NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG của hệ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP sản XUẤT và TRUYỀN tải điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BÁO CÁO DỰ ÁN MÔN HỌC PROJECTS INDUSTRIAL COMMUNICATION NETWORKS ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ KIM TRÚC Sinh viên thực hiện: BÙI TRỌNG TOÀN LÊ THANH ĐẠT NGUYỄN HỮU HOÀNG LONG Lớp học phần: 19Nh36 Đà Nẵng, 2022 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VÀ THAM CHIẾU THEO MƠ HÌNH PHÂN CẤP .1 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Các ứng dụng SCADA hệ thống điện 1.2 Phân tích tham chiếu theo mơ hình phân cấp .3 1.2.1 Mơ hình phân cấp 1.2.2 Phân tích nguyên lý vận hành thiết bị có hệ thống Chương 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP TRUYỀN THƠNG CHO TỪNG CẤP 2.1 Phương án lựa chọn nhóm 2.2 Giao thức IEC61850 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 2.3 Giao thức IEC60870-5-104 2.3.1 Tổng quan 2.3.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 2.3.3 Thiết lập, kết nối cài đặt 2.4 Giao thức IEC60870-5-103 10 2.4.1 Tổng quan 10 2.4.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 10 2.4.3 Thiết lập, kết nối cài đặt 11 2.5 Giao thức Modbus TCP/IP 11 2.5.1 Tổng quan 11 2.5.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 11 i Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 2.5.3 Thiết lập, kết nối cài đặt 12 Chương 3: XÂY DỰNG CHI TIẾT HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG 13 3.1 Lựa chọn thiết bị nhà cung cấp 13 3.2 Giải pháp phần mềm .13 3.2.1 Công cụ lập trình điều khiển HMI .14 3.2.2 Cơng cụ trích xuất liệu 14 3.2.3 Phần mềm cấu hình rơ le .14 3.3 Kết nối cài đặt thiết bị 14 3.3.1 Mức điều khiển trạm (Station level) 15 3.3.2 Mức ngăn (Bay level) 16 3.3.3 Mức thiết bị (Process level) 17 ii Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1 – Ảnh minh họa thiết bị sử dụng tủ điện Hình 1.2 – Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA Hình 2.1 – Mơ hình hóa liệu IEC61850 .6 Hình 2.2 – Mơ hình cố dùng GOOSE .7 Hình 2.3 – Dịch vụ truyền thông IEC61850 Hình 2.4 – Sơ đồ truyền thơng đơn giản với giao thức IEC104 Hình 2.5 – Ví dụ cấu trúc giao tiêu chuẩn IEC103 11 Hình 2.6 – Ví dụ Modbus TCP/IP Message 12 Hình 3.1 – Trình tự thực thu thập quản lý liệu 13 Hình 3.2 – Sơ đồ kết nối hệ thống 15 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Bảng 2.1 – Phương án lựa chọn nhóm giao thức truyền thơng Bảng 2.2 – Mơ hình OSI giao thức IEC60870-5-104 .9 Bảng 2.3 – Các thông số giao thức IEC60870-5-104 .9 Bảng 2.4 – Đặc điểm sở kỹ thuật giao thức IEC60870-5-103 10 Bảng 3.1 – Bảng lựa chọn rơ le có hệ thống 13 Bảng 3.2 – Bảng lựa chọn máy tính hệ thống .16 iii Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VÀ THAM CHIẾU THEO MƠ HÌNH PHÂN CẤP 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Tổng quan Trong năm đầu hệ thống điện bắt đầu phát triển, nhà máy phát điện gắn với phụ tải địa phương tương ứng Nếu điều khơng thành cơng tồn hệ thống kết nối tuyến tính, bao gồm hệ thống phụ nhà máy phát điện, đường dây