Nghiên cứu, thiết kế hệ scada cho hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới

Song song với sự phát triển của hệ thống điện năng lượng mặt trời, ứng dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt

T N U N TRƯỜN T U T N N ỆP

ỜI Tên tôi là: Vũ ình Quỳnh

Sinh ngày 06 tháng 11 năm 1988

Học viên lớp cao học kỹ thuật viễn thông K20 -KTVT – Trường Đại Học Công Nghiệp Thái Nguyên

Xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế hệ SCADA cho hệ

thống pin năng lượng mặt trời nối lưới” là công trình nghiên cứu khoa

học, độc lập của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS guyễn Hữu Công Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn

gốc rõ ràng

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 12 năm 2019

TÁ GIẢ UẬ VĂ

Vũ ình Quỳnh

ỜI Ả

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được

sự giúp đỡ nhiệt tình của các cơ quan, các tổ chức và các cá nhân Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn này

Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học

Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, phòng Đào tạo và khoa Sau đại học của nhà trường cùng các thầy cô giáo, những người đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm

ơn thầy giáo PGS.TS guyễn Hữu ông, người thầy đã trực tiếp chỉ bảo,

hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này

Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn của tôi chắc hẳn không thể tránh khỏi những sơ suất, thiếu sót, tôi rất mong nhận đuợc sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể bạn đọc

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 12 năm 2019

TÁ GIẢ UẬ VĂN

Vũ ình Quỳnh

H Ụ Á HI U Á TỪ VI T TẮT

1 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

7 ICCP Inter-Control Center Communications

Protocol

8 IEC International Electro technical Committee

24 DCE Data Communication Equipment

32 TCP/IP Transmission Control Protocol/ Internet

Protocol

H Ụ Á HÌ H VẼ Ồ THỊ

Hình 1.2 Kiến trúc phần mềm Client/Server của

Hinh 1.9 Những chủ đề chính của giao thức IEC 61850 38

Hình 1.10 Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống tự

động hoá trạm với giaothức IEC61850 40 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời độc lập 43

Hình 2.2 Sơ đồ đấu nối của một hệ thống điện mặt trời

Hình 2.3 Sơ đồ địa lý huyện đảo Lý Sơn (Tỉnh Quảng Ngãi) 47 Hình 2.4 Đồ thị phụ tải ngày của các hộ tiêu thụ theo mù 49 Hình 2.5 Sơ đồ đấu nối hệ pin mặt trời vào hệ thống 59 Hình 2.6 Sơ đồ đấu nối hệ acqui dự trữ vào hệ thống 59

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời tại xã An Bình

(đảo Bé Lý Sơn) - Quảng Ngãi 60 Hình 2.8 Biểu đồ trao đổi công suất ngày cực đại (mùa hè) 61

Hình 2.9 Biểu đồ trao đổi công suất ngày cực đại

Hình 2.10 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ĐMTLM

Hình 2.11 Sơ đồ đấu nối của một hệ thống điện mặt trời lắp

Hình 2.12 Sơ đồ lắp đặt thiết bị để thu thập dữ liệu từ xa

của hệ thống ĐMT LMNL cho nhà ở tư nhân 74

Hình 2.15 Sơ đồ khối hệ thống ĐMT hòa lưới và dự phòng 80

Hình 2.16 Sơ đồ đấu nối hệ thống ĐMT hòa lưới (a)

Hình 3.9 Tín hiệu ASK 98 Hình 3.10 Sự can nhiễu trên dây truyền thông 101 Hình 3.11 Nhiễu đồng kênh trong thông tin di động tế bào 101

Hình 3.12 Sử dụng anten định hướng trong truyền thông

Hình 3.13 Tạp âm xuất hiện trên kênh truyền dẫn 103 Hình 3.14 Mật độ phổ công suất của tạp âm trắng 104 Hình 3.15 So sánh phổ đơn sóng mang và đa sóng mang 107

Hình 3.19 Dung lượng kênh MIMO pha-đinh Rayleigh 116

Bảng 1.3 Bảng quy chiếu tính năng của các giao diện cơ

bản trong hệ thống mạng công nghiệp 41

Bảng 1.4 Bảng quy chiếu tính năng của các giao thức cơ

bản trong hệ thống mạng công nghiệp 43 Bảng 2.1 Bức xạ trung bình tháng tại Lý Sơn 47

Bảng 2.2 Cường độ bức xạ trung bình ngày tại xã An Bình

Bảng 2.3 Tổng nhu cầu điện năng của các loại phụ tải tại

Bảng 2.4

Sản lượng điện năng theo tháng trong năm của

hệ thống điện mặt trời lắp đặt tại xã đảo An

Bình (Lý Sơn - Quảng Ngãi)

51

Bảng 2.5 Các thông số kỹ thuật của acqui GM1000 53 Bảng 2.6 Các thông số kỹ thuật của inverter SMC5000A 54 Bảng 2.7

Các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển acqui

Bảng 2.8 Tổng hợp các thiết bị trong hệ thống điện

mặt trời tại xã An Bình 57 Bảng 2.9 Các thông số kinh tế - kỹ thuật của 63

công trình ĐMT tại xã đảo An Bình

Bảng 2.10 Chi phí vận hành và bảo dưỡng (O&M) của

trạm phát điện mặt trời được minh họa 64

Bảng 2.11 Các thông số chung của các công trình

ĐMTLMNL tại thành phố Đà Nẵng 67 Bảng 2.12 Thông số kỹ thuật chính của mô-đun PV 68 Bảng 2.13 Thông số kỹ thuật của Inverter 70

Bảng 2.14 Thông số kỹ thuật của hệ thống đo lường

Bảng 2.15 Thông số kỹ thuật chính của mô-đun pin mặt trời 78 Bảng 2.16 Thông số kỹ thuật chính của inverter nối lưới 79

Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN………i

LỜI CẢM N……….ii

DANH MỤC C C K HIỆU, C C TỪ VIẾT TẮT………iii

DANH MỤC C C HÌNH VẼ ĐỒ THỊ……… v

DANH MỤC C C BẢNG BIỂU……….vii

MỤC LỤC……… x

MỞ ĐẦU……….1

CHƯ NG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ SCADA TRONG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI, MẠNG M Y TÍNH, GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC KẾT NỐI……… 4

1.1 Tổng quan chung về SCADA ……… 4

1.1.1 Tổng quan chung về hệ thống SCADA……… 4

1.1.2 Chức năng của hệ thống SCADA, SCADA/EMS và SCADA/DMS……… ….8

1.1.3 Truyền tin trong hệ thống SCADA… ……… 12

1.1.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA ngành điện……… … 14

1.1.5 Ứng dụng vào thực tế của hệ thống SCADA……….… 16

1.2 Tổng quan chung về mạng máy tính, giao diện và giao thức kết nối……… …… 16

1.2.1 Khái quát chung về mạng máy tính……… 16

1.2.2 Cấu hình mạng (Topology)……… 17

1.2.3 Giao diện kết nối hay sử dụng trong SCADA……… 21

1.2.4 Giao thức truyền dữ liệu phổ biến ứng dụng trong hệ thống SCADA……….24

CHƯ NG 2: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CẤU TRÚC, THÔNG SỐ C C PHẦN TỬ CHÍNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI ……….………….……….42

2.1 Nguồn điện mặt trời công suất nhỏ hoạt động độc lập………….….43

2.1.1 Sơ đồ đấu nối……… …… 43

2.1.2 Phương pháp tính toán một hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ ……….……… …… 44

2.1.3 Ví dụ tính toán minh họa cho HTĐMT độc lập - Phương pháp tính toán cho một hệ thống điện mặt trời độc lập được minh họa cho lưới điện của xã An Bình, huyện đảo Lý Sơn, Tỉnh Quảng Ngãi……… 46

2.2 Nguồn điện mặt trời lắp mái nối lưới………… …… ………… 66

2.2.1 Sơ đồ đấu nối……… … 66

2.2.2 Ví dụ minh họa hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho các nhà ở tư nhân ……… ………67

2.2.3 Các thành phần chính của hệ thống ĐMTLM NL cho các nhà ở tư nhân …… ……….68

2.2.4 Ví dụ minh họa hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho tòa nhà công cộng ……….………74

2.2.5 Các thành phần chính của hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho văn phòng công ty điện lực Bà Rịa - Vũng Tàu ………….……… 75

2.3 Kết luận chương 2 … ……… 81

CHƯ NG 3: TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG SCADA – HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI……… 83

3.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời ……… 83

3.2 Truyền thông trong hệ thống SCADA……… ……… 84

3.2.1 Truyền tin số……… … 86

3.2.2 Các kênh thông tin……… ……… 87

3.2.3 Tín hiệu cơ sở và tín hiệu băng thông dải……… … 90

3.2.4 Mã hóa và điều chế……….……… 91

3.2.5 NHIỄU VÀ ỒN……….……… 100

3.3 Một số kỹ thuật nâng cao phẩm chất hệ thống thông tin số… … 105

3.3.1 KỸ THUẬT OFDM……….105 3.3.2 KỸ THUẬT MIMO……… …… 111 3.3.3 Kỹ thuật ghép kênh theo không gian (SDM)………… ……… 117 KẾT LUẬN……….………119 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO……….…… 120 PHỤ LỤC

Ở ẦU

1 ý do chọn đề tài

Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng quyết định sự phát triển kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia, trong đó có Việt Nam Trong những năm gần đây, việc đảm bảo nhu cầu năng lượng đã được Đảng, Nhà nước đặc biệt quan tâm Nhiều nhà máy điện lớn được đầu tư xây dựng như các nhà máy thủy điện Sông Đà, Lai Châu và nhiều nhà máy thủy điện nhỏ được đầu tư xây dựng Các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Cà Mau… Đã được đầu tư xây dựng và đang được khai thác vận hành Các nhà máy nhiệt điện và thủy điện đang hòa dòng điện vào mạng lưới quốc gia, góp phần quốc định vào sự phát triển của nền kinh tế

Tuy nhiên việc đầu tư vào phát triển các nhà máy thủy điện có giá thành sản xuất điện thấp nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn, phụ thuộc vào thiên nhiên và có tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái Các nhà máy nhiệt điện giá thành sản xuất điện tương đối cao, nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt và đang phải nhập từ nước ngoài với giá thành cao

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu phát triển các nhà máy điện

sử dụng các dạng năng lượng mới và năng lượng tái tạo đang được nhiều quốc gia đặc biệt quan tâm, đặc biệt là năng lượng mặt trời Điện năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm: Nguồn năng lượng sạch, trữ lượng vô tận, không tạo ra khí thải và hiệu ứng nhà kính, chí phí bảo dưỡng thấp, không tạo ra tiếng ồn Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ năng lượng mặt trời khá cao , có nhiều lợi thế sử dụng năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng mặt trời quý giá này được khai thác và biến đổi sang năng lượng điện nhờ pin điện mặt trời, hỗ trợ cho nguồn điện quốc gia trong việc sản xuất điện đáp ứng nhu cầu năng lượng tiêu dung, góp phần giải quyết vấn đề an ninh năng lượng

