Xây dựng cấu trúc cho hệ scada

Chương I Giới thiệu hệ thống nguồn điện cho các trạm tổng đài 1.1. Vai trò, tầm quan trọng và các yêu cầu đối với hệ thống nguồn điện trong viễn thông. Vai trò và tầm quan trọng của nguồn điện trong viễn thông. Nguồn có nghĩa là sức lực, là sự nuôi dưỡng thiết bị. Tập hợp các trang thiết bị của hệ thống thiết bị nguồn điện, thiết bị chống sét – tiếp đất và hệ thống thông gió - điều hoà nhiệt độ là những thiết bị hạ tầng cơ sở của một trạm viễn thông. Mọi thiết bị, trong đó có thiết bị viễn thông – tin học muốn hoạt động được, nhất thiết phải được cung cấp nguồn điện năng. Có thể nói : mọi hoạt động đều cần phải có năng lượng đều phải được diễn tiến trong môi trường phù hợp. Cho nên, nguồn điện chính là nguồn nuôi dưỡng, là gốc của sự hoạt động của hệ thống viễn thông, và hệ thống thiết bị tiếp đất – chống sét là những yếu tố quan trọng nhất để bảo vệ môi trường hoạt động an toàn cho chúng. Nghiệp vụ Viễn thông bao gồm các hoạt động của hai nghiệp vụ chính là Bưu chính và Viễn thông. Hoạt động của các nghiệp vụ khác, tại các phòng, ban, vụ, công ty, xí nghiệpkhác đều nhằm để tạo điều kiện cho việc khai thác hai loại hình nghiệp vụ đó một cách có hiệu quả. Thống kê qua thực tế của Việt Nam và nhiều nước trên thế giới cho thấy, trong những sự cố xảy ra đối với mạng viễn thông thì sự cố do nguồn điện và sét gây ra chiếm tỷ lệ rất cao. Không những thế, đó lại là những sự cố nghiêm trọng, làm gián đoạn thông tin trong nhiều giờ đối với các thuê bao. Trạm viễn thông có các thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn đảm nhận việc thông tin liên lạc. Để các thiết bị đó hoạt động được cần phải có : nhà cửa, điện lực, chiếu sáng, thông gió, an toàn phòng chống cháy nổvà gọi là những điều kiện cơ sở kỹ thuật hạ tầng và đôi khi còn được gọi là các thiết bị phụ trợ. Vì vậy, chất lượng của hệ thống nguồn điện và khả năng bảo vệ của hệ thống thiết bị chống sét – tiếp đất trong các trạm viễn thông sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và sự an toàn thông tin liên lạc. Những yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn điện cho các trạm tổng đài. Cấp điện 24/24 giờ cho các thiết bị viễn thông và những thiết bị khai thác bưu chính. Bảo đảm nguồn điện có chất lượng cao ( điện áp không cao quá, không thấp quá, tần số và điện áp không sai lệch nhiều so với các thông số định mức). Có tính ổn định : đều đặn, không thất thường hay chập chờn, trị số điện áp không biến động quá giới hạn cho phép. Cấp nguồn điện tin cậy, an toàn (không thất thường hay chập chờn, được bảo vệ chống sét, đảm bảo thứ tự quay của ba pha, không có nguồn điện áp lạ...) Có khả năng dự phòng cao ( có nguồn dự phòng cho nguồn điện lưới chính như : máy nổ, ắc quy). Được ưu tiên (những khi điện yếu hay thiếu công suất, vẫn phải dành công suất cung cấp cho các thiết bị chủ yếu để duy trì liên lạc; nếu mất thì sẽ được phục hồi trước.) Đặc tính này cũng được coi như dẫn xuất của yêu cầu cho độ tin cậy. Những yêu cầu này là đồng thời phải có và bổ sung cho nhau. Mỗi