điện, kết nối, đèn tắt Khách hàng chưa thích nghi với việc phụ thuộc vào điện Sự cố điện, dù thường lệ hay khẩn cấp, coi lẽ tất nhiên Khi phụ thuộc vào điện ngày tăng, nhu cầu tìm cách cải thiện độ tin cậy tăng lên [1] Hình 1.1 – Ảnh minh họa thiết bị sử dụng tủ điện Các trạm phát điện đường dây điện kết nối với để cung cấp dự phòng Khi hệ thống mở rộng bắt đầu mở rộng quy mô, trở nên khó quản lý Cần có giải pháp để đối mặt với thách thức việc điều khiển thiết bị khoảng cách xa Để khắc phục điều này, nhân viên vận hành thường bố trí điểm quan trọng hệ thống lưới điện để theo dõi nhanh chóng ứng phó với cố phát sinh cố, hỏng hóc Họ liên lạc với nhân viên điều độ điện lực trung tâm, thường sử dụng điện thoại, để thông báo cho họ tình trạng hệ thống Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Nhiều tầng sản xuất, công trường từ xa nhà máy công nghiệp dựa vào nhân viên để giám sát thiết bị điều khiển tay thông qua nút nhấn học quay số tương tự Khi nhu cầu điện đáng tin cậy ngày tăng lao động trở thành phần đáng kể chi phí cung cấp điện, công nghệ SCADA phát triển cho phép giám sát điều khiển từ xa thơng số hệ thống 1.1.2 Các ứng dụng SCADA hệ thống điện 1.1.2.1 Ứng dụng SCADA cho trạm phát điện - Giám sát liên tục tốc độ tần số máy điện - Lập kế hoạch vận hành phát điện Kiểm sốt cơng suất phản kháng hoạt động Lên lịch tải - Xử lý liệu lịch sử tất tham số liên quan đến hệ Giám sát trạng thái cầu dao, rơ le bảo vệ thiết bị an toàn khác Máy theo dõi sức khỏe máy nguồn Trình tự ghi lại kiện 1.1.2.2 Ứng dụng SCADA cho hệ thống truyền tải điện - Dịch vụ định tuyến lại để bảo trì trạm Giao diện / tương tác rơle bảo vệ Quản lý điều chỉnh điện áp Tải điều khiển thay đổi vịi Quản lý máy biến áp Mơ hình thời gian thực Điều khiển cách ly mạch tự động hình điều khiển cơng tắc tương tác Giao diện hiển thị dòng thời gian thực 1.1.2.3 Ứng dụng SCADA cho hệ thống phân phối điện - Hạn chế nhu cầu điện cao điểm Tạo xu hướng báo động cho nhà khai thác cách xác định vị trí vấn đề Dữ liệu lịch sử xem liệu từ vị trí từ xa tiếp cận Phản hồi nhanh chóng dịch vụ khách hàng bị gián đoạn Tự động hóa nạp Bộ phân đoạn tải Cung cấp khả điều khiển tự động vượt mức tụ điện Đọc đồng hồ tự động - Điều khiển ngắt mạch, khóa khóa liên động - Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 1.2 Phân tích tham chiếu theo mơ hình phân cấp 1.2.1 Mơ hình phân cấp Hình 1.2 – Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA 1.2.2 Phân tích nguyên lý vận hành thiết bị có hệ thống 1.2.2.1 Station level Máy tính chủ (SERVER): Thu thập, lưu trữ xử lý thông tin từ IED Dữ liệu lưu trữ dựa hệ sở liệu MS SQL Máy tính chủ tích hợp chức lưu trữ liệu khứ (HIS) cổng truyền thông SCADA (GATEWAY) Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Máy tính điều khiển (HMI Computer) làm nhiệm vụ sau: Điều khiển thiết bị thứ trạm; Hiển thị thông số đo lường xuất tuyến thông số MBA; Giám sát trạng thái kết nối, trạng thái thiết bị thứ nhị thứ; Cảnh báo tình trạng bất thường, tín hiệu cố; Xuất báo cáo thơng số vận hành, thơng tin cảnh báo; Tìm kiếm thơng tin cố q khứ Máy tính kỹ thuật (Engineering Computer) làm nhiệm vụ: Cài đặt rơle phần mềm cài đặt rơle, đọc ghi cố; Cấu hình Dataset cho IED; Thiết lập liên động GOOSE cho thiết bị 1.2.2.2 Bay level Như mơ hình phân cấp thể hiện, hệ thống mạng kết nối mạng LAN đơn, Bay Switch trạm kết nối với Ethernet Switch theo mô hình hình Các thiết bị điện thơng minh (IDE - Intelligent Electronic Device) rơ le bảo vệ dòng, rơle bảo vệ đường dây, rơle bảo vệ MBA, rơle bảo vệ xuất tuyến với nhiệm vụ bảo vệ chuyên biệt Ứng dụng nhiều công nghệ đại nhằm tăng cường khả đo xác thiết bị phụ trợ Bộ điều khiển mức ngăn (Bay Control Unit - BCU) có khả thể đầy đủ thơng tin ngăn lộ đồng thời nơi truyền tín hiệu điều khiển tới thiết bị, hỗ trợ đầy đủ giao thức truyền thông IEC61850 ứng dụng cho tự động hóa trạm/ trạm điều khiển máy tính 1.2.2.3 Process level Các thiết bị thứ hệ thống kể đến như: Dao cách ly, máy cắt, TI, TU,… làm nhiệm vụ vận hành trạm biến áp, nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Chương 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG CHO TỪNG CẤP 2.1 Phương án lựa chọn nhóm Bảng 2.1 – Phương án lựa chọn nhóm giao thức truyền thơng Cấp truyền thơng Giao thức Station level IEC61850 + IEC60870-5-104 Bay level IEC61850 + IEC60870-5-103 + Modbus TCP/IP Process level 2.2 Giao thức IEC61850 2.2.1 Tổng quan IEC 61850 tiêu chuẩn quốc tế dựa Ethernet trở thành tiêu chuẩn truyền thông sở phát điện trạm biến áp Mục tiêu tiêu chuẩn IEC 61850 tích hợp tất chức bảo vệ, điều khiển, đo lường giám sát trạm biến áp cung cấp phương tiện cho ứng dụng bảo vệ trạm biến áp tốc độ cao, lồng vào xen kẽ 2.2.2 Đặc điểm sở kỹ thuật Đối tượng tiêu chuẩn IEC61850 thiết kế hệ thống thơng tin có khả cung cấp tương đồng thiết bị từ nhà sản xuất khác nhau, để phối hợp thực chức Trên sở đó, mơ hình liệu đối tượng tiêu chuẩn chia chức trạm thành chức con, chức định nghĩa node logic (Logical Nodes –LNs), thông tin chủ yếu trao đổi LNs 2.2.2.1 Mơ hình hóa liệu Các q trình xử lý chức kiểm soát bảo vệ trạm biến áp mơ hình hóa thành node logical tiêu chuẩn mà nhóm lại thiết bị logical khác Có node logical cho liệu/chức liên quan đến thiết bị logic (LD) thiết bị vật lý (PD) Phân tích thiết bị vật lý thành thiết bị logic: thiết bị logic chứa điểm truy cập truyền thông IED dịch vụ truyền thơng liên quan Thiết bị logic có Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc chế độ làm việc riêng độc lập ứng xử với thiết bị logic khác thiết bị vật lý Các thiết bị logic cung cấp thông tin thiết bị vật lý mà chúng sử dụng vật chứa thiết bị bên điều khiển thiết bị logic Khái niệm mơ hình hóa thiết bị lơgic giúp mơ hình hóa IED đa chức năng, IED dạng cổng IED dạng mơ đun Nó cho phép quy định kỹ thuật hệ thống tự động hóa hệ thống điện mà khơng cần phải xác định giải pháp sản phẩm với thiết bị vật lý Phân tích thiết bị logic thành nút logic, đối tượng liệu: để phân chia chức ứng dụng thành đối tượng nhỏ sử dụng để trao đổi thông tin, mức độ chi tiết đưa phân bổ phân phối hợp lý đối tượng thiết bị dành riêng (IED) Các đối tượng gọi Nút logic (ví dụ, thể ảo lớp máy cắt, với tên lớp