HỆ THỐNG SCADA - EMS

2018

(Lưu hành nội bộ)

1


MỤC LỤC

-TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP

DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN..............................................................
-ỨNG DỤNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN.......................................................
-ỨNG DỤNG SCADA TRONG ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN........................

2


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP
DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Khái quát chung về scada
Tổng quan chung về scada
SADA ( Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong
việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường. Để
có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCASA phải có hệ thống truy cập, truyền
tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy ( HMI – Human Machine Interface).

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không
chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người
– máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Vì lý
do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận

3


hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel …
chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng
và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu
trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được
đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ
vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công
nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế
xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải
pháp tích hợp hệ thống.
Chức năng và vai trò của SCADA
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. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là
một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc
làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của nó 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 đắng
về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều
khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề
nhân lực, về vận hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản
phẩm, tăng sức cạnh tranh.

Nguyên lý hoạt động của SCADA
Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình
các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để
thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU
(với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho
phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi
nhiệm vụ.


Xử lý dữ liệu
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số
(digital) hay dạng xung (pulse)
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình
giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để
hiển thị toàn bộ hệ

thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu
được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi
theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian,
hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ diện đồ liệu này trên màn hình giao
họa (GUI) dưới dạng đồ thị.
Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống
xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử
lí sau:
Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung
lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ
nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho
đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều
được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông
hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự
phòng này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có
thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…).


Nguyên lý hoạt động
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 kinh 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. Từ thập kỷ 90 trở lại đây, các hệ thống tích hợp
thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát được ứng dụng và phát triển rộng rãi. Chức năng
cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nó được trang bị thêm nhiều phần mềm ứng
dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấy các dữ liệu thời gian thực của hệ thống, đưa vào
tính toán và cho ra kết quả bằng các lệnh điều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ
thống điện hoặc đưa ra các khuyến cáo cụ thể cho các kỹ sư điều hành thực hiện nhằm
đảm bảo sự làm việc của hệ thống điện được ổn định, an toàn và kinh tế nhất.
Các phần mềm ứng dụng thông thường đi kèm là:
Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control).
Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch).
Phân tích chế độ đột biến (CA: Contingency Analysis).
Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation).
Tính toán trào lưu công suất (DLF: Dispatch Load Flow).
Tối ưu hoá trào lưu công suất (OPF: Optimal Power Flow).
Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast).
Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning).

Sự phân cấp quản lý của hệ thống scada
Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với mọt hệ thống
công nghiệp bất kỳ. Đặc thù của HTĐ là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên
một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm
việc khác nhau. Do đó việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm để đảm nhiệm tất
cả các chức năng giám sát và điểu khiển hết sức phức tạp. Chính vì vậy, tùy theo mức độ
quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát, điều khiển mà các chức năng giám sát,

điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau.


Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát
Hệ thống SCADA cho hệ thống hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm
quản lý, thông thường được chia thành ba phân cấp cơ bản sau đây:
Cấp chấp hành
Các chức
năng
chính
củaxác
cấp
chấp
là đo
dẫnhay
động
và chuyển
hiệu trong
trường
hợp
cần
thiết.
Thực
tế,vàđo
đanhanh
sốhành
các
bịlường,
cảm
chấp

hành
có phần
điều
khiển
riêng
cho
việc
thực
hiện
lường
/ thiết
truyền
động
được
chính
nhạy.
Các
thiếtbiến
vi xửcũng
lýđổi tín
bịthông minh (có bộ


riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp
trên điều khiển.
Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các
thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các bộ chấp
hành. Máy tính đảm nhận việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác
như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay,

… Đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành
hay 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 khiển giám sát
Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ 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. Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện
các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển
theo công thức. Việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển và giám sát thường
không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài máy tính thông thường.
Các yêu cầu chung của hệ thống scada
Chức năng giám sát
Giám sát và đảm bảo được tính chính xác toàn bộ các thông số vận hành của hệ
thống như dòng điện, điện áp, cống suất, tần số, vị trí nấc của máy biến áp.Giám sát
được các trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống. Đó là trạng thái đóng/mở
của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa…
Chức năng diều khiển
Quá trình điểu khiển phải chính xác, tin cậy
Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng/mở máy cắt, dao cách ly, điều
khiển chuyển nấc phân áp của máy biến áp…. Từ
xa(từ
Trung tâm điều độ


vùng/miền hoặc quốc gia) phải đảm bảo tuyệt đối tin cậy, không được nhầm lẫn, có
nghĩa là các thao tác phải được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữa máy
cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan tuân theo quy trình quy phạm vận hành của hệ
thống.

Cài đặt thông số từ xa

Khi có sự thay đổi về cấu trúc của lưới hoặc nâng cao công suất chống quá tải thì
các thông số vận hành của lưới và thiết bị sẽ thay đổi, vì vậy ta cần phải đặt lại thông số
chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị đo đếm như đồng hồ
và công tơ cho phù hợp thực tế. Việc cài đặt này có thể được thực hiện từ xa tại các
Trung tâm điều độ vùng/miền hoặc quốc gia.
Quản lý và lưu trữ dữ liệu
Giám sát được các sự cố xảy ra trên lưới cũng như các thiết bị, cảnh báo sự cố
bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên mà hình hiển thị, ghi lại các chuỗi sự kiện,
sự cố xảy ra và xác định chuẩn đoán sự cố.
Tất cả các chức năng trên của hệ thống phải được bảo mật ở mức cao nhất và
tuyệt đối tin cậy.
Tính năng thời gian thực
SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong thời gian
thực, do đó tính năng thời gian của hệ thống là rất cần thiết và quan
trọng. Sự hoạt động bình thường của hệ
thống kỹ thuật nói chung, hệ thống


điện nói riêng làm việc trong thời gian thực không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, đúng
đắn kết quả đầu ra, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả.
Độ nhạy nhanh: tốc độ truyền thông tinh hữu ích phải đủ nhanh để đáp
ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể.
Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản
ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm.
Độ tinh cậy, kịp thời: đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu
một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác định.
Tính bền vững: có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gây thiệt hại
thêm cho toàn bộ hệ thống.
Tổng quan về cơ cấu hệ thống scada
Từ sự phân cấp quản lý hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu cũng như

yêu cầu chung của hệ thống SCADA nêu trên, một hệ thống SCADA cần có cơ cấu cơ
bản như sau:
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU
(Remote Termial Units) hoặc là các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC
( Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm
biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành...).
Trạm điều khiển và giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm
( Central host computer server).
Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị
viễn thông và các thiêt bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường
đến các khối điều khiển và máy chủ.
Giao diện người – máy HMI ( Human – Machine Interface): là các thiết bị hiển thị
quá trình xử lý dữ liệu để người vân hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ
thống.


Hình 1.3 Hệ thống SCADA
Theo các thành phần, có một cơ chế thu thập dữ liệu như sau:
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình
các RTU quyeets thông tinh có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian
để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong.
Các máy chủ quét RTU ( với tốc đọ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các
RTU gửi tính hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.
Trong quá trình truyền tải dữ
liệu, dữ liệu có thể
là dạng liên tục
( analog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse).
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện
đồ họa GUI ( Graphical User Interface) dùng để hiện thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám

sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiển thị dưới dạng
hình ảnh tĩnh., khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian,
hệ SCADA thường hiển thị quá trình thay đổi dữ diện đồ liệu này trên màn hình giao
họa GUI dưới dạng đồ thị.
Một ưu điểm lớn nhất của hệ
SCADA là khả
năng xử lý lỗi rất thành
công khi hệ thống xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố, hệ SCADA có thể lựa chọn một
trong các cách xử lí sau:
Sử dụng dữ liệu cất giữ các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng
bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ
của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến
khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống:


Hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví
dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy
chủ… Các bộ phận dự phòng nãy sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố
hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…).
Thành phần hệ thống scada
Phần cứng
Một hệ

thống SCADA bao gồm một số
các thiết bị
đầu cuối
RTUs(Remote Termote Terminal Units) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu quay
trở lại trạm chủ thông qua một hệ thống truyền thông. Trạm chủ hiển thị các dữ liệu thu

được và cho phép người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa.


