MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin về các hệ thống điện dùng trong quản lý ngành điện năng chủ yếu trong các mạng lưới công nghiệp lớn, phân bổ xuống nhỏ hơn là các bộ phận trong một nhà máy. Trong tương lai, việc quản lý hệ thống điện được áp dụng xuống các trạm dân dụng và cả hộ gia đình. Đề tài tập trung nghiên cứu vào mảng thu thập và quản lý điện năng với mong muốn tạo nền tảng cho các mạng lưới điện trên phạm vi của một vùng trong một quốc gia có được đầy đủ thông tin quản lý cung cấp cho ngành điện lực nhằm các mục tiêu với lợi ích mang lại như: tối ưu hóa việc điều tiết điện năng, cung cấp số liệu nhằm phục vụ cho việc dự báo mức độ sử dụng điện năng trong tương lai nhằm có các phương hướng cải thiện và nâng cấp mạng lưới điện phù hợp, ngoài ra còn phục vụ công tác thu phí sử dụng điện năng một cách tự động khi kết hợp các số liệu điện năng sử dụng với các hệ thống thanh toán trực tuyến hiện đại. Tính cấp thiết của đề tài Tập trung vào các thành phố lớn có thể nói rằng việc quản lý dữ liệu điện năng là vô cùng quan trọng trong hiện tại và sau này, vấn đề dễ thấy trong thực tế hiện nay là mạng lưới truyền tải điện năng đến người dân là một mạng lưới không có hệ thống, dây điện được bố trí trên không trung và chiếm dụng không gian, cũng như sự quá tải trong cơ sở hạ tầng (cột điện, dây điện quá nhiều và không khác một mạng nhện).
Hậu quả kéo theo: công tác bảo trì, sửa chữa và nâng cấp rất khó khăn; nguy hiểm tiềm tàng cho người dân sống gân/dưới các hệ thống điện; mất thẩm mỹ; từ đó kéo theo sự lãng phí trong công tác quản lý và giá thành điện không thể hạ xuống mà ngày một tăng; chất lượng điện sử dụng không thể tốt hơn vì số lượng người dùng ngày một nhiều mà cơ sở hạ tang có kha năng không thể đáp ứng kịp. Biện pháp lâu dài: đổi mới hệ thống điện, đưa hệ thống điện thành một hệ cơ sở hạ tâng có khoa học, một hệ thống có quy trình quản lý có khoa học. Trương Đình Châu HV: Đỗ Thanh Thái - 7140399 8 Phần nội dung nghiên cứu trong đề tài tập trung vào phần quy trình quản lý, cụ thể hơn là quản lý dữ liệu điện năng. Mục tiêu luận văn Thông qua đồng hồ đo tiến hành thu thập dữ liệu và upload dữ liệu này lên SQL server, phục vu công tác thu thập và lưu trữ dữ liệu.
Nghiên cứu và đưa ra kiến trúc xử lý dữ liệu thông qua các sự kiện trên hệ thống SCADA, xây dựng nền tang Website quản lý điện năng, hỗ trợ người dùng đăng nhập và lấy các thông tin khi người dùng cần; Áp dụng công cụ ASP.NET kết hợp với trình thiết kế giao diện Web hướng đến người dùng; Xây dựng một phần mềm hiện thực hóa các ứng dụng SCADA, phần giao tiếp với người dùng trên nền tảng Website; Thực thi chương trình đã viết nhằm kiểm nghiệm cấu trúc dữ liệu thông qua các sự kiện đã đề xuất. Nhiệm vụ luận văn Xây dựng chương trình SCADA thu thập dữ liệu từ các trạm điện thông qua giao tiếp với các đồng hồ đo. Phần mềm thực thi nhằm kiểm nghiệm kiến trúc đã đưa ra gồm các đặc tính: Giám sát, thu thập dữ liệu; giao tiếp với người sử dụng thông qua giao diện Website; Cảnh báo khi có sự kiện (alarm), lưu trữ dữ liệu dùng cho quản lý và phân tích (history and database), phân quyền và bảo mật truy cập (privileged access); Thông tin trao đổi giữa người dùng và hệ thong SCADA được thực hiện thông qua giao thức ASP.NET Sử dụng ngay trên các nên tảng của những trình duyệt thông dụng như FireFox, Chrome, Internet Explorer. Trwong Dinh Chau HV: D6 Thanh Thai - 7140399 9 Thực nghiệm chương trình trên những hệ thống đã có của phòng thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả và kết luận về tiêm năng ứng dụng của hệ thong; Nghiên cứu kiến trúc trên các mạng kết nối khác nhau như: mạng nội bộ, internet thông thường.