chuẩn XCBR) Các ví dụ khác chức bảo vệ khoảng cách, PDIS giá trị đo, MMXU Hình 2.1 – Mơ hình hóa liệu IEC61850 2.2.2.2 Cấu trúc Chức gán cho ba cấp: cấp trạm (Station level), cấp ngăn lộ (Bay level) cấp trình (Process level) Thiết bị cấp trình thường I/O từ xa, cảm biến thông minh tác động Thiết bị cấp ngăn lộ bao gồm điều khiển, bảo vệ theo dõi ngăn lộ Thiết bị cấp trạm bao gồm máy tính trạm với sở liệu, nơi làm việc nhà điều hành, giao diện truyền thông từ xa, v.v Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 2.2.2.3 Thực truyền thông - MMS: mơ hình dịch vụ truyền thơng dạng client – server GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event): truyền đa điểm analog, digital, phân phối liệu toàn hệ thống nhanh đáng tin cậy, dựa mơ hình phát hành/thuê bao Đối với phương pháp truyền thống sử dụng máy cắt có cố cắt thơng qua tiếp điểm, phương pháp theo tiêu chuẩn IEC thay tin nhắn GOOSE gởi qua Ethernet sợi cáp quang Tin nhắn GOOSE trao đổi thông tin rơle thiết bị bảo vệ khác trạm Hình 2.2 – Mơ hình cố dùng GOOSE - SAV: mơ hình lấy giá trị mẫu giá trị đo truyền đa điểmi thực nhanh truyền tải tuần toàn cho giá trị đo lường từ thiết bị cảm biến đo lường biến dịng (CT) biến áp (VT) Hình 2.3 – Dịch vụ truyền thông IEC61850 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 2.2.2.4 Ngôn ngữ hệ thống Để trao đổi mơ tả thiết bị tham số hệ thống công cụ nhà chế tạo khác theo cách tương thích, IEC 61850 định nghĩa ngôn ngữ mô tả cấu hình hệ thống (SCL), cho phép sử dụng nhiều cơng cụ khác nhiều nhà sản xuất để biên dịch hiểu thông tin chứa đựng IEDs Điều giúp trình trao đổi liệu IEDs tránh tình trạng khơng hiểu nhau, thuận lợi việc tích hợp hệ thống từ nhiều nhà sản xuất 2.3 Giao thức IEC60870-5-104 2.3.1 Tổng quan Bộ tiêu chuẩn IEC60870-5 chủ yếu sử dụng ngành cơng nghiệp điện, mơ tả đầy đủ chức chi tiết cho thiết bị điều khiển xa hệ thống điều khiển vận hành phạm vi rộng (hệ thống Scada) Gồm phương thức truyền liệu khác giao thức truyền thông tương tự IEC 60870-5-101: [IEC 101] tiêu chuẩn cho hệ thống giám sát, điều khiển, thông tin liên lạc cho việc điều khiển xa, bảo vệ xa viễn thông cho hệ thống điện Tiêu chuẩn phù hợp cho cấu hình phức tạp điểm nối điểm, hình sao, đa điểm, … IEC 60870-5-104: [IEC 104] giao thức mở rộng giao thức IEC 101 với số thay đổi chuyển tải, hệ thống kết nối, liên kết dịch vụ lớp vật lý để hoàn toàn phù hợp truy cập mạng Tiêu chuẩn sử dụng giao tiếp TCP/IP mở để kết nối hệ thống với mạng LAN router với điều kiện thuận lợi khác sử dụng để kết nối với WAN Dùng chủ yếu lĩnh vực hệ thống điện, truyền thông SCADA từ nhà máy thuỷ điện, điện gió, TBA… trung tâm điều độ 2.3.2 Đặc điểm sở kỹ thuật IEC104 sử dụng mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở (Open Systems Interconnection Reference Model - OSI) với lớp Giao thức mở rộng từ IEC101 với thay đổi lớp vật lý lớp liên kết, lớp truyền dẫn lớp mạng để phù hợp với giao tiếp Ethernet Điều đó, cho phép truyền liệu đồng thời nhiều thiết bị dịch vụ Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Bảng 2.2 – Mô hình OSI giao thức IEC60870-5-104 