Các dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hóa các hoạt động nhà máy và
quá trình. Lợi ích khác của hệ thống SCADA là hiệu quả hơn, độ tin cậy cao, chi phí thấp
và quan trọng nhất là an toàn hơn trong hoạt động.
Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ cơ bản sau:
Thiết bị đo và thiết bị điều khiển
Trạm đầu cuối và thiết bị đầu cuối RTU
Hệ thống truyền thông
Các trạm thu thập dự liệu
Hệ thống xử lý dữ liệu
Phần mềm
Phần mềm SCADA có thể được chia thành hai loại, thuộc quyền sở hữu hoặc
nguồn mở. Các phần mềm thuộc quyền sở hữu là các phần mềm SCADA nhà cung cấp
hệ thống SCADA thiết kế ra để giao tiếp với phần cứng của họ. Vấn đề chính với hệ
thống này là sự phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp hệ thống. Vì vậy các phần
mềm mở được sử dụng phổ biến hơn vì khả năng tương tác của họ mang lại cho hệ
thống. Thường 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
trường 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 người 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

Phương 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
Cáp truyền thông
Có rất nhiều loại cáp truyền thông được sử dụng trong hệ thống SCADA Thông tin
trong ngành Điện lực được truyền tải thông qua các hình thức
sau:
Các kênh sử cao tẩng theo tuyến đường dây tải điện PLC(Power Line
Carrier)
Sử dụng các đường dây điện lực, dây chống sét hoặc các đường cáp đặt
cách ly trong chúng để tạo kênh cao tần truyền tin.
Việc sử dụng đường dây điện lực để truyền thông tin cao tần được 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 đường dây chống sét(DCS) truyền tin được
thực hiện theo các sơ đồ:DCS – DCS, DCS Dây đất, hai DCS – Dây đất.
Các đường cáp đặt cách ly trong đường dây điện lực hoặc trong dây chống sét cũng
được thực hiện theo các sơ đồ tương tự.
Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thường
sử dụng loại cáp đồng trục.
Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1
– 10cm
Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm.


Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc theo đường dây truyền tải điện.

Các kênh thuê của nghành bưu điện
Hiện nay trong nghành Điện lực, hình thức truyền tin cao tần theo đường dây tải
điện, vô tuyến chuyển tiếp và kênh cáp quang được sử dụng rộng rãi hơn cả.
Tổng quan về mạng cục bộ lan
Mạng cục bộ LAN( Local Area Network) được 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 được với nhau khi chúng được kết nối qua các
phương tiện truyền thông. Phương 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, như 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 như 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 được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt, sao cho những
người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi và sử dụng các
chương trình cũng nhú các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tính dành riêng gọi là
máy dich vụ tệp. Khác nhau nhiều về quy mô và mức độ phức tạp, 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, như
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 người dùng tiến hành thông tin vơi nhau thông qua thư
điện tử để phân phối các
chương trình nhiều người sử
dụng , thâm nhập vào các cơ
sở dữ liệu dùng

chung.


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 tương tự được
điều biến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại. Ngược lại, nó cũng biến những tín
hiệu tương tự nhận được thành các tín hiệu số tương đương đương.

