do an tim hieu ung dung scada trong he thon dien 1 028

Cùng với sự phát triển của hệ thống hiện đại có các thiết bị điện ứng dụngcông nghệ tân tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điệncũng không ngừng phát triển vớ

KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN

TÌM HIỂU ỨNG DỤNG CỦA

SCADATRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIÊN:

Th.S Đào Minh Trung Nguyễn Hữu Nguyên (MSSV:1111018)

Ngành: Kỹ thuật điện – khóa 37

Tháng 11/2014

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điệ, hệ thống truyền tải, lưới phân phối

và các phụ tải tiêu thụ điện Chúng gắn bó với nhau thành một thể thống nhất, nếu

bị phá vỡ thì sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề cho toàn hệ thống và gây ảnh hưởngkhoonng nhỏ đến nền kinh tế quốc dân Do vậy đòi hỏi một sự quản lý, giám sat,điều khiển vận hành an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống

Cùng với sự phát triển của hệ thống hiện đại có các thiết bị điện ứng dụngcông nghệ tân tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điệncũng không ngừng phát triển với sự trợ giúp đắc lực của các thiết bị tự động, thiết bịtruyền tin và thiết bị điều khiển từ xa, các hệ thống giám sát điều khiển hệ thốngđiện Một trong các hệ thống trợ giúp đắc lực đó là hệ thống điều khiển giám sát thuthập dữ liệu SCADA

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, của quá trình công nghiệphoá-hiện đại hoá, các sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh sảo, chất lượng, đápứng được nhu cầu của người tiêu dùng Để làm được điều đó người kỹ sư phảikhông ngừng nghiên cứu, tìm hiểu, nắm bắt sự phát triển của xã hội.Trong học kỳnày em được giao tìm hiểu ứng dụng cúa hệ thống SCADA trong hệ thống điện do

Th.S Đào Minh Trung hướng dẫn Do em còn chưa có đầy đủ kinh nghiệm nên

không thể tránh được thiếu sót, vậy mong thầy khi xem xét đồ án có gì thiếu sót, sơsài đóng góp ý kiến cho em

Em xin chân thành cảm ơn tới thầy hướng dẫn Th.S Đào Minh Trung đã tận

tình chỉ bảo, gợi ý giúp đỡ, tạo mọi điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành

đồ án này

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Nguyên

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ,CHO ĐIỂM

( Của người hướng dẫn)

-Điểm:……… ( bằng chữ: ……….……… )

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Kí và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU

THẬP DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1

1.1 Khái quát chung về scada 1

1.1.1 Tổng quan chung về scada 1

1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA 2

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA 2

1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống scada 4

1.2.1 Cấp chấp hành 5

1.2.2 Cấp điều khiển 5

1.2.3 Cấp điều khiển giám sát 6

1.3 Các yêu cầu chung của hệ thống scada 6

1.3.1 Chức năng giám sát 6

1.3.2 Chức năng diều khiển 6

1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu 6

1.3.4 Tính năng thời gian thực 6

1.4 Tổng quan về cơ cấu hệ thống scada 7

1.5 Thành phần hệ thống scada 9

1.5.1 Phần cứng 9

1.5.2 Phần mềm 9

1.5.3 Cáp truyền thông 10

1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ lan 11

1.5.5 Thiết bị modem 12

1.5.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống scada 12

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN 15

2.1 Nguyên lí làm việc 15

2.2 Các chức năng SCADA 16

2.3 Các chức năng EMS trong lưới truyền tải 16

2.4 Các Chức năng DMS trong lưới phân phối 17

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT LƯỚI HẠ THẾ 19

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG SCADA TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN 27

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG SCADA TRONG ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN 31

5.1 Scada trạm và các chức năng của scada trạm 31

5.2 Các kiến trúc của scada trạm 31

5.3 Lợi ích của việc sử dụng scada trạm 33

PHỤ LỤC

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA 1

Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát 5

Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát 6

Hình 1.3 hệ thống SCADA 8

Hình 1.4 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA 10

Hình 3.1 Lưu đồ chính vận hành giám sát lưới điện hạ thế 21

Hình 3.2 Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải CD 22

Hình 3.3 Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải EF 23

Hình 3.4 Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải GH 24

Hình 3.5 Chương trình con phát hiện và khắc phục sự cố 25

Hình 3.6 Chương trình con phát hiện và phân loại các sự cố về dòng 26

Hình 3.7 Chương trình con theo dõi bù công suất phản kháng 27

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU

THẬP DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung về scada

1.1.1 Tổng quan chung về scadaSADA ( Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ conngười trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự độngthông thường Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCASA phải có

hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy ( HMI –Human Machine Interface)

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọngkhông chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giaodiện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điềukhiển cục bộ Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP– Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụngđược sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn

Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thốngmạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa vàtruyền tải về khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyềnthông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn Trongnhững năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp vàcông nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải phápmới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọncông cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.