Layer Sourse Seletions Ứng dụng IEC101 ASDUs phần tử thông tin Truyền dẫn Mạng TCP/IP chuẩn truyền thông mạng Liên kết Vật lý Việc kết nối đến mạng LAN Router với thiết bị khác mạng diện rộng WAN dựa hạ tầng có sẵn, nên tiết kiệm chi phí đầu tư khơng cần xây dựng hạ tầng thông tin riêng biệt dễ dàng thuê kênh FE (Fast Ethernet) nhà cung cấp dịch vụ khác với chi phí chấp nhận 2.3.3 Thiết lập, kết nối cài đặt Đối với giao thức IEC104 có nhiều thơng số tập trung vào thông số: địa IP, địa ASDU, địa IOA, Port Bảng 2.3 – Các thông số giao thức IEC60870-5-104 Địa IP Các giao thức truyền thông dựa tảng Enthernet định danh với địa IP địa IP giao thức phần định danh Địa ASDU Được gọi phần định danh phụ giao thức IEC104 phát triển dựa tản IEC101 (các thiết bị truyền thông với thông qua RS485 chưa có IP nên ASDU phần định danh IEC101) Địa IOA địa chứa liệu phân thành loại khác Port Number 2404 (defaut) Hình 2.4 – Sơ đồ truyền thông đơn giản với giao thức IEC104 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Sơ đồ gồm có thiết bị điện tử thơng minh IED làm slave phần mềm SCADA làm master Để kết nối với thiết bị IED cần nhập địa IP ASDU vào phần mềm ZENON Tương tự với trường hợp thiết bị IED hỗ trợ truyền thông nhiều kênh master IEC104 2.4 Giao thức IEC60870-5-103 2.4.1 Tổng quan IEC 60870-5-103 [IEC 103] tiêu chuẩn cho hệ thống điều khiển thông tin liên lạc thiết bị bảo vệ Tiêu chuẩn hỗ trợ số đặc tính chức bảo vệ cung cấp số công cụ để hợp chức bảo vệ vào dãy liệu riêng Mặc dù tiêu chuẩn thức IEC 60870-5-103 có từ năm 1997, giao thức bắt nguồn từ giao thức truyền thông VDEW6 từ cuối năm 1980 Thiết bị VDEW6 coi tập hợp thiết bị IEC 60870-5-103 ngược lại IEC 60870-5-103 xác định giao tiếp dành cho liên kết nối tiếp, không cân Tốc độ truyền thông định nghĩa 9600 19200 baud 2.4.2 Đặc điểm sở kỹ thuật Bảng 2.4 – Đặc điểm sở kỹ thuật giao thức IEC60870-5-103 Physical Layer PCM, half-duplex Link Layer Party line, point to point Truyền theo yêu cầu (chỉ báo kép, tương tự, ) Ứng dụng Truyền tự phát (chỉ báo kép với thẻ thời gian, ) Thực thi lệnh Đồng hóa đồng hồ Link address: 255 Địa Common Address of ASDU: 255 Function Type: 253 Information number: 255 10 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 2.4.3 Thiết lập, kết nối cài đặt Hình 2.5 – Ví dụ cấu trúc giao tiêu chuẩn IEC103 Giao thức truyền thông IEC103 chủ yếu sử dụng IED bảo vệ giao tiếp với hệ thống giám sát điều khiển bên thứ ba Hệ thống phải có phần mềm diễn giải thông báo liên lạc theo tiêu chuẩn IEC 60870-5-103 Khi liên lạc cục trạm máy tính Cá nhân (PC) thiết bị đầu cuối Từ xa (RTU) kết nối với mô-đun Xử lý Truyền thơng, phần cứng cần có cáp quang chuyển đổi quang/điện cho PC/RTU kết nối RS-485 tùy thuộc vào giao diện truyền thông IED sử dụng 2.5 Giao thức Modbus TCP/IP 2.5.1 Tổng quan Modbus TCP Modbus qua Ethernet (RJ45) Với Modbus TCP, liệu Modbus tóm lược đơn giản gói TCP/IP Nói cách đơn giản, thông điệp Modbus RTU truyền trình bao bọc TCP/IP gửi qua mạng thay đường nối tiếp Máy chủ khơng có SlaveID sử dụng địa IP 2.5.2 Đặc điểm sở kỹ thuật - Cấu trúc mạng