Hệ thông SCADA cho hệ thống hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, thông thường được chia thành ba cấp cơ bản sau: Cấp thứ nhất: các phần tử có chức năng giám sát
Trang 1Câu 2: Trình bày về sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA?
Hệ thông SCADA cho hệ thống hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, thông thường được chia thành ba cấp cơ bản sau:
Cấp thứ nhất: các phần tử có chức năng giám sát các thông số vận hành của lưới, điều khiển ra lệnh cho các phần tử đóng cắt, ghi chụp phân tích các sự cố xảy ra trên lưới, đó là role bảo vệ kỹ thuật số DR, bộ ghi sự cố FR, các bộ biện đổi công suất , dòng điện, điện áp, tần số… Khi xảy ra sự cố các role tính toán và tác động theo thông số đã được cài đặt mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên Ngoài ra các phần tử thuộc cấp này còn có chức năng thu thập số liệu, thông số vận hành ở các chế độ bình thường của HTĐ để gửi lên máy tính điều khiển mức trạm hoặc các thiết bị đầu cuối RTU Cấp thứ hai: là các điều khiển trạm SS và RTU có chức năng chủ yếu là thu nhập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ tại chỗ qua các giao diện người máy HMI và truyền dữ liệu thu nhập được lên cập quản lý cao hơn theo các chuẩn truyền thông tin
Cấp thứ ba: là trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu nhập số liệu từ các Điều khiển trạm SS
và RTU, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng như việc phân phối lại công suất giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống
Câu 5: Trình bày khái quát về thành phần hệ thống SCADA
1 Phần cứng
Một hệ thống SCADA bao gồm một số các thiết bị đầu cuối RTUs (Remote Terminal Unit) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu quay trở lại trạm chủ thông qua một hệ thống truyền thông Trạm chủ hiển thị các dữ liệu thu được và cho phép người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa
Các dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hoá các hoạt động nhà máy và quá trình Lợi ích khác của hệ thống SCADA là hiệu quả hơn, độ tin cậy cao, chi phí vận hành thấp và quan trọng nhất là an toàn hơn trong hoạt động
Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ cơ bản sau:
• Thiết bị đo và thiết bị điều khiển;
• Trạm đầu cuối và thiết bị đầu cuối RTU;
• Hệ thống truyền thông;
• Các trạm thu thập dữ liệu;
• Hệ thống xử lý dữ liệu
Các RTU cung cấp một giao diện đến các cảm biến số và tương tự tại hiện trường
Hệ thống truyền thông cung cấp đường cho giao tiếp giữa các trạm chủ và các thiết bị từ xa Hệ thống này có thể được truyền qua đường dây điện, cáp quang, phát thanh, điện thoại, và thậm chí có thể vệ tinh Việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng giao thức thức cụ thể và phát hiện lỗi hiệu quả và tối ưu dữ liệu
Trạm chủ (hoặc các trạm con) thu thập dữ liệu từ RTUs khác nhau và thường cung cấp một giao diện điều hành cho hiển thị các thông tin và kiểm soát các thiết bị trường từ xa Trong các hệ thống từ xa lớn, các trạm con tại công trường thu thập thông tin từ các thiết bị từ xa và gửi thông tin trở lại trạm chủ để kiểm soát tổng thể
2 Phần mềm
Phần mềm SCADA có thể được chia thành hai loại, thuộc quyền sở hữu hoặc nguồn mở Các phần mềm thuộc quyền
sở hữu là các phần mềm SCADA nhà cung cấp hệ thống SCADA thiết kế ra để giao tiếp với phần cứng của họ Vấn đề chính với hệ thống này là sự phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp hệ thống Vì vậy các phần mềm mở được sử dụng phổ biến hơn phổ biến vì khả năng tương tác của họ mang lại cho hệ thống Thường các phần mềm mở có khả năng trộn các nhà sản xuất thiết bị khác nhau trên cùng một hệ thống
Citect và WonderWare chỉ là hai trong số những gói phần mềm mở sẵn trên thị trường cho các hệ thống SCADA Một
số gói phần mềm hiện nay bao gồm cả quản lý tài sản tích hợp trong hệ thống SCADA
Phần mềm SCADA sẽ bao gồm những phần chính sau:
• Giao diện người sử dụng;
• Đồ họa;
• Các cảnh báo (Alarms);
• Các đồ thị (Trends);
• Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC;
• Khả năng mở rộng;
• Phương thức truy cập dữ liệu;
• Cơ sở dữ liệu;
• Mạng truyền thông;
• Lỗi và dự phòng;
• Quá trình phân phối máy chủ/khách
3 Cáp truyền thông
Có rất nhiều loại cáp truyền thông được sử dụng trong hệ thống SCADA
Thông tin trong ngành Điện lực được truyền tải thông qua các hình thức sau:
Trang 21 Các kênh cao tần theo tuyến đường dây tải điện PLC (Poweer Line Carrier).
