ช่องสัญญาณ Ethernet ทองแดงแบบสี่คู่ทั่วไปมีระยะทางเพียงประมาณ 100 เมตร ในขณะที่พื้นที่โซลาร์เซลล์หรือกังหันลมมีระยะทางครอบคลุมหลายกิโลเมตร ไม่ใช่แค่ตู้ควบคุมเพียงตู้เดียว ให้ใช้สายทองแดงที่ทนทานต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC-hardened) โดยใช้ ETHERLINE® สำหรับ Ethernet และ UNITRONIC® สำหรับ Fieldbus ภายในตู้ Inverter หรือ Nacelle และเปลี่ยนไปใช้สายไฟเบอร์ออปติก HITRONIC® สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างบล็อก Inverter หรือระหว่างกังหันลม รวมถึงการเดินสาย Backbone ระยะไกลกลับไปยังห้อง SCADA เนื่องจากไฟเบอร์ออปติกสามารถรองรับระยะทางได้ไกลกว่า และด้วยสื่อกลางการส่งสัญญาณแบบแสงที่ไม่ไวต่อสัญญาณรบกวนจากการนำไฟฟ้าหรือการแผ่รังสี จึงช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาไฟฟ้ากวนตลอดแนวการติดตั้งได้
บทความนี้ขยับจากการพูดถึงส่วนประกอบซึ่งได้กล่าวถึงในช่วงสองสัปดาห์แรกของซีรีส์นี้ ไปสู่การพูดถึงเครือข่ายที่เชื่อมโยง Inverter กังหันลม และห้องควบคุมทั้งหมดเข้าด้วยกันทั่วทั้งไซต์งาน โดยนำเสนอแนวทางสำหรับผู้ติดตั้งระบบ SCADA และผู้รับเหมา EPC ในการวางแผนโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่โดยแบ่งออกเป็น 3 ระดับ ได้แก่ การเดินสายภายในตู้ Inverter หรือ Nacelle, การเชื่อมต่อระหว่างบล็อก Inverter หรือระหว่างกังหันลม และการเดินสาย Backbone ระยะไกลกลับไปยังห้องควบคุม โดยที่ ETHERLINE®, UNITRONIC® และ HITRONIC® เป็นเพียงชั้นกายภาพ (Physical Layer) ภายใต้ระบบอัตโนมัติของไซต์งาน ไม่ใช่ตัวระบบอัตโนมัติเอง
เนื้อหานี้เขียนขึ้นสำหรับวิศวกรระบบ SCADA และระบบควบคุม ผู้รับเหมา EPC ที่รับผิดชอบการติดตั้งระบบสื่อสารทั่วทั้งโรงไฟฟ้า และวิศวกรซ่อมบำรุง (O&M) ที่แก้ไขปัญหาการขาดการเชื่อมต่อของระบบสื่อสารในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือฟาร์มกังหันลมทั่วเวียดนาม ไทย ฟิลิปปินส์ และอินโดนีเซีย ซึ่งสามารถนำไปปรับใช้ได้ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเครือข่ายของโรงไฟฟ้า เมื่อต้องมีการกำหนดสเปกของสายทองแดงเทียบกับไฟเบอร์ออปติก จำนวนโหนด และระยะทางของ Backbone ควบคู่ไปกับตารางการเดินสายไฟฟ้า และนำไปใช้ในขั้นตอนการวิเคราะห์ความผิดพลาดเมื่อโหนดระยะไกลขาดการเชื่อมต่อกับระบบ SCADA อยู่บ่อยครั้ง
เหตุใดสาย Ethernet ทองแดงจึงมีข้อจำกัดด้านระยะทางในพื้นที่โซลาร์เซลล์หรือกังหันลม?