theo kiểu bus thẳng Phương pháp truy cập mạng: Master – Slaver Khi so sánh với Modbus RTU, Modbus TCP hình thành với tiêu đề byte gọi MBAP Header (Modbus Application Header) thêm vào đầu thư Tiêu đề có liệu sau: 11 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc  Mã định danh (Transaction ID): byte Client đặt để nhận dạng yêu cầu  Các byte lặp lại Server phản hồi khơng nhận theo thứ tự yêu cầu Định dạng giao thức (Protocol ID): byte Client đặt, luôn = 00 00  Độ dài (Length): byte xác định số byte thông điệp cần theo dõi  Định dạng đơn vị (UnitlD): byte đặt Client Server lặp lại để xác định Slave từ xa kết nối đường truyền nối tiếp bus khác Hình 2.6 – Ví dụ Modbus TCP/IP Message 2.5.3 Thiết lập, kết nối cài đặt Như đề cập trên, loại modbus khác, Modbus TCP/IP sử dụng mơ hình Master-Slave để truyền thơng Tuy nhiên, triển khai Ethernet, sử dụng giao thức TCP IP Modbus TCP làm cho định nghĩa Master-Slave truyền thống thay đổi Vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng Trong mạng TCP, Slave chủ động truyền thông tin thiết bị quản lý trung tâm – Master Sử dụng địa IP Master để quản lý tập trung từ phần mềm Vì truyền TCP/IP nên tốc độ truyền Modbus TCP/IP cao, đáp ứng realtime Cao hẳn Modbus RTU Tuy nhiên kết hợp modbus TCP/IP với modbus RTU (Được gọi Hybird Modbus) Modbus RTU sử dụng RS485, RS232 Modbus TCP sử dụng Ethernet Nên muốn kết hợp loại modbus cần tìm thiết bị có hỗ trợ cổng kết nối Điều bạn có lợi mở rộng quy mơ sản xuất, số lượng thiết bị [2] 12 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Chương 3: XÂY DỰNG CHI TIẾT HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG 3.1 Lựa chọn thiết bị nhà cung cấp Bảng 3.1 – Bảng lựa chọn rơ le có hệ thống STT Tên thiết bị Hãng sản xuất Giao thức Rơle SEL421 SEL IEC 61850 Rơle MiCOM P132 ALSTOM IEC 61850 Rơle REF615 ABB IEC 61850 Rơle 7UT61 SIEMENS IEC 61870-5-103 Rơle 7SJ61 SIEMENS IEC 61870-5-103 Rơle MiCOM P123 ALSTOM Modbus Thiết bị đo lường PM710 SCHNEIDER Modbus 3.2 Giải pháp phần mềm Giải pháp tích hợp nhiều chủng loại thiết bị nhiều giao thức truyền thông vào chung hệ thống điều khiển tự động theo tiêu chuẩn IEC 61850 thực công cụ OPC Server kết hợp với công cụ thiết lập giao diện điều khiển HMI Hình 3.1 – Trình tự thực thu thập quản lý liệu 13 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc 3.2.1 Công cụ lập trình điều khiển HMI Cơng cụ WinCC sử dụng để xây dựng giao diện HMI để điều khiển trạm hệ thống máy tính, phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống tự động hóa Phần mềm điều khiển tích hợp xây dựng chạy hệ điều hành Windows Server 2008/ Windows với chức hữu hiệu cho việc điều khiển, giám sát WinCC sử dụng hệ quản trị sở liệu mở ODBC/SQLvà dễ dàng truy cập tới sở liệu hệ thống ngôn ngữ SQL ODBC Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C VBScripts để lập trình kiện 3.2.2 Cơng cụ trích xuất liệu 3.2.2.1 Cơng cụ matrikon OPC Server Sử dụng công cụ để trích xuất liệu với IED có giao thức IEC 61850 SEL421, MiCOM P123, REF615 3.2.2.2 Công cụ Triangle MicroWorks SCADA Gateway Sử dụng module SDG để trích xuất