Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống SCADA trong hệ thống điện

- Cấp điều hành cấp điều khiển giám sát: Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện thì nhiệm vụ của cấp điều hành là h

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP

I Tổng quan về hệ thống SCADA trong công nghiệp

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung về hệ SCADA trong hệ thống điện 22

2.2 Mạng thông tin điện lực 25

2.2.1 Đặc điểm của mạng thông tin trong hệ thống điện 25

2.2.2 Kênh thông tin liên lạc trong hệ thống điện 25

2.2.4 Các chuẩn thông tin liên lạc trong hệ thống điện 34

2.3 Các chức năng của hệ thống SCADA trong hệ thống điện 39

2.3.4 Chức năng giám sát và báo cáo (Monitoring and evet reporting) 42

2.3.5 Chức năng điều khiển 45

4.1 Phân cấp điều độ hệ thống điện 63

4.2 Phân cấp thông tin dữ liệu giữa các cấp điều độ 63

4.3.1 Hệ thống SCADA/EMS tại các trung tâm điều độ 64

4.4 Công tác điều hành và thực trạng lưới điện thuộc công ty truyền tải

điện 1 quản lý

68

4.4.1 Công tác điều hành lưới điện 68

Kết luận

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA TRẠM BIẾN

ÁP 220KV SÓC SƠN

5.1 Giới thiệu về trạm 220kV Sóc Sơn và nhiệm vụ của SCADA trạm 72

5.1.1 Giới thiệu về trạm 220kV Sóc Sơn 72

5.1.2 Các tín hiệu đo và điều khiển trong trạm 79

5.1.3 Nhiệm vụ của SCADA trạm Sóc Sơn 81

5.3 Phương án xây dựng hệ SCADA cho trạm Sóc Sơn 89

5.3.1 Sơ đồ tổng thể trạm 91

Kết luận KẾT LUẬN CHUNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CễNG NGHIỆP

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CễNG NGHIỆP 1.1.1 Định nghĩa

Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống

điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, hỗ trợ con người trong việc giám sát

và điều khiển từ xa

Hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về trung tâm để xử lý Trong một hệ thống như vậy thì phần cứng và mạng truyền thông là yếu tố quan trọng nhất và được quan tâm nhiều nhất Theo xu hướng phát triển hiện đại, với khả năng xử lý phân tán có sẵn ở cấp dưới (bus trường) và cấp trên (bus hệ thống) thì việc xây dựng hệ SCADA hiện đại chính là xây dựng phần mềm thiết kế giao diện HMI (Human Machine Interface) và kết nối hệ thống truy nhập, truyền tải dữ liệu

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống SCADA

Chức năng của mỗi cấp SCADA là cung cấp những dịch vụ sau:

ƒ Thu thập từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu và tổ chức việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về sản xuất, về sự kiện thao tác, về báo động)

ƒ Dùng các cơ sở số liệu đó để cung cấp những dịch vụ về điều khiển-giám sát hệ thống:

- Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình kỹ thuật (trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, trang báo động)

- Điều khiển từ xa quá trình kỹ thuật

ƒ Thực hiện các dịch vụ truyền thông số liệu trong hệ và ra ngoài (đọc viết số liệu PLC/RTU, gửi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu,

về thao tác hệ thống)

Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hoá ta có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một trong số những nhiệm vụ sau:

- Thu-thập giám sát từ xa về đối tượng

- Điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng

- Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng

- Thông tin từ xa với các đối tượng và với cấp quản lý

Các chức năng đó mỗi thứ đều có yêu cầu đặc biệt đối với các bộ phận phần cứng, phần mềm, phần chuyên trách của SCADA, cụ thể là:

- Phần đo-giám sát xa cần bảo đảm thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn đủ những số liệu cần cho quản lý kỹ thuật

- Phần điều khiển thao tác xa cần phải bảo đảm được việc kiểm tra đóng mở

an toàn, đúng đắn Bên cạnh đó SCADA phải có đóng mở bằng tay

- Phần điều chỉnh tự động từ xa cần phân định và quy định trong nhiệm vụ

điều chỉnh hệ SCADA phải đảm nhiệm đến đâu

- Phần truyền tin xa phải quy định rõ các nhiệm vụ truyền số liệu hiện trường và nhất là các nhiệm vụ thủ tục truyền số liệu với các SCADA cấp trên

Ngày nay, nhiều ngành công nghiệp, giao thông, quân sự đã áp dụng những mạng quy mô lớn như SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), CAN (Controller Area Network), FIP (Factory instrument Protocols) vào việc xử lý, tính toán, kiểm tra và điều khiển Đó là những hệ quản lý, giám sát quy mô lớn đáp ứng những yêu cầu đa dạng và phức tạp khác nhau trong tích hợp hệ thống Hệ SCADA cho phép mô phỏng hệ thống thực trên máy tính để quan sát trạng thái hiện thời của hệ thống, đồng thời ghi

lại các thông tin về hoạt động của hệ thống Nhờ vậy người vận hành có thể dễ dàng xác định được vị trí xảy ra sự cố Không những thế các hệ SCADA hiện

đại còn có khả năng chuẩn đoán được sự cố và cách khắc phục dựa trên các số liệu thu thập được Các thiết bị để xây dựng hệ SCADA được chế tạo sẵn thành các module chức năng tiêu chuẩn, những phần mềm ứng dụng cũng

được hoàn chỉnh thành các module rất tiện lợi cho người sử dụng tạo cho họ khả năng lựa chọn các thiết bị và phần mềm phù hợp với bài toán thiết kế của mình

1.1.3 Phần mềm SCADA

Để đánh giá một giải pháp SCADA cần phải xét đến:

- Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện, chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn

- Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến, các modul vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus trường)

- Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình

- Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức, xử lý sự kiện, lưu giữ thông tin và lập báo cáo, bảng biểu