Trong điện toán cá nhân, người ta thường dùng MODEM để trao đổi các chương trình và
dữ liệu với những máy tính khác và truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến như 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 đường dây điện thoại được thiết kế để xử lý tiếng
nói con người, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300Hz đến 3000Hz trong những cuộc
nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng nói trầm đến giọng thanh). Tốc độ truyền dữ
liệu của một MODEM được tính bằng đơn vị bit mỗi dây hay là bps (về kỹ thuật), không
phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này được dùng lẫn lộn.
Chọn MODEM tương 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.
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 lượng, là máy tính đặc chủng được sản xuất dùng riêng trong công
nghiệp. Hiện nay máy tính thường được sử dụng nhiều nhất là các dòng máy tính công
nghiệp của Dell và HP.
Đối với các máy trạm thường sử dụng máy Workstation mới nhất của HP là Z600
có cấu hình tối thiểu như sau:
HP Z600 WORKSTATION
CPU
Intel Xeon E5504 2.00 4MB/800 QC CPU 1

RAM
HP 2GB (2x1GB) DDR31333 ECC 1CPU RAM
OS
Genuine Windows Vista® XP Professional 32bit
Hard Drive
HP 160GB SATA 7200 1st HDD
Video Card
NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics
Mouse
HP Optical 3Button Mouse
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 lưu trữ dữ liệu tốt nhất.
Để máy vi tính có thể làm việc trong một thời gian thì phải thực hiện bảo trì thường
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 tương 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, lưu trữ, sử dụng số liệu được ít nhất trong một
năm. Cung cấp sự giao tiếp và giao diện dễ dàng cho người sử dụng và vận hành. Dể
dàng cho ngươì dùng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong giám sát cũng như 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.
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 được 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 được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn các tiêu chuẩn như: giải tốc
độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ
thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị trường và máy chủ Server. Một số
thiết bị có thể sử dụng được
để truyền dữ
liệu trong hệ
SCADA như
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.
Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc biệt cho
ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu điện từ…). Các
thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục truyền tin IEC8705101.
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 dưới 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
thường 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 trường
Việc truyền tin hiện trường nhàm 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 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 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.

ỨNG DỤNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng của các hệ thống thông
tin đo lường điều khiển xa ngày càng rộng. Xét trong phạm vi một nhà máy điện, đó là hệ
thống tự động hoá nhà máy, đối với trạm biến áp là hệ thống tự
động hoá trạm (Substation Automation System SAS). Từ năm 1994 cùng với
việc xây dựng hệ thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia ra
đời với phần trung tâm của nó là hệ thống SCADA (Supervisory Control And
Data Acquisition). Sau đó lưới điện phân phối của các công ty Điện lực cũng từng bước
được áp dụng hệ thống SCADA/EMS (Energy Management System), mở ra một triển
vọng vận hành HTĐ an toàn, liên tục và kinh tế.


Nguyên lí làm việc

 Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA như sau:
Thu thập dữ liệu:
+ 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 luỹ theo thời gian: 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), 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)
Giám sát: Dữ liệu thu thập từ các trạm về trung tâm điều khiển sẽ được máy
tính xử lý:
+ Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các dạng đồ thị xu hướng.
+ 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.


Các chức năng 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.
Các chức năng EMS trong lưới truyền tải

Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) cung cấp cho Trung tâm Điều độ


phương tiện để điều khiển và vận hành một cách tối ưu HTĐ. 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 thuỷnhiệt 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 phân phối động hóa lưới
DAS (Distribution Automation System).
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 mang tải
v.v...

