nghiên cứu ứng dụng hệ thống scada trong truyền tải điện

SV: Lê Ng ọc Dũng 5 • Các máy tính chủ • Các bàn điều khiển của điều hành viên • Các thiết bị truyền thông • Các đơn vị đầu cuối ở trạm RTU- Remote Terminal Unit • Các thiết bị truyền

GVHD : TS V Ũ PHAN TÚ SVTH : LÊ NG ỌC DŨNG MSSV : 02DC05

L ỚP : DC02 07/2006

SV: Lê Ng ọc Dũng

M ỤC LỤC

1 Các máy tính chủ Trang 5

2 Các bàn điều khiển Trang 5

3 Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU Trang 5

4 Các đơn vị đầu cuối ở xa Trang 6

5 Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển Trang 7

1 Thu thập dữ liệu Trang 7

2 Giám sát điều khiển Trang 8

3 Kiểm soát hệ thống Trang 8

4 Giao diện người dùng SCADA Trang 9

5 Các display cơ bản Trang 9

6 Cách thức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA Trang 11

1 Truyền song song Trang 24

2 Truyền nối tiếp Trang 24

1 Truyền đồng bộ Trang 25

2 Truyền bất đồng bộ Trang 26

3 Phương thức truyền thông Trang 26

1 Số hoá tín hiệu Trang 27

2 Kỹ thuật điều xung mã Trang 27

3 Ghép kênh Trang 30

1 Bản phân loại tần số vô tuyến Trang 36

2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vi ba cơ bản Trang 36

3 Các thiết bị vi ba trong ngành điện Trang 39

1 Cấu trúc sợi quang Trang 39

2 Các thành phần của một tuyến truyền dẫn sợi quang Trang 41

3 Suy hao trên sợi quang Trang 41

1 Thông tin tải ba Trang 43

2 Cấu trúc và những phần từ cơ bản trong tuyến tải ba Trang 44

3 Các phương pháp truyền thông trên đường dây điện Trang 47

4 Kỹ thuật chuyển tiếp tín hiệu tải ba Trang 49

5 Các cách ghép nối tín hiệu âm tần Trang 52

1 Những tính năng chính Trang 54

1 Phần tần số thấp Trang 56

2 Phần tần số cao Trang 57

3 Nguồn cung cấp Trang 58

4 Điều kiện về mội trường Trang 58

III CHÚC NĂNG CHUNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN THIẾT BỊ Trang 58

1 Khối âm tần Trang 58

2 Khối xử lý tín hiệu trung và cao tần Trang 58

3 Khối cao tần Trang 59

SV: Lê Ng ọc Dũng

4 Khối giao diện giám sát Trang 59

5 Khối giao tiếp máy tính Trang 59

6 Thành phần thiết bị Trang 59

7 Điều kiện kết nối thiết bị ALSPA PLC 1790B Trang 60

8 Bộ nguồn cung cấp Trang 61

1 Định dạng đầu cuối thiết bị Trang 64

2 Đặt cấu hình đầu cuối Trang 64

3 Các dải và tần số kênh sóng mang Trang 64

4 Các mức và tỉ lệ điều biến Trang 64

5 Chặn và cảnh báo Trang 64

6 Các module chọn lựa Trang 64

1 Phần cấp nguồn Trang 65

2 Kiểm tra vận hành của thiết bị Trang 65

1 Module vi xử lý Trang 68

2 Module vào / ra Trang 69

3 Cung cấp nguồn cho RTU Trang 72

4 Khả năng liên kết các Cell trong RTU Trang 73

5 Menu chức năng trong RTU Trang 73

6 Kiểm tra trạng thái I/O bằng ma trận LED Trang 75

1 Cài đặt cơ sở dữ liệu cho RTU Trang 75

2 Kiểm tra RTU bằng phầm mềm Explore Trang 79

SV: Lê Ng ọc Dũng

SV: Lê Ng ọc Dũng 1

CHƯƠNG I

GI ỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ

H Ệ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Hệ thống truyền tải điện được phân cấp quản lý và vận hành lưới điện

nhằm cung cấp điện năng đến các điện lực địa phương tiêu thụ Với sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, hiện nay công ty Truyền Tải Điện 4 ( PTC4 - Power Transport Company 4 ) quản lý và vận hành lưới điện từ tỉnh Bình Thuận đến Cà Mau với 45 trạm biến áp, bao gồm cấp điện áp chủ yếu 110Kv, 220Kv, 500Kv với tổng chiều dài đường dây khoảng 4500 km Do nhu

cầu cung cấp điện ngày càng cao, đáp ứng cho sự phát triển của các phụ tải nên

hệ thống lưới điện truyền tải thuộc công ty PTC4 quản lý luôn có sự thay đổi trong sơ đồ hệ thống điện miền nam Song song với việc vận hành và phát triển lưới điện, Trung Tâm Điều Độ Hệ Thống Điện Miền Nam ( gọi tắt là A2

- Đảm bảo việc cung cấp điện được liên tục

) được thành lập nhằm đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặc về vận hành hệ thống điện:

- Các thông số về điện và tần số theo tiêu chuẩn cho phép

- Chi phí vận hành thấp đến mức có thể

Như chúng ta đã biết, hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải, trạm phân phối,…được liên kết với nhau và trãi dài hàng trăm km, do đó việc vận hành tối ưu hệ thống điện đòi hỏi trước tiên điều hành viên phải giám sát toàn bộ các thành phấn của hệ thống Điều này chỉ được thực

hiện khi các thông số vận hành của các thành phần trong hệ thống được xác định và nhận biết trong thời gian sớm nhất Hệ thống SCADA do A2 quản lý có nhiệm vụ :

- Hiển thị toàn cảnh hệ thống với cấu trúc hiện hành thực tế

- Hiển thị toàn cảnh những phần khác nhau của hệ thống, cập nhật những thông tin mới nhất

- Báo động khi có sự thay đổi về trạng thái và chỉ ra sự thay đổi một cách chính xác

- Báo động khi các thông số đặc trưng của trạng thái hệ thống đạt ngưỡng

giới hạn

- Lưu trữ tất cả những sự kiện xảy ra trong hệ thống, nhằm giúp cho các điều hành viên tại trung tâm điều khiển thực hiện công việc điều độ của mình

vận hành của các thiết bị được giám sát

Hệ thống SCADA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành điện lực, thuỷ lực, giao thông,…

Các hệ thống SCADA thông thường bao gồm các thiết bị chủ yếu sau:

SV: Lê Ng ọc Dũng 5

• Các máy tính chủ

• Các bàn điều khiển của điều hành viên

• Các thiết bị truyền thông

• Các đơn vị đầu cuối ở trạm ( RTU- Remote Terminal Unit )

• Các thiết bị truyền thông giữa các hệ thống SCADA

Trong hệ thống nhiều trung tâm điều khiển, một trung tâm thường được gán là trung tâm chủ ( Host ) và các trung tâm khác được gọi là các trung tâm ở

xa hay ở ngoài ( Remote hay Foreign ), trung tâm chủ nhận các dữ liệu từ các trung tâm khác Mỗi trung tâm điều khiển truyền thông với các RTU thông qua các phương tiện truyền thông như vô tuyến, vi ba, tải ba, cáp sợi quang…Tuy nhiên ngành điện hiện nay vẫn dùng thông tin tải ba chủ yếu

1/ Các máy tính ch ủ

Phần mềm SCADA được chạy trên các máy tính chủ, loại máy tính được

sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu, cường độ xử lý, cũng như độ lớn của dữ liệu thu

thập xử lý và lưu trữ

Tại một trung tâm điều khiển SCADA thường chạy trên 2 máy tính Một máy tính thực hiện các chức năng theo thời gian thực ( Real time ) tức là t hu

thập, xử lý và thể hiện dữ liệu theo thời gian thực, máy tính này được gọi là máy

chủ chính hay máy chủ sơ cấp ( Primary, Master, Main, …) Máy tính còn lại ở

trạng thái chờ và được gọi là máy chủ dự phòng hay máy chủ thứ cấp ( Secondary, Standby,…), mục đích của máy này là thay thế gánh vác các hoạt động theo thời gian thực khi có hỏng hóc trên máy chủ chính Ngoài ra còn có

một số máy tính khác đảm trách các nhiệm vụ khác nhau như lưu trữ các dữ liệu trong quá khứ vào các cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm phục vụ các nhu cầu thống

kê sau này, hay phục vụ mô phỏng, đào tạo những điều hành viên về sau và

phục vụ trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển…

2/ Các bàn điều khiển ( Consol)