- Tính năng thời gian và hiệu suất trao đổi thông tin

- Giá thành tổng thể của hệ thống

Có thể hình dung quá trình tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công việc chính là: Xây dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình Có hai phương pháp để thực hiện là:

- Phương pháp lập trình: là phương pháp tạo dựng ứng dụng bằng các ngôn

ngữ lập trình thông dụng như Visual C++, Visual Basic, Delphi Đây là công việc đòi hỏi rất nhiều công sức, thời gian và khả năng lập trình chuyên sâu

Cho dù sử dụng những kỹ thuật lập trình tiên tiến, thì điều không thể tránh khỏi là phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (Compiler)

- Phương pháp thứ hai sử dụng những công cụ phần mềm chuyên dụng cho hệ SCADA Phương pháp này thể hiện tính ưu việt ở ngay tính chuyên dụng của

nó Các công cụ này có sẵn thư viện thành phần cho việc xây dựng giao diện người-máy(HMI), cũng như các phần mềm kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu thông dụng Để đơn giản hoá việc tạo dựng, xu hướng hiện nay là kết hợp phương pháp lập trình trực quan với ngôn ngữ script thông dụng (tương tự việc soạn thảo văn bản) Đi xa hơn nữa, một số công cụ cho phép ta sử dụng các biểu tượng, ký hiệu đồ hoạ để xây dựng giao diện người-máy, đồng thời biểu diễn sự liên quan logic giữa các thành phần của chương trình dưới dạng các khối chức năng

1.1.4 Cấu trỳc hệ SCADA

Mô hình phân cấp chức năng

Hình 1.1 Mô hình phân cấp chức năng

Một hệ thống tự động hoá quá trình công nghệ nói chung thường được cấu trúc theo mô hình phân cấp hình chóp Theo mô hình này, các chức năng

được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi yêu cầu cao hơn về

độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng ở cấp dưới, có lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lớn hơn nhiều Thông thường, người ta chỉ coi 3 cấp dưới thuộc phạm vi của một

hệ thống điều khiển giám sát

- Cấp chấp hành (cấp thiết bị): Chức năng chính của cấp chấp hành là đo

lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế đa

số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

- Cấp điều khiển cục bộ: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển cục bộ là

nhận thông tin từ các bộ cảm biến, tự động xử lý các thông tin đó theo chương trình của con người đã cài đặt sẵn và truyền đạt lại kết quả xuống các bộ chấp hành Những thông tin và kết quả của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp

điều hành ở cấp điều khiển thường đặt các bộ điều khiển PID, các controllers, PLC, transmitter RTU số thông minh

Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng được gọi chung là cấp trường (field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật

- Cấp điều hành (cấp điều khiển giám sát): Khi đa số các chức năng như

đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện thì nhiệm vụ của cấp điều hành là hỗ trợ 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 Khác với cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành

thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal ) có giao diện mạng gọi chung là máy tính điều hành

Việc phân cấp chức năng như trên sẽ rất tiện lợi khi thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Theo đó các nhà sản xuất cũng đưa ra kiến trúc các tầng mạng thích hợp với đặc thù trao đổi thông tin của từng cấp

1.1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA

a) Ứng dụng của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rói trong cụng nghiệp do khả năng thu thập dữ liệu thuận tiện, giỏm sỏt, điều khiển và quản lý hoạt động của hệ thống một cỏch hiệu quả Ngày nay cỏc hệ thống SCADA được ứng dụng trong hầu hết cỏc ngành cụng nghiệp theo hướng chuyờn biệt húa cho từng ngành cụ thể như:

- SCADA cho nhà mỏy giấy

- SCADA cho nhà mỏy xi măng

- SCADA cho nhà mỏy lọc dầu và hệ thống kho chứa (đường ống dẫn, hệ thống phõn phối dầu, khớ)

- SCADA cho dàn khoan dầu

- SCADA cho hệ thống cấp thoỏt nước

- SCADA điện lực (mạng phõn phối và truyền tải điện)

- SCADA cho nhà mỏy sản xuất đồ uống

- SCADA cho nhà mỏy sản xuất húa chất, dược

Thụng thường một hệ thống SCADA được xếp loại làm nhiều cấp phức tạp phụ thuộc vào số lượng cỏc điểm đo và số lượng cỏc điểm điều khiển Với

hệ cỡ nhỏ và trung bỡnh thi cú khoảng từ 50, 500 hay đến 1000 điểm đo Cỏc

hệ lớn cú tới 2000 đến 5000 điểm hoặc hơn nữa

Để đánh giá một giải pháp SCADA cần đặc biệt chú ý đến các vấn đề sau:

- Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện, chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn

- Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến, các modul vào/ra qua PLC hay các hệ thống Bus trường)

- Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hóa các giao diện quá trình, khả năng

hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự cố (Alarm), lưu giữ thông tin (Archive) và lập báo cáo (Reporting)

- Tính năng thời gian và hiệu suất trao đổi thông tin

- Giá thành tổng thể của hệ thống

b) Ưu, nhược điểm của hệ thống SCADA

Ưu điểm:

- Cấu trúc phần cứng của hệ SCADA đơn giản, giá thành rẻ

- Các thiết bị phần cứng có thể được cung cấp từ nhiều nhà cung cấp khác nhau

- Có thể vận hành hệ thống từ máy tính trung tâm

- Quản lý được hệ thống vừa và nhỏ

- Sử dụng các Sensor thông minh trong công nghiệp

Nhược điểm:

- Hệ SCADA là hệ thống tập trung cho nên không quản lý được những hệ thống lớn, phức tạp vì quá tải

- Không có phần mềm chuyên dụng phục vụ cho dự phòng

- Khả năng cho phép mở rộng các điểm đo và điều khiển là rất khó khăn

- Tính ổn định cho hệ thống không cao

- Chỉ quản lý được những hệ thống nhỏ

1.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐỂ XÂY DỰNG HỆ

ĐIỀU KHIỂN

Có nhiều phương pháp truyền thông trong hệ thống SCADA, đây là phần quan trọng trong hệ thống, nó góp phần kết nối các phần tử trong hệ thống lại với nhau Để có được cái nhìn tổng quan về phương thức truyền thông ta tìm hiểu các phần sau:

1.2.1 Chế độ truyền tải

Chế độ truyền tải được hiểu là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa các đối tượng truyền thông gồm:

- Truyền song song hay nối tiếp

- Truyền đồng bộ hay không đồng bộ

- Truyền 1 chiều (simplex), hai chiều toàn phần (duplex, full-duplex) hay hai chiều gián đoạn (half – duplex)

- Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng

1.2.1.1 Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

Truyền bit song song:

Phương pháp truyền bit song song được dùng phổ biến trong các bus nội bộ của máy tính Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số kênh dẫn hay chính là

độ rộng của một bus song song Việc nhiều bit được truyền đi đồng thời gây trở ngại lớn khi khoảng cách giữa các đối tác truyền thông tăng lên vì khó đồng bộ giữa bên thu và bên phát Chính vì vậy phạm vi ứng dụng của phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ, có yêu cầu cao về thời gian và tốc độ truyền

Truyền bit nối tiếp:

Với phương pháp này, từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua một đường truyền duy nhất Tốc độ bit vì thế bị hạn chế nhưng cách thực hiện

lại đơn giản, độ tin cây của dữ liệu cao Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháp truyền này

1.2.1.2 Truyền đồng bộ và không đồng bộ

Sự phân biệt giữa chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ chỉ liên quan tới phương thức truyền bit song song Trong chế độ này các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một nhịp, tức là với cùng tần số và độ lệch pha cố định

1.2.1.3 Truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn

Hình 1.2 Truyền một chiều, hai chiều gián đoạn và hai chiều toàn phần Truyền một chiều:

Trong chế độ truyền một chiều, thông tin chỉ được chuyển đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát (transmitter) hoặc bên nhận thông tin (receiver) trong suốt quá trình giao tiếp

Truyền hai chiều gián đoạn:

Chế độ truyền 2 chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin nhưng không cùng một lúc Nhờ vậy thông tin được trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lý Một ưu điểm của chế độ này là không đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp lắm, trong khi có thể đạt được tốc độ truyền tương đối cao

Duplex

Với chế độ truyền hai chiều toàn phần, mỗi trạm đều có thể gửi hoặc nhận thông tin cùng một lúc Thực chất chế độ này chỉ khác với chế độ truyền hai chiều gián đoạn ở chỗ phải sử dụng hai chiều truyền riêng biệt cho thu và phát, tức là khác ở cấu hình hệ thống truyền thông

1.2.1.4 Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng

Truyền tải dải cơ sở:

Một tín hiệu hiệu mang một nguồn thông tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp được gọi

là dải tần cơ sở hay dải hẹp Tín hiệu được truyền đi cũng chính là tín hiệu được tạo ra sau khi mã hóa bit nên có tần số cố định hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó, tùy thuộc vào phương pháp mã hóa bit Đường truyền chỉ

có thể mang một kênh thông tin duy nhất, mọi thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đường truyền Tốc độ truyền tải vì thế tuy có

bị hạn chế nhưng phương pháp này dễ thực hiện và tin cậy, được dùng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp

Truyền tải dải mang:

Trong một số trường hợp, dải tần cơ sở không tương thích trong môi trường làm việc, người ta sử dụng một tín hiệu khác gọi là tín hiệu mang có tần số nằm trong một dải tần thích hợp – dải mang Dải tần này thường lớn hơn nhiều so với tần số nhịp Dữ liệu cần truyền tải sẽ thực hiện quá trình dải điều chế để phục hồi thông tin nguồn Khác với truyền tải dải rộng nêu dưới đây, phương thức truyền tải dải mang chỉ áp dụng cho một kênh truyền duy nhất, giống như truyền tải dải cơ sở

Truyền tải dải rộng:

Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đã được mã hóa, một tín hiệu được tạo ra sẽ dùng để điều biến một tín hiệu khác, thường có tần số lớn hơn

nhiều gọi là tín hiệu mang Các tín hiệu mang đã được điều biến có tần số khác nhau nên có thể pha trộn, xếp chồng thành một tín hiệu duy nhất có phổ tần trải rộng Tín hiệu này cuối cùng lại được dùng để điều biến một tín hiệu mang khác Tín hiệu thu được từ khâu này mới được truyền đi Đó chính là kỹ thuật dồn kênh phân tầng trong truyền tải thông tin nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hơn đường truyền Phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều biến và phân kênh hồi phục các tín hiệu mang các nguồn thông tin khác nhau

Phương thức truyền tải dải rộng và kỹ thuật dồn kênh được dùng rộng rãi trong các mạng viễn thông bởi tốc độ cao và khả năng truyền song song nhiều nguồn thông tin Tuy nhiên, vì đặc điểm phạm vi mạng, lý do giá thành thực hiện và tính năng thời gian, truyền tải băng rộng cũng như kỹ thuật dồn kênh hầu như không đóng vai trò gì trong các hệ thống truyền thông công nghiệp

1.2.1.5 Đường truyền vật lý

Mạng máy tính – mạng công nghiệp là phương pháp tổ chức một tập hợp các máy tính, các thiết bị tự động hóa được nối với nhau bởi các đường truyền vật lý theo một cấu trúc nào đó

Đường truyền vật lý dùng để truyền các tín hiệu điện giữa các máy tính, giữa cá thiết bị tự động hóa hay giữa các thiết bị trong mạng với nhau Các tín hiệu điện đó biểu diễn các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on-off) Tất cả các tín hiệu được truyền đều thuộc một dạng sóng điện từ nào đó Mỗi loại sóng điện từ có những thiết bị phương tiện truyền dẫn riêng