Song song với sự phát triển của hệ thống điện năng lượng mặt trời, ứng dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời cũng không ngừng được nâng cao với sự trợ giúp của các thiết bị tự động hóa, thiết bị truyền tin và thiết bị điều khiển từ xa với các hệ thống giám sát điều khiển hệ thống điện như: SCADA, miniSCADA…Vì vậy nhu cầu nâng cấp hoặc xây dựng mới hệ thống viễn thông và kết nối hệ thống viễn thông phục vụ cho trạm điện năng lượng mặt trời là rất cần thiết

Thấy được tầm quan trọng, sự cần thiết phải tích hợp giữa giao diện kết nối, ý nghĩa của việc ứng dụng các tiêu chuẩn, quy chuẩn, phương pháp và

mô hình kết nối viễn thông của các thiết bị điện trong trạm và ngoài trạm Hiểu được ý nghĩa, chức năng và vai trò của các thiết bị viễn thông trong các

trạm điện năng lượng mặt trời tôi đã mạnh dạn chọn đề tài:“ Nghiên cứu,

thiết kế hệ SCADA cho hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới” Với kiến

thức thực tế trong thời gian làm việc và các tài liệu nghiên cứu được, tôi hy vọng những ý kiến của mình sẽ giúp cho việc quản lý hệ thống truyền tải, thu thập dữ liệu ngày càng tiện lợi

3 ối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đề tài đưa ra các mô hình kết nối viễn thông tổng quát của các trạm điện năng lượng mặt trời

- Nghiên cứu Các giải pháp nâng cấp khả năng truyền thông trong hệ thống SCADA các trạm điện, qua đó đánh giá được vai trò của hệ thống

truyền thông trong hệ thống SCADA, hiểu được phạm vi, các yêu cầu kỹ thuật của các thiết bị trong một trạm biến áp từ đó đưa ra được các định hướng phát triển xây dựng hệ thống truyền dẫn đảm bảo cho hiện tại và đáp ứng mở rộng trong tương lai

4 nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài hoàn thiện sẽ góp phần:

- Đánh giá các giao thức truyền thông được sử dụng trong các trạm hiện tại và định hướng áp dụng các giao thức này trong mô hình kết nối giữa các thiết bị trong tương lai

- Đánh giá được ưu, nhược điểm hiện trạng hệ thống viễn thông của các trạm điện năng lượng mặt trời

- Phân tích lựa chọn các thiết bị viễn thông, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn quy chuẩn và tính năng kỹ thuật của các thiết bị

5 Phương pháp thực tiễn

Trong quá trình làm luận văn sử dụng những phương pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp thống kê toán học

- Phương pháp chuyên gia

- Phương pháp thực nghiệm

Đề tài này cho ta nắm khái quát giám sát và truyền tin của một hệ thống pin năng lượng mặt trời trong thực tế, tuy nhiên có nhiều cách giám sát, truyền tin khác nhau tùy theo nhu cầu công nghệ mà ta thiết kế hợp lý Từ những kiến thức thu được từ đề tài này ta có thể phát triển thành giám sát, truyền tin trong hệ thống điện lưới EVN toàn quốc hoặc có quy mô rộng hơn

HƯ G 1

TỔ G QU HU G VỀ S TR G H THỐ G

PI Ă G ƯỢ G ẶT TRỜI ỐI ƯỚI Ạ G ÁY TÍ H

GI I VÀ GI THỨ T ỐI 1.1 Tổng quan chung về SCADA

1.1.1 Tổng quan chung về hệ thống SCADA

SCADA là từ viết tắt của (Supervisory Control And Data Acquisition)

Là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Nó không những là một

hệ thống điều khiển đầy đủ mà còn là hệ thống giám sát và vận hành Hệ thống SCADA là kết quả của sự kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ thông tin và công nghệ tự động hoá Các thiết bị tự động hoá ở đây đều có khả năng truyền thông và tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp, trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở các cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ thống điện

Một hệ thống SCADA bao gồm một hay nhiều máy tính, kết hợp với phần mềm ứng dụng thích hợp Chúng hình thành các trạm chính MS (Master Stations) kết nối thông qua hệ thống thông tin liên lạc (đường dây hữu tuyến,

vô tuyến, đường dây truyền tải, cáp quang, mạng Internet ) kết nối với các thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmaple Logic Controller) hoặc đơn

vị đầu cuối xa RTU (Remote Terminal Units) Các RTU/PLC được đặt ở nhiều vị trí khác nhau để thu thập dữ liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển linh hoạt hệ thống và thông báo định kỳ kết quả về máy tính chủ

Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả

H nh 1 1 C u tr c c hệ thống SCADA

Một hệ SCADA có cấu trúc gồm hai phần chính đó là phần cứng và phần mềm

1.1.1.1 Phần cứng SCADA

 Thiết bị RTU/PLC: Thiết bị RTU hoặc PLC bao gồm một hoặc nhiều

thiết bị giao tiếp dữ liệu ở các trạm xa

 Mạng truyền thông: Một hệ truyền thông sử dụng để truyền dữ liệu

giữa các thiết bị giao tiếp dữ liệu và các khối điều khiển, các máy tính trong máy chủ trung tâm SCADA Hệ thống có thể là sóng vô tuyến, điện thoại, cáp, cáp quang, vệ tinh