Sử dụng các đường dây điện lực, dây chống sét hoặc các đường cáp đặt cách ly trong chúng để tạo kênh cao tần truyền tin Việc sử dụng đường dây điện lực để truyền thông tin cao tần được thực hiện theo các sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, Dây pha của lộ này – Dây pha của lộ khác Việc sử Việc sử dụng đường dây chống sét (DCS) truyền tin được thực hiện theo các sơ đồ: DCS – DCS, DCS – Dây đất, hai DCS – Dây đất
Các đường cáp đặt cách ly trong đường dây điện lực hoặc trong dây chông sét cũng được thực hiện theo các sơ đồ tương tự
2 Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thường sử dụng loại cáp đối xứng hoặc cáp
đồng trục.
3 Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1÷10cm.
4 Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm.
5 Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc đặt theo đường dây truyền tải điện.
6 Các kênh thuê của ngành bưu điện.
Hiện nay trong ngành Điện lực hình thức truyền tin cao tần theo đường dây tải điện, vô tuyển chuyển tiếp, và kênh cáp
quang được sử dụng rộng rãi hơn cả Trong các kênh truyền thông dùng cáp quang có nhiều ưu việt hơn cả Hình 1.7 giới thiệu sơ đồ cáp quang sợi thủy tinh Một số đặc điểm chung của các loại cáp cần chú ý đó là nhiễu tín hiệu điện và nhiễu sóng radio
Các loại nhiễu này là nhân tố quan trọng hàng đầu cần được chú ý khi thiết kế và lắp đặt một hệ thống truyền thông Các loại nhiễu này được sinh ra một cách ngẫu nhiên từ các tin hiệu không mong muốn trong thiết kế Nó có thể xâm nhập vào đường cáp hoặc đường dây bằng nhiều cách Điều này phụ thuộc rất nhiều vào người thiết kế ban đầu phải có những biện pháp để
giảm tối thiểu nhất các tín hiệu nhiễu Bởi vậy các hệ thống SCADA thường sử dụng đường truyền có điện áp bé là đường truyền có thể chịu đựng được các tín hiệu nhiễu
Việc sử dụng các cáp xoắn đôi là một yêu cầu tối thiểu của các hệ thống điều khiển nói chung và hệ thống SCADA nói riêng Sử dụng một cặp dây dẫn tốt cộng việc lắp đặt theo đúng yêu cầu kỹ thuật sẽ giảm được tối đa các tín hiệu nhiễu
Cáp quang cũng là một trong những loại cáp được sử dụng phổ biến bởi vì khả năng chống nhiễu của nó Hiện tại hầu hết các hệ thống đều sử dụng cáp quang sợi thủy tinh nhưng trong một số lĩnh vực công nghiệp, các cáp quang sợi nhựa được sử dụng nhiều hơn
Trong tương lai, các hệ thống truyền thông dữ liệu sẽ được tách ra thành hệ thống radio, hệ thống cáp quang, và hệ thống tia hồng ngoại các hệ thống truyền thông có yêu cầu sử dụng đến năng lượng sẽ bị xóa bỏ
4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN
Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) được dùng để chia sẻ toàn bộ tài nguyên thông tin Do vậy, có thể sử dụng mạng LAN để các trạm nằm trong mạng SCADA có thể chia sẻ thông tin được với nhau khi chúng được kết nối qua các phương tiện truyền thông Phương thức kết nối là tôpô (topology) mạng Tôpô mạng là sự sắp xếp hình học của các nút và cáp nối trong mạng cục bộ Các tôpô mạng đều thuộc hai loại: tập trung và phân tán Trong tôpô mạng tập trung, như mạng hình sao chẳng hạn, có một máy tính trung tâm điều khiển việc thâm nhập mạng Kiểu thiết kế này đảm bảo an toàn
dữ liệu và sự quản lý trung tâm đối với các nội dung và các hoạt động của toàn mạng Trong tôpô phân tán như mạng Bus hoặc mạng vòng tròn chẳng hạn, không có máy trung tâm, mà từng trạm công tác có thể thâm nhập vào mạng một cách độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công tác khác
Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vi một khu vực hạn chế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt, sao cho những người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi,