Khi xem xét lựa chọn đường truyền vật lý cần chú ý tới các đặc trưng

cơ bản: Dải thông (band width), độ suy giảm và nhiễu

Dải thông của một đường truyền chính là phạm vi tần số mà nó có thể

đáp ứng được (dải thông của cáp truyền phụ thuộc vào độ dài cáp Cáp ngắn

mạng phải chỉ rõ độ dài chạy cáp tối đa vì ngoài giới hạn đó chất lượng truyền tín hiệu không còn được đảm bảo)

Độ suy giảm là độ đo sự yếu đi của tín hiệu trên đường truyền Nó cũng

phụ thuộc vào độ dài cáp

Nhiễu: gây bởi điện từ bên ngoài làm ảnh hưởng đến tín hiệu trên

đường truyền

1.2.2 Cấu trúc của mạng (Topology)

Kiến trúc mạng (Network Architecture) thể hiện cách các máy tính, các thiết bị tự động nối với nhau ra sao và tập hợp các quy tắc, các quy ước mà tất

cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hệ thống tốt Cách nối này gọi là cấu trúc (Topology) của mạng (gọi là tôpô của mạng)

Có hai kiểu nối mạng chủ yếu là điểm – điểm (point – to – point) và điểm – nhiều điểm (point – to – multipoint):

Nếu một mạng chỉ gồm hai nút được nối trực tiếp với nhau thì được gọi

là mạng có cấu trúc điểm – điểm (point – to – point structure) Theo kiểu này thì các đường truyền nối với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ lieu đi cho tới đích

Nếu một mạng gồm nhiều nút, liên kết với nhau theo kiểu quảng bá (cấu trúc kiểu đường thẳng, vòng, hình sao, hình cây) thì tất cả các nút có chung một đường truyền vật lý Dữ liệu được gửi đi từ một nút nào đó sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại nên chỉ cần chỉ ra địa chỉ đích của

dữ liệu để mỗi nút căn cứ vào đó để kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không

Hình 1.3 Cấu trúc point – to – multipoint tại Trung tâm điều độ A0

Hiện nay các hệ thống SCADA/EMS của trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia (A0), HTĐ miền Bắc (A1), HTĐ miền Nam (A2), HTĐ miền Trung (A3) đang thực hiện cấu trúc point – to – multipoint nếu xem xét kết nối giữa máy tính đầu cuối của các Trung tâm điều độ với các RTU tại các trạm T500, T220, T110, T66 … Tương tự như vậy, các hệ thống MiniSCADA (SCADA/DMS) của điện lực một số tỉnh, thành phố như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Nha Trang … cũng đang thực hiện cấu trúc point – to – multipoint Nếu xem xét kết nối giữa máy tính đầu cuối của các Trung tâm điều độ điện lực tỉnh với các RTU tại các trạm T35, T22, T6 …

Tương ứng với các dạng liên kết, có các dạng cấu trúc mạng cơ bản như sau:

1.2.2.1 Cấu trúc bus

Cấu trúc kiểu đường thẳng là kiểu cấu trúc đơn giản nhất, cấu trúc này còn có tên là cấu trúc kiểu đường dẫn (bus structure), mặc dù không phải đường dẫn nào cũng là cấu trúc đường thẳng Tất cả các thành viên trong mạng đều phải có một điểm ghép nối vào mạng Nó có thể nối thông qua một đường dẫn ngắn để đến điểm dẫn chính Trong mạng này, nguyên tắc truyền thông được thực hiện như sau: Ở tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành

Máy chủ đầu cuối tại các trung tâm điều độ

viên trong mạng được truyền dữ liệu, còn các thành viên khác chỉ có quyền nhận, tín hiệu được truyền cả hai chiều của bus Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía Lúc đó các Teminator (thiết bị đầu cuối) phải được thiết kế sao cho các tín hiệu phải được dội lại trên bus để có thể đến được các thành viên trong mạng Điều này là cần thiết để tránh các xung đột trên đường dẫn Đây chính là các phương pháp truyền thông kiểu bus Phương pháp này cũng được sử dụng cho cấu trúc mạng tiếp theo

Trong dạng bus tất cả các thành viên phân chia chung một đường truyền chính (bus) Đường truyền chính này được giới hạn bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là Terminator Mỗi thành viên được nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T- connector) hoặc một bộ thu phát (Transceiver) Trong tôpô mạng dạng bus, dữ liệu được truyền dựa vào liên kết điểm – nhiều điểm (point – to – multipoint)

Trong các tôpô dạng bus, cần có một cơ chế “trọng tài” để giải quyết

“xung đột” khi nhiều nút muốn truyền tin cùng một lúc Việc cấp phát đường truyền có thể là “tĩnh” hoặc “động” Cấp phát tĩnh thường dùng cơ chế quay vòng để phân chia đường truyền theo các khoảng thời gian định trước, còn cấp phát động là cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian “chết” vô ích trên đường truyền

TerminatorBus System

Hình 1.4 Cấu trúc bus

Các mạng máy tính LAN trong các Trung tâm điều độ điện lực Quốc gia, miền và tỉnh, thành phố đa số đều được xây dựng theo cấu trúc bus Để tăng cường độ tin cậy, đa số các mạng LAN này đều có cấu trúc hình kép

Hình 1.5 Cấu trúc bus tại A1

1.2.2.2 Cấu trúc mạch vòng

Cấu trúc vòng cũng có những điểm chung như cấu trúc đường thẳng Cấu trúc này sử dụng phương pháp truyền thông kiểu bus Cấu trúc vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín Ưu điểm cơ bản của mạng cấu trúc theo kiểu này là mỗi một nút đồng thời có thể là một bộ khuyếch đại, do vậy khi thiết kế mạng theo kiểu cấu trúc vòng có thể được thực hiện với khoảng cách rất lớn

Station

Station

Station Repeator

1.2.2.3 Cấu trỳc hỡnh cõy

Cấu trúc này là sự liên kết các cấu trúc đường thẳng có độ dài khác nhau với nhau, do vậy mạng cần có thêm các phần tử để nối các cấu trúc

