CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN Hệ thống truyền tải điện được phân cấp quản lý và vận hành lưới điện nhằm cung cấp điện năng đến các điện lực địa phương tiêu thụ. Với sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, hiện nay công ty Truyền Tải Điện 4 ( PTC4 - Power Transport Company 4 ) quản lý và vận hành lưới điện từ tỉnh Bình Thuận đến Cà Mau với 45 trạm biến áp, bao gồm cấp điện áp chủ yếu 110Kv, 220Kv, 500Kv với tổng chiều dài đường dây khoảng 4500 km. Do nhu cầu cung cấp điện ngày càng cao, đáp ứng cho sự phát triển của các phụ tải nên hệ thống lưới điện truyền tải thuộc công ty PTC4 quản lý luôn có sự thay đổi trong sơ đồ hệ thống điện miền nam. Song song với việc vận hành và phát triển lưới điện, Trung Tâm Điều Độ Hệ Thống Điện Miền Nam ( gọi tắt là A 2 ) được thành lập nhằm đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặc về vận hành hệ thống điện: - Đảm bảo việc cung cấp điện được liên tục.
- Các thông số về điện và tần số theo tiêu chuẩn cho phép. - Chi phí vận hành thấp đến mức có thể. Như chúng ta đã biết, hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải, trạm phân phối,… được liên kết với nhau và trãi dài hàng trăm km, do đó việc vận hành tối ưu hệ thống điện đòi hỏi trước tiên điều hành viên phải giám sát toàn bộ các thành phấn của hệ thống. Điều này chỉ được thực hiện khi các thông số vận hành của các thành phần trong hệ thống được xác định và nhận biết trong thời gian sớm nhất.
Hệ thống SCADA do A2 quản lý có nhiệm vụ : - Hiển thị toàn cảnh hệ thống với cấu trúc hiện hành thực tế. - Hiển thị toàn cảnh những phần khác nhau của hệ thống, cập nhật những thông tin mới nhất. - Báo động khi có sự thay đổi về trạng thái và chỉ ra sự thay đổi một cách chính xác. - Báo động khi các thông số đặc trưng của trạng thái hệ thống đạt ngưỡng giới hạn.
- Lưu trữ tất cả những sự kiện xảy ra trong hệ thống, nhằm giúp cho các điều hành viên tại trung tâm điều khiển thực hiện công việc điều độ của mình. SV: Lê Ngọc Dũng 1 Thống SCADA CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SCADA SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition) - Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu. Hệ thống này có nhiệm vụ thu thập, xử lý và hiển thị thông tin về trạng thái của một hệ thống được giám sát. Từ một trung tâm điều khiển SCADA, điều hành viên có thể quan sát và thay đổi trạng thái vận hành của các thiết bị được giám sát.
Hệ thống SCADA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành điện lực, thuỷ lực, giao thông,… I/ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG SCADA - [2] Các hệ thống SCADA thông thường bao gồm các thiết bị chủ yếu sau: SV: Lê Ngọc Dũng 4 Thống SCADA • Các máy tính chủ • Các bàn điều khiển của điều hành viên • Các thiết bị truyền thông • Các đơn vị đầu cuối ở trạm ( RTU- Remote Terminal Unit ) • Các thiết bị truyền thông giữa các hệ thống SCADA Trong hệ thống nhiều trung tâm điều khiển, một trung tâm thường được gán là trung tâm chủ ( Host ) và các trung tâm khác được gọi là các trung tâm ở xa hay ở ngoài ( Remote hay Foreign ), trung tâm chủ nhận các dữ liệu từ các trung tâm khác. Mỗi trung tâm điề u khiển truyền thông với các RTU thông qua các phương tiện truyền thông như vô tuyến, vi ba, tải ba, cáp sợi quang…Tuy nhiên ngành điện hiện nay vẫn dùng thông tin tải ba chủ yếu. 1/ Các máy tính chủ Phần mềm SCADA được chạy trên các máy tính chủ, loại máy tính được sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu, cường độ xử lý, cũng như độ lớn của dữ liệu thu thập xử lý và lưu trữ. Tại một trung tâm điều khiển SCADA thường chạy trên 2 máy tính.
Một máy tính thực hiện các chức năng theo thời gian thực ( Real time ) tức là t hu thập, xử lý và thể hiện dữ liệu theo thời gian thực, máy tính này được gọi là máy chủ chính hay máy chủ sơ cấp ( Primary, Master, Main, …). Máy tính còn lại ở trạng thái chờ và được gọi là máy chủ dự phòng hay máy chủ thứ cấp ( Secondary, Standby,…), mục đích của máy này là thay thế gánh vác các hoạt động theo thời gian thực khi có hỏng hóc trên máy chủ chính. Ngoài ra còn có một số máy tính khác đảm trách các nhiệm vụ khác nhau như lưu trữ các dữ liệu trong quá khứ vào các cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm phụ c vụ các nhu cầu thống kê sau này, hay phục vụ mô phỏng, đào tạo những điều hành viên về sau và phục vụ trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển… 2/ Các bàn điều khiển ( Consol) Các bàn điều khiển là sự kết nối giữa các máy tính và điều hành viên, các bàn điều khiển này cho phép điều hành viên quan sát và tương tác với hệ thống SCADA thông qua việc sử dụng các hiển thị ( Display), các display này có thể là dạng bảng, sơ đồ… 3/ Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU Các thiết bị thông tin và phần mềm chịu trách nhiệm liên kết các máy tính chủ với các RTU ( bao gồm RTU tại trung tâm điều khiển và RTU remote ) được gọi là máy chủ truyền thông ( CFE – Communication Front End ), thành phần chính trong CFE là bộ xử lý truyền thông thông minh. Tuỳ thuộc vào cấu SV: Lê Ngọc Dũng 5 Thống SCADA hình lựa chọn mà hệ thống SCADA có thể sử dụng các máy tính chuyên biệt để chạy phần mềm liên kết giữa các máy tính chủ và CFE.