và sử dụng các chương trình cũng như các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tính dành riêng gọi là máy dịch vụ tệp Khác nhau khác nhiều về quy mô và mức độ phức tạp, mạng cục LAN có thể chỉ liên kết vài ba máy tính cá nhân và một thiết bị ngoại vi dùng chung đắt tiền, như máy in laser chẳng hạn Các hệ thống phức tạp hơn thì có các máy tính trung tâm (máy dịch vụ tệp) và cho phép những người dùng tiến hành thông tin với nhau thông qua thư điện tử để phân phối các chương trình nhiều người sử dụng, và để thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung
Ethernet là phần cứng, định ước, và tiêu chuẩn ghép nối của một loại mạng cục bộ, do hãng Xerox Corporation đưa ra đầu tiên, có khả năng liên kết đến 1024 nút trong một mạng Bus (hình 1.8) Do sử dụng tốc độ cao trong kỹ thuật truyền tin dải tần cơ bản (kênh đơn) Ethernet cho phép truyền dữ liệu dạng dãy với tốc độ 10 megabit mỗi giây, với thông lượng thực tế từ 2 đến 3 megabit mỗi giây Ethernet dùng kỹ thuật thâm nhập nhiều mối bằng cảm nhận sóng mang có dò xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) để đề phòng trục trặc cho mạng khi có hai thiết bị đồng thời cùng cố thâm nhập vào mạng
5 Thiết bị MODEM
MODEM (Modulator/Demodulator) là một thiết bị biến đổi các tín hiệu số do cổng nối tiếp của máy tính phát ra thành các tín hiệu dạng tương tự được điều biến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại, và ngược lại nó cũng biến những tín hiệu tương tự nhận được thành ra các tín hiệu số tương đương Trong điện toán cá nhân, người ta thường dùng MODEM để trao đổi các chương trình và dữ liệu với những máy tính khác và để truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến như Dow Jones News/Retrieval Service
Hình 1.9 giới thiệu sự kết nối máy tính PC với RTU bằng MODEM
Trang 3MODEM là danh từ rút gọn của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến) Việc điều biến này là cần thiết vì các đường dây điện thoại được thiết kết để xử lý tiếng nói con người, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300 Hz đến 3000
Hz trong những cuộc nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng trầm đến giọng thanh) Tốc độ truyền dữ liệu của một MODEM được tính bằng đơn vị bit mỗi giây hay là bps (về kỹ thuật), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này được dùng lẫn lộn)
Chọn dùng MODEM tương đối đơn giản: chọn loại tốc độ chậm ( 300 hoặc 1200 bps) hoặc loại tốc độ nhanh ( 2400 bps) Tuy nhiên, hiện nay có nhiều khả năng chọn MODEM hơn
Các giao thức về điều biến chi phối tốc độ phát và thu dữ liệu Trong nước Mỹ, hầu như tất cả các modem 2400 bps đều dùng giao thức CCITT V 22 bis Tuy nhiên, các modem tốc độ cao nhất (từ 9600 bps trở lên) thì sử dụng các giao thức điều biến sở hữu riêng, cho nên bạn phải dùng các modem cùng nhãn hiệu cho cả hai đầu đường truyền Hiện nay loại MODEM 9600 bps sử dụng giao thức CCITT V 32, còn loại modem 14 400 bps thì dùng tiêu chuẩn CCITT V 32 bis Cả hai đều tương thích ngược với mọi loại MODEM bất kỳ nào, ngay cả trường hợp nó được chế tạo bởi một hãng sản xuất khác
Có hai loại tiêu chuẩn thông dụng đối với các giao thức kiểm lỗi nhằm hạn chế các sai lỗi do tạp âm và các can nhiễu khác trong hệ thống điện thoại: đó là MNP- 4 và CCITT V 42 Đối với loại giao thức nén dữ liệu, thì có hai tiêu chuẩn hàng đầu là V 42 bis và MNP- 5 Vì việc nén dữ liệu yêu cầu phải có kiểm lỗi, cho nên các MODEM nén dữ liệu bao giờ cũng có các tiêu chuẩn kiểm lỗi; nói chung, một MODEM phải có đủ bốn giao thức kiểm lỗi và nén dữ liệu ( MNP- 4, MNP- 5, V 42 và V 42 bis) hoặc không có gì cả
Thông thường trong hệ thống SCADA các thiết bị đầu cuối RTU được đặt ở vị trí xa so với trung tâm điều khiển từ 10m đến hàng nghìn Km Một trong những cách tiết kiệm chi phí nhất để liên kết PC với RTU với một khoảng cách dài là
sử dụng cách kết nối điện thoại dialup thông qua thiết bị MODEM
Các MODEM được đặt tại các-chế độ tự động trả lời và RTU có thể quay số vào máy tính hoặc máy PC có thể quay RTU Các phần mềm để làm điều này là có sẵn từ nhà sản xuất RTU Các MODEM có thể được mua bất ký ở cửa hàng máy tính tại địa phương
