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 Đặt vấn đề 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Các fíng dụng SCADA hệ thống điện 1.2 Phân tích tham chiếu theo mơ hình phân cấp 1.2.1 Mơ hình phân cấp 1.2.2 Phân tích ngun lý vận hành thiết bị có hệ thống Chương 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG CHO TỪNG CẤP 2.1 Phương án lựa chọn nhóm 2.2 Giao thfíc IEC61850 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 2.3 Giao thfíc 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 thfíc 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 thfíc 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 Cơng 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 Mfíc điều khiển trạm (Station level) 15 3.3.2 Mfíc ngăn (Bay level) 16 3.3.3 Mfíc thiết bị (Process level) 17 ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1 – Ảnh minh họa thiết bị sf í dụng tủ điện Hình 1.2 – Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA Hình 2.1 – Mơ hình hóa liệu IEC61850 Hình 2.2 – Mơ hình cố dùng GOOSE Hình 2.3 – Dịch vụ truyền thơng IEC61850 Hình 2.4 – Sơ đồ truyền thơng đơn giản với giao thfíc 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 thfíc truyền thơng Bảng 2.2 – Mơ hình OSI giao thfíc IEC60870-5-104 Bảng 2.3 – Các thơng số giao thfíc IEC60870-5-104 Bảng 2.4 – Đặc điểm sở kỹ thuật giao thfíc 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 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 fíng Nếu bất cfí 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 sfí 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 mơ, trở nên khó quản lý Cần có giải pháp để đối mặt với thách thfíc 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 fíng phó với cố phát sinh cố, hỏng hóc Họ liên lạc với nhân viên điều độ điện lực trung tâm, thường sfí dụng điện thoại, để thơng báo cho họ tình trạng hệ thống 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 soát công suất phản kháng hoạt động Lên lịch tải Xfí lý liệu lịch sfí tất tham số liên quan đến hệ Giám sát trạng thái cầu dao, rơ le bảo vệ thiết bị an tồn khác Máy theo dõi sfíc 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 sfí 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 mfíc tụ điện - Đọc đồng hồ tự động Điều khiển ngắt mạch, khóa khóa liên động 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 xfí lý thơng tin từ IED Dữ liệu lưu trữ dựa hệ sở liệu MS SQL Máy tính chủ tích hợp chfíc lưu trữ liệu khfí (HIS) cổng truyền thơng SCADA (GATEWAY) Máy tính điều khiển (HMI Computer) làm nhiệm vụ sau: Điều khiển thiết bị thfí trạm; Hiển thị thơng số đo lường xuất tuyến thông số MBA; Giám sát trạng thái kết nối, trạng thái thiết bị thfí nhị thfí; 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 khfí 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 mô hình phân cấp thể hiện, hệ thống mạng kết nối mạng LAN đơn, Bay Switch trạm kết nối với Ethernet Switch theo mơ hình hình Các thiết bị điện thông 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 mfíc 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 thfíc truyền thơng IEC61850 fíng dụng cho tự động hóa trạm/ trạm điều khiển máy tính 1.2.2.3 Process level Các thiết bị thfí 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 Chương 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP TRUYỀN THƠNG CHO TỪNG CẤP 2.1 Phương án lựa chọn nhóm Bảng 2.1 – Phương án lựa chọn nhóm giao thfíc truyền thơng Cấp truyền thơng Giao thfíc Station level IEC61850 + IEC60870-5-104 Bay level IEC61850 + IEC60870-5-103 + Modbus TCP/IP Process level 2.2 Giao thfíc 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 chfíc bảo vệ, điều khiển, đo lường giám sát trạm biến áp cung cấp phương tiện cho fíng 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 chfíc Trên sở đó, mơ hình liệu đối tượng tiêu chuẩn chia chfíc trạm thành chfíc con, chfíc 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 xfí lý chfíc kiểm sốt 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/chfíc 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 chfía điểm truy cập truyền thơng IED dịch vụ truyền thông liên quan Thiết bị logic có chế độ làm việc riêng độc lập fíng xfí với thiết bị logic khác thiết bị vật lý Các thiết bị logic cung cấp thông tin thiết bị vật lý mà chúng sfí dụng vật chfía thiết bị bên ngồi điều khiển thiết bị logic Khái niệm mơ hình hóa thiết bị lơgic giúp mơ hình hóa IED đa chfíc năng, IED dạng cổng IED dạng mơ đun Nó cho phép quy định kỹ thuật hệ thống tự động hóa hệ thống điện mà không 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 