Các bàn điều khiển là sự kết nối giữa các máy tính và điều hành viên, các bàn điều khiển này cho phép điều hành viên quan sát và tương tác với hệ thống SCADA thông qua việc sử dụng các hiển thị ( Display), các display này có thể

là dạng bảng, sơ đồ…

3/ Truy ền thông giữa máy tính chủ và RTU

Các thiết bị thông tin và phần mềm chịu trách nhiệm liên kết các máy tính

chủ với các RTU ( bao gồm RTU tại trung tâm điều khiển và RTU remote ) được gọi là máy chủ truyền thông ( CFE – Communication Front End ), thành

phần chính trong CFE là bộ xử lý truyền thông thông minh Tuỳ thuộc vào cấu

SV: Lê Ng ọc Dũng 6

hình lựa chọn mà hệ thống SCADA có thể sử dụng các máy tính chuyên biệt để

chạy phần mềm liên kết giữa các máy tính chủ và CFE Một số hệ thống tích

hợp phần mềm này vào chạy trên các máy chủ, phần mềm này cũng duy trì các thông tin liên quan đến cấu hình các thành phần truyền thông và các tiện ích để giao tiếp với các thiết bị sử dụng thông qua giao thức truyền thông ( Communication Protocol ) khác nhau Trong phạm vi nghiên cứu phần mềm này được gọi là TFE – Telemetry Front End

Cho dù phần mềm này chạ y trên các máy tính chuyên biệt hay tích hợp trên các máy chủ thì cứ mỗi CFE là một đơn thể phần mềm này phục vụ kết nối

giữa các CFE đó và máy chủ chính Do tính chất độc lập này nên trong trường

hợp Failover hay Switchover ( Máy tính chủ chuyển từ vai trò dự phòng sang vai trò chính ) dữ liệu sẽ không bị mất Hơn nữa, máy tính chủ còn có thể chuyển một kết nối từ đường truyền thông này sang đường truyền thông khác ( trên CFE khác ) mà không cần phải thực hiện switchover giữa các máy tính chủ

Các CFE truyền thông với các RTU thực hiện vài chức năng nhằm giảm thiểu việc xử lý dữ liệu trên máy tính chủ, các chức năng này bao gồm:

• Duy trì các chỉ thị quét RTU cung cấp bởi máy chủ , điều này nhằm giúp

giảm tải truyền thông đến CFE đối với các yêu cầu quét của máy chủ

• Thông báo những lỗi truyền thông khi RTU không đáp ứng hay đáp ứng

có lỗi

• Kiểm tra dữ liệu đến nhằm đảm bảo máy tính chủ chỉ nhận những dữ liệu

có thay đổi so với lần quét trước đó Chức năng này được gọi là Reporting by exception ( thông báo dị biệt )

• Thông báo định kỳ toàn bộ dữ liệu cho máy tính chủ bất chấp dữ liệu có thay đổi so với lần quét trước đó Chức năng này được gọi là Integrity Scan ( quét toàn bộ )

• Thực hiện chuyển đổi dữ liệu nhằm làm cho dữ liệu nhận qua các giao

thức truyền thông RTU khác nhau sẽ thể hiện giống nhau trên máy tính

chủ (đối với các hệ thống sử dụng các loại RTU khác nhau )

4/ Các đơn vị đầu cuối ở xa

Các RTU kết nối hệ thống SCADA với hệ thống được giám sát, thông thường một RTU được đấu dây đến các thiết bị được giám sát trong một khoảng cách tương đối gần, nó thu nhận các tín hiệu đo và gửi các điều khiển đến các thiết bị đó Mỗi mẫu dữ liệu do RTU quản lý dù là tín hiệu đo hay một lệnh điều khiển đều kết hợp với một định danh là địa chỉ, các địa chỉ này kết hợp với địa

chỉ của RTU được sử dụng bởi hệ thống để truy cập thông tin dữ liệu ở RTU

Mỗi địa chỉ RTU có thể quét độc lập

SV: Lê Ng ọc Dũng 7

Dữ liệu truyền đến RTU hay truyền về các máy chủ thông qua các CFE Truyền thông liên kết các RTU với CFE bao gồm những thiết bị sau:

• Cổng giao tiếp CFE

• Đường truyền thông giữa RTU và cổng giao tiếp CFE

• Các modem đặt tại mỗi cổng giao tiếp và ở RTU

Trạng thái của mỗi truyền thông liên kết trong hệ thống được thể hiện trên một display của hệ thống SCADA Trạng thái điều hành của các CFE và các đường truyền thông cũng được kiểm soát và điều khiển bởi điều hành viên SCADA từ display đó

5/ Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển

Thỉnh thoảng hai trung tâm điều khiển cần dữ liệu về cùng một thiết bị, lúc này trung tâm điều khiển nơi n hận trực tiếp dữ liệu về thiết bị từ RTU sẽ chuyển thông tin của thiết bị đến trung tâm điều khiển còn lại khi có sự thay đổi giá trị đo tại thiết bị

Những kết nối vật lý giữa các trung tâm tuỳ thuộc vào lưu lượng dữ liệu, yêu cầu về độ tin cậy, thiết bị truyền thông sẵn có và khoản cách giữa các trung tâm, ngoài ra cần phải quan tâm đến các giao thức truyền thông để phục vụ việc thay đổi dữ liệu giữa các trung tâm

Phần mềm SCADA có nhiều chức năng và được chia ra 3 phần chính

• Thu thập dữ liệu ( Data acquisition ) là chức năng dò quét của SCADA

được thực hiện để lấy dữ liệu theo thời gian thực về hệ thống được giám sát Các RTU đã được đấu dây đến các thiết bị chỉ định sẽ được quét ở

một tốc độ chỉ định bởi hệ thống SCADA, các RTU gửi dữ liệu chúng

nhận được ( gọi là dữ liệu thô- Raw data ) về các CFE, CFE thực hiện các chuyển đổi cần thiết và kiểm tra dữ liệu trước khi gửi về các máy tính chủ

• Giám sát điều khiển ( Supervisory control ) là chức năng SCADA cho

phép các điều hành viên và các chương trình ứng dụng gửi các lệnh từ trung tâm điều khiển đến các RTU, một lệnh điều khiển tạo nên một thay đổi trạng thái vận hành của một thiết bị Ví dụ điều hành viên có thể gửi

một lệnh điều khiển mở một máy cắt hiện đang ở trạng thái đóng

• Kiểm soát hệ thống ( System control ) là khả năng cho phép các điều

hành viên và các chương trình ứng dụng thay đổi cách thức mà SCADA

xử lý và hiển thị dữ liệu Ví dụ điều hành viên có thể nhập giá trị vào cho

một thiết bị mà giá trị đo của nó không nhận được từ RTU

1/ Thu th ập dữ liệu

SV: Lê Ng ọc Dũng 8

SCADA thực hiện các chức năng dưới đây để thu thập dữ liệu về các thiết

bị trong hệ thống đượp giám sát

• Dò quét hệ thống được giám sát tại các thời điểm định sẵn và thu nhận dữ

liệu từ các RTU qua trung gian là các CFE

• Thực hiện chuyển đổi và kiểm tra dữ liệu thô nhằm làm cho nó hữu dụng

để thể hiện cho các điều hành viên và cho những ứng dụng khác

• Thực hiện các tính toán dữ liệu cho các chương trình ứng dụng khác

• Xác định chất lượng dữ liệu và đánh dấu các dữ liệu có thể không tin cậy,

nó cũng đánh dấu dữ liệu để thể hiện nguồn cung cấp dữ liệu

• Cho phép các điều hành viên SCADA yêu cầu quét các nhóm dữ liệu riêng rẽ

Hệ thống SCADA có thể thu thập, xử lý và thể hiện dữ liệu từ 3 loại thiết

bị trong hệ thống được giám sát, cụ thể:

• Các thiết bị có trạng thái biến thiên, thể hiện thông qua các giá trị đo lường số học như hiệu điện thế, dòng điện, công suất,… được gọi là tín

2/ Giám sát điều khiển

Chức năng giám sát điều khiển của SCADA cho phép điều hành viên và các chương trình ứng dụng để điều khiển các thiết bị trong hệ thống được giám sát Từ trung tâm điều khiển điều hành viên có thể gởi các lệnh điều khiển để thay đổi trang thái các thiết bị như máy cắt, cầu dao

3/ Ki ểm soát hệ thống

Chức năng kiểm soát hệ thống cho phép điều hành viên và các chương trình ứng dụng thay đổi cách thức mà SCADA xử lý và thể hiện dữ liệu Ví dụ

về các hoạt động kiểm soát hệ thống

• Tách một điểm đo khỏi dịch vụ ( NIS- Not in service ) Hoạt động này ngăn cấm việc xử lý dữ liệu đã quét được đối với thiết bị được chọn trong

hệ thống giám sát

• Đưa một điểm đo trở lại dịch vụ Chức năng này cho phép SCADA xử lý

dữ liệu quét được đối với thiết bị được chọn

• Nhập tay giá trị đối với các thiết bị mà giá trị của nó không được đo lường xa ( không nhận được từ RTU )

