Tài liệu kỹ thuật

Tác giả: Rafiullah Khan, Kieran McLaughlin, David Laverty  and Sakir Sezer.

I. GIỚI THIỆU

Đồng bộ pha có vai trò quan trọng trong lưới điện hiện đại. Nó bao gồm việc truyền tại các thông số đo chất lượng lưới điện sử dụng giao thức đồng bộ chính xác. Đồng bộ pha được sử dụng trong việc Quản lý và Theo dõi diện rộng (Wide-Area Monitoring), Bảo vệ và Điều khiển diện rộng (Protection And Control - WAMPAC), phát hiện sự cố, theo dõi / hiển thị lưới điện động, xác định biên độ ổn định, cảnh báo tình huống ... 

Hiện tại có 2 giao thức đồng bộ pha sử dụng nhiều nhất là IEEE C37.118 và IEC 61850-90-5. IEEE C37.118 ra đời vào năm 2005 là giao thức đồng bộ pha thành công và sử dụng rộng rãi nhất. Tuy nhiên giao thức này có hạn chế về phân tích thông tin và bảo mật. IEC 61850-90-5 ra đời vào năm 2012 với nhiều tính năng độc đáo. Tuy nhiên việc triển khai giao thức này đến nay còn khá hạn chế do các tính năng, yêu cầu còn đang được thử nghiệm. 

Bài viết sau sẽ phân tích khả năng triển khai của IEEE C37.118 và IEC 61850-90-5, bao gồm so sánh chi tiết cả đặc tính và khả năng. Do đồng bộ pha sử dụng cho lưới điện nên yêu cầu an toàn phải được đặt lên hàng đầu. Do đó giao thức đồng bộ pha sẽ được xem xét về độ an toàn bao gồm: bảo mật, toàn vẹn và độ sẵn sàng. Bài viết cũng phân tích về các lỗ hổng mà có thể bị tấn công (tấn công một giai đoạn hay tấn công nhiều giai đoạn multi-stage attacks) làm rã lưới điện khiến các bộ phân lưới điện không liên kết hoặc phối hợp với nhau. Việc này sẽ gây thiết hại to lớn đến thiết bị vật lý. Tóm lại bài viết sẽ phân tích về: 1) Phân tích đặc tính và giới hạn của các giao thức đồng bộ pha. 2), Phân tích độ an toàn và khả năng bị tất công 3) Yêu cầu thiết bị mạng sử dụng.

Đầu nối M12 là loại đầu nối hình tròn vặn ren đường kính 12 mm sử dụng phổ biến trong các bộ cảm biến, truyền động, Fieldbus, thiết bị Ethernet công nghiệp. Đầu nối thiết kế với tiêu chuẩn chống nước IP 65, IP 68, IP 69 phù hợp sử dụng môi trường ẩm ướt và có ăn mòn.

Đầu nối được thiết kế với số chân 3, 4, 5, 8, và 12 chân. Số chân nhiều hơn không được phát triển mà kiểu lắp đặt được phát triển thêm như bayonet hoặc push-pull (kéo đẩy). Đầu nối M12 được sử dụng nhiều trong tự động hoá nhà máy, đo lường và điều khiển, công nghiệp thực phẩm và bia, vận tải, nông nghiệp, robot, năng lượng tái tạo.

Tuỳ theo ứng dụng cụ thể người sử dụng lựa chọn số chân thích hợp. Với cảm biến và năng lượng người ta hay dùng 3, 4 chân. Profinet và Ethernet dùng 4, 8 chân. Fieldbus, CANbus, DeviceNet dùng 4, 5 chân. Tín hiệu sử dụng loại 12 chân.

Có nhiều loại mã cho đầu nối M12. Mã này dùng để ngăn sự không tương thích khi lắp đầu nối. Thêm nữa mã này cho biết khả năng chống nhiễu của đầu nối. Ví dụ đầu M12 X coded là loại đầu nối có khả năng chống nhiễu.

Các mã thông thường bao gồm:

• A dùng cho điều khiển, nguồn 1 chiều DC, 1 GB Ethernet.
• B dùng cho Profibus.
• C dùng cho nguồn xoay chiều.
• D dùng cho 100 Mpbs.
• X dùng cho 10 GB Ethernet.
• S dùng cho nguồn xoay chiều ( thế hệ sau của C).
• T dùng cho nguồn 1 chiều ( thế hệ sau của A).

A-, B-, D, X là phổ biến nhất do các đầu nối  A, B và D đã xuất hiện từ lâu. Các đầu nối mã X đang trở nên phổ biến hơn đối với Ethernet công nghiệp tốc độ cao và sẽ thay thế các mã A và D cho ứng dụng Ethernet.

Mã K đang được phát triển cho nguồn điện xoay chiều, trong khi thiết kế mã L sẽ sớm được dùng cho nguồn điện Profinet.

Trong những năm gần đây, các thiết bị sử dụng trên hệ thống đường sắt, tàu điện trên cao, xe bus .... đã được tiêu chuẩn hoá. Hiệp hội đường sắt Hoa Kỳ đã đưa ra tiêu chuẩn kỹ thuật 110 trong sổ tay "tín hiệu đường sắt" (Signal Manual, Specification 110). Phần lớn tiêu chuẩn này đã được châu Âu chuyển sang chuẩn hoá thành tiêu chuẩn EN, tiêu chuẩn thiết bị điện tử dùng cho đường sắt. Bao gồm:

• Tiêu chuẩn EN 50155: Tiêu chuẩn thiết bị điện tử dùng cho đường sắt chịu va đập rung lắc.
• Tiêu chuẩn EN50125: Ứng dụng Đường sắt; Điều kiện môi trường môi trường rung lắc
• Tiêu chuẩn EN50163: Điện áp cung cấp cho thiết bị sử dụng

 Bài viết này không đề cập chi tiết về các tiêu chuẩn mà chỉ đề cập đến tiêu chuẩn bộ chuyển đổi nguồn một chiều DC/DC dùng cho đường sắt.