6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống SCADA
Các máy vi tính sử dụng trong hệ thống SCADA phải đạt tiêu chuẩn cao cả về cấu hình và chất lượng, là máy tính đặc chủng được sản xuất dùng riêng trong công nghiệp Hiện nay máy tính thường được sử dụng nhiều nhất là các dòng máy tính công nghiệp của Dell và HP
Đối với các máy trạm thường sử dụng máy Workstation mới nhất của HP là Z600 có cấu hình tối thiểu như sau:
HP z600 WORKSTATION CPU
Intel Xeon E5504 2.00 4MB/800 QC CPU-1
RAM
HP 2GB (2x1GB)
DDR3-1333 ECC 1-CPU RAM
OS
Genuine Windows Vista®
Business 32-bit with downgrade to Windows®
XP Professional 32-bit custom installed**
Hard Drive
HP 160GB SATA 7200 1st
HDD
Video Card
NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics
Mouse HP Optical 3-Button Mouse
Keyboard HP USB Standard Keyboard
Đối với máy chủ (Server) cần phải đặt hàng các máy chuyên dụng có khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu tốt nhất
Máy vi tính thường chạy mà không có vấn đề trong một thời gian dài, nhưng để máy có thể làm việc trong một thời gian dài thì cần phải thực hiện bảo trì thường xuyên Công việc bảo trì có thể làm hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng hoặc kiểm tra hàng năm
Câu 6:Trình bày về cấu trúc cơ bản của hệ thống SCADA?
Bắt đầu từ cấp thấp nhất của hệ thống SCADA này là các thiết bị điện tử thông minh IEDs (Intelligent Electronic Devices), cấp trên nó là các Điều khiển trạm SS (Substation Server) và thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) và tại đây có thể đọc dữ liệu qua các giao diện người – máy HMI (Human Machin Interface) Cấp cao hơn nữa là Trung tâm
Trang 4điều khiển của toàn hệ thống, nơi thu thập dữ liệu từ SS (Substation Server) và RTU, thực hiện các tính toán để rồi từ đó điều khiển toàn hệ thống Tại trạm điều khiển giám sát trung tâm có thể sử dụng khối điều khiển logic lập trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành như: cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành
Câu 9: Trạm chủ có vai trò như thế nào trong một hệ thống SCADA? Trình bày khái quát phần cứng của trạm chủ?
a.Vai trò của trạm chủ trong hệ thống scada
Trạm chủ có vai trò rất quan trọng trong hệ thống SCADA, nó có thể được mô tả như là một hoặc nhiều trạm vận hành
hệ thống SCADA, được liên kết với nhau bằng mạng cục bộ LAN, liên kết với hệ thống truyền thông như MODEM và các thiết bị thu phát Radio Trạm chủ có các chức năng :
+ Thu thập dữ liệu từ các RTU và các trạm con
+ Điều khiển các thiết bị trường thông qua các trạm vận hành
b.Trình bầy khái quát cấu trúc phần mềm của trạm chủ
+ Hệ điều chỉnh
+ Phần mềm scada
+ Các phần mềm ứng dụng khác
Câu 10: Tại sao nói hệ thống SCADA có độ tin cậy và săn sàng được tuyệt đối khi làm việc Trình bày các cấu trình dự phòng phần cứng của hệ thống SCADA
a.Nói hệ thống SCADA có độ tin cậy và săn sàng được tuyệt đối khi làm việc vì:
Từng thành phần của hệ thống SCADA phải đảm bảo độ tin cậy khi nằm trong hệ thống Ví dụ hệ thống trung tâm điều
khiển là phần tối quan trọng của hệ thống SCADA, việc mất liên lạc với RTU cũng có thể ảnh hưởng rất lớn đến những hoat động tiếp theo của hệ thống Vì vậy khi lựa chọn máy tính cho trung tâm điều khiển, cần chú ý lựa chọn các thành phần then chốt như:
+ Bộ xử lý trung tâm
+ Bộ nhớ RAM
+ Ổ cứng HDD
+ Các giao diện truyền thông
b.Trình bày các cấu trình dự phòng phần cứng của hệ thống SCADA
1 Hệ thống dự phòng lạnh
Hình vẽ trang 52 Giáo trình SCADA
Trong cấu hình dự phòng lạnh, Khi CPU chính đang làm việc mà gặp sự cố thì lập tức sẽ được chuyển sang CPU phụ bằng hệ thống chuyển mạch Switch
2.Hệ thống dự phòng nóng
Hình vẽ trang 53 Giáo trình SCADA
Hệ thống làm việc luôn có 2 CPU và các CPU có thể thế chỗ cho nhau bất cứ lúc nào bằng phần mêm điều khiển
Câu 11: Giao diện Người – Máy (HMI) là gì? Trình bày các chức năng của chúng?