SV: Lê Ng ọc Dũng 9

• Thay thế dữ liệu đo bằng giá trị nhập vào

• Cập nhật các giá trị giới hạn kiểm soát (Limit ) cho các giá trị đo lường Analog và chỉ thị SCADA bỏ qua việc kiểm soát giới hạn đối với các thiết bị được chọn

• Cho phép và ngăn ngừa các hoạt động kết hợp với các thông báo biến cố

và trạng thái bất thường ( Alarm và abnormal )

• Xác nhận của điều hành viên đối với các cảnh báo

• Kiểm soát hoạt động của hệ thống truyền thông bằng cách tách khỏi dịch

vụ hay đưa về các RTU, các nhóm quét hay các đường truyền thông

4/ Giao di ện người dùng SCADA

Mục tiêu của giao diện người dùng SCADA là để:

• Thể hiện dữ liệu mô tả một cách chính xác trạng thái của hệ thống được giám sát Cảnh báo cho điều hành viên SCADA về những vấn đề xuất

hiện trong hệ thống được giám sát và hệ thống truyền thông

• Cho phép điều hành viên thực hiện các hoạt động điều khiển trên hệ

thống được giám sát và thay đổi cấu hình hoạt động của hệ thống truyền thông

• Cho phép điều hành viên nhập vào các giá tr ị dữ liệu và giới hạn kiểm soát Ví dụ điều hành viên có thể ghi đè một giá trị đang được đo lường

xa hay đưa vào các giới hạn kiểm soát mới đối với các tín hiệu Analog

5/ Các display cơ bản

Dữ liệu SCADA được thể hiện tại các bàn điều khiển theo 2 dạng: dạng

đồ hoạ và dạng bảng Dạng đồ hoạ chính là thể hiện sơ đồ một sợi ( oneline ) Thông qua các đường vẽ và các ký hiệu đồ hoạ cho các thành phần, sơ đồ một

sợi thể hiện trạng thái vận hành của thiết bị được giám sát

Ta sử dụng sơ đồ một sợi vào hai mụch đích sau:

• Cung cấp sự quan sát hiện tại về trạng thái vận hành của các thiết bị ở

trạm được giám sát và điều tra nguồn gốc của các tình huống bất thường

• Để gởi các mệnh lệnh điều khiển trạng thái của các thiết bị hay điều khiển cách thức thể hiện dữ liệu của SCADA

Tương tự như dạng sơ đồ một sợi, các hiển thị dạng bảng ( Tabular ) cũng

thể hiện trạng thái của các thiết bị được giám sát Sử dụng các hiển thị dạng

bảng với cùng mục đích như sơ đồ một sợi: quan sát trạng thái hiện tại của các thiết bị trong hệ thống được giám sát, điều tra nguồn gốc các bất thường, và

thực hiện các hoạt động điều khiển Các hiển thị dạng bảng thể hiện thông tin theo các hàng và cột trong bảng thay vì bằng hình vẽ đồ họa Các hiển thị dạng

bảng thường cung cấp nhiều thông tin dữ liệu hơn dạng bảng

SV: Lê Ng ọc Dũng 10

Sơ đồ một sợi trong hệ thống SCADA - [2]

SV: Lê Ng ọc Dũng 11

6/ Cách th ức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA

Thu thập dữ liệu là một tiến trình của SCADA nhằm thu thập dữ lịêu từ các thiết bị trong hệ thống được giám sát SCADA lấy dữ liệu từ các nguồn khác nhau bao gồm các RTU, các hệ thống khác và bởi các điều hành viên Tiến

Hi ển thị dữ liệu dạng bảng

SV: Lê Ng ọc Dũng 12

trình xử lý dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu thô thành các dạng nội

tại hữu dụng để thể hiện và tính toán đồng thời lưu trữ các dữ liệu đã chuyển đổi vào cơ sở dữ liệu SCADA

6.1/ Các ngu ồn gốc dữ liệu

Mỗi dữ liệu mà SCADA nhận được đều có một nguồn gốc mà nó được thu thập, nguồn gốc bình thường của đa số dữ liệu là RTU Tuy nhiên SCADA

có thể nhận dữ liệu từ hệ thống SCADA khác, từ một tính toán, từ giá trị nhập

của điều hành viên…Các giá trị đo từ RTU hay từ các ngồn khác đều có thể được điều hành viên tách khỏi dịch vụ ( Not in service ) Việc tách một giá trị

đo khỏi dịch vụ có tác dụng ngăn ngừa SCADA cập nhật giá trị đo đó theo giá

trị nhận được từ nguồn bình thường của nó Mặc dù SCADA không cập nhật giá

trị nhận từ nguồn bình thường đối với các điểm đo đã tách khỏi dịch vụ, nhưng

nó có thể sử dụng giá trị từ một nguồn thứ cấp Ví dụ các giá trị đo lường của

một máy biến thế thường đến từ một RTU, nếu có một điểm đo Analog được tách khỏi dịch vụ, điều hành viên có thể muốn nhập vào giá trị mới cho điểm đo

đó, giá trị nhập tay đó chính là nguồn thứ cấp của dữ liệu hay giá trị thay thế

của điểm đo

SCADA xử lý và lưu trữ 3 loại dữ liệu khác nhau:

• Dữ liệu Analog

• Dữ liệu Status

• Dữ liệu Count

6.2/ D ữ liệu đo lường số ( Analog )

Analog là các giá trị số đại diện cho trạng thái của các thiết bị có trạng thái biến thiên như các đường dây tải điện, các máy biến thế, các máy bơm,… Trong hệ thống được giám sát một đại lượng biến thiên vật lý được đo bởi một

cảm biến ( Transducer ) và đầu ra của cảm biến được chuyển đến một bộ phận chuyển đổi tương tự - số ( A/D Analog to Digital ) trong RTU Bộ chuyển đổi A/D tạo ra một giá trị số ( dạng nhị phân- Binary ) mà máy tính chủ có thể xử lý được Tất cả các giá trị Analog được máy tính chủ chuyển đổi thành số thực ( Floating Point Number ) và hiệu chỉnh để tái hiện các giá trị đo vật lý theo các đơn vị đo kỹ thuật chẳng hạn như MW, MVAR, KV, A,… Ở dạng này các giá

trị được lưu vào cơ sở dữ liệu và sử dụng để hiển thị và tính toán

Tuy nhiên, mỗi điểm đo đều có các giới hạn ( Limit ) kết hợp của nó Các

giới hạn được định nghĩa bởi hai giá trị để mô tả một tầm vực Các loại giới hạn khác nhau có thể kết hợp với một điểm đo Analog:

• Giới hạn bình thường ( Normal limit ): Định nghĩa một tầm vực mà khi giá trị đo nằm ở bên trong nó thì thiết bị được xem là hoạt động bình thường

SV: Lê Ng ọc Dũng 13

• Giới hạn hợp lý ( Reasonablility limit ): Định nghĩa một tầm vực mà SCADA dùng để xác định một giá trị nhận được đối với một điểm đo analog là hợp lý hay không

• Giới hạn vùng cấm ( Forbidden range limit ): Định nghĩa một tầm vực mà SCADA xem như xâm phạm khi điểm đo analog rơi vào bên trong vùng này Các giới hạn vùng cấm được sử dụng khi có một tầm vực giá trị nằm bên trong giới hạn bình thường mà việc vận hành thiết bị trong tầm cực

đó cần phải được hạn chế hay ngăn ngừa

• Vùng chết của giới hạn ( Deadband limit ): Được dùng khi xác định một giá trị Analog từ trạng thái bất thường trở về trạng thái bình thường

• Giới hạn tốc độ thay đổi (Rate-of-change limit): Định nghĩa tốc độ chấp

nhận được mà giá trị Analog có thể thay đổi giữa các lần quét

Khi SCADA nhận được dữ liệu của một điểm đo analag, nó kiểm tra các

giới hạn kết hợp với điểm đo này nếu giá trị đo xâm phạm bất kỳ giới hạn nào, SCADA có thể khởi tạo một cảnh báo ( Alarm )

