Chương 1: Tổng quan về hệ thống SCADA lại cho hệ thống. Thƣờng các phần mềm mở có khả năng trộn các nhà sản xuất thiết bị khác nhau trên cùng một hệ thống. Citect và WonderWare chỉ là hai trong số những gói phần mềm mở sẵn trên thị trƣờng cho các hệ thống SCADA. Một số gói phần mềm hiện nay bao gồm cả quản lý tải sản tích hợp trong hệ thống SCASA.
Phần mềm SCASA sẽ bao gồm những phần chính sau: - Giao diện ngƣời sử dụng - Đồ họa - Các cảnh bái(Alarms) - Các đồ thị(Trends) - Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC - Khả năng mở rộng - Phƣơng thức truy cập dữ liệu - Cơ sở dữ liệu - Mạng truyền thông - Lỗi và dự phòng - Quá trình phân phối máy chủ/khách Hình 1.4 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA 1.3 Cáp truyền thông Có rất nhiều loại cáp truyền thông đƣợc sử dụng trong hệ thống SCADA Thông tin trong ngành Điện lực đƣợc truyền tải thông qua các hình thức sau: - Các kênh sử cao tẩng theo tuyến đƣờng dây tải điện PLC(Power Line Carrier) SVTH: Nguyễn Hữu Nguyên 10 Chương 1: Tổng quan về hệ thống SCADA Sử dụng các đƣờng dây điện lực, dây chống sét hoặc các đƣờng cáp đặt cách ly trong chúng để tạo kênh cao tần truyền tin. Việc sử dụng đƣờng dây điện lực để truyền thông tin cao tần đƣợc thực hiện theo các sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, Dây pha của lộ này – Dây pha của lộ khác. Việc sử dụng đƣờng dây chống sét(DCS) truyền tin đƣợc thực hiện theo các sơ đồ:DCS – DCS, DCS- Dây đất, hai DCS – Dây đất. Các đƣờng cáp đặt cách ly trong đƣờng dây điện lực hoặc trong dây chống sét cũng đƣợc thực hiện theo các sơ đồ tƣơng tự.
- Các kênh theo đƣờng cáp ngầm dƣới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thƣờng sử dụng loại cáp đồng trục. - Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bƣớc sóng 1 – 10cm - Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bƣớc sóng từ 10 – 50cm. - Các kênh cáp quang chôn ngầm dƣới đất hoặc theo đƣờng dây truyền tải điện. - Các kênh thuê của nghành bƣu điện Hiện nay trong nghành Điện lực, hình thức truyền tin cao tần theo đƣờng dây tải điện, vô tuyến chuyển tiếp và kênh cáp quang đƣợc sử dụng rộng rãi hơn cả.4 Tổng quan về mạng cục bộ lan Mạng cục bộ LAN( Local Area Network) đƣợc dùng để chia sẻ toàn bộ tài nguyên thông tin.
Do vậy, có thể sử dụng mạng LAN để các trạm nằm trong mạng SCADA có thể chia sẻ thông tin đƣợc với nhau khi chúng đƣợc kết nối qua các phƣơng tiện truyền thông. Phƣơng thức kết nối là topology mạng. topology mạng là sự sắp sếp hình học của các nút và cáp nối mạng cục bộ. Các topology mạng đều thuộc hai loại: tập trung và phân tán.
Trong topology mạng tập trung, nhƣ mạng hình sao, có một máy tính trung tâm điều khiển việc thâm nhập mạng. Kiểu thiết kế này đảm bảo an toàn dữ liệu và sự quản lý trung tâm đối với các nội dung và các hoạt động của toàn mạng. Trong các topology phân tán nhƣ mạng Bus hoặc mạng vòng tròn, không có máy trung tâm, mà từng trạm công tác có thể xâm nhập vào một các độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công tác khác. Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vi một khu vực hạn chế đƣợc nối với nhau bằng các dây cáp chất lƣợng tốt, sao cho những ngƣời sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi và sử dụng các chƣơng trình cũng nhú các dữ liệu đã đƣợc lƣu trữ trong một máy tính dành riêng gọi là máy dich vụ tệp.
Khác nhau nhiều về quy mô và mức độ phức tạp, SVTH: Nguyễn Hữu Nguyên 11 Chương 1: Tổng quan về hệ thống SCADA mạng cục bộ LAN có thể chỉ liên kết và ba máy tính cá nhân và một thiết bị ngoại vi dùng chung đắt tiền, nhƣ máy in laser chẳng hạn. Các hệ thống phức tạp hơn thì có các máy tính trung tâm (máy dịch vụ tệp) và cho phép những ngƣời dùng tiến hành thông tin vơi nhau thông qua thƣ điện tử để phân phối các chƣơng trình nhiều ngƣời sử dụng , thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung.5 Thiết bị modem MODEM( Modulator/Demodulator) là một thiết bị biến đổi các tín hiệu số do cổng nối tiếp của máy tính phát ra thành các tín hiệu dạng tƣơng tự đƣợc điều biến, cần thiết để truyền qua đƣờng điện thoại. Ngƣợc lại, nó cũng biến những tín hiệu tƣơng tự nhận đƣợc thành các tín hiệu số tƣơng đƣơng đƣơng. Trong điện toán cá nhân, ngƣời ta thƣờng dùng MODEM để trao đổi các chƣơng trình và dữ liệu với những máy tính khác và truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến nhƣ Dow Jones News/Retrieval Service MODEM là danh từ rút gọn của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến).