+ Khái niệm về giao diện Người – Máy (HMI):
HMI chỉ về mối liên hệ qua lại giữa người vận hành và các thiết bị, máy móc xung quanh trong quá trình điều phối vận hành hệ thống, nhằm tạo ra sự tương thích hoàn toàn giữa con người và thiết bị Điều này đặc biệt quan trọng trong các chế độ sự cố, chỉ trong thời gian rất ngắn người điều hành phải nhận thức được tình huống đã xảy ra bằng cách chắt lọc được thông tin quan trọng nhất trong rất nhiều thông tin được gửi về bàn điều khiển và đồng thời dễ dàng thao tác
để khắc phục sự cố đó
Với sự phát triển khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ kỹ thuật số, mạng thông tin số,… đã xuất hiện nhiều công nghệ lưu trữ, xử lý, sắp xếp truy xuất và hiển thị thông tin đã góp phần hoàn thiện hơn về giao diện Người – Máy
Trang 5+ Các chức năng của giao diện Người – Máy
a Chức năng định hướng:
Cung cấp các khả năng định hướng bằng cách đưa ra được sơ đồ toàn cảnh của lưới:
- Con trỏ lên xuống: một phần của sơ đồ giới hạn bởi phạm vi các chiều ngang và dọc, gọi là cửa sổ được thay đổi theo
ý muốn của người sử dụng
- Thay đổi toàn cảnh: sự thay hình được thực hiện trên toàn bộ màn hình điều khiển một cách tức thời theo cả hai chiều;
- Cửa số định hướng: thực chất là nhìn tổng quan về lưới điện, cho phép định vị các phần của lưới hiển thị trong các cửa
sổ trên màn hình Có thể truy nhập đến cửa sổ định hướng tùy theo yêu cầu của người điều hành Sự thay đổi hình ảnh trên cửa sổ định hướng dẫn đến sự thay đổi trên các cửa sổ liên quan
- Cửa số thu phóng: phóng to, thu nhỏ các phần của sơ đồ
b Chức năn phân tầng thông tin (decluttering)
Các sơ đồ lưới điện được chia thành các tầng, trên đó sắp xếp các phần tử tĩnh và động, chúng được cập nhật liên tục.
Có thể hiện thị hoặc không hiển thị một tầng hoặc một nhóm tầng tùy theo yêu cầu truy nhập đến các thông tin liên quan
Có bốn cấp phân tầng thông tin:
- Cấp thứ nhất là mạng hệ thống điện hợp nhất;
- Cấp thứ hai là lưới điện nhỏ của khu vực;
- Cấp thứ ba là cấu hình của trạm phân phối;
- Cấp thứ tư là sơ đồ của một đường dây xuất tuyến nào đó
c Chức năng tô màu các động thái của lưới
Sự kết nối của lưới được mô tả chính xác bằng các màu sắc tương ứng với các động thái có thể cho phép tổng hợp được trạng thái thực tế của lưới điện Các hình ảnh trên màn hình khi đó có thể cho phép hiển thị:
- Các phần của lưới không được cung cấp nguồn;
- Các nút giới hạn bởi hai xuất tuyến;
- Vùng của lưới cung cấp bởi một máy biến áp hay một trạm đầu nguồn;
- Sự tồn tại của một chuỗi xích trên lưới nếu nó được phân cấp theo sơ đồ hình cây;
- Trạng thái của các máy cắt hoặc dao cách ly
d Chức năng cảnh báo khi có sự kiện
Khi có biến động nào đó trong lưới cần gây chú ý, cảnh báo cho người vận hành thường sử dụng cảnh báo bằng ánh
sáng và âm thanh Cảnh báo bằng ánh sáng có thể là sự đổi màu của những phần tử trong lưới, sự chớp nháy trong khoảng thời gian nào đó kèm theo thông báo sự kiện xảy ra Cảnh báo bằng âm thanh thường dùng các âm thanh ngắt quãng có tần số cao trong dải tần nghe thấy dễ gây chú ý hơn cho người vận hành
Câu 12: Trình bày các phương pháp chính để thiết kế phần mềm cho hệ thống SCADA?