chfíc fíng dụng thành đối tượng nhỏ sfí dụng để trao đổi thơng tin, mfíc 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 chfíc bảo vệ khoảng cách, PDIS giá trị đo, MMXU Hình 2.1 – Mơ hình hóa liệu IEC61850 2.2.2.2 Cấu trúc Chfíc 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 2.2.2.3 Thực truyền thơng - MMS: mơ hình dịch vụ truyền thông 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/th bao Đối với phương pháp truyền thống sfí dụng máy cắt có cố cắt thơng qua tiếp điểm, cịn 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 dòng (CT) biến áp (VT) Hình 2.3 – Dịch vụ truyền thơng IEC61850 2.2.2.4 Ngơn ngữ hệ thống Để trao đổi mô tả thiết bị tham số hệ thống công cụ nhà chế tạo khác theo cách tương thích, IEC 61850 định nghĩa ngơn ngữ mơ tả cấu hình hệ thống (SCL), cho phép sfí dụng nhiều cơng cụ khác nhiều nhà sản xuất để biên dịch hiểu thông tin chfía 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 thfíc IEC60870-5-104 2.3.1 Tổng quan Bộ tiêu chuẩn IEC60870-5 chủ yếu sfí dụng ngành cơng nghiệp điện, mơ tả đầy đủ chfíc chi tiết cho thiết bị điều khiển xa hệ thống điều khiển vận hành phạm vi rộng (hệ thống Scada) Gồm phương thfíc truyền liệu khác giao thfíc truyền thơng 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 phfíc tạp điểm nối điểm, hình sao, đa điểm, … IEC 60870-5-104: [IEC 104] giao thfíc mở rộng giao thfíc IEC 101 với số thay đổi chuyển tải, hệ thống kết nối, liên kết dịch vụ lớp vật lý để hoàn tồn phù hợp truy cập mạng Tiêu chuẩn sfí dụng giao tiếp TCP/IP mở để kết nối hệ thống với mạng LAN router với điều kiện thuận lợi khác sfí 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 sfí dụng mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở (Open Systems Interconnection Reference Model - OSI) với lớp Giao thfíc 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 Bảng 2.2 – Mơ hình OSI giao thfíc IEC60870-5-104 Layer Sourse Seletions Ứng dụng IEC101 ASDUs phần tfí thơng 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 thfíc IEC104 có nhiều thơng số tập trung vào thơng số: địa IP, địa ASDU, địa IOA, Port Bảng 2.3 – Các thơng số giao thfíc IEC60870-5-104 Địa IP Các giao thfíc truyền thơng dựa tảng Enthernet định danh với địa IP địa IP giao thfíc phần định danh Địa ASDU Được gọi phần định danh phụ giao thfíc IEC104 phát triển dựa tản IEC101 (các thiết bị truyền thông với thơng qua RS485 chưa có IP nên ASDU phần định danh IEC101) Địa IOA địa chfía liệu phân thành loại khác Port Number 2404 (defaut) Hình 2.4 – Sơ đồ truyền thơng đơn giản với giao thfíc IEC104 Sơ đồ gồm có thiết bị điện tfí thông 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 thơng nhiều kênh master IEC104 2.4 Giao thfíc 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 chfíc bảo vệ cung cấp số công cụ để hợp chfíc bảo vệ vào dãy liệu riêng Mặc dù tiêu chuẩn thfíc IEC 60870-5-103 có từ năm 1997, giao thfíc bắt nguồn từ giao thfíc truyền thơng VDEW6 từ cuối năm 1980 Thiết bị VDEW6 coi tập hợp thiết bị IEC 60870-5-103 chfí khơng phải 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 thfíc 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 2.4.3 Thiết lập, kết nối cài đặt Hình 2.5 – Ví dụ cấu trúc giao tiêu chuẩn IEC103 Giao thfíc truyền thơng IEC103 chủ yếu sfí dụng IED bảo vệ giao tiếp với hệ thống giám sát điều khiển bên thfí ba Hệ thống phải có phần mềm diễn giải thơng 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 mơ- đun Xfí lý Truyền thơng, phần cfíng cần có cáp quang chuyển đổi quang/điện cho PC/RTU kết nối RS-485 tùy thuộc vào giao diện truyền thơng IED sfí dụng 2.5 Giao thfíc 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 gfíi qua mạng thay đường nối tiếp Máy chủ khơng có SlaveID sfí 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: □ Mã định danh (Transaction ID): byte Client đặt để nhận dạng yêu cầu Các byte lặp lại Server phản hồi khơng nhận theo thfí tự u cầu □ Định dạng giao thfíc (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 sfí dụng mơ hình Master-Slave để truyền thơng Tuy nhiên, triển khai Ethernet, sfí dụng giao thfíc 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 thơng tin thiết bị quản lý trung tâm – Master Sfí 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 fíng realtime Cao hẳn Modbus RTU Tuy nhiên kết hợp modbus TCP/IP với modbus RTU (Được gọi Hybird Modbus) Modbus RTU sfí dụng RS485, RS232 Modbus TCP sfí 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] 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 thfíc 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 