Điều hành viên SCADA có thể cấm từng cặp giới hạn riêng rẽ trên một điểm đo analog Điều này ngăn ngừa SCADA xem xét các giới hạn bị cấm để xác định có xâm phạm hay không SCADA có khả năng tự động chuyển đổi

giữa các bộ giới hạn khác nhau đối với một điểm đo analog, dựa trên các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, mùa, thời tiết,…Chức năng này gọi là sự thay đổi giới

hạn ( Limit replacement ), và có thể được áp dụng bằng tay bởi điều hành viên

6.3/ D ữ liệu đo lường trạng thái ( Status)

Các giá trị trạng thái thể hiện trạng thái của các thiết bị trạng thái rời rạc như máy cắt, cầu dao, bộ đổi nấc, SCADA có thể chấp nhận các đầu vào trạng thái để thể hiện đơn giản trạng thái On/Off hay Đóng/Mở, hay các đầu vào tổ

hợp từ các thiết bị ba trạng thái ( Three- state ) Hơn nữa, SCADA có thể chấp

nhận các đầu vào trạng thái và 3 trạng thái có phát hiện thay đổi các thoáng qua ( MCD- Momentery change detection ) Với MCD, SCADA có thể phát hiện các thay đổi xuất hiện giữa các lần quét

Các RTU có thể gắn nhãn thời gian cho các t hay đổi trạng thái để thời gian mà thiết bị thay đổi trạng thái được xác định một cách chính xác Thông tin như vậy gọi là trình tự diễn biến sự cố ( SOE – Sequence of events ), được tích

luỹ bởi SCADA và có thể quan sát trên một Display đặc biệt

6.4/ Dữ liệu đếm tích luỹ ( Count )

Một giá trị đếm tích luỹ được đến từ bộ tích luỹ xung ( Pulse accumulator ) Bộ tích luỹ xung thường được sử dụng để đo lường, lượng điện năng, ( chất

lỏng, khí đốt ) truyền qua một vị trí xác định trong hệ thống được giám sát

SV: Lê Ng ọc Dũng 14

Thiết bị phát hiện sẽ luân phiên đóng và mở một công tắc mỗi lần một đơn vị

của đại lượng đo di chuyển qua nó Bộ đếm tích luỹ sẽ đếm số lần thay đổi của công tắc và chuyển số đếm được cho SCADA, nơi chứa tổng tích luỹ của các số đếm này tính từ lần reset gần nhất Tương tự như các giá trị Analog các giá trị đếm được lưu trữ như các số thực và hiệu chỉnh để thể hiện giá trị đo vật lý theo các đơn vị đo kỹ thuật như Mêgawoát-giờ (MWH ) hay mét khối, Ở dạng này các giá trị có thể dùng để hiển thị hay tính toán

6.5/ Các khả năng quét của SCADA

SCADA nhận dữ liệu về hệ thống được giám sát bằng cách quét các RTU được đấu dây để thu thập các đo lường analog, trạng thái và đếm tích luỹ, các

dữ liệu được quét theo từng nhóm ( còn gọi là địa chỉ )

SCADA có thể quét hệ thống được giám sát theo các cách sau:

• Quét toàn bộ ( Interity scan ): Tất cả các RTU và nhóm q uét ( địa chỉ ) đều được quét để thu thập dữ liệu cho tất cả các thiết bị được giám sát Quét toàn bộ luôn đượ c thực hiện khi SCADA khởi động lần đầu tiên hay sau mỗi hỏng hóc trong máy tính chủ và hệ thống truyền thông thỉnh thoảng một lần trong điều kiện bìnnh thường

• Quét định kỳ ( Periodic scan ): Mỗi nhóm quét trong một RTU được quét

ở một tốc độ được tính bằng đơn vị giây định sẵn trong cơ sở dữ liệu SCADA SCADA thu nhận từ CFE chỉ các dữ liệu mà các nhóm quét của

nó thu thập, và chỉ nếu dữ liệu có thay đổi so với lần quét trước đó Các nhóm quét của các điểm đo trạng thái và các điểm đo Analog quan trọng được quét thường xuyên nhất để các thay đổi được thấy sớm nhất

• Quét riêng biệt ( Individual scan ): Một số nhóm quét định sẳn có thể được quét chọn lọc ở một tốc độ định sẵn trong cơ sở dữ liệu SCADA Điều này cho phép vài loại điểm đo như các bộ đếm tích luỹ được thu

thập theo nhóm ở cùng tốc độ quét Quét riêng biệt cũng cho phép các điểm đo xác định được thu thập ở tốc độ chậm hơn bình thường một thời gian dài, hay ở tốc độ nhanh hơn bình thường một thời khoảng ngắn ( quét tăng tốc )

• Quét theo yêu cầu ( Demand scan ): Một hay nhiều nhóm quét có t hể được quét theo yêu cầu của điều hành viên Quét theo yêu cầu có thể thực

hiện thường xuyên nếu muốn

6.6/ Chất lượng dữ liệu

Chất lượng dữ liệu là các thông tin liên quan đến dữ liệu mà điều hành viên SCADA muốn biết về các giá trị mà SCADA đang thể hiện về các thiết bị được giám sát

SV: Lê Ng ọc Dũng 15

SCADA cung cấp 5 nhóm chỉ thị chất lượng dữ liệu có thể được thể hiện trên các display dạng sơ đồ một sợi và dạng bảng, các chỉ thị chất lượng dữ liệu còn được gọi là các cờ chất lượng dữ liệu Các cờ chất lượng dữ liệu được mô tả như sau:

• Các cờ nguồn gốc dữ liệu: Các cờ này cho biết dữ liệu từ đâu đến, dữ liệu

có thể đến từ RTU hoặc từ hệ thống SCADA khác đến

• Các cờ chất lượng dữ liệu chi tiết: Các cờ này cho biết độ tin cậy của dữ

liệu, đánh giá dữ liệu tốt hay xấu

• Các cờ chất lượng dữ liệu hỗn hợp: Được dùng để chỉ thị độ tin cậy của

dữ liệu nhưng theo một cách tổng quát hơn cờ chất lượng dữ liệu chi tiết

• Các cờ của chương trình State Estimator: Phản ánh các liên quan về việc

sử dụng dữ liệu SCADA của chương trình State Estimator

• Các cờ thuộc tính dữ liệu: Các cờ này cho biết một thiết bị trong hệ thống được giám sát đang ở trong trạng thái vận hành được chấp nhận hay không

a/ Các c ờ nguồn gốc dữ liệu

Các cờ nguồn gốc dữ liệu thể hiện nơi xuất phát giá trị đo lường, các cờ nguồn gốc dữ liệu thường được dùng trên các display dạng bảng thay vì trên các display dạng sơ đồ một sợi, các cờ này bao gồm:

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ thu thập từ RTU ” ( NRTU )

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ thu thập từ một hệ thốn g SCADA khác ” ( NREMOTE )

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ được tính toán bởi SCADA ” ( NCALC )

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ được nhập bởi điều hành viên ” ( MANREP )

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ được thay thế bởi giá trị từ chương trình State Estimator ” ( ESTREP )

• Cờ chỉ thị dữ liệu được cung cấp bởi một tiến trình bên ngoài chứ không

phải chức năng quét của SCADA ( NEXTERN ) Ví dụ dữ liệu có thể được cung cấp từ một chương trình ở một phần khác của hệ thống quản

trị năng lượng ( EMS- Energy Management System )

Vào mọi lúc chỉ có một cờ nguồn gốc dữ liệu xuất hiện đối với một điểm

đo, nếu giá trị thể hiện đối với một điểm đo không được thu thập từ nguồn bình thường của nó, thì một cờ thay thế sẽ xuất hiện bên cạnh giá trị Nó chỉ thị nguồn thứ cấp của giá trị ( như giá trị được nhập vào từ điều hành viên )

b/ Các c ờ chất lượng dữ liệu

Có hai bộ cờ chất lượng dữ liệu: chi tiết và hổn hợp, cả hai đều chỉ thị về

độ tin cậy dữ liệu Các cờ chất lượng dữ liệu dù chi tiết hay hỗn hợp đều xuất

hiện gần kề các giá trị đo trên các sơ đồ một sợi Thông thường sự vắng mặt của

hiện và các dữ liệu đầu tiên được thu thập, các cờ này sẽ biến mất Khi dữ

liệu đầu tiên về đến, sẽ không có các cảnh báo ( alarm) tạo ra do sự thay đổi dữ liệu vì các giá trị chưa được khởi động được SCADA xem là vô nghĩa Nếu một dữ liệu được dự định để sử dụng trong một tính toán, thì

việc tính toán sẽ không được thực hiện khi cờ này hiện diện

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ cũ ” ( Old-O ): Dữ liệu được xem là cũ nếu nó không

thể được thu thập từ lần quét gần nhất Nó là dữ liệu hợp lệ gần nhất thu

thập từ RTU Dữ liệu có thể bị SCADA xem là cũ bởi những lý do sau:

- Trong một khởi động hệ thống “ ấm ” ( Warm Startup ) nghĩa là khi

một cơ sở dữ liệu SCADA mới trộn với các dữ liệu SCADA gần nhất và SCADA khởi động lại, tất cả các điểm đo thu thập bởi các RTU đều được xem là cũ khi việc quét mang lại các dữ liệu mới

- Khi một giá trị đo được phát hiện là không hợp lý, nghĩa là nó không được chứa vào cơ sở dữ liệu Trong trường hợp này cờ dữ liệu cũ sẽ xuất

hiện đồng thời với cờ dữ liệu “ không hợp lý ” Cờ dữ liệu “ không hợp lý

” thể hiện rằng dữ liệu “ cũ ” bởi vì giá trị mới thu thập là không hợp lý Đối với các điểm đo Analog cờ dữ liệu “ không hợp lý ” thể hiện rằng giá

trị đo đã xâm phạm giới hạn hợp lý đối với thiết bị Đối với các điểm đo

trạng thái cờ dữ liệu “ không hợp lý ” thể hiện rằng thiết bị đang giám sát đang ở trong trạng thái không hợp lệ Cờ này không áp dụng đối với các điểm đếm tích luỹ

- Khi điểm đo được đặt ra khỏi dịch vụ bởi điều hành viên để ngăn

ngừa việc đưa các giá trị mới vào cơ sở dữ liệu và thể hiện

- Khi một lỗi truyền thông không thể hồi phục xuất hiện khi dữ liệu đang được lấy từ RTU, hay từ một hệ thống SCADA khác, SCADA sẽ xem dữ liệu là cũ cho đến khi dữ liệu được thu thập thành công từ các nguồn này Các lỗi truyền thông có thể ảnh hưởng đến nhiều giá trị đến từ

một RTU, chúng có thể ảnh hưởng đến một nhóm quét, toàn bộ các nhóm quét của một RTU, hay toàn bộ dữ liệu truyền trên một đường truyền thông cụ thể

SV: Lê Ng ọc Dũng 17

• Cờ chỉ thị dữ liệu xấu ( Bad - B ): Dữ liệu xấu có thể là do hư hỏng của các mạch đo trong RTU Tất cả các điểm đo analog, trạng thái hay đếm tích luỹ nhận từ mạch đo hỏng được xem là xấu khi bộ biến đổi A/D trả

về một hay nhiều giá trị kiểm định chuẩn trong RTU vượt quá giới hạn cho phép Đối với các điểm đo trạng thái, mạch đo RTU bị xem là xấu khi trả về các mẫu bit sai so với mẫu kiểm định chuẩn

• Cờ chị thị dữ liệu vượt tầm ( Overrange – V ) dữ liệu vượt quá tầm vự c

của bộ biến đổi A/D Một giá trị đo được xem là “vượt tầm” khi giá trị thô nhận từ RTU nằm bên ngoài tầm trông đợi

• Cờ chỉ thị dữ liệu tách khỏi dịch vụ ( Not in service –NIS ) Xuất hiện khi

dữ kiệu được táhc khỏi nguồn nhận bình thường của nó Ở trạng thái này SCADA không xử lý và chứa các giá trị mới đối với các điểm đo này

d/ Các c ờ chất lượng dữ liệu hỗn hợp:

Tương tự như các cờ dữ liệu chi tiết, cờ hổn hợp cũng chỉ thị độ tin cậy

của dữ liệu Tuy nhiên cờ hỗn hợp cung cấp một cách nhanh hơn để điều hành viên nhận định tin cậy, các cờ hỗn hợp bao gồm:

• Cờ chỉ thị dữ liệu “vô nghĩa” ( Garbage): Cờ này xuất hiện khi điểm đo ở

trạng thái chưa khởi động

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ nghi ngờ ” ( Suspect) Cờ này xuất hiện điểm đo ở trong một hay nhiều trạng thái sau:

cũ, xấu, vượt tầm, đã ở trạng thái “ nghi ngờ ” tại hệ thống SCADA khác

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ được thay thế ” ( Replaced ) xuất hiện khi điểm đo

trạng thái được nhập bởi điều hành viên cung cấp bởi chương trình State Estimator, hay đã ở trạng thái “ được thay thế ” tại hệ thống SCADA khác

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ tốt ” ( Good ): Cờ này xuất hiện khi điểm đo không ở

một trong các trạng thái trên ( vô nghĩa, nghi ngờ, được thay thế )

e/ Các c ờ chất lượng dữ liệu khác

Trong một hệ thống có thể có nhiều hệ thống SCADA khác nhau trao đổi

dữ liệu với nhau, và do đó có 2 cờ chất lượng dữ liệu đáng kể là:

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ nghi ngờ tại hệ thống SCADA khác ” ( Remote suspect), chỉ thị dữ liệu đã bị xem là “ cũ, xấu, vượt tầm ” tại hệ thống SCADA cung cấp nó

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ được thay thế tại hệ thống SCADA khác ” Chỉ thị dữ

liệu đã được nhập bởi điều hành viên hay thay thế bởi chương trình State Estimator tại hệ thống SCADA cung cấp nó Trong trường hợp này các

cờ chỉ thị dữ liệu “ được nhập bởi điều hành viên ” (Manrep) hay cờ chỉ

SV: Lê Ng ọc Dũng 18

thị dữ liệu “ được thay thế bởi giá trị từ chương trình State Estimator ” ( ESTREP ) cũng được bật lên tương ứng

6.7/ Các c ờ của chương trình State Estimator

Có hai cờ liên quan đến chương trình State Estimator khi nó sử dụng dữ

liệu SCADA để đánh giá trạng thái hệ thống

• Cờ chỉ thị dữ liệu “ bất thường” ( Anomalous ): Chương trình State Estimator phát hiện dữ liệu là không bình thường, có nghĩa là giá trị của điểm đo tương ứng không phù hợp với trạng thái hệ thống khi đánh giá Khi dữ liệu đến được cải thịên, cờ này sẽ được xoá

• Cờ chỉ thị dữ liệu được thay thế bởi chương trình State Estimator, thể

hiện rằng giá trị điểm đo được thay thế bởi chương trình State Estimator theo yêu cầu của điều hành viên

Các cờ thuộc tính dữ liệu cho biết là giá trị điểm đo phản ánh một trạng thái vận hành chấp nhận được hay không đối với thiết bị được giám sát Các cờ này được tạo ra bởi kết quả của việc kiểm tra dữ liệu Nó sẽ so sánh giá trị đo được với các giới hạn kiểm soát định sẵn (đối với các điểm đo Analog ) hay với

trạng thái bình thường (đối với các điểm đo trạng thái ) Việc kiểm tra dữ liệu được thực hiện đối với tất cả dữ liệu dù là đo lường xa, nhận từ hệ thống SCADA khác, được tính toán, nhập bởi điều hành viên, hay cung cấp bởi chương trình khác Tuỳ thuộc vào kết quả của việc kiểm tra này, các cờ thuộc tính dữ liệu sau đây có thể xuất hiện tại một điểm đo

• Cờ chỉ thị “ thiết bị đang được điều khiển ” ( Commanded ) cho biết thiết

bị kết hợp với dữ liệu đang ở trạng thái thực hiện lệnh điều khiển Cờ này

có ý nghĩa đối với các điểm đo trạng thái ( máy cắt,…) hay Analog ( bộ đổi nấc )

• Cờ chỉ thị “ không bình thường ” ( Abnormal ) chỉ thị điểm đo trạng thái đang ở trạng thái không bình thường về mặt vận hành Ví dụ như một máy cắt thường đóng đang ở trạng thái mở

• Các cờ chỉ thị “ giới hạn bị xâm phạm ” ( Limit violation level 1,2,3,…)

chỉ thị rằng một hay nhiều giới hạn kiểm soát của một điểm đo Analog đang bị xâm phạm (ở trạng thái bất bình thường ) có thể có nhiều cấp độ

giới hạn cần kiểm soát ví dụ như giới hạn hoạt động bình thường, giới

hạn khẩn cấp,…

• Cờ chỉ thị “ giới hạn không bị xâm phạm ” ( No limit violation) Chỉ thị điểm đo Analog không xâm phạm bất kỳ giới hạn nào

6.8/ Giá tr ị khởi động của các cờ

Các điểm dữ liệu được xem là chưa được khởi động ( Uinitialized ) hay là

cũ ( Old ) tùy theo SCADA vừa trải qua quá trình khởi động ấm hay lạnh Trong

SV: Lê Ng ọc Dũng 19

trường hợp khởi động lạnh tức là SCADA bắt đầu với một cơ sở dữ liệu mới và không có giá trị nào tồn tại trước tại các điểm dữ liệu đều được xem là “ chưa được khởi động ” ( Uninitialized )