Có hai phương pháp chính là phương pháp tập trung và phương pháp phân tán
+ Phương pháp tập trung: một máy tính thực hiện toàn bộ việc giám sát và
thu thập dữ liệu dựa trên cơ sở dữ liệu bên trong máy tính đó Trên hình 3.2 giới
thiệu hệ thống tập trung
Những hạn chế của phương pháp này:
-Giá thành đầu tư ban đầu rất lớn đối với các hệ thống nhỏ;
-Khả năng mở rộng nhà máy bị hạn chế;
-Hệ thống dự phòng rất tốn kém bởi vì toàn bộ hệ thống phải được nhân đôi;
-Nhân viên bảo dưỡng, bảo trì phải yêu cầu có trình độ cao
+ Phương pháp phân tán: hệ thống SCADA sẽ được điều khiển bởi nhiều
trạm máy tính nhỏ
Những lưu ý đối với pp này:
Trang 6-Truyền thông giữa các máy tính là không phải đơn giản;
-Truyền dữ liệu và cơ sở dữ liệu phải được nhân đôi đối với toàn bộ các máy
tính;
-Không có cách tiếp cận để thu thập dữ liệu trực tiếp từ các thiết bị trường
+ Phương pháp tập trung + Phương pháp phân tán
Câu 13 Phần mềm SCADA phải có những chương trình cơ bản nào? Trình bày các phương pháp xây dựng hệ thống dự phòng phần mềm cho hệ thống SCADA?
Phần mềm SCADA phải có những chương trình cơ bản nào?
- Phần mềm SCADA sẽ bao gồm những phần chính sau:
• Giao diện người sử dụng;
• Đồ họa;
• Các cảnh báo (Alarms);
• Các đồ thị (Trends);
• Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC;
• Khả năng mở rộng;
• Phương thức truy cập dữ liệu;
• Cơ sở dữ liệu;
• Mạng truyền thông;
• Lỗi và dự phòng;
• Quá trình phân phối máy chủ/khách
Hình 1 Thành phần cơ bản của một hệ thống SCADA
Trình bày các phương pháp xây dựng hệ thống dự phòng phần mềm cho hệ thống SCADA?
- Một ví dụ điển hình của một hệ thống SCADA, nơi một trong những thành phần có thể làm gián đoạn hoạt động của toàn bộ hệ thống được giới thiệu trên hình 2, gọi là hệ thống SCADA không được bảo vệ tốt
Trang 7Hình 2 Hệ thống SCADA không được bảo vệ tốt
- Để đảm bảo một kỳ quy trình hay một hoạt động trong hệ thống có độ tin cây cao, hoặc để giảm chi phí tổn thất
về sản xuất thì nhất thiết hệ dự phòng phải được xây dựng vào hệ thống Điều này có thể thực hiện được bằng một số cách như thể hiện trên hình 3
Hình 3 Sơ đồ sử dụng hai server
- Trong sơ đồ như hình 3, hệ thống SCADA sử dụng hai server, một server hoạt động chính và một server dự phòng Khi server chính có sự cố lập tức server dự phòng thay thế vào ngay để đảm bảo quá trình hoạt động của nhà máy được liên tục
- Để hệ thống được đảm bảo hơn, người ta thiết kế hai đường mạng cho hệ thống, một đường hoạt động chính và một đường dự phòng như hình 4
Câu 14 Bạn hiểu như thế nào về Giao thức trong hệ thống SCADA? Bạn hãy trình bày qua về các giao thức tiêu chuẩn hiện nay?
Hình 4 Sơ đồ sử dụng hai đường
mạng LAN mà mạng PLC
Trang 8Bạn hiểu như thế nào về Giao thức trong hệ thống SCADA?
Vấn đề trong một hệ thống mạng là phải làm sao cho các thiết bị có cấu trúc không tương thích có thể truyền thông cho nhau Như vậy cần đưa ra một thủ tục quy định chuẩn cho tất cả các thiết bị khi muốn tham gia mạng phải tuân theo
Nó được gọi là giao thức truyền thông
Quy định về giao thức bao gồm:
- Định thời: Quy định về các thủ tục giao tiếp, chế độ truyền, tốc độ truyền,…;
- Ngữ nghĩa: Quy định về nội dung của từng phần trong khung truyền (frames);
- Cú pháp: quy định về cấu trúc
Các yêu cầu đối các giao thức :
- Dễ dàng cho các hệ thống xử lý
- Tính bảo toàn dữ liệu
- Chuẩn hóa giao thức
- Tốc độ truy cập các thông số cao:
Trình bày qua về các giao thức tiêu chuẩn hiện nay?
a Giao thức mã chuẩn của Mỹ cho trao đổi thông tin ASCII
- Phương thức hoạt động của giao thức ASCII cơ bản là hỏi/đáp, chúng được áp dụng trong truyền thông giữa trạm chủ
(PC, PLC) với các IDE, trạm chủ luôn phát tín hiệu một cách tuần tự
- Độ dài cực đại của mỗi mã trả lời tối đa 20 ký tự
- Dùng phương pháp kiểm soát lỗi tổng ( Check Sum) để kiểm tra giá trị các số HEX trong bản tin
b Giao thức ModBus
Giao thức ModBus là giao thức được phát triển bởi những Modicol (sau này thuộc AEG) ModBus thực chất là một
chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy nó được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), MAP (Manufacturing Message Protocol)
c Giao thức Kết nối hệ thống mở OSI chia ra làm 2 nhóm như sau:
Nhóm 1, Kết nối (Interconnection): có chức năng tạo và duy trì đường truyền dữ liệu để cho 2 thiết bị truyền dữ liệu.