Điểm mới của đề tài (1) Áp dụng công nghệ Web thay cho công nghệ truyền thống; (2) Phù hợp với xu hướng phát triển hiện nay của công nghệ - công nghệ internet of things; (3) Mở rộng kha năng phat triển va nâng cấp hệ thống. Hệ thống SCADA được xây dựng độc lập với những phần mềm ứng dụng như Vijeo Citect (Schneider Electric), WinCC (Siemens), RSView (Rockwell Automation), khi thực hiện giao tiếp với server, client không can truy cập vào hệ thống thông qua các phần mềm kể trên mà có thể thực hiện trực tiếp thông qua nền tảng Website. Chính từ nên tảng Website, hệ thống sẽ linh hoạt trong việc thiết kế những hệ thống SCADA khác nhau, từng hệ thống sẽ có những thành phần cấu trúc, chức năng và nhiệm vụ khác nhau nên sẽ phù hợp với từng yêu cầu khác nhau của người dùng. Người thiết kế có thể dễ dàng trong việc thiết kế ra từng module khác nhau với những tính năng cơ bản nhất, từ đó kết hợp lại theo từng yêu câu riêng biệt của từng khách hàng.
Lợi ích khi áp dụng cấu trúc hệ thống đã đề xuất: Thời gian triển khai hệ thống trên nền tảng phần cứng đã có được rút ngắn so với các hệ thống theo kiến trúc phần mềm cũ. Đối với các hệ thống SCADA dựa trên nền tang sử dụng phần mềm như Vijeo Citect, WinCC. can một khoản chi phí cho việc mua bản quyền, thời gian triển khai hệ thống sẽ dài hơn so với việc áp dụng hệ thống mới chạy trên nền tảng Website mà hau hết GVHD: TS. Trương Đình Châu HV: Đỗ Thanh Thái - 7140399 10 các hệ thống máy tính đều có hỗ trợ, các trình duyệt web hầu hết ở dạng không mất phí bản quyền.
Áp dụng nền tảng Website cho hệ thống sẽ linh hoạt hơn trong việc lựa chon phần cứng và nền tảng các hệ điều hành. Một số phan mềm SCADA đã và đang sử dụng phụ thuộc rất nhiều vào hệ điều hành Window, trong khi nền tảng Website có thể chạy trên các hệ điều hành khác nhau và hầu như rất ít phụ thuộc vào các hệ điều hành. Công nghệ WebSocket hỗ trợ mạnh trong việc trao đổi dữ liệu, các luồng trao đổi thông tin diễn ra nhanh hơn so với những phần mềm đã và đang sử dụng công nghệ http, từ đó hiệu suất cũng được tăng theo. Các phần mềm SCADA truyền thống không chỉ yêu cầu sự tương thích nên tảng hệ điều hành mà còn tiêu tốn một lượng lớn tài nguyên phần cứng cho việc cài đặt, thực thi hệ thống khi vận hành.
Ngược lại, các trình duyệt yêu cầu một lượng nhỏ dung lượng bộ nhớ cho việc cài đặt, quá trình thực thi cũng it tiêu hao tài nguyên phần cứng hơn. Khi một phần nhỏ trong toàn hệ thống giảm được lượng tiêu hao tài nguyên sẽ giúp cho toàn hệ thống giảm đi rất nhiều các yêu cầu tài nguyên phần cứng, đặc biệt sẽ thấy rõ khi quy mô hệ thống lớn. Ngoài việc giảm được yêu cầu về tài nguyên phần cứng, chi phí; khi áp dụng hệ thống mới còn giúp cho việc nâng cấp, bảo trì hệ thống mang tính linh động và hiệu quả hơn. Trương Đình Châu HV: Đỗ Thanh Thái - 7140399 11 Chuong1.