Trong quá trình khởi động ấm ( Warm ) thì SCADA bắt đầu với một cơ

sở dữ liệu mới và các giá trị hiện hữu ( thường là các giá trị của lần thu thập gần

nhất ) Trong trường hợp này các điểm dữ liệu có tồn tại các giá trị sẽ được xem

là cũ Cờ này sẽ tồn tại cho đến khi việc quét mang lại các giá trị mới

6.9/ Các sự kiện và cảnh báo của SCADA

SCADA phát hiện và lưu ý các điều hành viên về các sự kiện và điều kiện trong hệ thống được giám sát có thể dẫn đến các vấn đề trong vận hành Như SCADA phát hiện một máy cắt bị bật ( Trip ) nó có thể h ành động ngay bằng cách tạo ra một cảnh báo có âm thanh để lưu ý điều hành viên SCADA có thể phát hiện các vấn đề xuất hiện đối với các điểm analog, trạng thái và bộ đếm tích luỹ, các RTU và các thiết bị khác trong hệ thống truyền thông, kể cả các

phần mềm và thiết bị phục vụ trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống Các điểm đo Analog hay trạng thái riêng rẽ có thể được cấu hình tuỳ ý để ngăn chặn cảnh báo cho đến khi điểm đo đó vẫn tồn tại ở trạng thái không bình thường sau một khoảng thời gian định trước Hơn nữa, SCADA cũng phát hiện khi thao tác điều khiển xa bị trục trặc

Có vài điều kiện và sự kiện chung được SCADA xem như là không bình thường và do đó sẽ tạo cảnh báo, như dưới đây:

• Các điều kiện không bình thường hay không hợp lệ đối với các điểm đo Analog, trạng thái và bộ đếm tích luỹ trong hệ thống được giám giát

• Các điểm đo Analog hay trạng thái vừa trở về trạng thái bình thường sau khi đã ở trong trạng thái không bình thường hay không hợp lệ

• Các vấn đề trong hệ thống truyền thông mà đặc biệt là RTU và các nhóm quét

a/ Các điều kiện không bình thường

Trong cơ sở dữ liệu SCADA, luôn tồn tại các định nghĩa về trạng thái vận hành bình thường cho mỗi điểm đo analog và trạng thái Khi SCADA phát hiện giá trị Analog hay trạng thái không ở trong trạng thái vận hành bình thường này SCADA sẽ xem điểm đó là không bình thường, hay không hợp lệ và do đó sẽ

SV: Lê Ng ọc Dũng 20

• Giá trị của một điểm đo trạng thái là một trạng thái không hợp lệ đối với

loại điểm đo đó

• Giá trị của một điểm đo trạng thái chuyển sang một trạng thái không bình thường

• Không thể xác định được thiết bị ở trạng thái mang điện hay không

• Thiết bị mất điện hay mang điện trở lại

• Một điểm đo Analog hay trạng thái chuyển từ trạng thái “ chưa khởi động

” sang trạng thái không bình thường hay không hợp lệ

• Điện thế thấp được phát hiện ở một trạm

• Một lệnh điều khiển bị trục trặc

Nếu một điểm đo trạng thái máy cắt được mô hình là MCD ( cho phép phát hiện các dao động trạng thái giữa các lượt quét ) máy cắt có thể bật và tự đóng lại trong một nhịp của chu kỳ quét, SCADA sẽ lưu ý điều hành viên về

tiến trình tự đóng lại của máy cắt bằng cách tạo ra cảnh báo Cảnh báo có thể được xác lập để yêu cầu điều hành viên xác nhận ( acknowledge ) hay không

cần xác nhận nó

b/ Các sự kiện “ trở lại bình thường ”

SCADA tạo ra các cảnh báo khi các sự kiện sau đây xảy ra:

• Điện thế tại một trạm trở lại bình thường sau khi rơi vào tình trạng điện

thế thấp

• Một điểm đo analog trở lại bình thường từ một trạng thái xâm phạm giới

hạn ( SCADA có thể được lệnh tự động xác nhận cảnh báo loại này )

• Một điểm đo trạng thái trở về trạng thái bình thường từ một trạng thái không hợp lệ hay một trạng thái không bình thường ( SCADA có thể được lệnh tự động xác nhận cảnh báo loại này)

c/ Các l ỗi truyền thông và hỏng hóc thiết bị

SCADA có thể được lệnh để tạo ra các cảnh báo khi các điều kiện sau đây xảy ra trong hệ thống truyền thông

• Khi việc quét của nhóm quét đầu tiên trên một RTU bị trục trặc và khi

việc quét của tất cả các nhóm trên RTU bị trục trặc

• Đường truyền thông về SCADA bị mất hay trở lại bình thường

• Tối thiểu một một nhóm quét trên một RTU trở lại bình thường, hay tất

cả nhóm quét trở lại bình thường

Nếu một phần của thiết bị trong hệ thống truyền thông không hoạt động bình thường, SCADA xem như thiết bị đó ở trạng thái hỏng Hỏng hóc thiết bị truyền thông xảy ra với nhiều lý do khác nhau, lý do thường thấy chủ yếu là SCADA không thể thiết lập kết nối với một thiết bị cụ thể trong hệ thống truyền thông Hỏng hóc trong truyền thông có thể xảy ra ở các cấp độ dưới đây

SV: Lê Ng ọc Dũng 21

• Các nhóm quét: Mỗi nhóm quét được gán ( trong cơ sơ dữ liệu) một con

số để thông báo với SCADA là sau bao nhiêu lần thử hỏng liên tiếp mới xác định là nhóm quét bị hỏng Hoặc SCADA có thể sử dụng phương pháp đếm số lần gián đoạn truyền thông thay vì số lần thử hỏng liên tiếp

• Các RTU: Nếu tất cả các nhóm quét của RTU bị trục trặc thì SCADA sẽ xem RTU đó cũng bị trục trặc Khi một RTU trục trặc SCADA sẽ kiểm tra trạng thái của tất cả RTU khác trên cùng đường truyền thông SCADA

sẽ thử tái lập truyền thông một cách định kỳ đối với các RTU được xem

là hỏng hóc

• Các đường truyền thông: Nếu tất cả RTU trên một đường truyền thông cụ

thể bị hỏng hóc, SCADA sẽ xem đường truyền thông đó là hỏng hóc, SCADA cũng xem đường truyền thông là hỏng hóc khi có lỗi xuất hiện trong khi dữ liệu liên quan đến các đường truyền thông đó được tải từ máy tính chủ xuống CFE

• CFE: Nếu máy tính chủ không thể kết nối với CFE, SCADA sẽ xem CFE

bị hỏng hóc SCADA sẽ thử kết nối một cách định kỳ với CFE bị hỏng Khi hệ thống SCADA khởi động nó sẽ thử kết nối với tất cả RTU và các nhóm quét, nếu có một RTU hoặc nhóm quét không khả dụng là do:

• RTU hay nhóm quét đó bị hỏng

• Một điều hành viên đã tách RTU hay nhóm quét đó ra khỏi dịch vụ

• Một thiết bị mà RTU hay nhóm quét đó lệ thuộc đã bị tách khỏi dịch vụ

d/ Đáp ứng của SCADA đối với các điều kiện có cảnh báo và các sự kiện

Sau khi SCADA phát hiện một điều kiện không bình thường trong hệ

thống được giám sát nó có thể phản ứng bằng cách tiến hành một số hoạt động

để báo động điều hành viên về điều kiện đó Phản ứng của SCADA với một điều kiện bất thường cụ thể xảy ra trên một điểm đo cụ thể được định nghĩa trong cơ sở dữ liệu SCADA Các hành động của SADA có thể là:

• Ghi nhận sự bất thường này vào các display về các cảnh báo của hệ thống ( Alarm summary )

• Ghi nhận các bất thường này vào các display liệt kê các bất thường của hệ

thống ( Exception list )

• Đánh dấu điểm đo bất thường là chưa được xác nhận ( unacknowledged )

và tiếp theo là tạo ra âm thanh cảnh báo cho điểm đo đó

Các hoạt động trên được thực hiện bởi một chương trình có tên là Alarm Khi SCADA phát hiện một biến cố hay điều kiện cần tạo cảnh báo, nó sẽ gửi thông tin đó đến chương trìng này, và chương trình này sẽ ghi nhận lại, phân

loại, tạo ra âm thanh báo động và thể hiện trên các display thích hợp Để tăng cường khả năng thông báo của chương trình Alarm, SCADA có thể tạo các thay