1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA

Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản

lý Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từngđối tượng cụ thể của hệ thống Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuấtcông nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từngcấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phảithực hiện những dịch vụ sau:

- Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và

tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất,

về sự kiện thao tác, về báo động…)

- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập được

- Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệuPLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ)

- Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theomột phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát,điều khiển cho một đối tượng công nghiệp Và ta nhận thấy rằng xu thế tựđộng hoá là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toánSCADA là một việc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sảnxuất Vai trò của nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về

hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời tacũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định Việc làm này sẽgiảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận hành điều này góp phầnđáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA

1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu

Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quátrình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng Thờigian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủquét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này

Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đócho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hànhthực thi nhiệm vụ.

Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệSCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồhọa (GUI) dưới dạng đồ thị

Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệthống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trongcác cách xử lí sau:

Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU códung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vàotrong bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm

dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường

Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đềuđược thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông haiđường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này

sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thểcho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…)

1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động

Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông

số kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạngchuông, còi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc

và nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện có những hànhđộng ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thườnghoặc đưa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thốngđiện vẫn làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế Tất cả các sự kiện xảy ra đối vớicác thiết bị trên hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều đượclưu trữ tự động theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây(ms), có thể

truy xuất khi cần thiết dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý vàphân tích sự cố được chính xác.

Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều hành có thể thực hiện các thaotác, điều khiển các thiết bị từ xa như khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện,thay đổi công suất theo yêu cầu, đóng cắt các thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp củacác máy biến áp… Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực, tiến tới có thể xoá bỏchế độ người trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy Các thiết bị làm việchoàn toàn tự động, được điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ Từ thập kỷ 90trở lại đây, các hệ thống tích hợp thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát được ứngdụng và phát triển rộng rãi Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nóđược trang bị thêm nhiều phần mềm ứng dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấycác dữ liệu thời gian thực của hệ thống, đưa vào tính toán và cho ra kết quả bằngcác lệnh điều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đưa ra cáckhuyến cáo cụ thể cho các kỹ sư điều hành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của

hệ thống điện được ổn định, an toàn và kinh tế nhất

Các phần mềm ứng dụng thông thường đi kèm là:

- Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control)

- Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch)

- Phân tích chế độ đột biến (CA: Contingency Analysis)

- Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation)

- Tính toán trào lưu công suất (DLF: Dispatch Load Flow)

- Tối ưu hoá trào lưu công suất (OPF: Optimal Power Flow)

- Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast)

- Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning)

1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống scada

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với mọt hệthống công nghiệp bất kỳ Đặc thù của HTĐ là quy mô của hệ thống sản xuất rấtlớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với các chứcnăng, nguyên lý làm việc khác nhau Do đó việc sử dụng một hệ thống điều khiểntrung tâm để đảm nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điểu khiển hết sức phứctạp Chính vì vậy, tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát,điều khiển mà các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập số liệu được phânphối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau

Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát

Hệ thống SCADA cho hệ thống hợp nhất, với một công ty điện lực chịutrách nhiệm quản lý, thông thường được chia thành ba phân cấp cơ bản sau đây:

1.2.1 Cấp chấp hành

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổitín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến hay chấphành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động đượcchính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thểđảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên điều khiển

1.2.2 Cấp điều khiển

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử

lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các

bộ chấp hành Máy tính đảm nhận việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiệncác thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay,… Đặc tính nổibật của cấp điều khiển là xử lý thông tin Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay đượcgọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấphành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật

1.2.3 Cấp điều khiển giám sát

Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗtrợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành

và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp nàycòn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiểntrình tự và điều khiển theo công thức Việc thực hiện các chức năng ở cấp điềukhiển và giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệtngoài máy tính thông thường

1.3 Các yêu cầu chung của hệ thống scada

1.3.1 Chức năng giám sát

Giám sát và đảm bảo được tính chính xác toàn bộ các thông số vận hành của

hệ thống như dòng điện, điện áp, cống suất, tần số, vị trí nấc của máy biến áp.Giámsát được các trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống Đó là trạng tháiđóng/mở của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa…

1.3.2 Chức năng diều khiển

1.3.2.1 Quá trình điểu khiển phải chính xác, tin cậy

Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng/mở máy cắt, dao cách ly, điềukhiển chuyển nấc phân áp của máy biến áp… Từ xa ( từ Trung tâm điều độvùng/miền hoặc quốc gia) phải đảm bảo tuyệt đối tin cậy, không được nhầm lẫn, cónghĩa là các thao tác phải được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữamáy cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan tuân theo quy trình quy phạm vậnhành của hệ thống

