1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ SCADA
1.1 Tổng quan chung về SCADA:
a. Định nghĩa:
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu. Điều khiển ở đây là điều khiển một cách giám
sát. SCADA khác với các hệ thống điều khiển DCS ở chỗ, các hệ DCS là một
hệ thống điều khiển phân tán trên mạng diện rộ
ng và cơ chế điều khiển được
giao cho cả các phần tử cấp dưới, trong khi hệ thống SCADA thiên về giám
sát và thu thập dữ liệu trên mạng tập trung, mọi thao tác lên hệ đều dưới sự
điều khiển của trung tâm.
b. Chức năng và vai trò:
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 môi 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 hiệ
n 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 mộ sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo mộ

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 rằ
ng 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 dàng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ
đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắn về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng
trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ gi
ảm 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.
1.2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ:
Các hệ thống SCADA được dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy
nước sạch, trạm xử lý nước sạch, hàng h
ải…
Hệ thống SCADA của ngành điện Việt nam hiện nay được chia thành ba cấp:
cấp quốc gia, cấp Bắc Trung Nam và cấp tỉnh. Khi hệ thống trở thành phức tạp
hơn, có thể sẽ có cấp huyện. Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi và điều
khiển các nhà máy phát điện, các đường dây/trạm 500kV và các đường
2
dây/trạm 220kV lớn. Ba trung tâm điều độ miền theo dõi và điều khiển các
đường dây/trạm 220kV và các đường dây/trạm 110kV lớn trong khu vực
mình. Các trung tâm điều độ cấp tỉnh theo dõi và điều khiển hệ thống phân
phối điện trong khu vực của mình.
Các hệ thống SCADA dùng RTU ngày càng được thay thế bởi PLC, trong hệ
SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền cũ
ng đang ngày
càng đi theo xu thế này.
Việc xây dựng các hệ thống SCADA dùng PLC sẽ đem lại các lợi thế sau:
• Kinh phí sẽ thấp hơn nhiều.

• Các hệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khoá, nút ấn… Do đó chúng rất
cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.Ngoài ra còn rất khó khăn trong việc
lắp đặt, kiểm định, vận hành, giám sát, bảo dưỡng. Tuy nhiên công việc
này sẽ rấ
t đơn giản nếu chúng ta sử dụng hệ SCADA dùng PLC.
• Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cậm với công nghệ PLC hơn và do đó khả
năng thiết kế, nâng cấp và làm chủ công nghệ dễ dàng hơn.
• Mua thiết bị dễ dàng hơn.
• Dễ bảo dưỡng và thay thế các thiết bị.
• Đặc biệt với hệ SCADA thì việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê,
phân tích hệ thống rất dễ dàng.
• Các hệ thống SCADA sẽ trở nên đơn giản hơn và phổ biến hơn trong
tương lai bởi lẽ các thiết bị trong lĩnh vực tự động hoá đang ngay càng
phát triển mạnh.

PC data store PC control and supervisory PC communication
PLC RTU PLC PLC RTU
Trasmitter sè
Sensor
C¬ cÊu
chÊp hμnh
Sensor
Trasmitter sè
SCADA ph©n xuëng
Trasmitter sè
Sensor
RTUPLC
SCADA ph©n xuëng SCADA ph©n xuëng
RS-485
RS-485 RS-485

ETHERNET

Hình 1:
1.3 Kết cấu của một hệ SCADA
3
Nói một cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC ở phòng điều
khiển trung tâm, các RTU( remote terminal unit) hay PLC(programable logic
controller) ở các trạm xa và thiết bị thông tin để kết nối hai phần trên với
nhau.
Kết cấu phần mềm của phần PC ở phòng điều khiển trung tâm được thể hiện
trong bảng Hình 1. Chúng ta sẽ thấy các chức năng của các PC của hệ thống
SCADA tương tự như phầ
n HMI của hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ
phòng điều khiển trung tâm, thu thập dữ liệu, quản l ý các số liệu, quản lý báo
động, báo cáo.
Các hệ thống SCADA cũ chạy trên môi trường DOS, VMS hay UNIX. Các hệ
thống mới hơn chạy trên nền của Windows, Linux.
