 Mạng máy tính trung tâm (MTU): Một hoặc nhiều máy tính chủ ở

trung tâm (còn được gọi là SCADA Center, Master Station, hoặc Master Terminal Unit - MTU)

+ Gi o diện người v máy (HMI): Một tập các chuẩn và/hoặc hệ thống

phần mềm đôi khi được gọi là phần mềm giao diện người - máy HMI (Human MachineInterface) hoặc MMI (Man Machine Interface) sử dụng để

hỗ trợ cho máy chủ trung tâm SCADA và ứng dụng của thiết bị đầu cuối, hỗ trợ hệ thống truyền thông, giám sát và điều khiển các thiết bị giao diện dữ liệu

từ xa

1.1.1.2 Phần mềm SCADA và Kiến trúc phần mềm Client/Server

 Phần mềm SCADA

Hệ thống phần mềm có thể được chia thành 4 nhóm: Thu nhận dữ liệu, Giao tiếp người máy, Quản lý SCADA và ứng dụng SCADA

+ Thu nhận dữ liệu - Hệ thống thu nhận dữ liệu tập hợp dữ liệu gửi

lệnh điều khiển và duy trì các đường kết nối tới RTU và các hệ SCADA khác:

- Thu nhận dữ liệu RTU - RTU Data Acquisition (RDA)

- Thu nhận dữ liệu từ hệ thống khác - Computer-to-Computer Remote (CCR)

- Giám sát điều khiển - Supervisory Control (SCS)

- Tính toán - Calculations (CAL)

+ Gi o tiếp người máy - Hệ thống giao tiếp người máy cung cấp các

thao tác hệ thống cùng với thể hiện dữ liệu và điều khiển các thiết bị Các giao tiếp thực hiện qua màn hình, bàn phím và các thiết bị in Hệ thống này cũng cung cấp console dể cấu hình và bảo trì hệ thống

- Giao tiếp Console - Console Interface (CIS)

- Hiển thị - Display Retrieval and Update (DRU)

- Dữ liệu vào - Data Entry (DES)

- Ghi - Logging (LOG)

- Biểu đồ xu thế - Trending (TRN)

- Chuyển đổi Console - Console Switching (CCS)

+ Quản lý SCADA - Hệ thống quản lý SCADA bao gồm một số hệ

thống con hỗn hợp dùng bởi các hệ thống khác Đó là khởi động, khởi động lại, cảnh báo, kiểm soát lỗi, và các chức năng quản lý khác

- Startup/Restart Initialization (INI)

- Cảnh báo - Alarms (ALL)

- Hệ thống tính toán lỗi - System Error Accounting (SEA)

- Quản lý - Executive (EXC)

+ Các ứng dụng SCADA - Hệ thống các ứng dụng SCADA bao gồm

các hàm thực hiện trình bày dữ liệu ở mức cao

- Tính toán thời gian thực - RAS Real-Time Calculations (RTC)

- Mapboard (MBD)

- Load Shed Restore (LSR)

- Meter Error Monitor (MEM)

Tổng quan có thể hiểu phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của một hệ SCADA Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Ngoài ra, phần mềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, để có thể chuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê, dạng biểu

có chức năng thu thập, chia sẻ dữ liệu với các máy Client thông qua mang Ethernet và gửi mệnh lệnh từ các Client trực tiếp đến các bộ điều khiển Vì vậy trên các máy Server thường được dùng để cài đặt các phần mềm phát triển (development), thiết lập cấu hình truyền thông để kết nối với thiết bị hiện trường

+ SCADA Client

SCADA Client gồm các máy tính công nghiệp được nối với máy Server bằng mạng Ethernet Các máy tính này sẽ được cài các phần mềm giao diện người máy HMI (Human Machine Interface) kết nối với dữ liệu của máy Server để hiển thị hoặc điều khiển Tức là các máy Client này sẽ thu thập các trạng thái và điều khiển các bộ controller gián tiếp thông qua máy Server Mối quan hệ giữa các Client và Server do các kỹ sư lập trình thiết lập, tuỳ thuộc vào phần mềm công nghiệp được sử dụng trong hệ SCADA

1.1.2 Chức năng của hệ thống SCADA, SCADA/EMS và SCADA/DMS

1.1.2.1 Chức năng chung

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 từng đối tượng cụ thể của hệ thống Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực 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 liệu PLC/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 theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tượng công nghiệp

+ Vai trò của SCADA 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 đắn, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định Việc làm này sẽ giảm đáng kể chi phí về vấn đề nhân lực, vận hành góp phần không nhỏ trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh

1.1.2.2 Chức năng cụ thể SCADA

- Thu thập dữ liệu

- Điều khiển giám sát

- Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn

- Điều khiển cảnh báo và sự kiện

- Ghi nhận trình tự các sự kiện

- Lưu trữ và khôi phục dữ liệu quá khứ

- Phân tích dữ liệu sự cố

- Phân tích kết dây và trạng thái hệ thống

- Xu hướng của dữ liệu động và dữ liệu quá khứ

- Tạo báo cáo, thường lệ và đặc biệt

- Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt

- Thông tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ

1.1.2.3 Các chức năng EMS trong lưới truyền tải

Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) cung cấp cho Trung tâm Điều độ phương tiện để điều khiển và vận hành một cách

tối ưu hệ thống điện Các chức năng chính của bộ chương trình EMS đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và kinh tế Các chương trình ứng dụng bao gồm:

- Thiết lập trạng thái kết dây và đánh giá trạng thái

- Phân tích đột biến (bao gồm cả tự động lựa chọn trường hợp đột biến)