SV: Lê Ng ọc Dũng 22

đổi trên các display sơ đồ một sợi và dạng bảng báo động điều hành viên về các

biến cố hay điều kiện bất thường này Ví dụ như một máy cắt có cảnh báo có

thể thay đổi từ một hình vuông đặc màu đỏ ( thể hiện trạng thái bình thường ) sang một hình vuông rỗng màu xanh và nhấp nháy ( thể hiện trạng thái không bình thường ) Các chỉ thị nhìn thấy được như thế của các trạng thái cần cảnh báo được xác lập trong SCADA khi xây dựng các display

e/ Vùng trách nhiệm

Trong cơ sở dữ liệu SCADA, toàn bộ hệ thống SCADA đựơc phân chia thành các vùng và mỗi vùng đều được đặt tên Mỗi vùng này được gọi là vùng trách nhiệm ( Area of Responsibility ), việc phân chia hệ thống thành các vùng

Vùng trách nhiệm được gán cho từng loại thiết bị trong hệ thống được giám sát và cho từng RTU trong hệ thống truyền thông ( có thể theo cấp điện

áp, theo vị trí địa lý, ) Đối với một hoạt động điều khiển một thiết bị được

thực hiện từ một hiện trường và một bàn điều khiển điều hành viên, thì vùng trách nhiệm của loại thiết bị đó phải khớp với vùng trách nhiệm của bàn điều khiển điều hành viên

f/ Các chương trình ứng dụng liên quan

Các chương trình ứng dụng sau đây có thể đư ợc điều khiển vận hành và truy cập theo SCADA:

• Chương trình tính toán linh động cho điều hành viên ( USERCALC ): cho phép chúng ta định nghĩa tuỳ ý các tính toán dực trên các dữ liệu SCADA, sử dụng các hàm số học, logic, và so sánh c ũng như các rẽ nhánh có điều kiện, kết quả tính toán có thể thay thế tạm thời các giá trị

của các điểm dữ liệu mà vì một lý do nào đó không thể thu thập được

• Chương trình ghi nhận dữ liệu quá khứ ( HDR – Historical Data Recording ): Ghi nhận và lưu trữ dữ liệu của các điểm đo analog, trạng thái và bộ đếm tích luỹ được chọn của SCADA vào các tập tin Dữ liệu

của các tập tin này sau đó có thể tải xuống và tái tạo lại cơ sở dữ liệu SCADA theo đúng hiện trạng của nó tại một thời điểm cụ thể trong quá

khứ, hay để thể hiện các giá trị thu thập của các giá trị SCADA đã chọn trãi dài theo một thời khoảng chỉ định

SV: Lê Ng ọc Dũng 24

CHƯƠNG III TRUY ỀN THÔNG TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Trong hệ thống thông tin kỹ thuật số người ta phân ra làm hai kiểu truyền thông: song song và nối tiếp

1/ Truy ền song song

Trong truyền thông dạng song song, một nhóm các tín hiệu ví dụ như 16 bit thông tin ( Word ) được truyền đi cùng lúc, đây là loại truyền thông cơ bản tốc

độ cao, tuy nhiên giá thành cao và truyền ở cự ly ngắn, thông thường nó chỉ được dùng làm các Internal Bus của PC hay để kết nối một số thiết bị truyền thông chuyên dụng

2/ Truyền nối tiếp

Để truyền tín hiệu qua một khoảng cách đáng kể, hay dùng nối tiếp các thiết bị truyền thông với nhau người ta thường dùng kiểu truyền thông nối tiếp Điều này có nghĩa là các bit dữ liệu sẽ được gửi từ đầu gửi đến đầu nhận tuần tự

từng bit một nối đuôi nhau theo một dạng Frame qui định Truyền nối tiếp phức

tạp và chậm hơn truyền song song nhiều vì nó đi qua nhiều bước sắp xếp thông tin theo qui luật chung để đầu nhận hiểu được đầu phát, các qui luật sắp xếp

thông tin được gọi là giao thức ( Protocol )

SV: Lê Ng ọc Dũng 25

II/ TRUYỀN ĐỒNG BỘ VÀ BẤT ĐỒNG BỘ

1/ Truy ền đồng bộ ( Synchronous )

Là phương pháp loại bỏ các bit Srart, Stop ra khỏi Frame trong quá trình

truyền, nhưng phải thêm các thiết bị khác để đồng bộ hoá đồng hồ thu và phát,

sự đồng bộ này thực hiện theo hai cách:

• Truyền tín hiệu đồng bộ cùng với dữ liệu Cách này mã hoá dữ liệu đặt

biệt nhằm đảm bảo sự chuyển tiếp tín hiệu mỗi bit truyền đi, thường có

đồng hồ tự kích hoạt Bằng cách này đầu gửi luôn luôn giữ nhiệm vụ

Clock Master

• Dùng một kênh truyền giao tiếp riêng biệt để mang tín hiệu đồng hồ, các

tín hiệu đồng hồ này có thể được gửi từ bộ Clock Master chung cho toàn

hệ thống theo các tín hiệu như GPS

Các tín hiệu đồng bộ thường dùng những kiểu bit đặc biệt để không nhầm

với các dữ liệu Trong kiểu truyền đồng bộ, các chuỗi bit rất dài được truyền

trong một Frame đơn Khi truyền đồng bộ người ta dùng một kiểu kiểm tra lỗi

khác mà không phải kiểm tra tín chẳn lẻ nữa Phương pháp dò lỗi thông dụng

cho truyền đồng bộ là CRC ( Cyclic Redundancy Check ) Kỹ thuật CRC nhờ

thiết bị đầu gửi tính ra giá trị tổng của các bit dữ liệu Tại đầu nhận cũng Frame

này được kiểm tra lại giá trị CRC của đầu gửi, nếu hai giá trị này bằng nhau thì

Frame được truyền đi không có lỗi

Cơ chế truyền đồng bộ có hiệu quả băng thông tốt hơn so với truyền bất

đồng bộ, tổng các bit (đồng bộ CRC, End ) chiếm một tỉ trọng rất nhỏ so với độ

dài của Frame dữ liệu Do vậy tốc độ truyền sẽ tăng cao hơn, dung lượng truyền

cũng nhiều hơn, thích hợp cho việc truyền tín hiệu tốc độ cao, dung lượng lớn

SYNCH SYNCH CHARACTER CHARACTER CRC END

Frame truy ền đồng bộ cho dạng ký tự

DATA

Frame truy ền đồng bộ cho data bất kỳ

SYNCH SYNCH DATA CRC END SYNCH SYNCH DATA CRC END

và đầu phát đồng bộ thời gian với nhau Kiểu truyền bất đồng bộ thường được dùng để truyền dữ liệu dạng ký tự, và lý tưởng nhất là truyền các dữ liệu ký tự thu thập với thời gian không xác định

3/ Phương thức truyền thông

Trong hệ thống viễn thông hướng đi của thông tin trên mạng truyền thông được khái niệm như sau:

• Dạng truyền thông đơn công/ Simplex là dữ liệu chỉ đi theo một chiều duy

nhất, khi đó dữ liệu chỉ có thể đi từ A đến B và không có chiều ngược lại

• Dạng truyền thông bán song công/Hafl Duplex cho phép dữ liệu được

truyền theo hai hướng tuy nhiên tại mỗi thời điểm chỉ có một hướng được truyền mà thôi

• Một dạng truyền thông cho phép dữ liệu truyền cả hai hướng trong cùng

một thời điểm được gọi là song công toàn phần / Full-duplex

Start bit Data Parity bit Stop bit

C ấu trúc của một Frame bất đồng bộ

hiệu mà ta phân ra làm 2 loại : tín hiệu tương tự và tín hiệu số

• Tín hiệu tương tự ( Signal Analog ): Là tín hiệu có đặc tính biến đổi liên

tục của một đại lượng vật lý khác để hiển thị thông tin

• Tín hiệu số ( Signal Digital ): Là các chuỗi xung nhị phân rời rạc theo

thời gian trong đó các xung chỉ có hai mức giá trị là [0] và [1] và giá trị này chỉ mang tính logic chức không phụ thuộc vào đặc tính biên độ của tín hiệu

Tín hiệu tương tự là một dãi liên tục biến đổi theo thời gian, do đó khi truyền tín hiệu này đi xa trên đường truyền rất dễ gây nhiễu loạn và khó có khả năng khôi phục lại tín hiệu gốc ở phía thu Trong khi đối với tín hiệu số nhờ chỉ

có 2 mức tín hiệu là [0] và [1] nên ta có thể tách bỏ hoàn toàn nhiễu và tái tạo lại nguyên bản tín hiệu ban đầu Nhờ đặc tính này mà bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang số và ngược lại được sử dụng hầu hết trong lĩnh vực viễn thông

cũng như việc truyền tín hiệu thoại, data trong ngành điện

2/ K ỹ thuật điều xung mã ( Pulse Code Modulation )