Việc điều biến này là cần thiết vì các đƣờng dây điện thoại đƣợc thiết kế để xử lý tiếng nói con ngƣời, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300Hz đến 3000Hz trong những cuộc nói chuyện điện thoại bình thƣờng (từ giọng nói trầm đến giọng thanh). Tốc độ truyền dữ liệu của một MODEM đƣợc tính bằng đơn vị bit mỗi dây hay là bps (về kỹ thuật), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này đƣợc dùng lẫn lộn. Chọn MODEM tƣơng đối đơn giản: chọn loại tốc độ chậm (300 hoặc 1200 bps) hoặc loại tốc độ nhanh (2400 bps). Tuy nhiên, hiện nay có nhiều khả năng chọn MODEM hơn.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống scada Các máy vi tính sử dụng trong hệ thống SCADA phải đạt tiêu chuẩn cao cả về cấu hình và chất lƣợng, là máy tính đặc chủng đƣợc sản xuất dùng riêng trong công nghiệp.
Hiện nay máy tính thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất là các dòng máy tính công nghiệp của Dell và HP. Đối với các máy trạm thƣờng sử dụng máy Workstation mới nhất của HP là Z600 có cấu hình tối thiểu nhƣ sau: HP Z600 WORKSTATION CPU Intel Xeon E5504 2.00 4MB/800 QC CPU -1 RAM HP 2GB (2x1GB) DDR3-1333 ECC 1-CPU RAM OS Genuine Windows Vista® XP Professional 32-bit Hard Drive HP 160GB SATA 7200 1st HDD Video Card NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics Mouse HP Optical 3-Button Mouse SVTH: Nguyễn Hữu Nguyên 12 Chương 1: Tổng quan về hệ thống SCADA Key board HP USB Standard Keyboard Monitor HP LCD 21” Đối với máy chủ (Server) cần phải đặt hàng các máy chuyên dụng có khả năng xử lý và lƣu trữ dữ liệu tốt nhất. Để máy vi tính có thể làm việc trong một thời gian thì phải thực hiện bảo trì thƣờng xuyên. Công việc bảo trì có thể làm hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng hoặc kiểm tra hàng năm.
- Những yêu cầu chung về phần cứng: Máy tính PC dùng để thu thập và điều khiển phải mang tính phổ thông và có khả năng giao tiếp tốt với các hãng thiết bị phần cứng khác nhau. Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các phần mềm và phần cứng khác. - Những yêu cầu chung về phần mềm: Có khả năng tƣơng thích với các giao thức (Protocol) thông dụng. Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết.
- Về dịch vụ SCADA: Có khả năng thu thập, lƣu trữ, sử dụng số liệu đƣợc ít nhất trong một năm. Cung cấp sự giao tiếp và giao diện dễ dàng cho ngƣời sử dụng và vận hành. Dể dàng cho ngƣơì dùng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong giám sát cũng nhƣ in báo cáo. Giúp thao tác điều khiển từ xa dễ dàng, tuy nhiên vẫn phải bảo đảm thao tác điều khiển bằng tay.
- Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý.7 Truyền tin trong hệ SCADA - Các dạng truyền tin trong hệ SCADA Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu đƣợc trong hệ thống SCADA 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 đƣợc chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn các tiêu chuẩn nhƣ: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin đƣợc chọn phải tƣơng thích với thiết bị trƣờng và máy chủ Server.
Một số thiết bị có thể sử dụng đƣợc để truyền dữ liệu trong hệ SCADA nhƣ sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến; các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ RTU, GPS. Tuỳ theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó. SVTH: Nguyễn Hữu Nguyên 13 Chương 1: Tổng quan về hệ thống SCADA Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU đƣợc thiết kế đặc biệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu đƣợc nhiễu điện từ…). Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục truyền tin IEC-870-5-101.
Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là Profibus. - Truyền tin số Truyền tin số là truyền đi các bản tin số ( mã dƣới dạng bit, byte…) từ nơi phát đến nơi thu có những tín hiệu truyền để đãm bảo truyền số liệu. Truyền từ ứng dụng này đến một ứng dụng khác, trong truyền tin công nghiệp thƣờng là: giữa một ứng dụng chủ với ứng dụng slave hay giữa một ứng dụng khách hàng với ứng dụng server phục vụ hoạc giữa các ứng dụng chủ với các ứng dụng slave của mỗi master với nhau, hay giữa các master với nhau. - Truyền tin hiện trƣờng Việc truyền tin hiện trƣờng nhàm đảm bảo việc máy chủ thƣờng xuyên thông tin với các PLC hay RTU.
Các thông tin đƣợc 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 thƣờng là lệnh read các loại số liệu của PLC hay RTU và một vài lệnh write một số hệ số bằng số gán địa chỉ hay đơn vị cho các số đó. Các bản tin tức thời thƣờng đƣợc gửi về các số lƣợng trạng thái đo của PLC hay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận đƣợc.