yêu cầu về nguồn điện có thể thể hiện hay một vài đặc tính và ngược lại, mỗi đặc tính lại yêu cầu có khi đến vài ba đặc điểm kỹ thuật và đôi khi có thể coi như là dẫn xuất của nhau, như các đặc tính trên đã nói. Hệ thống nguồn điện được sử dụng trong các trạm tổng đài của công ty điện thoại hà nội 2 hiện nay. Hầu hết hệ thống các tổng đài điện tử đều hoạt động bằng nguồn năng lượng điện một chiều DC. Điện áp DC này phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật về độ ổn định điện áp và độ gợn sóng mà tổng đài đòi hỏi. Nguồn điện xoay chiều AC cấp điện từ điện lưới thành phố hoặc từ máy phát điện dự phòng được biến đổi thành điện một chiều bằng thiết bị nắn điện. Các thiết bị nắn điện này có khả năng cung cấp được điện áp ổn định trong điều kiện điện áp, tần số nguồn AC thay đổi và bất kỳ một nhu cầu đòi hỏi nào của tải về công suất. Cho dù sự tin cậy của nguồn xoay chiều AC cao bao nhiêu nhưng khả năng ngắt quãng của nó cũng vẫn có thể xảy ra trong khi đòi hỏi hệ thống tổng đài phải hoạt động liên tục không được ngắt quãng. Để đáp ứng được điều đó phải trang bị hệ thống dự phòng nguồn năng lượng một chiều DC, đó là hệ thống ắc quy. Hệ thống ắc quy này được nối song song, trực tiếp với hệ thống nắn điện và thiết bị tổng đài. Trong trường hợp nguồn điện xoay chiều AC bị mất, ắc quy sẽ phóng điện cấp nguồn năng lượng cho tải mà không có sự ngắt quãng của nguồn điện một chiều cấp cho tải. Khi có nguồn xoay chiều cấp trở lại, hệ thống máy nắn điện sẽ tự động hoạt động cấp điện cho tải, nạp điện cho ắc quy, tăng điện áp nạp để bù lại năng lượng của ắc quy bị mất. Ngoài ra hệ thống máy nắn điện còn có các tính năng như : giám sát chu kỳ nạp, chuyển chế độ nạp tăng cường và chuyển chế độ hoạt động bình thường. Ngoài ra trong hệ thống nguồn điện tổng đài điện tử còn có hệ thống các thiết bị đổi nguồn khác như : ổn áp AC/AC (nếu cần trang bị), đổi điện DC/AC, đổi điện DC/DC. Hệ thống nguồn điện lưới : nguồn điện lưới quốc gia cấp cho tổng đài điện tử có thể lấy từ trạm biến thế riêng của trạm viễn thông hoặc lấy từ trạm biến thế công cộng trong khu vực. Tuỳ thuộc vào mỗi đặc trưng của tưng quốc gia mà các giá trị thông số nguồn điện lưới khác nhau. Nguồn điện lưới hạ thế tại Việt Nam có các giá trị như sau : Giá trị điện áp : U pha = 220V. U dây = 380V. - Tần số : f = 50Hz. - Số pha : 3 pha + 1 trung tính. Hệ thống nguồn điện lưới Hệ thống chuyển đổi điện Máy phát điện Hệ thống phân phối nguồn xoay chiều Các thiết bị phụ trợ: Điều hoà, chiếu sáng, quạt Hệ thống nguồn chính AC/DC Hệ thống đất bảo vệ Hệ thống đất công tác Thiết bị khai thác Bộ đổi nguồn DC/AC Hệ thống accu Bộ đổi điện DC/DC Thiết bị chuyển mạch Bộ đổi điện DC/DC Thiết bị chuyển mạch Điện áp DC tương thích Tải trực tiếp: cấp cho mạch thuê bao Tổng đài điện tử Hình 1.