràng không thể chối cãi. Đối với doanh nghiệp, triển vọng là giảm chi phí, tối ưu việc sử dụng năng lượng. Để biến triển vọng này thành hiện thực, các từ khóa quan trọng là kiểm soát và giám sát. Tập trung vào hiệu suất năng lượng, việc lắp đặt các đồng hồ đo công suất tại các trang trại và nhà máy là lựa chọn rõ ràng. Chủ yếu, những đồng hồ đo công suất này sẽ thu thập dữ liệu cần thiết để phân tích thêm để đưa ra quyết định kinh doanh về hiệu suất năng lượng. Để đạt được kiểm soát và giám sát tối ưu, một loạt các thiết bị như UPS, các bộ định thời thông minh, bộ điều khiển ATS, để kể một số, cần được lắp đặt tại các nhà máy/trang trại/trung tâm dữ liệu.

Thường thì, những thiết bị này hỗ trợ giao thức Modbus, một giao thức dễ sử dụng trong hầu hết các ứng dụng. Tuy nhiên, trong các ứng dụng giám sát năng lượng, các nhà tích hợp hệ thống phải đối mặt với hai thách thức: chuyển đổi từ Modbus RTU/ASCII sang Modbus TCP và triển khai các thiết bị trên quy mô lớn. Hệ thống giám sát và điều khiển dữ liệu (SCADA) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng giám sát năng lượng để giám sát từ xa các thông số điện. Hệ thống SCADA thường sử dụng các giao thức dựa trên Ethernet, như Modbus TCP. Trên phía bên kia của quá trình giám sát, các đồng hồ đo công suất dựa trên chuẩn giao thức Modbus RTU (RS-232/485/422) tạo ra dữ liệu cần thiết. Để khắc phục vấn đề tương thích, một số người dùng phụ thuộc vào máy tính nhúng để thực hiện chuyển đổi giao thức cần thiết. Hạn chế là giải pháp này đòi hỏi tài nguyên phụ trợ trong thiết kế chương trình. Do đó, người dùng chuyển sang các bộ Gateway thông minh để thiết bị này dễ dàng thực hiện chuyển đổi giữa các giao thức Modbus TCP và Modbus RTU. Vì một mạng lưới phức tạp của các trạng thái tham số điện cần được thu thập từ nhiều thiết bị dựa trên chuẩn giao thức Modbus để mục đích giám sát và kiểm soát, lý tưởng là cần trang bị các cổng Modbus với nhiều cổng serial (8 hoặc 16 cổng) để quản lý dễ dàng.
Một giải pháp tổng quát bị ảnh hưởng của thời gian

Chế độ truyền thông trong suốt (Transparent mode) thường là tiêu chuẩn trong thị trường cổng Modbus gateway. Các cổng gateway thực hiện chuyển đổi trong chế độ trong suốt thường được thiết lập dễ dàng và nhanh chóng. Tuy nhiên, sẽ cố một số vấn đề phát sinh. Một điểm trừ đáng chú ý của chế độ truyền thông trong suốt là rằng đối với mỗi cổng serial, chỉ có thể thực hiện một hành động yêu cầu-phản hồi của giao thức Modbus vào một thời điểm cụ thể (Chủ tớ với tên gọi quen thuộc Master-Slave, do đó hệ thống SCADA phải chờ đợi cho mỗi phản hồi một cách tuần tự, dẫn đến hiệu suất kém, đặc biệt là trong các ứng dụng quy mô lớn.

Ví dụ, như tham chiếu đến hình minh họa dưới đây, khi một hệ thống SCADA yêu cầu dữ liệu từ một đồng hồ đo công suất, quá trình chuyển đổi giao thức diễn ra như sau:

Nếu chỉ có một số ít đồng hồ đo được kết nối vào một cổng gateway, thời gian quét có thể không phải là vấn đề lớn. Tuy nhiên, trong các ứng dụng quy mô lớn, điều này khác biệt vì cài đặt như đã đề cập có thể gây ra sự cố trong hoạt động. Trong trường hợp này, một số lượng lớn thiết bị được kết nối vào mỗi cổng serial của gateway thông qua một cấu trúc dây daisy chain qua giao diện RS-485, và gateway chỉ xử lý các yêu cầu và phản hồi đồng thời một cách tuần tự. Rõ ràng, việc hoàn thành các bước trong hình minh họa trên dẫn đến thời gian quét dài đáng kể không chấp nhận được trong các ứng dụng quan trọng vì điều này sẽ mất quá nhiều thời gian để thực hiện việc thu thập dữ liệu trong hệ thống SCADA. 