hoặc theo mức


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


ỨNG DỤNG SCADA TRONG ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN
Scada trạm và các chức năng của scada trạm
SCADA trạm là một hệ thống tự động hoá bằng máy tính và sử dụng các
transmitter/sensor thông minh để
giúp việc giám sát, thu thập số
liệu và điều
khiển hoạt động của trạm. Cấu trúc chủ yếu của trạm là gồm: máy tính làm
nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, hiển thị số liệu và xử lý số liệu để điều khiển trạm, để kết nối
thông tin với các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh.
SCADA trạm có các chức năng cơ bản sau:
Thu thập số liệu các thanh cái của trạm bao gồm bộ các thông số(U, I, P,Q…)
của các phần tử và trạng thái của các thiết bị trong trạm(chủ yếu là trạng thái máy
cắt, trạng thái cầu dao, điện áp trên thanh cái… ).
Thực hiện các lệnh theo yêu cầu của người điều hành hệ thống và người trực
trạm đưa ra hoặc của SCADA điều độ
cấp trên. Việc điều khiển chủ
yếu là
đóng cắt các máy cắt và điều chỉnh tăng giảm nấc phân áp của máy biến áp.
Cung cấp giao tiếp người máy với người điều hành hay người trực trạm: các
control pannel, các bảng mạch mà trên đó ta dùng để biểu thị các thiết bị, thông số giờ
đây ta thay thế bằng giao tiếp bởi màn hình, chuột, bàn phím. Giao
diện người – máy(HMI) của SCADA trạm cho phép người dùng dễ dàng hơn
trong việc giám sát, thu thập dữ liệu, điều khiển, quản lý hệ thống và vận hành trạm.
Ghi nhận, quản lý, lưu giữ lịch sử vận hành trạm, lịch sử các sự kiện như: báo
động, sự cố; lưu trữ các quá trình thao tác trong hệ. Điều này sẽ rất có ích trong việc phát
hiện và sử lý khi có lỗi xảy ra.

Quản lý cơ sở dữ liệu lịch sử của trạm để phục vụ trong việc in báo cáo với cấp
trên, gửi số liệu lên SCADA điều độ cấp trên.
Có một cơ chế tự động tạo và in các báo các khi cần thiết.
Có khả năng truyền thông với cấp trên như: nhận lệnh từ cấp trên đưa xuống và
tiến hành gửi các báo cáo theo yêu cầu của cấp trên.
Truyền tin với cấp dưới của SCADA trạm là các transmitter, sensor, cơ cấu chấp
hành.
Các kiến trúc của scada trạm
Hiện nay các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh, các transmitter số hợp
bộ, các RTU và các PLC đang phát triển mạnh và bắt đầu được ứng dụng


ngay càng rộng rãi hơn trong hầu hết các ngành công nghiệp từ các khu chế biến thực
phẩm, nơi các nhà máy xí nghiệp sản xuất mà dường như trước đây không mấy khi sử
dụng đến các thiết bị tự động hoá, cho đến các khu chế xuất, các khu công nghiệp. Ở một
số nước tiên tiến, các hệ thống SCADA sử dụng RTU hay PLC đang ngày càng được
phát triển. Tuy nhiên xu hướng người ta ngày càng sử
dụng PLC thay cho các RTU càng ngày càng được ưa chuộng hơn. Rất nhiều
phần mềm SCADA đã ra đời với nhiều hỗ trợ hơn cho người thiết kế hệ thống, một số
sản phẩm, thiết bị của nhiều hãng như Wonderware, Siemens, Nari… đã ra đời và được
đưa ra thị trường.
Nói chung, chúng ta có thể phân các sản phẩm này thành một số kiểu cấu trúc sau:

Kiến trúc kiểu PC/PLC
Sử dụng PC với PLC kết hợp với việc sử dụng hệ điều hành của Unix hay
Windows. Nó sử dụng các bộ biến đổi, các transmitter analog, các sensor để
thu thập số liệu. Kiểu kiến trúc này phù hợp hơn trong việc
ứng dụng vào
SCADA cho các trạm với quy mô nhỏ.Tuy nhiên giá thành sử dụng khá cao. Kiến trúc
kiểu RTU

Kiểu kiến trúc này dựa trên các thiết bị đầu cuối, các transmitter analog, các
sensor, cảm biến. Các thiết bị này sẽ thu thập trạng thái của hệ thống và đưa về máy tính
để xử lý số liệu và thông qua các bộ điều khiển đưa xuống cơ cấu
chấp hành. Kiến trúc dựa trên các RTU thưòng được ứng dụng trong việc
SCADA trạm với quy mô nhỏ và vừa. Ưu điểm của nó là giá cả rẻ song việc lắp đặt hệ
thống và thiết kế là không đơn giản. Trong tương lai kiểu này sẽ không còn được sử dụng
thông dụng nữa.
Kiến trúc dựa trên PC/PLC/Transmitter số: Kiểu kiến trúc này với máy