ช่องสัญญาณ Ethernet ทองแดงแบบสี่คู่ทั่วไปถูกกำหนดให้ใช้งานได้ที่ระยะประมาณ 100 เมตร ซึ่งเป็นขีดจำกัดที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่เกินไปตั้งแต่สายเส้นแรกยังไม่ทันออกจากตู้ Inverter หรือ Nacelle ด้วยซ้ำ ไซต์งานโซลาร์เซลล์อาจมีโหนด Inverter หรือตู้รวมสาย (Combiner Box) ที่เหมือนกันหลายสิบโหนด และไซต์งานกังหันลมก็มีโหนดกังหันลมที่เหมือนกันหลายสิบโหนดเช่นกัน การรักษามาตรฐานสเปกให้สอดคล้องกันในทุกจุดจึงเป็นโจทย์ที่ต่างจากการกำหนดสเปกสำหรับตู้ควบคุมเพียงตู้เดียว
นอกจากนี้ สายสื่อสารในไซต์งานพลังงานหมุนเวียนมักถูกเดินไปพร้อมกับสายไฟฟ้า ซึ่งต้องเผชิญกับรังสี UV และความเสี่ยงจากสัตว์กัดแทะที่สายสำหรับใช้งานภายในอาคารทั่วไปมักไม่ค่อยเจอ และเมื่อค่าการอ่านจาก SCADA ขาดหายไปที่ Inverter หรือกังหันลมจุดใดจุดหนึ่ง สาเหตุอาจมาจากสายเคเบิล ตัวเชื่อมต่อ หรือชั้นซอฟต์แวร์ การทดสอบแต่ละโหนดเพื่อหาสาเหตุจึงเพิ่มต้นทุนและเวลาในการหยุดทำงาน ทั้งนี้ LAPP ได้เผยแพร่ข้อมูลเกี่ยวกับการ เลือกสาย PROFINET และ การเลือกสาย Industrial Ethernet Patch Cord ระดับ Cat ซึ่งทั้งคู่เป็นคู่มือสำหรับการเลือกโปรโตคอลและสายเคเบิลสำหรับตู้ควบคุมหรือเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว ไม่ใช่สำหรับเครือข่ายที่ครอบคลุมระยะทางหลายกิโลเมตร
ต้นทุนของการที่โหนดขาดการเชื่อมต่อไม่ใช่แค่เรื่องของการวิเคราะห์สาเหตุ ในไซต์งานกังหันลมหรือโซลาร์เซลล์ การยืนยันว่าความผิดพลาดเกิดจากสายเคเบิล ตัวเชื่อมต่อ หรือซอฟต์แวร์ อาจหมายถึงการต้องส่งทีมเข้าไปยังพื้นที่กังหันลมหรือบล็อก Inverter ที่อยู่ไกลออกไปนอกตู้ควบคุม การระบุสเปกเครือข่ายที่ป้องกันความผิดพลาดตั้งแต่ต้นย่อมประหยัดค่าใช้จ่ายกว่าเครือข่ายที่ต้องมาวิเคราะห์หาสาเหตุในภายหลัง
สิ่งใดช่วยปกป้องการเชื่อมต่อสื่อสารจากสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ของ Inverter และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า?