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PCM là biến đổi tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số nhị phân tốc độ 64Kb/s ( tín hiệu PCM ) để phát đi Tại bên thu

t

A(t)

t A(t)

Tín hiệu số Tín hiệu tương tự

Truy ền bán song công

tần số f0 thì tín hiệu này có thể khôi phục một cách chính xác nếu tần số lấy mẫu

F / 2f0

2.2/ Lu ợng tử hoá

Độ rộng băng tần của tín hiệu thoại được giới hạn ở dãi từ 0,3 đến 3,4 KHz, do đó tín hiệu nguyên thuỷ có thể được khôi phục chính xác nếu quá trình

lấy mẫu được thực hiện ở tốc độ 6,8 KHz Tuy nhiên, trên thực tế tần số lấy mẫu

là 8 KHz do có xem xét đến các đặ c tính của linh kiện điện tử như bộ lọc thông

thấp, về mặt thời gian chu kỳ lấy mẫu là 125µs

Là quá trình biến đổi các xung PAM có biên độ thay đổi liên tục thành các giá trị rời rạc Quá trình biến đổi này đuợc thực hiện theo hai bước:

• Chia giá trị nhỏ nhất và lớn nhất thành các khoảng nhỏ bằng nhau, giá trị

của mỗi khoảng được gọi là mức lượng tử

• Xấp xỉ giá trị của tín hiệu sau lấy mẫu với một vạch gần nhất, sai số của quá trình này được gọi là sai số lượng tử

2.3/ Mã hoá

Là quá trình biến đổi tín hiệu sau lượng tử thành số liệu, đoạn số liệu của

một giá trị tín hiệu sau lấy mẫu được gọi là một từ mã ( Code Word ) Như hình trên biên độ của các xung được biến đổi thành các từ mã ba chữ số Trong trường hợp tín hiệu thoại chúng được biến đổi thành các mã nhị phân lên đến 8 bit điều đó có nghĩa là giá trị biên độ của tín hiệu có đến 256 giá trị

2.4/ Gi ải mã

Là quá trình biến đổi tín hiệu PCM nhận được thành tín hiệu tương tự trong máy thu và bao gồm quá trình tái tạo, quá trình giải mã v à khôi phục tín

hiệu gốc

• Quá trình tái tạo là thay thế các xung đã biến dạng bằng các xung vuông

mới, trong quá trình truyền dẫn ở khoảng cách lớn các tín hiệu xung lưỡng cực như tín hiệu có mã AMI được sử dụng và do đó trước khi đưa vào bộ giải mã tín hiệu lưỡng cực được biến đổi về tín hiệu đơn cực

• Trong quá trình giải mã các từ mã được chuyển sang dạng các xung điều biên, biên độ của các xung này cũng giống như biên độ của các xung mẫu lượng tử đã tạo ra các từ mã và sau khi qua bộ giải mã dãy xung mẫu lượng tử được phục hồi Tín hiệu được phục hồi nhờ vào bộ lọc thông

thấp

SV: Lê Ng ọc Dũng 30

3/ Ghép kênh

Ghép kênh là kỹ thuật ghép nhiều luồng thông tin thành một luồng để có

thể truyền trên cùng một đường truyền, do đó sẽ tiết kiệm được đường dây Các

kỹ thuật ghép kênh hiện nay là:

• Ghép kênh theo tần số: FDM ( Frequency Division Multiplexing ) là

phương pháp truyền các kênh riêng rẽ bởi các tần số mang khác nhau và

0

1

1

NRZ AMI

Mức quyết định

Ghép kênh theo tần số -[6]

SV: Lê Ng ọc Dũng 32

• Ghép kênh theo địa chỉ: ADM ( Address Division multiplexing ) là phương thức ghép kênh trong đó dữ liệu được sắp theo từng gói để truyền

đi Mỗi gói được gắn nhãn tiêu đề có ghi rõ địa chỉ nơi gửi và nhận và do

đó dữ liệu được truyền tự do trên đường mà không cần sắp xếp vào khe cố định như kỹ thuật TDM

4/ Tách kênh

Là quá trình ngược lại của quá trình ghép kênh

Ghép kênh theo thời gian – [6]

SV: Lê Ng ọc Dũng 33

IV/ ĐỒNG BỘ HỆ THỐNG

Đồng bộ hệ thống là phương pháp tạo ra sự trùng lập về tần số đồng hồ nguồn cho tất cả các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch dữ liệu trên toàn hệ

thống thông tin

1/ H ệ thống tựa đồng bộ

Trong hệ thống này mỗi nút trạm ( RTU ) sử dụng một đồng hồ có độ chính xác cao và các đồng hồ này hoàn toàn với nhau, trên thực tế các đồng hồ này hoạt động không đồng bộ với nhau nhưng sai lệch tần số được giới hạn ở

một mức cho phép Đồng hồ này phải duy trì độ chính xác tần số cao trong suốt

thời gian hoạt động

Quá trình ghép kênh và tách kênh – [6]

hịêu đồng bộ Thiết bị đồng bộ mạng ( các trạm ở xa - tớ ) tạo ra các đồng hồ và

dựa vào tín hiệu đồng bộ từ đồng hồ chủ để đồng bộ trên phạm vi toàn mạng, các đồng hồ tớ có nhiệm vụ duy trì tần số của mình chuẩn theo tần số của đồng

hồ chủ Do hệ thống SCADA hoạt động trên thời gian thực ( Real Time ), nên

việc sử dụng tín hiệu đồng bộ mạng trong hệ thống là dựa trên kỹ thuật đồng bộ

mạng theo kiểu Chủ - Tớ

Độ tin cậy của mạng phụ thuộc vào độ chính xác của đồng hồ chủ, kích

cỡ bộ nhớ đệm, mạch điều khiển bộ dao động và bản thân bộ dao động trong

mỗi nút mạng ( tớ ) Để trách sự cố cho mạng đồng bộ do đồng hồ cấp cao hơn

SV: Lê Ng ọc Dũng 35

3/ Hệ thống đồng bộ tương hỗ

Trong hệ thống này mỗi nút lấy trung bình các nguồn mẫu đưa vào và sử

dụng nó cho đồng bộ truyền dẫn và cục bộ tại các nút mạng, phương pháp đồng

bộ tương hỗ có thể sử dụng nguồn đồng hồ chủ để làm nguồn tham chiếu cho nút của mạng

V/ THÔNG TIN VI BA

Hệ thống thông tin vi ba là một hệ thống truyền thông rất phổ biến, sử

dụng môi trường truyền dẫn là không gian tự do, trong một hệ thống thông tin vi

ba người ta sử dụng sóng vô tuyến ( Radio Frequency ) ở tần số rất cao ( Từ 1 Ghz đến 38 Ghz ) làm sóng mang ( Carrier ) để truyền thông tin liên lạc giữa hai điểm Do đặc tính tần số rất cao ( bước sóng ngắn ) nên việc truyền sóng vi ba

phải thực hiện theo nguyên tắc truyền thẳng ( Sight of light )

Tr ạm A

H ệ thống đồng bộ tương hỗ

Bộ dao động nguyên tử có độ chính xác cao

Bộ dao động khoá pha Đường dẫn tín hiệu đồng hồ

SV: Lê Ng ọc Dũng 36

1/ B ảng phân loại tần số vô tuyến

TẦN SỐ BĂNG TẦN CƠ CHẾ TRUYỀN

SÓNG VÔ TUYẾN CLỰ LY THÔNG TIN VÀ ĨNH VỰC SỬ DỤNG

Từ 30 đến

300KHz

LF ( Low Frequency )

Sóng đất – Điện ly Thông tin quân sự

Từ 300KHz

đến 3MHz MF ( Medium Frequency)

Sóng đất ( cự ly ngắn) Sóng trời ( cự ly dài ) Phát thanh ckhông, nghiệp dư ố định, hàng

Từ 3 đến

30MHz

HF ( High Frequency )

Sóng trời 3-6MHz: thông tin lục địa

6-30MHz: Thông tin di động, thông tin dân sự,

Từ 30 đến

300MHz

VHF ( Very High Frequency )

Sóng trời Thông tin vệ tinh, rada,

thông tin cố định

Từ 30 đến

300KHz

EHF (Extra High Frequency)

Sóng trời Dùng trong tương lai

2/ Sơ đồ khối hệ thống thông tin vi ba cơ bản