Chức năng này phải có nhiệm vụ giải quyết một loạt các vấn đề như: tốc độ truyền, kích cỡ gói truyền, phát hiện lỗi trong quá trình truyền
Nhóm 2, Trao đổi ứng dụng (Interworking): nhóm này liên quan đến các vấn đề ở cấp độ cao hơn trong việc truyền dữ
liệu Việc truyền dữ liệu phải thoả mãn các yêu cầu để hoàn thành một ứng dụng
d Giao thức TCP/IP
TCP/IP cung cấp 3 lớp như sau::
- Application Service;
- Quarateed Reliable Transport Service;
- Connectionless Packet Delivery Service
+ IP có ba chức năng quan trọng:
Thông số định dạng giao thức;
Các gói thông tin truyền qua một đường Internet xác định;
Thông tin về các gói giữ liệu, các lỗi trong quá trình truyền
e Giao thức Bus trường FB
Field Bus là hệ thống nối tiếp sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị trong cấp điều khiển (các bộ
Controller, các máy tính điều khiển,….) với nhau và tới các thiết bị ở cấp hiện trường (hay còn goi là thiết bị trường)
+ Field Bus không những là giao thức thông tin mà nó còn có các đặc điểm sau:
- Thay thế được hoàn toàn các hệ thống truyền cũ như: 0-20mA, 0-10V,…
- Cho phép làm việc với thiết bị của nhiều hãng sản xuất khác nhau;
- Là hệ thống mở, đồng thời cho phép hiệu chỉnh điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm
f Giao thức Điều khiển dữ liệu mức cao HDLC
+ Có hai kiểu hoạt động của HDLC là:
- Kiểu đáp ứng bình thường NRM (Normal Response Mode): Được sử dụng với chỉ trạm chủ để khởi tạo toàn bộ hoạt động;
Kiểu cân bằng không đồng bộ ABM (Asynchronous Balance Mode): Trong chế độ này mỗi trạm đề có quyền như nhau
và có thể hoạt động như là trạm chính hoặc trạm phụ
Trang 9Câu 15 Nguyên nhân gây ra lỗi ở hệ thống SCADA? Cách điều khiển phản hồi lỗi như thế nào?
a Nguyên nhân gây ra lỗi ở hệ thống SCADA
Có 4 yếu tố gây ra lỗi trong quá trình truyền tín hiệu trong hệ thống SCADA:
1 Sự suy giảm tín hiệu
- do cáp dẫn của hệ thống dài vượt quá cự ly cực đại cho phép, theo đặc trưng kỹ thuật của mạng mà cường độ tín hiệu bị mất
- sự suy giảm này có thể gây thất bại cho việc truyền dữ liệu
2 Hạn chế băng thông
- tín hiệu có thể bị truyền lỗi khi băng thông không đủ
3 Méo tín hiệu
- các thành phần khác nhau của tín hiệu tới máy thu với độ trễ khác nhau khi truyền tín hiệu tần số Vì vậy, tín hiệu nhận được là méo so với ban đầu
4 Nhiễu
- ngoại cảnh tạo nên nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu
b Điều khiển phản hồi lỗi
- Bằng cách thêm một mã kiểm tra trong mỗi tin nhắn truyền đi để thực hiện bảo mật cho thông tin Các trạm truyền sẽ tính toán các mã kiểm tra từ các mẫu tin nhắn Các trạm tiếp nhận lặp đi lặp lại việc tính, kiểm tra mã trên cùng một tin nhắn và so sánh mã kiểm tra với kết quả tính Nếu giống nhau thì việc truyền thông tin là đạt Nếu khác nhau thì việc truyền thông tin bị lỗi
Câu 16 Mạng cục bộ LAN là gì? Thế nào là Topology loại kết nối hình sao? Ưu, nhược điểm của loại này như thế nào?