đường lại với nhau Nó có thể đơn thuần là là một bộ lặp lại (Repeater) nếu

như các đường dẫn cùng một loại Còn nếu đường dẫn không cùng loại một thì

có thể phải dùng đến bộ chuyển đổi (Router, Bridge, Gateway)

1.2.2.4 Cấu trỳc hỡnh sao

Là một cấu trúc mà có một nút quan trọng hơn tất cả nút này điều khiển

sự truyền thông của toàn mạng, được gọi là nút chủ Nếu nút này bị hỏng thì

sự truyền thông trong mạng cũng không thể tiếp tục Nút chủ là thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển chúng đến trạm đích Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trong mạng, thiết bị trung tâm có thể là một bộ

chuyển mạch (Switch), bộ chọn đường (Router) hoặc đơn giản là bộ phân kênh (Hub) Vai trò thực chất của thiết bị trung tâm là thực hiện liên kết điểm -

điểm giữa các trạm Chính vì thế tận dụng được tối đa tốc độ đường truyền, dễ dàng cấu hình lại và khắc phục sự cố

HUB

Master Station

Hỡnh 1.9 Cấu trỳc hỡnh sao kết hợp với cấu trỳc point-to-point

Dựa vào khoảng cách địa lý mạng được phân thành các loại mạng :

+ Mạng cục bộ (Local Area Networks - LAN )

+ Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - MAN)

+ Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN)

Một sự phân loại chính xác giữa các mạng là không thể Nhưng có sự phân loại tương đối sau:

Trung tõm điều

độ A0

Trung tõm điều độ A1

Trung tõm điều độ A2 Trung tõm

điều độ A3

mạng LAN thường rất tường minh và ở đây yếu tố kinh tế ít được quan tâm hơn yếu tố thoả mãn các yêu cầu truyền thông trong mạng

Tự động hoá quá trình thuộc lĩnh vực hệ thống, do vậy mạng LAN và WAN được ứng dụng để thực hiện truyền thông ở các mức cao, như mô hình các phần tử (điều hành hoạt động, điều hành sản xuất và điều hành hoạt động của nhà máy) Đặc biệt là có thể điều hành thống nhất các nhà máy trong một mạng Lựa chọn môi trường truyền thông hoàn toàn phụ thuộc vào độ tin cậy

và tốc độ truyền thông

1.2.2.5 Kết nối mạng

Liên kết các hệ đường dẫn (BusSystem)

Để cho dòng dữ liệu giữa hai mạng con có thể truyền qua lại cho nhau người ta sử dụng các thiết bị liên kết đặc biệt Thông thường thì mỗi mạng con

được thiết lập các giao thức riêng, các thủ tục này có thể Giống/Khác so với mạng con khác trong mạng Vấn đề là làm thế nào có thể liên kết hai mạng lại, mà người sử dụng hoàn toàn thiết lập lại giao thức truyền thông Có thể thực hiện được bằng cách chọn các thiết bị liên kết phù hợp trong số các loại kết nối như bộ lặp (Repeater), cầu nối (Bridge), chọn đường (Router) và cổng kết nối (Gateway) Những thiết bị kết nối này được chọn theo nhiệm vụ của nó

và theo một tiêu chuẩn nào đó được sử dụng trong mạng

Bộ lặp (Repeater) thực chất là bộ sao chép thông tin trên đường truyền

và khuếch đại lên Repeater được sử dụng trong một lớp của mạng, với yêu cầu là lớp vật lý của hai mạng hoàn toàn giống nhau Repeater thường không

sử dụng để liên kết hai mạng truyền thông con có cùng một kiểu và thường

được dùng để mở rộng một mạng, có nghĩa là làm cho mạng đó dài hơn và lớn thêm lên, thường được lắp đặt trên đường dẫn

Các mạng đều được thiết kế với kích thước giới hạn do độ truyền dẫn, bởi vậy không thể dùng Repeater để mở rộng vô hạn một mạng

Cầu nối (Bridge): Bridge phục vụ cho việc liên kết các Subnet thuộc lớp

điều khiển (Logic Link Control - LLC) với các thủ tục truyền thông như nhau

cho mỗi một Subnet có thể khác nhau Bridge được sử dụng liên kết các Subnet có cấu trúc khác nhau hoặc do một yêu cầu thiết kế đặc biệt nào đó Nhiệm vụ Bridge nhiều khi chỉ có thể giải quyết vấn đề thâm nhập đường dẫn (MAC), còn LLC không bị thay đổi gì Bridge loại này được sử dụng cho các Subnet mà môi trường truyền thông có thể gồm nhiều loại (Cable đồng trục, Cable quang) So với Repeater thì Bridge có tính mềm dẻo hơn vì Bridge chỉ chuyển đi các tín hiệu có đích ở phần mạng bên kia (nhờ địa chỉ đích được ghi trên Header của tin)

Bộ chọn đường (Router) : Phục vụ cho liên kết các mạng khác nhau

thành một liên mạng, các mạng này thuộc hai lớp khác nhau Router xác định

đường dẫn tối ưu cho một thông báo thông qua mạng (Routing)

Tiêu chuẩn chọn đường tối ưu là đường truyền đến địa chỉ cần gửi là ngắn nhất và qua ít thiết bị truyền tin trung gian nhất Để thực hiện được việc này, Router thay đổi địa chỉ của nơi gửi và nơi nhận trước khi truyền tiếp dữ liệu

đi

Cổng kết nối (Gateway) : Phục vụ cho việc liên kết các Subnet có cấu

trúc khác nhau, điều đó có nghĩa là Gateway có khả năng ghép nối các mạng bất kỳ lại với nhau Theo mô hình mạng chuẩn ISO, Gateway có khả năng thông dịch thủ tục truyền thông của các lớp Gateway cho phép liên kết các Subnet thuộc chuẩn ISO và không thuộc chuẩn này, có nghĩa là liên kết qua Gateway có thể là mạng 7 lớp (chuẩn ISO) hoặc có thể không