- Trào lưu công suất cho kỹ sư điều hành

- Vận hành kinh tế trong điều kiện có ràng buộc

- Phần mềm huy động thủy điện

- Tự động điều khiển phát điện (AGC)

- Trào lưu công suất tối ưu

- Dự báo phụ tải

- Phối hợp thuỷ - nhiệt điện

- Huy động tổ máy

Các chương trình trên được hỗ trợ cho cả chế độ thời gian thực và chế

độ nghiên cứu Do tính chất quan trọng của hệ thống SCADA/EMS mà hầu hết các thiết bị đều có cấu hình kép

Tương tự như đối với lưới truyền tải, để quản lý vận hành lưới điện phân phối cao áp người ta sử dụng hệ thống SCADA/DMS Trong đó DMS (Distribution Management System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA phục vụ quản lý lưới điện phân phối Ngoài ra để phục vụ cho quản

lý vận hành lưới trung thế phân phối còn có hệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS (Distribution Automation System)

1.1.2.4 Các chức năng DMS trong lưới phân phối

Các chức năng DMS giúp vận hành lưới điện phân phối an toàn và hiệu quả nhất, các chức năng điển hình như sau:

- Tô màu động theo phân cấp điện áp, phân loại thiết bị hoặc theo mức mang tải v.v

- Tính toán trào lưu công suất

- Tính toán ngắn mạch

- Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp

- Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới

- Định vị sự cố

- Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới

- Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện

- Sa thải phụ tải

- Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên

1.1.2.5 Danh sách thiết bị trong hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối

Hệ thống máy tính chủ đặt tại các Trung tâm Điều độ hệ thống điện (Điều độ hệ thống điện Quốc Gia, Điều độ hệ thống điện Miền, Điều độ hệ thống điện lưới phân phối) bao gồm các thiết bị như sau:

- Máy tính chủ SCADA

- Máy tính chủ giao diện người dùng MMI (Man Machine Interface)

- Máy tính chủ liên kết dữ liệu ICCP (Inter Control Center Protocol)

- Máy tính chủ Lưu trữ dữ liệu HIS (Historical Information System)

- Máy tính chủ Mô phỏng đào tạo điều độ viên theo thời gian thực DTS (Dispatcher Training Simulator) và Hệ thống phát triển DS (Development System)

- Máy tính chủ ứng dụng (Application Server)

- Các Trạm làm việc (Workstation PC)

- Hệ thống hiển thị VPS (Video Projector System)

- Thiết bị tiền xử lý thông tin CFE (Communication Front End

Proccessor)

- Thiết bị tập trung Modem

- Hệ thống thu nhận và phân phối tín hiệu đồng bộ vệ tinh GPS (Global Position System)

Toàn bộ các thiết bị trên được kết nối thông qua một hệ thống mạng cục bộ LAN (Local Area Network), hệ thống đều được trang bị cấu hình dự

phòng nóng 1+1 Bus Ethernet chính vận hành ở tốc độ 100Mbit/s, bus dự phòng vận hành ở tốc độ 10Mbit/s Hiện nay tốc độ truyền mạng LAN đã nâng cấp lên tốc độ 100/1000Mbit/s

Hệ thống SCADA tại Trung tâm sẽ kết nối với các RTU ở các trạm biến áp sử dụng giao thức truyền tin IEC 870-5-101 master Đồng thời kết nối với hệ thống SCADA /EMS của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia

bằng giao thức truyền thông giữa điều khiển trung tâm ICCP (Inter-Control

Center Communications Protocol)

1.1.3 Truyền tin trong hệ thống SCADA

1.1.3.1 Các hình thức và kênh truyền tin trong hệ SCADA

Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng

v v ở phòng theo dõi trung tâm, một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA đó 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 mãn các tiêu chuẩn như: Băng thông đường truyền, hình thức và giao thức truyền thông, phương pháp truyền tin, khoảng cách địa lý…

Để thực hiện việc đo lường và điều khiển xa thông tin được sử dụng thông qua các hình thức và kênh truyền chủ yếu sau đây:

- Các kênh cao tần theo tuyến đường dây tải điện (PLC - Power Line Carrier) sử dụng các đường dây điện lực, dây chống sét

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

- Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp (hay vi ba với bước sóng l- 10cm)

- Các kênh vô tuyến sóng ngắn (bước sóng từ 10 - 50cm)

- Các kênh cáp quang điện lực chôn ngầm dưới đất hoặc đặt theo đường dây truyền tải điện

- Các kênh thuê của ngành bưu điện (leased-line, Internet ADSL/IP)

Hiện nay trong ngành điện lực hệ thống thông tin liên lạc giữa Trung tâm điều khiển và các TBA sử dụng giải pháp truyền dẫn quang làm đường truyền chính và đường truyền dự phòng là đường dây điện thoại công cộng (PSTN) để truyền số liệu

Với giải pháp sử dụng đường truyền này chi phí đầu tư thấp do sử dụng

cơ sở hạ tầng sẵn có của lưới điện, đây là đường truyền có băng thông rộng,

sử dụng nhiều dịch vụ đồng thời và độ tin cậy cao Vì vậy việc tiếp tục tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có để kết nối mở rộng SCADA trong tương lai là giải pháp hợp lý

1.1.3.3 Truyền tin hiện trường

Việc truyền tin hiện trường nhằm đảm bảo việc máy chủ thường xuyên thông tin 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 bus mutidros

- 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 đọc (read) các loại số liệu của PLC hay RTU và một vài lệnh ghi (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 PLC hay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận được