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp nguồn tổng đài điện tử. Máy phát điện dự phòng : trong các trường hợp mất nguồn điện lưới hoặc nguồn điện lưới không đảm bảo chất lượng như : thiếu pha, giá trị điện áp hoặc tần số dao động quá ngưỡng cho phép, nguồn điện chập chờn Để đảm bảo cho thiết bị tổng đài có nguồn năng lượng liên tục trong khoảng thời gian dài cho phép thì phải có thiết bị máy phát điện dự phòng. Các thông số kỹ thuật của máy phát điện phát ra phải có giá trị đúng như của nguồn điện lưới (giá trị điện áp, tần số, số pha và thứ tự pha ). Có nhiều loại máy phát điện xoay chiều với các nguyên lý động cơ tiêu thụ nguồn năng lượng khác nhau như : dầu Diezen, xăng nhưng trên thực tế phổ biến là sử dụng máy phát điện động cơ Diezen. Hệ thống chuyển đổi điện : hệ thống này có chức năng chuyển đổi tự động (auto) hoặc nhân công (manual) giữa hai nguồn điện lưới và nguồn điện máy phát điện dự phòng, vì việc cung cấp nguồn điện xoay chiều cho tải không cho phép được cấp đồng thời từ hai nguồn trên. Chế độ cấp điện cho tải là ưu tiên điện lưới chỉ khi nguồn điện lưới mất hoặc không bảo đảm chất lượng thì mới thực hiện thao tác chuyển đổi sang chế độ chạy máy phát điện dự phòng. Để đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị phụ tải hệ thống này khi thực hiện thao tác phải chính xác, tin cậy, không gây xung nhiễu và độ chắc chắn về cơ khí phải cao, có tuổi thọ bền vững lâu dài. Hệ thống phân phối nguồn xoay chiều : hệ thống này có chức năng phân phối nguồn cho các phụ tải tiêu thụ nguồn xoay chiều phía sau, tuỳ thuộc vào loại phụ tải mà cung cấp nguồn 3 pha (380V) hay 1 pha (220V) và một chức năng quan trọng là bảo vệ các phụ tải bằng các aptomat hoặc cầu chì. Vì vậy bất kỳ một phụ tải xoay chiều nào phải được đấu vào hệ thống phân phối này thông qua hệ thống bảo vệ. Cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ : hệ thống cung cấp nguồn cho tổng đài còn có chức năng đảm bảo cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ như : các máy điều hoà nhiệt độ, hệ thống chiếu sáng, hệ thống thông gió Hệ thống nguồn chính : Hệ thống này có các chức năng như sau : Biến đổi dòng điện xoay chiều 3 pha hoặc 1 pha thành dòng điện 1 chiều thông qua hệ thống kết nối các modul máy nắn AC/DC. Giá trị điện áp một chiều cấp ra phụ thuộc vào hệ thống tổng đài, thông thường có giá trị là 24VDC, 48VDC và 60VDC (chủ yếu ở châu Âu) Nạp điện cho hệ thống ắc quy : hệ thống này có chức năng nạp điện cho ắc quy ở các chế độ nạp khác nhau và các loại ắc quy khác nhau, vì vậy giá trị điện áp cấp ra phải phù hợp với loại ắc quy. Phân phối nguồn điện một chiều cho các phụ tải và bảo vệ thông qua hệ thống aptomat hoặc cầu chì. Quản lý và truyền các tín hiệu cảnh báo : đây là một trong những chức năng quan trọng của hệ thống này. Thông qua các tín hiệu cảnh báo trực tiếp như : đèn, còi, đồng thời nó còn truyền các tín hiệu cảnh báo về hệ thống tập trung của trung tâm quản lý, vận hành và khai thác. Hệ thống ắc quy : ắc quy là nguồn cung cấp năng lượng có độ tin cậy rất cao cho các phụ tải sử dụng điện một chiều, đặc biệt là các thiết bị viễn thông. ắc quy được bổ sung năng lượng khi được nạp và lưu giữ ở dạng hoá năng, ở chế độ phóng điện thì hoá năng sẽ được biến đổi thành điện