1.2.2.6 Môi trường truyền thông

Tuỳ vào khoảng cách truyền, tốc độ truyền mà ta có thể lựa chọn các giải pháp truyền số liệu sau :

+ Cáp xoắn đôi (Twisted - Pair Cable ) loại cáp này gồm hai đường dây

dẫn đồng được xoắn vào nhau cốt để giảm nhiễu điện từ (EMI) gây ra bởi môi truờng xung quanh và chính chúng Có hai loại cáp xoắn đôi được sử dụng hiện nay là cáp xoắn có bọc kim và cáp xoắn không bọc kim

+ Cáp đồng trục

+ Cáp quang truyền tín hiệu quang được bọc một lớp áo có tác dụng phản

xạ các tín hiệu trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu Tín hiệu được truyền đi

là tín hiệu ánh sáng và vậy cần có thiết bị chuyển đổi

Kết luận:

Nghiờn cứu hệ thống điều khiển giỏm sỏt và thu thập dữ liệu trong cụng

nghiệp giỳp ta cú thể nắm bắt được:

- Tổng quan về hệ thống SCADA trong cụng nghiệp, cỏc chức năng nhiệm vụ của từng cấp SCADA trong cụng nghiệp, cấu trỳc của hệ và ứng dụng của hệ thống SCADA

- Cơ sở kỹ thuật truyền thụng để xõy dựng hệ điều khiển như chế độ truyền tải, cấu trỳc của mạng (Topology)

Những vấn đề được đề cập trong chương này tạo cơ sở cho việc thực hiện cỏc chương tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung về hệ SCADA trong hệ thống điện

thực hiện các thao tác như đóng mở máy cắt, dao cách ly, theo dõi đọc số liệu

từ xa … nhưng chi phí để duy trì nhân viên vận hành tại chỗ lại tỏ ra không hợp lý và trở nên không kinh tế khi phải thực hiện các thao tác đóng cắt liên tục, ngoài ra việc xử lý chậm trễ của nhân viên vận hành khi xử lý sự cố lại có thể kéo dài thêm thời gian khắc phục sự cố và làm giảm chất lượng phục vụ khách hàng Đây chính là nguyên nhân chủ yếu làm cho hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điện Với việc sử dụng hệ thống điều khiển từ xa các trang thiết bị điện trong nhiều năm trở lại đây và nhu cầu về thu thập thông tin đã dẫn đến sự phát triển các hệ thống thiết bị có khả năng thực hiện các thao tác, kiểm soát chúng và báo cáo lại với trung tâm điều độ các thao tác điều khiển theo yêu cầu đã thực hiện có hiệu quả cao Đồng thời cũng cần thông báo các thông tin quan trọng khác như các thông số vận hành của lưới điện như dòng điện, điện áp, công suất, tần số … tới trung tâm điều

độ Ban đầu một hệ thống như vậy phụ thuộc nhiều vào đường dây thông tin liên lạc truyền tín hiệu giám sát, điều khiển Thế hệ đầu của hệ thống SCADA không thể đáp ứng được với việc thực hiện nhiều thao tác điều khiển nhưng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin ngày nay các thao tác điều khiển, giám sát trong hệ thống SCADA là rất lớn khi thực hiện các mệnh lệnh từ trung tâm điều độ

Cấu trúc cơ bản của hệ thống SCADA trong hệ thống điện như sau:

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống SCADA trong hệ thống điện

Phân cấp quản lý của hệ thống SCADA trong hệ thống điện

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một

hệ thống công nghiệp bất kì Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều thiết bị khác nhau Vì vậy người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điều khiển Tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu mà những tính năng giám sát, điều khiển

và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau Một công ty điện lực thông thường hệ thống SCADA được chia thành các cấp sau đây:

a Cấp thứ nhất

Cấp thứ nhất của hệ thống SCADA là 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: Rơle bảo vệ kỹ thuật số (Digital Relay), bộ ghi sự cố (Fault Recorder), đồng hồ kỹ thuật số đa chức năng (Digital Multi-function Meter), các bộ biến đổi công suất, dòng điện, điện áp, tần số (Transducers)… Khi xảy ra sự cố, các rơle tính toán và tác động theo thông số chỉnh định đã được cài đặt mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năng thu thập số liệu, thông số vận hành ở chế độ bình thường của hệ thống để gửi lên các máy tính điều khiển mức trạm (Substaion Server) hoặc RTU (Remote Terminal Unit) Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IEDs (Intelligent Electronic Devices) có nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau nhưng có cùng chuẩn giao tiếp (Protocol), cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (Peer

to Peer) và trao đổi với Substation Server hoặc RTU Trong trường hợp hỏng hóc hay bảo trì tại một IDE sẽ không làm ảnh hưởng đến các IDE khác trong

c Cấp thứ ba

Cấp thứ ba là trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server 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 phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống

Do quy mô rộng lớn của hệ thống truyền tải điện năng, các trạm điều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp trạm điều khiển trung tâm (Central Control hay Central Dispatching Center) và các trạm điều khiển vùng (Area Control Center)

2.2 Mạng thông tin điện lực

2.2.1 Đặc điểm của mạng thông tin trong hệ thống điện

Mạng thông tin trong hệ thống điện được khai thác thực hiện chức năng bảo vệ, điều khiển, giám sát sử dụng các kênh thông tin để: bảo vệ cao tần, bảo vệ cắt liên động, bảo vệ so lệch dọc đường dây và giám sát các trạng thái của thiết bị, giám sát các thông số vận hành của hệ thống …

Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20 cộng với những đòi hỏi ứng dụng ngày càng cao của người sử dụng làm cho mạng thông tin điện lực ngày càng mở rộng và đa dạng, đó là: đường điện thoại viễn thông, cáp quang, kênh tải ba PLC, mạng sóng vô tuyến FM