Thiết
kế giao
diện
Thư
viện
sẵn
có
Môi
trường
phát triển
SCADA
Lập

chương
trình
Thiết
kế vào
ra


HMI
Đồ
thị
Hiển
thị
cảnh
báo
Kho chứa các
Active X
ActiveX
điều
khiển
ứng
dụng
thứ 3
SCADA Client
TCP/IP
Chuyển đổi thành các dạng
CSDL có kết nối dạng ODBC
Quản lý vào ra
I/O
Quản lý và xử lý dữ liệu theo thời gian thực
Dữ liệu

chương
trình
Dữ
liệu
thời
gian
thực
Dữ
liệu
báo
động
Dữ
liệu
quá
trình
Dữ
liệu
lưu
trữ
S
Q
L
SCADA Server
PLC RTU
4

Hình 2: Kiến trúc phần mềm Client/Server của hệ SCADA

a. SCADA Server
SCADA Sever chính là máy Server của hệ thống SCADA ở trung tâm

được nối với các RTU hay PLC. Trong cấu trúc phần mềm máy chủ Server
đó 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 l
ập cấu hình truyền thông để kết nối
với thiết bị hiện trường.
b. 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 (Human Machine Interface) kết nối với dữ liệu của máy
Server để hiển thị hoặc điều khiển. Tứ là các máy Client nay 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.
c. PLC- RTU
RTU được định nghĩa là một thiết bị được điều khiển bằng bộ vi xử lý, có
khả năng xử lý các đầu vào ra theo thời gian thực, thu thập số liệu và báo
động, báo cáo về SCADA Server, và thi hành các lệnh của SCADA Server.
Theo truyền thống, hệ thố
ng SCADA thường sử dụng các thiết bị RTU.
Nhưng ngày nay, với sự phát triển của PLC, các nhà tích hợp hệ thống thích
dùng PLC thay vì RTU cho việc thiết kế cho nhiều hệ thống SCADA.
Các RTU và các PLC được nối với các I/O tại các trạm. Các đầu vào, qua
RTU hay PLC cho các thiết bị SCADA ở phòng điều khiển trung tâm biết
trạng thái của hệ thống tại hiện trường.Thiết bị SCADA có thể điều khiển
bằng cách thao tác đầu ra, c
ũng như qua các RTU hayPLC.
Như vậy, RTU và PLC là thiết bị được trực tiếp nối với I/O và trung tâm
điều khiển tín hiệu.












Client Client
Lưu trữ
Server
Dữ liệu
Server
Dữ liệu
Server
Ethernet
5




Hình 3: Kiến trúc phần cứng Client/Server của hệ SCADA



1.4 Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA:
a. Phần cứng

Tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm
khác nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những
phần sau:
• Máy tính PC với các dịch vụ truyền thông chuẩn và các chương trình
giao di
ện đồ hoạ được thiết kế sẵn.
• Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable
Logic Controller).
• Các transmitter/RTU số thông minh.
• Card mạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thật và
điều khiển.
b. Phần mềm
Phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ
thể của một hệ SCADA. Phần m
ềm 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 chuuyển các
báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê, dạng
biểu đồ hay dạng đồ th
ị.
1.5 Truyền tin trong hệ SCADA
a. 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 chổntng một hệ
SCADA phải thoả mãn các tiêu chuẩn như: giải tố
c 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, phạ
m vi của từng hệ
Controller Controller Controller Controller
6
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 IEC-870-5-101. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng
PLC dùng thủ tục truyề
n tin là Profibus.






Bảng dưới đây tổng kết lại các dạng truyền tin thường dùng trong hệ
SCADA:

Truyền tin Kiểu truyền tin Tiêu chuẩn thường dùng
Máy chủ với IDE hiện
trường
Không đồng bộ kiểu
multidrop

RS-485
PLC thu thập với IDE
hiện trường
Không đồng bộ kiểu
multidrop
RS-485
Máy chủ với máy dự
phòngDMS, EMS,
DTS
Đồng bộ kiểu multidrop Ethernet
Máy chủ với SCADA
cấp trên
Không đồng bộ kiểu
singledrop
RS-232 + tải ba, modem
Hay Ratio 450Hz
SCADA với các ứng
dụng khác
Bản tin qua bộ nhớ DDE (Dynamic Data
Exchange)
SCADA với các thư
viện
Đọc/viết thư viện DLL(Dynamic Link
Library)
SCADA với các hệ
điều hành
Quản lý các cửa sổ Windows
SCADA với máy in Song song, nối tiếp RS- 232, ASII
b. Truyền tin số
c. Truyền tin hiện trường

1.6 Những yêu cầu chung về một hệ SCADA
a. 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.

7
b. 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.
c. 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 dụ
ng 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.
d. Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý.


Các trạm điện 220kV trong lưới điện Việt Nam năm 2005
Các trạm
220kV khu
vực miền Bắc
Chế độ cực đại Chế độ cực tiểu
P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr)
Yên Bái 50,7 -2,2 30,8 1,8