Ví dụ, nếu có 128 thiết bị được kết nối vào một gateway, hệ thống SCADA sẽ gặp phải một khoảng thời gian lớn giữa việc đọc dữ liệu từ thiết bị đầu tiên và thiết bị cuối cùng. Do đó, việc giảm thời gian quét là một tính năng được tìm kiếm rất nhiều trong các mạng. Việc giảm thời gian quét có thể được thực hiện bằng một trong hai cách: xây dựng một hệ thống SCADA hoàn toàn mới hoặc cải tiến hệ thống hiện có.

Hệ thống SCADA mới

Lựa chọn này yêu cầu bạn bắt đầu từ đầu. Chìa khóa cho sự thành công của hệ thống mới thiết kế là một cổng gateway tăng cường hiệu suất của hệ thống SCADA, tăng tính linh hoạt của thiết kế chương trình SCADA và cho phép cấu hình dễ dàng. Các cổng gateway hỗ trợ chế độ truyền thông theo chế độ đặc biệt (Agent mode) và có mật độ nhiều cổng có thể đạt được những mục tiêu này. Chế độ đặc biệt, được thiết kế để khắc phục nhược điểm của chế độ trong suốt, cho phép mỗi bên của cổng thực hiện các chuyển đổi độc lập với nhau. Trên một bên, mỗi cổng serial của gateway hoạt động như một Modbus RTU master chủ động gửi yêu cầu tới các đồng hồ đo; ở bên kia, cổng gateway hoạt động như một Modbus TCP server được yêu cầu thông qua hệ thống SCADA. Một tính năng quan trọng của các cổng gateway hỗ trợ chế độ đặc biệt (Agent mode) là bộ nhớ nội bộ giúp thu thập dữ liệu một cách liền mạch.

Top of Form
Giao tiếp theo chế độ đặc biệt (Agent mode) mang lại một số ưu điểm. Từ góc nhìn của hệ thống SCADA, thời gian quét của nó nhanh hơn đáng kể so với giao tiếp trong suốt. Chỉ có thời gian của yêu cầu Modbus TCP và phản hồi Modbus TCP tạo nên thời gian quét vì không cần thiết phải chờ đợi tại phần RTU của quá trình chuyển đổi giao thức.

Một lợi ích khác là chế độ đặc biệt (Agent mode) cho phép tất cả dữ liệu được tạo ra bởi các thiết bị được chuyển trong một vài gói tin. Từ góc nhìn của hệ thống SCADA, cổng gateway đóng vai trò như một ngân hàng dữ liệu cung cấp thông tin được yêu cầu. Với vai trò là Modbus RTU master, mỗi cổng serial của gateway hoạt động tích cực để kiểm tra các đồng hồ đo khác nhau để lấy dữ liệu từ các bộ ghi khác nhau của chúng. Dữ liệu được thu thập liên tục được lưu trữ trong bộ nhớ nội bộ của cổng gateway. Chỉ cần một kênh TCP để chuyển dữ liệu được yêu cầu trong một vài gói tin. Hơn nữa, bộ nhớ nội bộ của cổng gateway có thể được điều chỉnh để thiết kế của chương trình SCADA cho phép tính linh hoạt hơn.

Đối với bất kỳ nhà tích hợp hệ thống nào, việc cấu hình dễ dàng luôn là ưu tiên hàng đầu. Trong chế độ đặc biệt (Agent mode), cổng gateway ở vai trò của một RTU master có thể đặt nhiều lệnh Modbus. Để tiết kiệm thời gian trong việc cấu hình, một số thương hiệu cổng gateway hỗ trợ tệp giá trị được phân tách bằng dấu phẩy dạng file (CSV), có thể được cấu hình và nhập vào cổng gateway bằng cách sử dụng Excel.

Cải tiến Nếu bạn đang sử dụng các cổng gateway trong suốt và bạn không hài lòng với thời gian quét, thì việc cải tiến hệ thống hiện tại là giải pháp tốt nhất của bạn. Mặc dù thị trường đang tràn ngập với một loạt các cổng gateway, chỉ có một cái giữ chìa khóa để giảm thời gian quét thông qua việc cải tiến. Sử dụng chế độ thông minh, Moxa MGate MB3660 sẽ học và ghi nhớ các lệnh Modbus.

Các lệnh mà nó nhận được từ hệ thống SCADA.