Những thành tựu đạt được ( như thông tin trong trạm, thông tin từ cấp trạm đến các cấp điều độ như điều độ miền, điều độ quốc gia, các ứng dụng SCADA, EMS, DSM, các ứng dụng văn phòng như truy nhập lấy số liệu từ Internet, hệ thống trực tuyến với mạng Internet…) đã mở rộng phạm vi về không gian và phạm vi quản lý khi ngày càng nhiều đối tượng tham gia vào mạng lưới thông tin Vì vậy yêu cầu của mạng thông tin là phải có chuẩn giao tiếp chung cho tất cả các đối tượng tham gia thông tin

2.2.2 Kênh thông tin liên lạc trong hệ thống điện

Hiện nay hệ thống thông tin điện lực đang sử dụng một số loại kênh truyền sau:

- Cáp quang

- Vô tuyến siêu cao tần (Viba)

- Tải ba (PLC – Power Line Carrier)

- Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin

Các kênh có dung lượng nhỏ (16kbps, 64Kbps) đang dần được thay thế bởi các kênh truyền công nghệ quang có dung lượng lớn gấp nhiều lần (2Mbps) nâng cao khả năng tải của các kênh thông tin

Với các loại tổng đài và kênh truyền hiện nay đang khai thác sử dụng đã đáp ứng được yêu cầu về giải thông Trong tương lai gần khi thị trường điện lực đi vào hoạt động, khi đó lượng thông tin được truyền trên các kênh thông tin sẽ tăng gấp nhiều lần so với hiện nay Do đó việc đánh giá khả năng thông qua của mạng thông tin là một đòi hỏi tất yếu

Hình 2.2 Một số kênh liên lạc trong hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA có thể sử dụng hai (hoặc nhiều hơn nữa) kênh thông tin liên lạc nhằm mục đích cung cấp khả năng dự phòng trong trường hợp kênh liên lạc chính bị hỏng

Hình trên mô tả một số kênh thông tin liên lạc sử dụng trong hệ thống SCADA Các RTUs được đặt tại các trạm (có thể là nhà máy điện, trạm biến

áp truyền tải, phân phối…)

Mỗi trung tâm điều khiển được xây dựng với cấu trúc sao cho thiết bị

xử lý đầu cuối có thể kết nối thông qua modem hoặc là qua một card WAN

nếu hệ thống thông tin liên lạc của SCADA thực hiện trên mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) Một máy tính truy nhập từ xa có thể kết nối tới

hệ thống qua mạng WAN hoặc thông qua mạng điện thoại công cộng PTN (Public telephone network) với việc sử dụng modem quay số (dial-up modem) RTUs và các thiết bị điện tử thông minh IEDs cũng có thể có card WAN để phục vụ cho việc liên lạc Nếu mạng PTN được dùng chung thì tại trạm cần phải có modem tự động trả lời (auto-answer modem) và khóa chuyển mạch để

có thể kết nối tới RTU hay IED

Kênh tải ba PLC (Power Line Carrier):

Đây là hình thức sử dụng chính đường dây tải điện để làm môi trường truyền dẫn các tín hiệu cao tần Các đường dây tải điện được thiết kế với các

bộ chắn đặt ở hai đầu sẽ cho phép dòng điện tần số công nghiệp truyền qua dễ dàng Trong khi đó các bộ chắn này lại có tổng trở rất lớn với các tín hiệu tần

số cao khiến chúng không thể lan truyền ra khỏi phạm vi cho phép Bằng nguyên lý đó tín hiệu dùng cho thông tin liên lạc và được bảo vệ, truyền đi bởi dây dẫn của ngành điện, chắc chắn hơn và tổn hao thấp hơn

Hình 2.3 Cấu trúc kênh truyền PLC

Sơ đồ nguyên lý của kênh tải ba được trình bày như trong hình trên, đây là

sơ đồ pha – đất Ngoài ra, người ta còn có thể thực hiện kênh tải ba PLC

theo một số phương án khác như: pha – pha, pha – pha của 2 lộ khác nhau, day chống sét – đất, dây chống sét – dây chống sét …

Chức năng của các module

Tranceiver: Đây là module làm nhiệm vụ thu phát tín hiệu

Line tuner: Mục đích chính của module này là kết hợp với tụ Coupling để

tạo thành mạch điện có trở kháng thấp với tần số song mang của kênh truyền

và có trở kháng cao đối với tần số nguồn điện 50/60Hz

Line trap: Việc thiết kế một kênh truyền là phải làm sao cho công suất tín

hiệu đạt được tại máy thu là lớn nhất và chính vì vậy năng lượng của sóng mang trên đường truyền phải được định hướng về phía máy thu Điều này được thực hiện bởi module linetrap như trên sơ đồ Module line trap được thực hiện bởi một mạch LC cộng hưởng song song ở tần số sóng mang Mặt khác cuộn cảm của module này phải có trở kháng đủ nhỏ ở tần số 50/60 Hz và kích thước cũng phải đủ lớn cho phép dòng điện rất lớn chạy qua

Cáp đồng trục: Thông thường được sử dụng làm đường truyền giữa

LineTuner và máy thu phát, trong các ứng dụng PLC loại cáp RG8A/U hoặc tương đương thường hay được sử dụng bởi ở hai dải tần số sử dụng cho kênh truyền PLC suy hao tín hiệu trên đường cáp là rất thấp khoảng 2.7dB/1000m

Hybrids: Ngoài các module kể trên trong hệ thống PLC thường hay sử

dụng module phối ghép, chúng thường được đặt trước module Line Tuner Mục đích của module này cho phép ta ghép nhiều máy phát lại với nhau trên một cáp đồng trục mà chúng không bị nhiễu Tuy nhiên module này cũng không được sử dụng để ghép nối giữa các máy thu và máy phát tùy theo ứng dụng cụ thể