Một số hệ thống tích hợp phần mềm này vào chạy trên các máy chủ, phần mềm này cũng duy trì các thông tin liên quan đến cấu hình các thành phần truyền thông và các tiện ích để giao tiếp với các thiết bị sử dụng thông qua giao thức truyền thông ( Communication Protocol ) khác nhau. Trong ph ạm vi nghiên cứu phần mềm này được gọi là TFE – Telemetry Front End. Cho dù phần mềm này chạ y trên các máy tính chuyên biệt hay tích hợp trên các máy chủ thì cứ mỗi CFE là một đơn thể phần mềm này phục vụ kết nối giữa các CFE đó và máy chủ chính. Do tính chất độc lập này nên trong trường hợp Failover hay Switchover ( Máy tính chủ chuyển từ vai trò dự phòng sang vai trò chính ) ữd liệu sẽ không bị mất.
Hơn nữa, máy tính chủ còn có thể chuyển một kết nối từ đường truyền thông này sang đường truyền thông khác ( trên CFE khác ) mà không cần phải thực hiện switchover giữa các máy tính chủ. Các CFE truyền thông với các RTU thực hiện vài chức năng nhằm giảm thiểu việc xử lý dữ liệu trên máy tính chủ, các chức năng này bao gồm: • Duy trì các chỉ thị quét RTU cung cấp bởi máy chủ , điều này nhằm giúp giảm tải truyền thông đến CFE đối với các yêu cầu quét của máy chủ. • Thông báo những lỗi truyền thông khi RTU không đáp ứng hay đáp ứng có lỗi. • Kiểm tra dữ liệu đến nhằm đảm bảo máy tính chủ chỉ nhận những dữ liệu có thay ổđi so với lần quét trước đó.
Chức năng này được gọi là Reporting by exception ( thông báo dị biệt ) • Thông báo định kỳ toàn bộ dữ liệu cho máy tính chủ bất chấp dữ liệu có thay đổi so với lần quét trước đó. Chức năng này được gọi là Integrity Scan ( quét toàn bộ ) • Thực hiện chuyển đổi dữ liệu nhằm làm cho dữ liệu nhận qua các giao thức truyền thông RTU khác nhau sẽ thể hiện giống nhau trên máy tính chủ (đối với các hệ thống sử dụng các loại RTU khác nhau ). 4/ Các đơn vị đầu cuối ở xa Các RTU kết nối hệ thống SCADA với hệ thống được giám sát, thông thường một RTU được đấu dây đến các thiết bị được giám sát trong một khoảng cách tương đối gần , nó thu nhận các tín hiệu đo và gửi các điều khiển đến các thiết bị đó. Mỗi mẫu dữ liệu do RTU quản lý dù là tín hiệu đo hay một lệnh điều khiển đều kết hợp với một định danh là địa chỉ, các địa chỉ này kết hợp với địa chỉ của RTU được sử dụng bởi hệ thống để truy cập thông tin dữ liệu ở RTU.
Mỗi địa chỉ RTU có thể quét độc lập. SV: Lê Ngọc Dũng 6 Thống SCADA Dữ liệu truyền đến RTU hay truyền về các máy chủ thông qua các CFE. Truyền thông liên kết các RTU với CFE bao gồm những thiết bị sau: • Cổng giao tiếp CFE. • Đường truyền thông giữa RTU và cổng giao tiếp CFE.
• Các modem đặt tại mỗi cổng giao tiếp và ở RTU. Trạng thái của mỗi truyền thông liên kết trong hệ thống được thể hiện trên một display của hệ thống SCADA. Trạng thái điều hành của các CFE và các đường truyền thông cũng được kiểm soát và điều khiển bởi điều hành viên SCADA từ display đó. 5/ Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển Thỉnh thoảng hai trung tâm điều khiển cần dữ liệu về cùng một thiết bị, lúc này trung tâm điều khiển nơi n hận trực tiếp dữ liệu về thiết bị từ RTU sẽ chuyển thông tin của thiết bị đến trung tâm điều khiển còn lại khi có sự thay đổi giá trị đo tại thiết bị.
Những kết nối vật lý giữa các trung tâm tuỳ thuộc vào lưu lượng dữ liệu, yêu cầu về độ tin cậy, thiết bị truyền thông sẵn có và khoản cách giữa các trung tâm, ngoài ra cần phải quan tâm đến các giao thức truyền thông để phục vụ việc thay đổi dữ liệu giữa các trung tâm. II/ CÁC CHỨC NĂNG PHẦN MỀM SCADA Phần mềm SCADA có nhiều chức năng và được chia ra 3 phần chính • Thu thập dữ liệu ( Data acquisition ) là chức năng dò quét của SCADA được thực hiện để lấy dữ liệu theo thời gian thực về hệ thống được giám sát. Các RTU đã được đấu dây đến các thiết bị chỉ định sẽ được quét ở một tốc độ chỉ định bởi hệ thống SCADA, các RTU gửi dữ liệu chúng nhận được ( gọi là dữ liệu thô- Raw data ) về các CFE, CFE thực hiện các chuyển đổi cần thiết và kiểm tra dữ liệu trước khi gửi về các máy tính chủ.