1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa

Khi có sự thay đổi về cấu trúc của lưới hoặc nâng cao công suất chống quátải thì các thông số vận hành của lưới và thiết bị sẽ thay đổi, vì vậy ta cần phải đặtlại thông số chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị đođếm như đồng hồ và công tơ cho phù hợp thực tế Việc cài đặt này có thể được thựchiện từ xa tại các Trung tâm điều độ vùng/miền hoặc quốc gia

1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu

Giám sát được các sự cố xảy ra trên lưới cũng như các thiết bị, cảnh báo sự

cố bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên mà hình hiển thị, ghi lại các chuỗi

sự kiện, sự cố xảy ra và xác định chuẩn đoán sự cố

Tất cả các chức năng trên của hệ thống phải được bảo mật ở mức cao nhất vàtuyệt đối tin cậy

1.3.4 Tính năng thời gian thực

SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong thờigian thực, do đó tính năng thời gian của hệ thống là rất cần thiết và quan trọng Sự

hoạt động bình thường của hệ thống kỹ thuật nói chung, hệ thống điện nói riêng làmviệc trong thời gian thực không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, đúng đắn kết quảđầu ra, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả.

- Độ nhạy nhanh: tốc độ truyền thông tinh hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứngnhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể

- Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gianphản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

- Độ tinh cậy, kịp thời: đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữliệu một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác định

- Tính bền vững: có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gâythiệt hại thêm cho toàn bộ hệ thống

1.4 Tổng quan về cơ cấu hệ thống scada

Từ sự phân cấp quản lý hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu cũngnhư yêu cầu chung của hệ thống SCADA nêu trên, một hệ thống SCADA cần có cơcấu cơ bản như sau:

Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa

RTU (Remote Termial Units) hoặc là các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trìnhPLC ( Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấphành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành )

Trạm điều khiển và giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm

( Central host computer server)

Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các

thiết bị viễn thông và các thiêt bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệucấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ

Giao diện người – máy HMI ( Human – Machine Interface): là các thiết bị

hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vân hành điều khiển các quá trình hoạtđộng của hệ thống

Hình 1.3 Hệ thống SCADA

Theo các thành phần, có một cơ chế thu thập dữ liệu như sau:

Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quátrình các RTU quyeets thông tinh có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng.Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máychủ quét RTU ( với tốc đọ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này

Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phépcác RTU gửi tính hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thinhiệm vụ

Trong quá trình truyền tải dữ liệu, dữ liệu có thể là dạng liên tục ( analog),dạng số (digital) hay dạng xung (pulse)

Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giaodiện đồ họa GUI ( Graphical User Interface) dùng để hiện thị toàn bộ hệ thống điềukhiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống Tại một thời điểm, dữ liệu đượchiển thị dưới dạng hình ảnh tĩnh., khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thayđổi theo

Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệSCADA thường hiển thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồhọa GUI dưới dạng đồ thị.

Một ưu điểm lớn nhất của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành côngkhi hệ thống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố, hệ SCADA có thể lựa chọnmột trong các cách xử lí sau:

Sử dụng dữ liệu cất giữ các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dunglượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong

bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệunày cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường

Các dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hóa các hoạt động nhà máy

và quá trình Lợi ích khác của hệ thống SCADA là hiệu quả hơn, độ tin cậy cao, chiphí 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

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 trênthị trường cho các hệ thống SCADA Một số gói phần mềm hiện nay bao gồm cảquản lý tải sản tích hợp trong hệ thống SCASA

Phần mềm SCASA sẽ bao gồm những phần chính sau:

- Giao diện người sử dụng

- Quá trình phân phối máy chủ/khách

Hình 1.4 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA

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 hiệntheo các sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, Dâypha của lộ này – Dây pha của lộ khác 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 chống sétcũng được thực hiện theo các sơ đồ tương tự

- Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không,thường sử dụng loại cáp đồng trục

- Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1 –10cm

- Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm

- Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc theo đường dây truyền tảiđiện

- Các kênh thuê của nghành bưu điện

Hiện nay trong nghành Điện lực, hình thức truyền tin cao tần theo đường dâytải điện, vô tuyến chuyển tiếp và kênh cáp quang được sử dụng rộng rãi hơn cả