1.1.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA ngành điện

1.1.4.1 Nguyên lý chung

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 dạng chuông, 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 hành động ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc đưa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vẫn làm việc ở trạng thái ổn định và tinh tế

Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết bị trên hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều được lưu 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 và phân tích sự cố được chính xác

Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều hành có thể thực hiện các thao tác, 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 của các máy biến áp Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực,

tiến tới có thể xoá bỏ chế độ người trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy Các thiết bị làm việc hoàn toàn tự động, được điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ

1.1.4.2 Nguyên lý làm việc cụ thể

+ Các dạng dữ liệu phục vụ thu thập thông tin

Dữ liệu từ các trạm biến áp và các nhà máy điện được chia làm ba loại chính:

- Dữ liệu trạng thái: Trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa,

các khoá điều khiển từ xa/tại chỗ v.v Các cảnh báo của các bảo vệ

- Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện

áp, dòng điện, vị trí nấc biến áp v.v

- Dữ liệu tích l y theo thời gi n: Điện năng kWh, kvarh v.v

Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào

số của RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện

và điện áp được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU Tại RTU dữ liệu được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều độ

+ Điều khiển:

- Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của trung tâm điều độ thông qua kênh truyền gửi đến RTU hoặc SAS (Substation Automation System), các lệnh điều khiển có thể là:

- Lệnh đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa (open/close)

- Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/Lower)

- Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint)

- Đối với dữ liệu trạng thái (máy cắt, dao cách ly, cảnh báo v.v ) khi phát hiện ra có sự thay đổi trạng thái hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng

âm thanh và dòng thông báo để lôi kéo sự chú ý của người vận hành

- Đối với dữ liệu giá trị đo xa, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với các ngưỡng dưới và ngưỡng trên (đã được định trước), nếu giá trị đo được bị vi phạm thì hệ thống sẽ phát cảnh báo cho người vận hành

1.1.5 Ứng dụng vào thực tế của hệ thống SCADA

Ngày nay các hệ thống điều khiển giám sát không chỉ là hệ thống quản

lý thuần túy về kỹ thuật Vai trò của hệ thống SCADA cũng chỉ quản lý hạ tầng kỹ thuật với các phần mềm tương ứng Các hệ thống SCADA nói trên cần được tích hợp thêm các ứng dụng kinh tế - kỹ thuật và thị trường Đối với ngành năng lượng hệ thống như vậy được gọi là SCADA/EMS Đây là chức năng đang được áp dụng tại Việt nam

Với những ưu điểm nổi bật kết hợp với tính năng tiện lợi và chính xác,

do đó hệ thống SCADA ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho các hệ thống như: Hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy nước sạch, hàng hải v v

Các kiểu kết nối giữa các thiết bị trong trạm biến áp, các kiểu truyền tin thông qua mô hình kết nối mạng LAN – WAN luôn được tuân thủ theo các tiêu chuẩn được quy định và áp dụng chặt chẽ trong các thiết bị kết nối trong SCADA như là: Cấu trúc mạng thiết bị, các giao diện, giao thức truyền thông,

cụ thể được đề cập trong mục 1.2 - Chương 1

1.2 Tổng quan chung về mạng máy tính giao diện và giao thức kết nối

1.2.1 Khái quát chung về mạng máy tính

1.2.1.1 Mạng cục bộ LAN

Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) là hệ truyền thông tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà,

hoặc trong một toà nhà v v…Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc

Các mạng LAN trở nên thông dụng vì nó cho phép những người sử dụng (users) dùng chung những tài nguyên quan trọng như máy in,ổ đĩa CD-ROM, dữ liệu chia sẻ, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác Để tận dụng những ưu điểm của mạng LAN người ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng WAN (Wide Area Network) Các thiết bị gắn với mạng LAN đều dùng chung một phương tiện truyền tin

đó là dây cáp, cáp thường dùng hiện nay là: Cáp đồng trục (Coaxial cable), Cáp dây xoắn (shielded twisted pair), cáp quang (Fiber optic),…

1.2.1.2 Mạng diện rộng WAN

Mạng WAN là mạng được thiết lập để liên kết các máy tính của hai hay nhiều khu vực khác nhau cách xa về mặt địa lý Các WAN kết nối các mạng người sử dụng qua một phạm vi địa lý rộng lớn, nên chúng mở ra khả năng cung ứng hoạt động thông tin cự ly xa cho cơ quan, doanh nghiệp Sử dụng mạng WAN cho phép các máy tính, máy in và các thiết bị khác trên một LAN chia sẻ và được chia sẻ với các vị trí ở xa WAN cung cấp truyền thông tức thời qua các miền địa lý rộng lớn

Các WAN được thiết kế để làm các công việc sau:

- Hoạt động qua các vùng tách biệt về mặt địa lý

- Cho phép các người sử dụng có khả năng thông tin thời gian thực với người sử dụng khác

- Cung cấp các kết nối liên tục các tài nguyên xa vào các dịch vụ cục bộ

- Cung cấp Email, www, FTP và các dịch vụ thương mại điện tử

1.2.2 Cấu hình mạng (Topology)

Hình trạng của mạng thể hiện qua cấu trúc hay hình dáng hình học của các đường dây cáp mạng dùng để liên kết các máy tính thuộc mạng với nhau Các mạng cục bộ thường hoạt động dựa trên cấu trúc đã định sẵn liên kết các

máy tính và các thiết bị có liên quan Trước hết chúng ta xem xét hai phương thức nối mạng chủ yếu được sử dụng trong việc liên kết các máy tính là "một điểm - một điểm" và "một điểm - nhiều điểm "