Trả lời
a Mạng cục bộ LAN
Mạng cục bộ LAN là mạng chia sẻ thông tin và tài nguyên Các nút trong mạng được liên kết bởi một số truyền dẫn trung gian Một mạng LAN là một mạng liên lạc giữa một hoặc nhiều máy tính, tệp tin máy chủ, thiết bị đầu cuối, máy trạm, thông minh và các thiết bị ngoại vi khác nhau, thường gọi là các thiết bị hoặc máy chủ
b Topology loại kết nối hình sao
là một phương thức kết nối trong đó nhiều nút được kết nối với một trung tâm( các hub) Các trung tâm này có thể là một máy chủ chứa một tập tin tập trung và hệ thống điều khiển Tất cả tín hiệu, chỉ dẫn và dữ liệu đến và đi từ mỗi nút phải vượt qua các trung tâm mà nút được kết nối
Ưu điểm:
- chuẩn đoán và sửa lỗi dễ dàng
- đơn giản khi thêm, bớt các nút mạng hoặc cải tạo lại chúng
- các nút khác sẽ không bị ảnh hưởng khi một nút bị hỏng
- kiểm soát mạng dễ dàng qua hub
Nhược điểm
- toàn bộ mạng sẽ hỏng khi hub bị hỏng
- yêu cầu nhiều cáp
Trang 10Câu 17: Mạng cục bộ LAN là gì? Thế nào là Topology loại kết nối hình vòng? Ưu, nhược?
Mạng cục bộ LAN
- Mạng cục bộ LAN( local area network)được dùng để chia sẻ tài nguyên thông tin Do đó, hệ thống SCD dùng mạng LAN để các trạm kết nối, chia sẻ thông tin với nhau Phương thức kết nối là topology mạng-là sự sắp xếp hình học của các nút và cáp nối trong mạng
- Có nhiều kiểu kết nối topology:
+ Topology tập trung: kết nối mạng hình sao…
+ Topology phân tán: kết nối theo mạng Bus, mạng vòng…
- Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và máy tính khác trong phạm vi 1 khu vực hạn chế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt sao cho thông tin được truyền đi dễ dàng và hiệu quả nhất
Topology loại kết nối hình vòng:
- Các nút mạng được sắp xếp theo 1 vòng kín trong 1 mạng, không phân biệt nút đầu, nút cuối
- Một nút bất kỳ được liên kết với 2 nút khác
- Ưu điểm: Tốn ít cáp, không kần dây nối trung tâm, thông tin có thể được tự động ghi nhận, mỗi nút có thể là 1 máy phát tín hiệu
- Nhược điểm: Bất kỳ nút nào hỏng hỏng mạch,chuẩn đoán và sửa lỗi khó, khi thêm( bớt) nut phải dừng hoạt động của mạng, khoảng cách giữa các nút bị giới hạn
Câu 18: Mạng cục bộ LAN là gì? Thế nào là Topology loại kết nối Bus? Ưu, nhược?
Mạng cục bộ LAN
- Mạng cục bộ LAN( local area network)được dùng để chia sẻ tài nguyên thông tin Do đó, hệ thống SCD dùng mạng LAN để các trạm kết nối, chia sẻ thông tin với nhau Phương thức kết nối là topology mạng-là sự sắp xếp hình học của các nút và cáp nối trong mạng
- Có nhiều kiểu kết nối topology:
+topology tập trung: kết nối mạng hình sao…
+ topology phân tán: kết nối theo mạng Bus, mạng vòng…
- Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và máy tính khác trong phạm vi 1 khu vực hạn chế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt sao cho thông tin được truyền đi dễ dàng và hiệu quả nhất
Topology loại kết nối Bus
-Nếu 1 trạm, phàn tử không làm việc thì không ảnh hưởng đến phần tử còn lại
-Việc dùng chung một dây dẫn có sự phân chia thời gian một cách hợp lý
-Ưu điểm: Sử dụng ít dây cáp nối, dễ dàng thêm bớt các nút, đơn giản, linh hoạt
-Nhược điểm: Không đảm bảo được an ninh, tốn thời gian,chuẩn đoán và sửa chữa lỗi khó khăn, không có tín hiệu phản hồi lại
Câu 19: Mạng cục bộ LAN là gì ? Thế nào là Topology loại kết nói cây ? ưu, nhược điểm của loại này ?
+Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) là ) được dùng để chia sẻ toàn bộ tài nguyên thông tin bằng cách kết nối qua các phương tiện truyền thông
- Phương thức kết nối mạng cục bộ LAN là tôp ( Topology) mạng
+Topo mạng là sự sắp xếm hình học của các nút và cáp nối trong mạng cục bộ
+Ưu và nhược điểm của loại này:
a) Ưu diểm:
- Có thể kết nối máy tính cá nhân và các máy tính khá một cách dễ dàng
- Có thể kết nối máy tính bằng cách dùng chung các thiết bị ngoại vi và sử dụng các chương trình cũng như các dữ liệu đã lưu trữ trong 1 máy tính
b) Nhược điểm:
- Chỉ sử dụng trong phạm vi, khu cực hạn chế
- Chỉ có thể liên kết vài ba máy tính các nhân
- Các thiết bị ngoại vi dùng chung đắt tiền