thfíc truyền thơng 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 3.2.1 Công cụ lập trình điều khiển HMI Cơng cụ WinCC sfí dụng để xây dựng giao diện HMI để điều khiển trạm hệ thống máy tính, phục vụ việc xfí 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 chfíc hữu hiệu cho việc điều khiển, giám sát WinCC sfí 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 Sfí dụng cơng cụ để trích xuất liệu với IED có giao thfíc IEC 61850 SEL421, MiCOM P123, REF615 3.2.2.2 Công cụ Triangle MicroWorks SCADA Gateway Sfí dụng module SDG để trích xuất liệu: - Protocol driver IEC 60870-5-103 Master cho kết nối thiết bị hỗ trợ giao thfíc 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 thfíc 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 toàn trạm: theo giao thfíc 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: 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 → Sfí 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 thơng 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, … Bảng 3.2 – Bảng lựa chọn máy tính hệ thống STT Tên thiết bị Chủng loại Hệ điều hành Máy tính Fullserve r ACP-4320 sản xuất Advantech; CPU: Intel (R) Core(TM) i53240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professiona l Máy tính (HMI 1) Máy tính (HMI 2) CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professiona l CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professiona l Máy tính (ENGINEERIN G) CPU: Intel (R) Core(TM) i3- 3240 CPU @3,4 GHz Ram: GB, HDD: 80GB Windows Professiona l Chfíc thiết bị hệ thống điều khiển: + Máy tính (SYS1,2,SCADA/ Full Server): Kiết nối tồn thiết bị hệ thống Thiết bị Scada, gateway thu thập, xfí lý trao đổi thơng 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 khfí 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 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 chfíc BCU, có chfíc điều khiển liên động thu thập, xfí lý tín hiệu số (đo lường, trạng thái, điều khiển) Đồng hồ đo lường đa chfíc (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 thfíc IEC 61850 Modbus (theo chuẩn RS485/LAN) Các Rơ le sfí dụng giao thfíc truyền thơng 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 thơng qua cáp đồng đáp fíng liệu thực thi yêu cầu đóng/cắt BCU 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 Tfí Việt Nam," 06 Dec 2005 [Online] Available: http://surl.li/dtnna [4] "Tự động hoá trạm biến áp tảng giao thfíc truyền thơng 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 thfíc truyền thơng Modbus RTU, TCP, ASCII," 15 Dec 2020 [Online] Available: https://bom.so/VAwrVe [7] "DNP3 gì? Tổng quan giao thfíc 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] Available: https://www.ipcomm.de/protocol/IEC103/en/sheet.html#REF2 [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 [10] ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN [11] LÊ THANH ĐẠT [12] Đà Nẵng, 2022 [13] MỤC LỤC [14] DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ [15] Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VÀ THAM CHIẾU THEO MÔ [16] 1.1 Đặt vấn đề [17] [18] [19] [20] [21] 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 1.2.1 Mơ hình phân cấp 1.2.2 Phân tích nguyên lý vận hành thiết bị có hệ thống [22] Chương 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP TRUYỀN THƠNG [23] 2.1 Phương án lựa chọn nhóm [24] 2.2 Giao thfíc IEC61850 [25] 2.2.1 Tổng quan [26] 2.2.2 Đặc điểm sở kỹ thuật [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] 2.3 Giao thfíc 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 thfíc IEC60870-5-103 2.4.1 Tổng quan 2.4.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 2.4.3 Thiết lập, kết nối cài đặt 2.5 Giao thfíc Modbus TCP/IP 2.5.1 Tổng quan 2.5.2 Đặc điểm sở kỹ thuật 2.5.3 Thiết lập, kết nối cài đặt [39] Chương 3: XÂY DỰNG CHI TIẾT HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN [40] 3.1 Lựa chọn thiết bị nhà cung cấp [41] 3.2 Giải pháp phần mềm [42] 3.2.1 Công cụ lập trình điều khiển HMI [43] 3.2.2 Cơng cụ trích xuất liệu [44] 3.2.3 Phần mềm cấu hình rơ le [45] 3.3 Kết nối cài đặt thiết bị [46] 3.3.1 Mức điều khiển trạm (Station level) [47] 3.3.2 Mức ngăn (Bay level) [48] 3.3.3 Mức thiết bị (Process level) [49] TÀI LIỆU THAM KHẢO [50] [51] ... 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... quan Trong năm đầu hệ thống điện bắt đầu phát triển, nhà máy phát điện gắn với phụ tải địa phương tương fíng Nếu bất cfí điều khơng thành cơng tồn hệ thống kết nối tuyến tính, bao gồm hệ thống. .. 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