Thái Nguyên 50,3 -18,2 33,5 -8,0
Bắc Giang 55,4 -2,3 19,1 -47,4
Quảng Ninh 53,4 96,5 1,2 63,6
Sóc Sơn 174,2 57,4 123,2 71,0
Việt Trì 102,7 72,0 47,6 0,4
Tràng Bạch 21,2 -100,4 10,0 -58,9
Phả Lại (phía
110kV)
255,8 148,0 87,8 29,1
Vật Cách 71,7 8,6 36,3 -21,9
Hải Phòng 110,2 97,4 53,3 44,1
Phố Nối 101,1 72,6 69,8 81,0
Mai Động 185,6 73,3 107,0 -39,0
Hà Đông 414,0 262,4 96,8 32,4
Chèm 410,4 230,0 79,2 40,4
Xuân Mai 87,6 28,0 30,7 34,3
Thanh Hoá 164,1 43,7 32,9 33,3
Ninh Bình 147,6 -24,4 44,0 17,2
Nam Định 99,0 44,7 41,0 77,5
Thái Bình 106,0 64,0 20,9 -50,3
Nghi Sơn 77,6 29,6 12,6 -38,0
Vinh 89,2 8,8 48,6 9,8
Hà Tĩnh 111,0 18,2 15,1 -58,5
8
Đồng Hới 60,2 37,0 25,0 11,6
Huế 98,4 88,7 45,4 13,3
Hoà Khánh 74,9 -9,8 53,8 -0,4
Đà Nẵng 152,5 104,4 66,1 40,9
Dốc Sỏi 101,0 98,5 38,2 3,8
Llêiku 73,2 47,3 29,4 9,6

Qui Nhơn 98,0 52,8 70,9 41,1
Krongbuk 59,2 39,9 28,6 9,6
Nha Trang 97,4 38,4 49,2 17,0
Đa Nhim 89,4 56,2 39,7 19,0
Đại Ninh 22,6 3,0 6,3 -13,1





Các trạm 220k
V
khu vực miền
Nam
Chế độ cực đại Chế độ cực tiểu
P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr)
Bảo Lộc 74,9 39,9 26,9 10,6
Hàm Thuận 48,1 29,8 18,0 18,9
Long Bình 206,6 115,6 121,8 28,6
Long Thành 118,0 -52,6 69,6 13,2
Trị An 36,2 9,6 29,4 18,6
Sài Gòn 323,0 355,4 113,4 -252,3
Bình Hoà 216,0 157,8 116,6 154,4
Tân Định 69,2 8,5 64,4 79,9
Hóc Môn 251,4 183,6 164,4 147,8
Cát Lái 235,6 173,2 141,2 120,6
Tao Đàn 278,0 105,0 193,0 153,6
Phú Lâm 251,0 15,4 192,2 179,4
Nam Sài Gòn 83,2 4,6 77,8 74,6
Nhà Bè 173,2 219,8 157,2 -95,0

Cai Lậy 123,2 57,6 54,2 -94,5
Mỹ Tho 111,7 21,4 58,1 29,5
Phú Mỹ 119,8 244,6 107,5 147,8
Bà Rỵa 4,6 -67,1 14,8 -67,1
Vũng Tàu 31,6 -11,1 17,6 -44,6
Vĩnh Long 65,0 -14,0 67,0 59,6
Trà Nóc 44, 0 13,3 69,1 0,9
Thốt Nốt 46,6 -43,8 49,0 30,8
9
Rạch Giá 90,0 -10,2 80,8 27,6
Bạc Liêu 67,1 27,0 45,4 6,9
Kiên Lương 31,8 -12,2 13,2 -45,2
Châu Đốc 67,6 14,0 12,9 -30,5
Tà Keo 189,5 96,5 82,4 -48,0
Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam
Quá trình phát triển của công nghệ điều khiển hệ thống điện:
Từ những năm 1970, hệ thống máy tính đã được ứng dụng rộng rãi
trong các trung tâm điều độ hệ thống điện lớn trên thế giới. Lúc đầu, hệ thống
máy tính phục vụ việc quản lý kỹ thuật, quản lý các dữ liệu, các thiết bị trên
hệ thống điện và ph
ục vụ việc tính toán các bài toán rời rạc, đơn lẻ. Dần dần
các phần mềm chuyên dụng phục vụ quản lý, điều hành hệ thống điện được ra
đời.
Vào đầu những năm 1980,, hầu hết các trung tâm điều khiển của các hệ
thống điện lớn trên thế giới đã được trang bị “Hệ thống thu thập dữ liệu và
giám sát điề
u khiển” gọi tắt là SCADA. Chức năng cơ bản của hệ thống
SCADA là thu nhận tự động, xử lý các dữ liệu, hiển thị trên màn hình bảng sơ
đồ các tín hiệu thời gian thực của các phần tử trên hệ thống điện như: tần số,
điện áp các điểm nút, thông số vận hành (công suất tác dụng, công suất phản

kháng, dòng điện, điện áp, nhiệt
độ, áp lực dầu…) của các thiết bị (máy phát
điện, máy biến áp, đường dây điện…). Nó hiển thị trạng thái làm việc của tất
cả các thiết bị đóng cắt, tăng giảm nấc phân áp của máy biến áp… giúp cho
các kỹ sư điều hành hệ thống điện điều khiển từ xa, theo dõi, giám sát sự làm
việc của toàn bộ hệ thống điện.
Nguyên lý làm việ
c của hệ thống SCADA:
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 b
ị 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