Các tín hiệu dùng cho bảo vệ là một trong những ứng dụng quan trọng nhất đối với kênh PLC Không một công nghệ nào khác có thể đạt được những tiêu chuẩn như PLC (đặc biệt là về mặt độ tin cậy), khi nào các đường

dây tải điện còn hoạt động thì PLC vẫn còn có thể truyền tải các tín hiệu để phục vụ bảo vệ mạng Hơn thế nữa, một hệ thống PLC còn đạt được yêu cầu

về giá thành, đặc biệt là khi truyền tải một lượng thông tin không quá lớn trên một khoảng cách dài (nếu là cáp quang thì chi phí sẽ rất đắt khi khoảng cách đường truyền tăng lên)

Hiện nay trong ngành điện lực hình thức truyền tin cao tần theo đường dây tải điện, vô tuyến chuyển tiếp và các kênh cáp quang được sử dụng rộng rãi hơn cả Việc lựa chọn và sử dụng kênh truyền nào là còn phụ thuộc vào yêu cầu đặt ra của từng trường hợp cụ thể Trong đó ngoài yếu tố về mặt kỹ thuật (tốc độ truyền, độ rộng băng thông, khả năng kháng nhiễu, độ suy hao tín hiệu) thì còn phải quan tâm đến tính kinh tế, chi phí cho việc thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống

2.2.3 Cấu trúc các kênh thông tin liên lạc trong hệ thống SCADA

Cấu trúc của các kênh thông tin liên lạc được sử dụng trong hệ thống SCADA có thể là một trong số các kiểu như trình bày trong các hình vẽ dưới đây Các thiết bị đặt tại trung tâm điều khiển chỉ là một ví dụ đơn giản Các trạm thao tác điều hành và trạm lập trình bảo dưỡng được kết nối tới máy tính chủ (server) Các máy tính chủ này lại được kết nối với các thiết bị xử lý đầu cuối (hay còn gọi là thiết bị tiền xử lý), trước khi được kết nối tới Modem Một vài trung tâm điều khiển nhỏ có thể kết hợp thiết bị xử lý đầu cuối với máy tính chủ

Hình 2.4 Hệ thống SCADA được cấu trúc theo kiểu điểm – điểm

Cấu trúc kiểu điểm-điểm (point-to-point) là đơn giản nhất tuy nhiên lại có chi phí tương đối tốn kém do việc phải sử dụng một kênh truyền cũng như các thiết bị thông tin liên lạc riêng biệt cho mỗi đối tượng

Hình 2.5 Hệ thống SCADA bao gồm các RTU kết nối nối tiếp

Trong cấu trúc kiểu nối tiếp (series) các RTUs hoặc thiết bị hiện trường có thể chia sẻ cùng một kênh liên lạc Nhưng điều đó sẽ làm ảnh hưởng đến hiệu quả cũng như tính linh hoạt trong hoạt động của hệ thống SCADA

Hình 2.6 Hệ thống SCADA bao gồm các RTU kết nối kiểu sao – nối tiếp

(series – star)

Với cấu trúc sao – nối tiếp (series star) một vài kênh liên lạc có thể được tập trung vào RTU Còn trong cấu trúc điểm – nhiều điểm (multi-drop) trung tâm điều khiển sẽ được kết nối tới nhiều hơn một RTUs bởi một đường dẫn chung Ở đây, nhờ có một bộ đổi nối mà hai hay nhiều RTU có thể dùng chung một modem

Hình 2.7 Hệ thống SCADA bao gồm các RTU kết nối kiểu điểm nhiều

điểm (Multi – drop)

Đây chỉ là những cấu trúc mang tính cơ bản Trên thực tế, với một hệ thống SCADA, cấu trúc mạng có thể phức tạp hơn nhiều

2.2.4 Các chuẩn thông tin liên lạc trong hệ thống điện

Trên thị trường điện hiện nay có một số lượng lớn các nhà cung cấp với các giải pháp định hướng phần cứng khác nhau Do đó như một hệ quả có một

số lượng lớn các giao thức thông tin liên lạc đang được sử dụng nhiều trong thực tế của hệ thống SCADA, RTUs, IEDs, PLC, đo lường như là:

• Đang sử dụng trong hệ thống điện của EVN:

- IEC 61850 là giao thức truyền thông cho mạng và hệ thống ở các trạm điện

• Đang sử dụng trong các hệ thống điện và SCADA/EMS/DMS của EVN:

- IEC60870-5-101: Là giao thức truyền thông trong điều khiển từ xa

- IEC60870-5-103: Là giao thức truyền thông cho các thiết bị bảo vệ

- IEC60870-5-104: Là giao thức truy cập Ethernet (TCP/IP) cho IEC 60870-5-101

- IEC 60870-6: Là giao thức thông tin cho việc điều khiển từ xa của thiết

- Areva Courier là một giao thức truyền thông đơn chiều

- Altus Modbus Protocol là một chuẩn giao thức truyền thông thông qua cổng RS 232

Hình 2.8 Các tiêu chuẩn thông tin liên lạc được sử dụng trong trạm

Hình 2.8 thể hiện các tiêu chuẩn có thể áp dụng cho thông tin liên lạc giữa các IED trong một trạm Ngăn bên trái thể hiện cấu trúc truyền thống, trong đó phần xử lý (thiết bị đóng cắt, các máy biến áp đo lường) được nối qua các dây dẫn song song Ngăn bên phải nối các máy biến áp đo lường thông qua một liên kết điểm-điểm (point-to-point) và thông tin liên lạc với thiết bị đóng cắt qua một bus trạm Ngăn giữa sử dụng một bus xử lý, bus này

có thể được nối với bus trạm qua một bộ lọc nhằm tránh việc các giá trị lấy mẫu đo lường làm tắc nghẽn bus trạm

Do sự phát triển của thị trường điện có rất nhiều dữ liệu phụ là cần thiết

và các giao diện mở và được chuẩn hóa là cần thiết Trong tương lai, thiết bị điện lực phải được trang bị kèm một giao diện thông tin liên lạc nối tiếp, có nghĩa là các bộ phận của thiết bị lực sẽ trở thành IED