liệu: - Protocol driver IEC 60870-5-103 Master cho kết nối thiết bị hỗ trợ giao thức IEC 60870-5-103 (7UT61, 7SJ61) - Protocol driver IEC 60870-5-101/104 Slave cho kết nối đến trung tâm điều khiển (SCADA computer) Protocol driver Modbus Master cho kết nối thiết bị hỗ trợ giao thức Modbus (MiCOM P123) 3.2.3 Phần mềm cấu hình rơ le - DIGSI 4.87:cấu hình cài đặt thông số cho rơle 7UT61, 7SJ61 PCM 600 V2.5: cấu hình cài đặt thơng số cho rơle REF615 - MICOM S1 Agile: cấu hình cài đặt thơng số cho rơle MiCOM P123 SEL Quickset: cấu hình cài đặt thông số cho rơle SEL421 3.3 Kết nối cài đặt thiết bị Hệ thống mạng tồn trạm: theo giao thức IEC61850, mạng LAN đơn, hình tia Các thiết bị có chuẩn giao tiếp IEC 61850, IEC 60870-5-103, Modbus, nối với Station Bus thông qua Switch sau: 14 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Hình 3.2 – Sơ đồ kết nối hệ thống 3.3.1 Mức điều khiển trạm (Station level) Hệ thống GPS dùng để đồng thời gian cho thiết bị toàn hệ thống với thời gian từ hệ thống GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) phân phối khắp giới xác thời gian, vị trí tần số Server nhận tín hiệu từ GPS để điều chỉnh đồng hồ nội riêng có hệ thống tham chiếu thời gian cho máy tính rơ le khác mạng → Sử dụng GPS ăng ten nhận tín hiệu Hopf FG4490G10 GPS Máy in Lazer phục vụ cho việc in ấn báo cáo thông tin hệ thống Hệ thống cáp mạng (RJ45, cáp quang) kết nối thiết bị hệ thống phục vụ cho việc trao đổi thông tin Máy tính vận hành với hình hiển thị dùng để giám sát, điều khiển hệ thống; truyền lệnh điều khiển; thiết lập chế độ làm việc; phân tích liệu, Máy tính kỹ thuật trang bị để phục vụ cho cài đặt tham số thiết bị, cấu hình hệ thống, in ấn, biên soạn, … 15 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Bảng 3.2 – Bảng lựa chọn máy tính hệ thống STT Tên thiết bị Máy tính ACP-4320 sản xuất Advantech; Hệ điều hành Windows Fullserver CPU: Intel (R) Core(TM) i5-3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Professional Máy tính CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU Windows (HMI 1) @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Professional Máy tính (HMI 2) CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professional Máy tính (ENGINEERING) CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professional Chủng loại Chức thiết bị hệ thống điều khiển: + Máy tính (SYS1,2,SCADA/ Full Server): Kiết nối toàn thiết bị hệ thống Thiết bị Scada, gateway thu thập, xử lý trao đổi thông tin với thiết bị thông minh (IED) Phục vụ kết nối với hệ thống SCADA Trung tâm Điều độ + Máy tính 2,3 (HMI): Hai máy tính chủ HMI hoạt động song song với tích hợp phần mềm giao diện người máy để điều khiển, đọc thông số đo lường, thị trạng thái thiết bị thông tin cảnh báo thiết bị, lấy liệu từ máy Fullserver1, Fullserver2 … + Máy tính (HIS Server): Máy chủ lưu trữ liệu trạng thái vận hành thiết bị trạm khứ Bộ chuyển đổi mạng RSG2100NC sản xuất Ruggedcom hỗ trợ IEC 61850; cổng giao diện điện quang học Kết nối đảm bảo dự phòng hệ thống mạng Tất trang thiết bị kỹ thuật số có với chuẩn IEC61850 kết nối trực