năng. Tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo mà có các loại ắc quy khác nhau như : ắc quy chì (Pb-PbO2), ắc quy nikel-cadmium (Ni-Cd)Trong các hệ thống thiết bị viễn thông thường sử dụng ắc quy chì ở chế độ dự phòng cấp nguồn cho tải có thời gian dài ( > 1h ) ắc quy chì hiện đang được sử dụng có 2 loại : ắc quy chì nước : các bản cực được ngập trong dung dịch H2SO4 , hơi dung dịch axit có khả năng thoát ra bên ngoài môi trường xung quanh. Loại ắc quy này đòi hỏi chế độ quản lý bảo dưỡng thường xuyên rất ngiêm ngặt. Tuổi thọ của loại ắc quy này khoảng 15 năm. ắc quy chì khô : loại ắc quy này có vỏ bọc kín. Dung dịch axit ngấm trong các tấm ngăn cách giữa các bản cực, không có sự thoát hơi dung dịch axit ra môi trường bên ngoài. Việc quản lý bảo dưỡng loại ắc quy này đơn giản hơn, nhưng phải được đặt ở trong môi trường có nhiệt độ thấp nhỏ hơn hoặc bằng 240C . Tuổi thọ của loại ắc quy này ngắn hơn, khoảng 12 năm. Bộ đổi nguồn DC/AC : được sử dụng trong hệ thống tổng đài để cung cấp nguồn điện xoay chiều liên tục, không được ngắt quãng cho một số phụ tải xoay chiều như : hệ thống máy tính, cảnh báo cháy, các thiết bị phục vụ khai thác khác. Bộ đổi nguồn này lấy nguồn điện một chiều trực tiếp từ hệ thống máy nắn hoặc hệ thống ắc quy sau đó biến đổi thành nguồn điện xoay chiều một pha 220V, tần số 50Hz. Bộ đổi điện DC/DC : trong tổng đài điện tử, nguồn điện DC trực tiếp từ hệ thống máy nắn có điện áp 48VDC chỉ cung cấp trực tiếp cho các rơ le của mạch thuê bao, còn lại đều phải thông qua các bộ biến đổi điện DC/DC để cấp ra các mức điện áp yêu cầu , ví dụ : 5VDC, 12VDC. Các bộ biến đổi điện DC/DC thường ở dạng các modul được đặt ngay trong giá thiết bị viễn thông, tuỳ thuộc đặc tính của từng mạch điện để biến đổi ra mức điện áp phù hợp. Hệ thống dây đất công tác và dây đất bảo vệ : trong hệ thống tôngr đài điện tử, hệ thống dây đất là một thành phần rất quan trọng vì nó tham gia trực tiếp vào các mạch điện, các bộ vi xử lý và bảo vệ thiết bị, con người. Hệ thống dây đất gồm 2 hệ thống riêng biệt, nhưng chúng được nối với nhau để đảm bảo sự đẳng thế. Tuỳ thuộc vào hệ thống thiết bị viễn thông mà yêu cầu giá trí của hệ thống đất công tác xác định tương ứng. Các chức năng của hệ thống đất công tác : + Tạo điểm có điện thế chuẩn. + Ngăn chặn nhiễu xâm nhập. + Hoàn chỉnh mạch điện. Các chức năng của hệ thống dây đất bảo vệ : + Bảo vệ sự an toàn cho người. + Bảo vệ sự an toàn cho thiết bị. Các giá trị các tổ dây đất yêu cầu của từng hệ thống viễn thông (theo Tiêu chuẩn ngành Bưu điện năm 1999) được cho theo bảng sau : Bảng 1.1 : Bảng các giá trị các tổ dây đất theo yêu cầu của từng hệ thống viễn thông ( theo tiêu chuẩn ngành Bưu điện năm 1999) Hệ thống thiết bị VT Hệ thống đất công tác Hệ thống đất bảo vệ Tổng đài Local và PABX dung lượng Ê 500 số. Ê 10 W Ê 5 W Tổng đài Local và PABX dung lượng từ 500 đến 1000 số. Ê 5 W Tổng đài Local có dung lượng từ 1000 đến 2000 số và PABX có dung lượng > 1000 số. Ê 2 W Tổng đài Local và PABX dung lượng ≥ 2000 số. Ê 0,5 W Tổng đài miền và trung tâm truyền