Với phương thức "một điểm - một điểm" các đường truyền riêng biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với nhau Mỗi máy tính có thể truyền và nhận trực tiếp dữ liệu hoặc có thể làm trung gian như lưu trữ những

dữ liệu mà nó nhận được rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác

để dữ liệu đó đạt tới đích

Theo phương thức "một điểm - nhiều điểm " tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền vật lý Dữ liệu được gửi đi từ một máy tính sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các máy tính còn lại, bởi vậy cần chỉ ra điạ chỉ đích của dữ liệu để mỗi máy tính căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không nếu đúng thì nhận còn nếu không thì bỏ qua

Tùy theo cấu trúc của mỗi mạng chúng sẽ thuộc vào một trong hai phương thức nối mạng và mỗi phương thức nối mạng sẽ có những yêu cầu

Trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức năng cơ bản là:

- Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận được phép chiếm tuyến thông tin

và liên lạc với nhau

- Cho phép theo dõi và xử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin

- Thông báo các trạng thái của mạng

+ Các ưu điếm c a topo mạng hình sao

Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó

ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường

Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng

+ Nhược điếm

Khả năng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng của trung tâm

Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động

Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m)

1.2.2.2 C u hình mạng vòng (Ring)

H nh 1 4 Mô h nh mạng v ng tr n - Ring

+ Các đặc điểm c a từng topo mạng Ring:

Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết

kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ được một nút Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận

+ Ưu điểm c a topo mạng Ring

Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với các dạng mạng trên

Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là terminator Các tín hiệu và gói dữ

liệu (packet) khi di chuyển lên hoặc xuống trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến

 Ưu điểm của topo mạng bus

1.2.3 Giao diện kết nối hay sử dụng trong SCADA

Giao diện là chuẩn quy định kỹ thuật ghép nối số liệu giữa 2 thiết bị Ví

dụ RS232, RS485,.v.v

Giao thức là chuẩn quy định thủ tục (cách thức) giao tiếp giữa 2 thiết bị hoặc 2 trạm phục việc trao đổi số liệu giữa chúng Ví dụ HDLC, SDLC, TCP/IP,.v.v

Giao diện là kênh vật lý và giao thức là kênh logic phục vụ trao đổi số liệu giữa 2 thiết bị hoặc 2 trạm

Để truyền số liệu có thể sử dụng nhiều giao thức khác nhau trên cùng 1 giao diện giữa 2 thiết bị

Giao thức có liên kết dữ liệu: Giao thức này đòi hỏi 2 trạm tương tác với nhau trong quá trình truyền số liệu Các giao thức này thao tác trên các phần chia nhỏ từ dữ liệu toàn bộ,

Giao thức không liên kết dữ liệu: Giao thức này không đòi hỏi 2 trạm tương tác với nhau trong quá trình truyền số liệu Các giao thức này thao tác trên toàn bộ dữ liệu Thực chất đây là phần mô tả dữ liệu

1.2.3.1 Gi o diện kết nối RS232

Giao diện RS232 sử dụng phương pháp truyền dị bộ với các tốc độ chuẩn là 50, 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 bps và có thể cao hơn nhưng không vượt quá 56kbps

Cổng nối tiếp (Serial port) là một cổng thông dụng trong các máy tính trong các máy tính truyền thống dùng kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét Cổng nối tiếp còn

có tên gọi khác như: Cổng COM, Communication

Ngày nay, do tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn so với các cổng mới ra đời nên các cổng nối tiếp đang dần bị loại bỏ trong các chuẩn máy tính hiện nay, chúng được thay thế bằng các cổng có tốc độ nhanh hơn như: USB

1.2.3.2 Giao diện RS485

Mạng sử dụng chuẩn RS-485 rất đa dạng Đối với một mạng network thực sự gồm nhiều mạch phát và nhận cùng nối vào một đường dây bus chung, mỗi node đều có thể phát và nhận data thì RS485 đáp ứng cho yêu cầu này

Multi-Chuẩn RS-485 cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng nối vào đường dây bus (với bộ lặp Repeater tự động và các bộ truyền nhận trở kháng cao, giới hạn này có thể mở rộng lên đến 256 node mạng) Bên cạnh đó RS-485 còn có thể chịu được các xung đột data và các điều kiện lỗi trên đường truyền

Một số ưu điểm c RS-485

Giá thành thấp: Các bộ điều khiển Driver và bộ nhận Receiver không đắt và chỉ yêu cầu cung cấp nguồn đơn +5V để tạo ra mức điện áp vi sai tối thiểu 1.5V ở ngõ ra vi sai

Khả năng nối mạng: RS-485 là một giao diện đa điểm, thay vì giới hạn

ở hai đơn vị, RS-485 là giao diện có thể cung cấp cho việc kết nối có nhiều bộ truyền và nhận Với bộ nhận có trở kháng cao kết hợp với bộ repeater, RS-

485 có thể cho kết nối lên đến 256 node

hả năng kết nối

RS-485 có thể truyền xa 1200m, tốc độ lên đến 10Mbps Nhưng 2 thông số này không xảy ra cùng lúc

Ví dụ: khi tốc độ là 90Kbps thì khoảng cách là 1200m, 1Mbps thì khoảng cách là 120m, còn tốc độ 10Mbps thì khoảng cách là 15m

Sở dĩ, RS-485 có thể truyền trên một khoảng cách lớn là do chúng sử dụng đường truyền cân bằng Mỗi một tín hiệu sẽ truyền trên một cặp dây, với mức điện áp trên một dây là điện áp bù (trái dấu) với điện áp trên dây kia

Vì có khả năng chống nhiễu tốt như vậy nên chuẩn RS-485 có khả năng truyền dữ liệu trên một khoảng cách xa

Do vậy hiện n y không c n phù hợp với công nghệ truyền số liệu

1.2.3.4 Giao diện Ethernet

 Ethernet là gì?