Khi một lệnh đã được học, cổng gateway sẽ hoạt động như là trong chế độ đặc biệt (Agent mode) và gửi yêu cầu Modbus tới các thiết bị Modbus tương ứng. Vì dữ liệu được lưu trong bộ nhớ của một cổng gateway, hệ thống SCADA có thể lấy dữ liệu phản hồi Modbus trực tiếp từ bộ nhớ của cổng gateway, thay vì chờ đợi dữ liệu thông qua các thiết bị Modbus, tăng đáng kể hiệu suất giao tiếp. Tất cả những gì bạn cần làm là kích hoạt chức năng Học Lệnh sáng tạo với một nhấp chuột trên giao diện web. Một lần nữa, từ góc nhìn của hệ thống SCADA, thời gian quét sẽ ngắn hơn nhiều, vì thời gian dành cho giao tiếp chỉ xảy ra trên phía Ethernet của cổng gateway. Người dùng sẽ thấy một sự giảm đột ngột trong lượng thời gian mà một thiết bị Modbus cần chờ đợi để được truy cập.

Tốc độ chuyển đổi giao thức đã được thử nghiệm với cổng Moxa MGate MB3660-16 16 cổng, hỗ trợ các chế độ trong suốt (Transparent mode), đặc biệt (Agent mode) và thông minh (Intelligent mode). Mỗi trong 16 cổng serial của MGate đã được kết nối với tám đồng hồ đo, với mỗi đồng hồ đo công suất truyền 16 byte dữ liệu. Do đó, tổng cộng, 2048 byte cần được thu thập trong mỗi bài kiểm tra.

Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng chế độ đặc biệt (Agent mode) thực hiện nhanh nhất: chỉ mất 41 ms để thu thập tất cả các tham số. Các chế độ thông minh (Intelligent mode) và trong suốt (Transparent mode) lần lượt mất 312 ms và 7502 ms. Kết quả này so sánh tốt so với cổng gateway trong suốt truyền thống nơi bạn cần phải chờ đợi bảy giây để dữ liệu được tải lên. Hãy tưởng tượng nếu cần tải lên nhiều dữ liệu hơn, thời gian sẽ kéo dài bao nhiêu. Hơn nữa, dữ liệu thu thập thông qua cổng gateway trong suốt truyền thống không nhất thiết chính xác như các thiết bị được kiểm tra bằng cổng gateway sử dụng chế độ đặc biệt hoặc thông minh. Như được minh họa dưới đây, ít điểm dữ liệu được thu thập thông qua chế độ trong suốt do thời gian quét chậm, trong khi chế độ đặc biệt và thông minh thu thập nhiều điểm dữ liệu hơn do thời gian quét nhanh hơn. Do đó, hình dạng đồ thị được thể hiện trong đồ thị chế độ đặc biệt/thông minh dưới đây (bên phải) cho thấy rằng các chế độ đặc biệt và thông minh tăng độ chính xác của dữ liệu thu thập thông qua các thiết bị serial trong hệ thống SCADA.

Trong các ứng dụng quy mô lớn, kết quả cho thấy rõ ràng rằng chế độ trong suốt không phải là lựa chọn lý tưởng do thời gian quét dài. Đối với một hệ thống mới, chế độ đặc biệt là lựa chọn tốt nhất của bạn. Các lợi ích rõ ràng là thời gian quét ngắn và dữ liệu được thu thập trong một vài gói tin duy nhất. Tùy chọn cải tiến cho các hệ thống SCADA hiện có, yêu cầu ít chi phí và công sức hơn, chỉ ra rằng chế độ thông minh là lựa chọn tối ưu. Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về các giải pháp của chúng tôi, vui lòng tải về brochure giải pháp của chúng tôi tại: Link http://www.moxa.com/support/request_catalog

Một số hình ảnh thực tế của sản phẩm Mgate MB3660 bên dưới: Link sản phẩm chi tiết tại đây

Tải tài liệu Tiếng Anh hãng: Link

Diencn247 cung cấp thiết bị truyền thông công nghiệp, máy tính công nghiệp, màn hình cảm ứng HMI, IoT GATEWAY công nghiệp, phần mềm Scada, phần mềm quản trị sản xuất MES, phần mềm quản trị khách hàng CRM, tổng đài doanh nghiệp, cảm biến công nghiệp, tủ điện công nghiệp và lập trình chương trình PLC theo yêu cầu ...uy tín chất lượng giá tốt. Luôn được khách hàng tin dùng.