KIẾN TRÚC WEB-BASED SCADA DE TÀI THỰC HIỆN 1.1 Kiến trúc của một hệ thống SCADA trên nền tang Web Công Nghệ Web - Xu Hướng Phát Triển Mới Ngày nay, tất cả mọi hoạt động của con người khi kết nối với Internet hầu hết đều thông qua các trình duyệt Web, gọi chung là khung nhìn, có thể liệt kê một số hoạt động: Giải trí: xem các video, xem tivi trực tuyến, mạng xã hội. Công việc, học tập: hội thảo trực tuyến nơi mọi người có thể chia sẻ thông tin trên màn hình của mình với nhau, login và xem thông tin, upload & download dữ liệu. Quảng cáo: được nhúng hầu hết vào các giải trí. Và rất nhiều các hoạt động khác, điều đáng quan tâm trong khi đưa ra vẫn đề này đó là việc tích hợp thông tin đến người dùng thông qua các trình duyệt Web là khá cần thiết và mang một triển vọng trong khoa học kỹ thuật rất lớn.
Chính những lý do trên mà một hệ thống SCADA trên nền tảng Web sẽ đáp ứng được các yêu cầu phát triển trong hiện tại và sau này, các hệ thống trong tương lai với các yêu cầu xử lý dữ liệu lớn (Big Data), phân tích dữ liệu (Data Analysis) cũng là một lý do để một hệ thống trên nền tảng Web cần được nghiên cứu và phát triển hơn nữa, đó cũng chính là lý do đề tài chọn và tiến hành nghiên cứu. Hệ thống SCADA xây dựng trên nền Web được minh họa qua Hình 1. Trương Đình Châu HV: Đỗ Thanh Thái - 7140399 12 Web Communication SCADA MAIN PROGRAM —> Trending Web Browser —> Trending Web Browser SCADA Main ‹ > ——> Display Program † —> Report Web Browser Ỷ > Alarm Modbus TCP/IP yy Vv. Device SQL Server Vv | | Power Meter | | Power Meter ION7550 710 710 Hình 11 Kiến trúc của hệ thống SCADA trên nền Web Với mô hình kiến trúc tổng quát, các tác vụ của hệ thống SCADA được thực thi bởi chương trình SCADA xây dựng trên nền tảng C-Sharp gồm tác vu thu thập dữ liệu từ thiết bị và lưu trữ dữ liệu lên hệ cơ sở dữ liệu SQL server thể hiện qua Hình 1.2 SCADA Thu thập dữ liệu <4 > SQLserver Ạ Ạ r9 A Ạ Vv Vv Vv Vv Vv Thiét bi - Dong Thiét bi - Dong Thiét bi - Dong hồ do hồ do hồ do Hình 1.2 SCADA thu thập dữ liệu từ đồng hồ đo và lưu trữ lên SQL server Tác vụ giao tiếp với người dùng thông qua các dịch vụ Web đều được quản lý bởi SCADA Web Server xây dựng trên nền tảng C-Sharp thể hiện thông qua Hình 1.
Trương Đình Châu HV: Đỗ Thanh Thái - 7140399 13 SCADA Web Server r y > SQLserver ` Ạ ` A Vv Vv Vv Vv Web Browser Web Browser Web Browser Hình 1.3 Web Browser truy cập va tương tác với SQL server thông qua SCADA Web Server Kiến trúc mới với đặc điểm này khiến server tránh phải xử lý nhiều tác vụ đồng thời: giao tiếp với thiết bị điều khiển, xử lý tín hiệu, cảnh báo, trả lời các yêu cầu của client. Đồng thời việc sử dụng kiến trúc này cho phép tách biệt giữa phần thiết bị với dữ liệu cũng như với các Web Server, SCADA Server. Góp phần module hóa, tạo tính linh động cũng như khả năng mở rộng hệ thống. Dé tài sử dụng nên tang ASP.