Là phương pháp truy cập mạng máy tính cục bộ (LAN) được sử dụng phổ biến nhất Ngày nay, mạng ethernet trở nên quá thịnh hành đến nỗi khi nói đến "kết nối mạng LAN" hoặc "card mạng" người ta đã nghĩ ngay đến mạng ethernet

Về căn bản ethernet là một môi trường mạng LAN có môi trường truyền thông được chia sẻ Tất cả các trạm trên mạng (network station) chia nhau tổng băng thông của mạng (LAN bandwidth) Băng thông này có thể là 10Mbps (megibit per second = megabit/giây), 100Mbps hoặc 1000Mbps

 Hệ thống Ethernet

Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bít một giây (Mbps) Hiện thời công nghệ Ethernet thường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn từ 10 - 100 Mbps Tốc độ chuẩn cho hệ thống ethernet hiện nay là 100-Mbps

Để cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao và chống nhiễu, ethernet sử dụng tín hiệu vi sai để truyền dẫn Do khả năng chống nhiễu cao nên ethernet cáp quang đã được áp dụng nhiều trong các mạng công nghiệp

Ethernet là công nghệ mạng thiết bị và thông dụng, mặc dù ngày nay có nhiều công nghệ LAN nhưng ethernet vẫn là công nghệ được sử dụng nhiều nhất

1.2.4 Giao thức truyền dữ liệu phổ biến ứng dụng trong hệ thống SCADA

Giao thức truyền thông (Protocol) là tập hợp các quy ước chính thức quy định thủ tục điều khiển, định dạng và định thời liên quan của việc trao đổi thông điệp giữa hai đối tác truyền thông

Với một kiểu kết nối vật lý, với các giao thức khác nhau sẽ hình thành nên các kiểu mạng khác nhau Một số giao thức như TCP/IP; MODBUS; PROFIBUS, IEC870-5-101, IEC870-5-103, IEC870-5-104; ICCP, ELCOM90,

Hệ thống SCADA là một hệ thống phức tạp và đắt tiền nên các thành phần của SCADA được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau Do đó có yêu cầu cao về chuẩn hóa thiết bị, đặc biệt là về các giao diện và giao thức

Do được trải ra trên không gian địa lý rộng lớn nên cần nhiều dịch vụ viễn thông để kết nối các phân hệ của hệ thống SCADA

H nh 1 7: C u tr c hệ thống SCADA thể hiện b ng gi o thức kết nối

Kết nối dữ liệu trong hệ thống SCADA hiện nay thường tuân thủ một

số giao thức như sau:

- Giữa RTU với dây chuyền công nghệ sử dụng giao thức

IEC870-5-103 hoặc giao thức của nhà sản xuất

- Giữa SAS/DCS với IED sử dụng giao thức MODBUS trên

RS485/RS232,

- Giữa GateWay của SAS/DCS với CC sử dụng giao thức

IEC870-5-101 trên RS232/Modem hoặc giao thức IEC870-5-IEC870-5-101/104 qua mạng TCP/IP (giao diện Ethernet)

- Giữa CC với CC sử dụng giao thức ICCP hoặc ELCOM90

- Giữa CC với hệ thống quản lý thị trường sử dụng giao thức

ICCP hoặc ELCOM90 [1], [3], [7]

1.2.4.1 Giao thức truyền tin

Gi o thức truyền tin l gì?

Để có thể thực hiện truyền dữ liệu qua kênh viễn thông một cách an toàn và chính xác đòi hỏi một quy tắc nhất định, quy tắc này có khả năng đối phó với các tình huống không bình thường của kênh như lỗi, trễ, gián đoạn kênh,.v.v Quy tắc này được gọi là giao thức truyền tin

Giao thức truyền tin đóng vai trò trung gian và là giao diện logic giữa 2 việc: “truyền tin và xử lý thông tin” Có thể hiểu giao thức truyền tin như là một loại "ngữ pháp" cho phép tập hợp và biên tập các dòng các bit thu được trên kênh thành dạng có thể hiểu được Giao thức truyền tin bao hàm cả việc quản lý "giao diện logic" nói trên

Các chức năng c a giao thức truyền tin

Chức năng chuyển dữ liệu: Mục đích cơ bản của giao thức truyền tin là truyền số liệu từ 1 phía sang phía bên kia của liên kết

Chức năng cấu trúc lại dữ liệu: Đối với truyền dị bộ, byte là đơn vị truyền nhỏ nhất, cần phải tạo khung tin từ nhiều byte Đối với truyền đồng bộ, khung dữ liệu là đơn vị truyền nhỏ nhất

Chức năng xác thực dữ liệu: Xác thực dữ liệu là cấu trúc lại dữ liệu thành khối, khung, bản tin, đánh số thứ tự, đánh dấu đầu, đuôi

Chức năng điều khiển liên kết: Chức năng này đảm bảo việc truyền số liệu một cách chắc chắn, tin cậy, hiệu quả

Quá trình truyền số liệu gồm các trạng thái như sau:

- Thiết lập kết nối dữ liệu

- Khởi tạo kết nối

- Trao đổi dữ liệu