số liệu. Ê 0,5 W 1.3. giới thiệu về hệ thống tổng đài EWSD của Siemens. Tổng đài EWSD, là tổng đài điện thoại điện tử số do hãng Siemens sản xuất. Tổng đài EWSD là hệ thống có nhiều khả năng ứng dụng, có tính linh hoạt cao, dung lượng lớn nên rất thích hợp cho mạng thông tin công cộng. EWSD được sản xuất theo công nghệ máy tính điện tử có áp dụng các tiến bộ và phát minh mới nhất trong kỹ thuật bán dẫn, do đó nó có độ tin cậy cao và đáp ứng việc cung cấp đa dịch vụ cho khách hàng. EWSD được sản xuất và đưa vào sử dụng phù hợp với mọi địa hình và phân bố dân cư khác nhau. Có thể làm một tổng đài nông thôn với kích thước nhỏ, tổng đài chuyển tiếp hay tổng đài nội hạt với kích thước lớn. EWSD cũng được thiết kế theo modul cho cả phần cứng (hardware) và phần mềm (software). Một trong những yếu tố tạo nên tính linh hoạt của tổng đài EWSD là việc sử dụng điều khiển phân bố với các chức năng điều khiển chung do bộ xử lý phối hợp CP (Coordination Proccesor) đảm nhận. Tổng đài EWSD còn được thiết kế cho phù hợp với mạng đa dịch vụ ISDN (Intergrated Service Digital Network) trong tương lai để không những thực hiện chuyển mạch cho mạng điện thoại thông thường mà còn đáp ứng chuyển mạch cho các thông tin văn bản, số liệu, hình ảnh Tổng đài EWSD được thiết kế tuân theo các Tiêu chuẩn Quốc tế và các khuyến nghị do các tổ chức CCITT và CEPT đưa ra như là : ngôn ngữ lập trình bậc cao CHILL, ngôn ngữ đặc tả SDL, ngôn ngữ giao tiếp người – máy MML và các hệ thống báo hiệu R2 và CCS No7. Ngôn ngữ giao tiếp người - máy MML bằng tiếng Anh dễ hiểu và thông dụng. Các giao tiếp mạng có thể là R2 hoặc CCS No7, có khả năng cập nhật và thay đổi cấu trúc khá tiện lợi, có các hệ thống hỗ trợ cho người điều hành thông qua các chương trình bảo vệ, giám sát chẩn đoán lỗi và xử lý các hỏng hóc. Các đặc tính kỹ thuật và dịch vụ của tổng đài EWSD luôn luôn không ngừng phát triển để có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu trong tương lai. Hệ thống EWSD cho phép ứng dụng các công nghệ mới mà không cần thay đổi cấu trúc của nó. Các khả năng và đặc trưng cơ bản của hệ thống : Hệ thống EWSD được thiết kế phù hợp với từng loại hình dịch vụ yêu cầu khác nhau, có thể thích ứng linh hoạt với các cấu hình và điều kiện mạng khác nhau, trong đó khả năng tối đa mà hệ thống có thể cho phép là : Tổng số thuê bao : 250000. Tổng số trung kế : 60000. Khả năng chuyển mạch : 25200 Erlang. Khả năng xử lý tối đa : 1000000 BHCA (số cuộc gọi trong thời gian bận) Cấu trúc phần cứng của hệ thống EWSD. Phần cứng của tổng đài EWSD được thiết kế theo modul có độ tin cậy và linh hoạt cao, tạo ra khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ có chất lượng cao, dễ dàng với các thay đổi trong tương lai. Đồng thời nó cho phép thích ứng với các công nghệ mới cũng như khai thác vận hành ở mỗi nước khác nhau. Để đạt được khả năng ưu việt đó hệ thống EWSD đã cung cấp : Cấu trúc phần cứng dễ hiểu, rõ ràng. Phần cứng thiết kế theo kiểu modul. Sử dụng công nghệ chế tạo phần cứng phù hợp. Chất lượng phần cứng đảm bảo. Cấu