tiếp đến chuyển đổi mạng (network switch) 3.3.2 Mức ngăn (Bay level) Hệ thống mạng kết nối mạng LAN đơn, Bay Switch trạm kết nối với Ethernet Switch theo mơ hình hình 16 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Ngăn lộ 110kV trang bị Rơle bảo vệ (01 01 dự phịng) 01 BCU để thu thập tồn tín hiệu điều khiển, đo lường, bảo vệ ngăn lộ Ngăn lộ trung (35, 22, 15kV) trang bị Rơle tích hợp chức BCU, có chức điều khiển liên động thu thập, xử lý tín hiệu số (đo lường, trạng thái, điều khiển) Đồng hồ đo lường đa chức (Multimeter): trang bị ngăn lộ 110kV ngăn lộ trung để thu thập thống số vận hành như: U, I, P, Q, F, Wh ,hệ số công suất, Những thông số vận hành phải đo hiển thị cho tất pha Các đồng hồ kết nối với thiết bị đầu cuối RTU thông qua giao thức IEC 61850 Modbus (theo chuẩn RS485/LAN) Các Rơ le sử dụng giao thức truyền thông IEC 103 giao tiếp với hệ thống giám sát, điều khiển thông qua kết nối RS232/RS485 cáp quang chuyển đổi điện quang (LAN) 3.3.3 Mức thiết bị (Process level) Việc điều khiển, giám sát thiết bị thực thơng qua khóa điều khiển, nút bấm, dụng cụ đo lắp đặt thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly ) Các thiết bị kết nối thông qua cáp đồng đáp ứng liệu thực thi yêu cầu đóng/cắt BCU 17 Projects Industrial Communication Networks GVHD: TS Nguyễn Thị Kim Trúc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "Ứng dụng SCADA hệ thống điều khiển điện nhà máy sản xuất," Giải Pháp Tự Động Hóa, [Online] Available: http://surl.li/dtnmd [Accessed 21 Aug 2021] [2] "Modbus TCP/IP Là Gì? - Truyền Thơng Modbus Trong Hệ Thống SCADA," 13 March 2021 [Online] Available: https://doluongtudong.com/modbus-tcp-ip-la-gi/ [3] "Điện Tử Việt Nam," 06 Dec 2005 [Online] Available: http://surl.li/dtnna [4] "Tự động hoá trạm biến áp tảng giao thức truyền thông IEC 61850," 16 Jul 2013 [Online] Available: http://surl.li/dtnnt [5] L T Dũng, "Ứng dụng cho giải pháp tự động hoá trạm biến áp," 05 Sep 2022 [Online] [6] "Modbus gì? Giao thức truyền thơng Modbus RTU, TCP, ASCII," 15 Dec 2020 [Online] Available: https://bom.so/VAwrVe [7] "DNP3 gì? Tổng quan giao thức DNP3," 13 Apr 2021 [Online] Available: https://giaiphap.mctt.com.vn/dnp3-la-gi-tong-quan-ve-giao-thuc-dnp3/ [8] "IEC 60870-5-103," [Online] https://www.ipcomm.de/protocol/IEC103/en/sheet.html#REF2 Available: [9] L Đ T VŨ PHAN HUẤN, "THỬ NGHIỆM GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG IEC 60870-5-101/104 DÙNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP," 2018 18 ... Tổng quan Trong năm đầu hệ thống điện bắt đầu phát triển, nhà máy phát điện gắn với phụ tải địa phương tương ứng Nếu điều khơng thành cơng tồn hệ thống kết nối tuyến tính, bao gồm hệ thống phụ... cầu điện đáng tin cậy ngày tăng lao động trở thành phần đáng kể chi phí cung cấp điện, công nghệ SCADA phát triển cho phép giám sát điều khiển từ xa thơng số hệ thống 1.1.2 Các ứng dụng SCADA hệ. .. sử dụng ngành cơng nghiệp điện, mơ tả đầy đủ chức chi tiết cho thiết bị điều khiển xa hệ thống điều khiển vận hành phạm vi rộng (hệ thống Scada) Gồm phương thức truyền liệu khác giao thức truyền