1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ lan

Mạng cục bộ LAN( Local Area Network) được dùng để chia sẻ toàn bộ tàinguyên thông tin Do vậy, có thể sử dụng mạng LAN để các trạm nằm trong mạngSCADA có thể chia sẻ thông tin được với nhau khi chúng được kết nối qua cácphương tiện truyền thông Phương thức kết nối là topology mạng topology mạng là

sự sắp sếp hình học của các nút và cáp nối mạng cục bộ Các topology mạng đềuthuộc hai loại: tập trung và phân tán Trong topology mạng tập trung, như mạnghình sao, có một máy tính trung tâm điều khiển việc thâm nhập mạng Kiểu thiết kếnày đảm bảo an toàn dữ liệu và sự quản lý trung tâm đối với các nội dung và cáchoạt động của toàn mạng Trong các topology phân tán như mạng Bus hoặc mạngvòng tròn, không có máy trung tâm, mà từng trạm công tác có thể xâm nhập vàomột các độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công táckhác

Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vimột khu vực hạn chế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt, sao chonhững người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi và

sử dụng các chương trình cũng nhú các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tínhdành riêng gọi là máy dich vụ tệp Khác nhau nhiều về quy mô và mức độ phức tạp,

mạng cục bộ LAN có thể chỉ liên kết và 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 tiếnhành thông tin vơi nhau thông qua thư điện tử để phân phối các chương trình nhiềungười sử dụng , thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung

1.5.5 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 điềubiến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại Ngược lại, nó cũng biến những tínhiệu tương tự nhận được thành các tín hiệu số tương đương đương Trong điện toán

cá nhân, người ta thường dùng MODEM để trao đổi các chương trình và dữ liệu vớinhững máy tính khác và truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến như Dow JonesNews/Retrieval Service

MODEM là danh từ rút gọn của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điềubiến) Việc điều biến này là cần thiết vì các đường dây điện thoại được thiết kế để

xử lý tiếng nói con người, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300Hz đến 3000Hztrong những cuộc nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng nói trầm đến giọngthanh) Tốc độ truyền dữ liệu của một MODEM được tính bằng đơn vị bit mỗi dâyhay là bps (về kỹ thuật), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này được dùnglẫn lộn

Chọn 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 chọnMODEM hơn

1.5.6 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 trongcông nghiệp Hiện nay máy tính thường được sử dụng nhiều nhất là các dòng máytính công nghiệp của Dell và HP

Đối với các máy trạm thường sử dụng máy Workstation mới nhất của HP làZ600 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® XP Professional 32-bit

Hard Drive HP 160GB SATA 7200 1st HDD

Video Card NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics

Mouse HP Optical 3-Button Mouse

Key board HP USB Standard Keyboard

- Những yêu cầu chung về phần cứng:

Máy tính PC dùng để thu thập và điều khiển phải mang tính phổ thông và cókhả năng giao tiếp tốt với các hãng thiết bị phần cứng khác nhau

Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với cácphần mềm và phần cứng khác

- Những yêu cầu chung về phần mềm:

Có khả năng tương thích với các giao thức (Protocol) thông dụng

Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết

- Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý

1.5.7 Truyền tin trong hệ SCADA

- Các dạng truyền tin trong hệ SCADA

Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ởphòng theo dõi trung tâm Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thốngSCADA là hệ thống truyền tin Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của

hệ thống Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãncác tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay

dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích vớithiết bị trường và máy chủ Server Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữliệu trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anhquốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến; các thiết bị thu phát sóng củaMotorola, các bộ RTU, GPS Tuỳ theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta

áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó

Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặcbiệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu

điện từ…) Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tụctruyền tin IEC-870-5-101 Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tụctruyền tin là Profibus.

- Truyền tin hiện trường

Việc truyền tin hiện trường nhàm đảm bảo việc máy chủ thường xuyên thôngtin với các PLC hay RTU

Các thông tin được thống nhất theo kiểu:

+ Máy chủ gửi từ một bảng tin từng lệnh đến PLC hay RTU trên busmutidros

+ PLC hay RTU liên quan thực hiện mỗi lệnh đó và gửi tin trả lời kết quả Các bản tin do máy chủ gửi đi thường là lệnh read các loại số liệu của PLChay RTU và một vài lệnh write một số hệ số bằng số gán địa chỉ hay đơn vị cho các

số đó

Các bản tin tức thời thường được gửi về các số lượng trạng thái đo của PLChay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận được

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng của các hệ thốngthông tin đo lường điều khiển xa ngày càng rộng Xét trong phạm vi một nhà máyđiện, đó là hệ thống tự động hoá nhà máy, đối với trạm biến áp là hệ thống tự độnghoá trạm (Substation Automation System - SAS) Từ năm 1994 cùng với việc xâydựng hệ thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia ra đời với phầntrung tâm của nó là hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).Sau đó lưới điện phân phối của các công ty Điện lực cũng từng bước được áp dụng

hệ thống SCADA/EMS (Energy Management System), mở ra một triển vọng vậnhành HTĐ an toàn, liên tục và kinh tế