trúc phần cứng cho phép kết hợp mềm dẻo giữa các phân hệ trong hệ thống EWSD thông qua các giao diện chuẩn. Hình 1.2 – Sơ đồ tổng quan của tổng đài EWSD Các khối chức năng thực hiện việc giao tiếp với môi trường mạng bên ngoài đó là các khối giao tiếp thuê bao DLU (Digital Line Unit) và khối giao tiếp trung kế LTG (Line Trunk Group). Khối CCNC (Common Chanel Signaling Network Control) thực hiện chức năng điều khiển mạng báo hiệu kênh chung trong tổng đài. Nó có thể đóng vai trò như là điểm báo hiệu SP (Signaling Point) hoặc là điểm chuyển tiếp báo hiệu STP (Signaling Transfer Point) trong mạng báo hiệu số 7. Mạng chuyển mạch SN (Switching Network) có chức năng thực hiện đấu nối các đường dây thuê bao và các đường trung kế theo chương trình đặt sẵn sao cho phù hợp với các yêu cầu của thuê bao. Các khối điều khiển trong từng phân hệ phần cứng đảm nhận những nhiệm vụ điều khiển riêng biệt được phân dịch trong phạm vi nội bộ của từng phân hệ (ví dụ : những bộ xử lý nhóm GP điều khiển việc tiếp nhận số, tính cước, giám sátnằm trong khối giao tiếp trung kế LTG ). Chỉ những công việc xử lý phức tạp đòi hỏi sự phối hợp chung như chọn đường, định tuyến và phân vùng mới cần sự tham gia của bộ vi xử lý phối hợp trung tâm CP. Trong hệ thống EWSD việc điều khiển được thực hiện theo phương thức phân bố , các chức năng điều khiển có cấu trúc phân cấp được chỉ ra trong hình vẽ. Nguyên tắc điều khiển phân bố làm giảm bớt sự phối hợp cần thiết ngay từ đầu giữa các bộ xử lý và đồng thời cũng làm giảm bớt sự cần thiết thông tin giữa các bộ xử lý nội bộ và bộ xử lý trung tâm CP. Điều này góp phần làm cho hệ thống vận hành một cách năng động hơn. Sự phân chia chức năng điều khiển giữa các bộ xử lý làm cho việc thay đổi hoặc đưa vào hệ thống những loại hình dịch vụ mới được dễ dàng hơn dồng thời cũng dễ dàng cung cấp các dịch vụ cho thuê bao. Việc trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý thực hiện qua các đường nối bán cố định (64Kbit/s) thông qua mạng chuyển mạch. Về mặt vật lý thì đường nối bán cố định cũng giống như đường nối cho tín hiệu điện thoại qua trường chuyển mạch. Bằng cách này phải thiết lập một mạng riêng để trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý trong tổng đài. Các phân hệ chức năng của hệ thống EWSD bao gồm : Khối giao tiếp với mạng truy nhập DLU (Digital Line Unit) và khối giao tiếp trung kế LTG (Line Trunk Group). Khối điều khiển mạng báo hiệu kênh chung CCNC (Common Channel Signalling Network Control) thực hiện thu nhận, truyền và xử lý các bản tin báo hiệu CCS7. Khối xử lý phối hợp CP (Coordination Processor) thực hiện trao đổi và xử lý thông tin với các bộ ngoại vi trong các phân hệ và thực hiện các chức năng điều hành, bảo dưỡng chung. Khối trường chuyển mạch SN (Switching Network) thực hiện chuyển mạch thông tin thoại giữa các thuê bao, các thông tin điều khiển giữa khối xử lý phối hợp CP báo hiệu và các bộ xử lý nội bộ trong các phân hệ, các bản tin báo hiệu số 7 giữa khối điều khiển mạng báo hiệu CCNC và các khối giao tiếp trung kế LTG.