ภายในตู้ Inverter หรือ Nacelle สายเคเบิลระยะสั้นจะอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน เช่น Inverter ที่สวิตชิ่งด้วยความถี่สูง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ขับเคลื่อนความถี่แปรผัน (VFD) สายทองแดงที่ทนทานต่อ EMC อย่าง ETHERLINE® สำหรับ Ethernet และ UNITRONIC® สำหรับ Fieldbus จึงถูกออกแบบมาเพื่อรองรับงานนี้ โดยสร้างขึ้นเพื่อปฏิเสธสัญญาณรบกวนจากการนำไฟฟ้าและการแผ่รังสีที่สายเคเบิลทั่วไปอาจได้รับจนกลายเป็นปัญหาแพ็กเก็ตข้อมูล SCADA หลุดหาย คู่มือ EMC สำหรับทีมงานโรงไฟฟ้าของเรา ครอบคลุมพื้นฐานที่บทความนี้ใช้เป็นจุดเริ่มต้น
สายเคเบิลที่มีชีลด์แต่ไม่ต่อเนื่องตลอดเส้นอาจเปิดช่องโหว่ให้ EMI เข้ามารบกวนได้อีกครั้ง และประสิทธิภาพของสายที่มีชีลด์จะดีเท่ากับจุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอที่สุดเท่านั้น บทความของเราเกี่ยวกับ สายข้อมูลที่มีชีลด์สำหรับจุดเสี่ยง EMI ในพื้นที่โรงงาน ได้อธิบายถึงปัญหาความต่อเนื่องในบริบทอุตสาหกรรมทั่วไป แต่ในไซต์งานโซลาร์เซลล์หรือกังหันลม ความเสี่ยงจะสูงกว่าเนื่องจากโหนดที่ขาดการเชื่อมต่ออยู่ไกลออกไปและเข้าถึงหรือวิเคราะห์หาสาเหตุได้ยากกว่า
หลักการเรื่องความต่อเนื่องของชีลด์ต้องนำมาใช้ไม่ว่าจะเป็นสาย Ethernet หรือ Fieldbus สาย UNITRONIC® Fieldbus ภายในตู้ต้องการความต่อเนื่องของชีลด์กับตัวเชื่อมต่อเช่นเดียวกับสาย ETHERLINE® Ethernet การติดตั้งแบบผสมผสานที่มีทั้งสาย Fieldbus และ Ethernet ในไซต์งานเดียวกัน ไม่ควรละเลยเรื่องการชีลด์ของโปรโตคอลใดโปรโตคอลหนึ่งเพียงเพราะว่าอีกโปรโตคอลหนึ่งเป็นจุดสนใจหลักในวันนั้น
บทความนี้กำหนดขอบเขตที่ชัดเจนสองประการ คือ การตั้งค่าซอฟต์แวร์ SCADA การเขียนโปรแกรม PLC และการตั้งค่า RTU เป็นหน้าที่ของผู้ติดตั้งระบบอัตโนมัติ ส่วน LAPP จัดหาชั้นกายภาพที่ระบบอัตโนมัตินั้นทำงานอยู่ ไม่ใช่ตัวระบบอัตโนมัติเอง ส่วนคำถามในระดับโปรโตคอลสำหรับตู้ควบคุมเดียวนั้นมีคำตอบอยู่ในคู่มือการเลือก PROFINET และคู่มือ Patch Cord ที่ระบุไว้ข้างต้นแล้ว จึงจะไม่กล่าวซ้ำในที่นี้
คุณจะสร้างโครงข่ายไฟเบอร์ออปติก (Backbone) ระหว่างบล็อก Inverter หรือกังหันลมได้อย่างไร?
ระหว่างบล็อก Inverter ในพื้นที่โซลาร์เซลล์ หรือระหว่างกังหันลมในฟาร์มกังหันลม และในการเดินสายระยะไกลกลับไปยังห้อง SCADA สายทองแดงจะหมดข้อได้เปรียบด้านระยะทาง และไฟเบอร์ออปติก HITRONIC® จะเข้ามาทำหน้าที่แทน เนื่องจากสื่อกลางการส่งสัญญาณแบบแสงไม่มีความไวต่อ EMI ทั้งจากการนำไฟฟ้าและการแผ่รังสี จึงช่วยขจัดปัญหาทางไฟฟ้ากวนตลอดแนว Backbone ได้อย่างสิ้นเชิง ไม่ใช่แค่เพียงที่ตู้ควบคุมเท่านั้น
เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือฟาร์มกังหันลมไม่ค่อยหยุดขยายตัวในเฟสแรก การกำหนดโครงสร้างเครือข่าย Backbone จึงควรครอบคลุมถึงแผนผังที่วางไว้ในอนาคตของไซต์งาน ไม่ใช่แค่ขนาดปัจจุบัน การเพิ่มบล็อก Inverter หรือแถวของกังหันลมในภายหลังควรหมายถึงการขยายแนวไฟเบอร์ออปติก ไม่ใช่การต้องกำหนดสเปก Backbone ใหม่ทั้งหมดที่ติดตั้งไปแล้ว
Backbone คือจุดที่ไซต์งานขยายขีดความสามารถ ดังนั้น การที่บล็อก Inverter หรือกังหันลมจุดหนึ่งไม่ส่งข้อมูล ไม่ควรสร้างความเสี่ยงต่อเครือข่ายส่วนที่เหลือ ดังนั้นโครงสร้างเครือข่ายไฟเบอร์และจำนวนโหนดจึงควรถูกกำหนดตามผังไซต์งาน ไม่ใช่คาดการณ์จากโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก สำหรับจำนวนสายไฟเบอร์ ค่ารัศมีการดัดโค้ง (Bend Radius) และประเภทตัวเชื่อมต่อที่แน่นอน ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ คือแหล่งอ้างอิงหลักแทนที่จะเป็นการกล่าวอ้างทั่วไปในที่นี้ บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของ คู่มือการเชื่อมต่อพลังงานหมุนเวียนสำหรับโซลาร์เซลล์ กังหันลม และระบบกักเก็บพลังงานของเรา ซึ่งอธิบายทางเลือกในระดับส่วนประกอบจากมุมมองที่แตกต่างกัน
โครงข่าย Backbone ที่กำหนดสเปกในลักษณะนี้ยังเปลี่ยนวิธีการแยกปัญหาความผิดพลาด หากบล็อก Inverter หรือกังหันลมจุดใดจุดหนึ่งขาดการเชื่อมต่อจาก SCADA ร่องรอยของความผิดพลาดจะจำกัดวงอยู่แค่เฉพาะส่วนนั้น แทนที่จะสร้างข้อสงสัยให้กับเครือข่ายทั้งหมด นั่นเป็นเพราะการเปลี่ยนผ่านจากทองแดงเป็นไฟเบอร์ออปติกและโครงสร้าง Backbone ได้ถูกกำหนดสเปกแยกจากกันไว้อย่างชัดเจนตั้งแต่แรก ไม่ใช่การติดตั้งแบบเฉพาะหน้าเมื่อไซต์งานขยายตัว
ปรึกษาวิศวกรของเรา
ทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นต้องอาศัยการเดาสุ่มเรื่องค่ามาตรฐาน การเลือกสายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อทั้งสำหรับ Backbone และการเดินสายในตู้ควบคุมสามารถยืนยันได้จากเอกสารข้อมูล (Datasheet) ของซีรีส์ ETHERLINE®, UNITRONIC® หรือ HITRONIC® รุ่นนั้นๆ ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในส่วนอื่นๆ ของซีรีส์นี้สำหรับตัวเชื่อมต่อและชุดสายไฟ
หากคุณกำลังกำหนดสเปกเครือข่ายการสื่อสารสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แห่งใหม่ ฟาร์มกังหันลม หรือโปรแกรมปรับปรุงอุปกรณ์ (Repowering) ผู้เชี่ยวชาญด้านการเชื่อมต่อของเราสามารถช่วยคุณจับคู่การเปลี่ยนผ่านจากทองแดงเป็นไฟเบอร์ออปติกให้เข้ากับผังไซต์งานของคุณได้ เพียงบอกจำนวนโหนดและระยะทางของ Backbone เราจะแนะนำสเปก ETHERLINE®, UNITRONIC® และ HITRONIC® ที่ถูกต้องให้แก่คุณ แทนการใช้ชิ้นส่วนแบบทั่วไป
ติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้านการเชื่อมต่อของเราได้ผ่านทาง หน้าสอบถามข้อมูลของ LAPP SEA และระบุว่าต้องการข้อมูลเกี่ยวกับช่องทางพลังงานลมและพลังงานหมุนเวียน
