HỆ THỐNG SCADA TRONG MÁY BIẾN ÁP

SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). SCADA là một công cụ tự động hóa trong nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở các cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ thống điện. Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả.

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Khoa công nghệ tự động  ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TÌM KIẾM DỮ LIỆU THÔNG TIN Tên đề tài: HỆ THỐNG SCADA TRONG MÁY BIẾN ÁP Giáo viên giảng dạy: Bùi Anh Tuấn Lớp: Đ7 – Công nghệ tự động 1 Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Vũ Ngọc Nam 2. Đinh Văn Ngọc 3. Nguyễn Thành Ngọc 4. Nguyễn Thị Nhuận 5. Đinh Thế Phú Hà Nội – 03/2014 MỤC LỤC LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Mọi sự góp ý của thầy cô là những điều quý báu đối với chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn và hứa sẽ tiếp thu những lời thầy cô truyền dạy! Page 2 of 24 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nhu cầu về ứng dụng tự động hóa kết hợp với truyền thông trong hoạt động của các nhà máy, xí nghiệp đang phát triển rất mạnh. Rất nhiều nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu trang bị hệ thống tự động hóa để phục vụ cho mục đích của họ. Nhưng họ không có nhiều thông tin về các hệ thống đó. Trong thực tế, ở Việt Nam đã xuất hiện nhiều hệ thống tự động điều khiển, giám sát hoạt động nhưng tính tích hợp của nó chưa cao. Hầu hết các hệ thống này thường dành cho các ứng dụng lớn, do đó giá thành tương đối cao, không phù hợp với nhiều nhà máy xí nghiệp. Hơn nữa, mỗi nhà máy, xí nghiệp có một đặc thù riêng, nên ứng dụng của họ rất khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA – Supervisory Control And Dât Acquisition System) để quản lý, giám sát hoạt động tại các nhà máy, xí nghiệp ở Việt Nam là một công việc thiết thực và cần thiết. Chính vì lý do đó, chúng em đã lựa chọn đề tài: “Hệ thống SCADA trong máy biến áp” làm chuyên đề đồ án của nhóm mình. Do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn nên bài đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của các bạn và quý thầy cô để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page 3 of 24 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT (SCADA) 1.1. Tổng quan về SCADA: SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). SCADA là một công cụ tự động hóa trong nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở các cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ thống điện. Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả. SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học Từ những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát triển đi vào xu hướng tự động hóa. Việc sản xuất thủ công được thay thế dần ở các xí nghiệp công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ thông tin, đặc biệt sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ thống tự động hóa điều khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là một công cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân phối điện năng trong Điện lực Sau khi chuyển sang cơ chế thị trường, đất nước mở cửa quá trình công nghiệp tự động hóa bắt đầu, các nhà máy xí nghiệp xây dựng đều được ưu tiên về công nghệ tiên tiến và hệ thống SCADA - công cụ của tự động hóa cũng được phát triển rộng, lắp đặt ở nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sản xuất chất lượng cao. Page 4 of 24 Công nghệ SCADA ở nước ta, do nhập thiết bị của nhiều nước công nghiệp tiên tiến nên nó rất đa dạng về mẫu mã, cấu trúc, về chuẩn và chủng loại. Nhưng là một hệ thống công nghiệp mới nên hệ thống SCADA phần lớn cũng là hệ theo chuẩn công nghiệp chung. Hiện nay SCADA không thể thiếu được cho việc sản xuất tự động ở xí nghiệp công nghiệp cần độ chính xác và tự động hóa cao. Để đáp ứng với khả năng phát triển chung của nền kinh tế, hệ thống điện đóng vai trò chủ đạo không những thúc đẩy nền kinh tế mà còn đảm bảo an ninh, chính trị, quốc phòng. Vì vậy việc sử dụng SCADA trong hệ thống điện Việt Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình huống một cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế phát triển. 1.2. Chức năng của hệ thống SCADA Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số liệu về sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường truyền số liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ.  Dùng các cơ sở số liệu đó: Để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám sát hệ thống điện.  Hiển thị các trạng thái về quá trình hoạt động của thiết bị điện, hiển thị đồ thị, hiển thị sự kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất.  Thực hiện điều khiển từ xa quá trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, thay đổi các giá trị của đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị của rơle  Thực hiện các dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác.  Một hệ SCADA kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để tự động hóa việc điều khiển giám sát cho một đối tượng trong hệ thống điện .  Với một hệ thống thì yêu cầu việc xây dựng hệ SCADA (cho hệ thống điện) thực hiện một trong số những nhiệm vụ tự động hóa sau:  Thu thập - Giám sát từ xa  Điều khiển Đóng /Cắt từ xa  Điều chỉnh tự động từ xa  Thông tin từ xa của các đối tượng và các cấp quản lý Mỗi chức năng trên đều có những yêu cầu đặc biệt cho từng bộ phận, phần cứng, phần mềm chuyên dụng của hệ thống SCADA. Cụ thể là: Page 5 of 24  Phần đo - Giám sát xa: Cần đảm bảo thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn, đủ những số liệu cần cho quản lý kỹ thuật.  Phần điều khiển thao tác xa: Phải đảm bảo được việc kiểm tra Đóng /Cắt an toàn, tin cậy. 1.3. Kết cấu của một hệ SCADA: Một hệ thống SCADA bao gồm một hay nhiều máy tính, dùng kèm với một phần mềm ứng dụng thích hợp. Chúng hình thành các Trạm chính (MX – Master Stations)kết nối thông qua hệ thống thông tin liên lạc (đường dây hữu tuyến, vô tuyến, đường dây truyền tải, cáp quang, mạng Internet…) kết nối với các Đơn vị tải đầu cuối (RTU – Remote Terminal Units). Các RTU được đặt ở nhiều vị trí khác nhau để thu thập dữ liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển liinh hoạt hệ thống và thông báo định kỳ kết quả về máy tính chủ. Một hệ thống SCADA sẽ thu thập thông tin trở lại vị trí trung tâm, sau đó cảnh báo trạm chính rằng đã có sự cố xảy ra, cần thực hiện các phân tích và điều khiển, xem xét liệu sự cố đó có nguy cấp hay không, rồi hiển thị theo một dạng logic và có tổ chức nhất định. Hệ thống SCADA có thể ở dạng đơn giản, như một hệ thống giám sát điều kiện môi trường; nhưng có thể rất phức tạp, như hệ thống giám sát các hoạt động của một nhà máy năng lượng hạt nhân. Trước đây, các hệ thống SCADA sử dụng mạng chuyển mạch chung (PSN – Public Switched Network) để phục vụ mục đích giám sát. Hiện nay, nhiều hệ thống giám sát sử dụng cơ sở hạ tầng của LAN/WAN (Local Area Network/Wide Area Network). Kỹ thuật không dây cũng đang được ứng dụng rộng rãi cho mục đích giám sát. Page 6 of 24 Hình 1.1: Cấu trúc của hệ thống SCADA Như vậy, hệ thống SCADA bao gồm:  Một hoặc nhiều thiết bị giao tiếp dữ liệu, thường là các RTU hoặc PLC.  Một hệ truyền thông sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị giao tiếp dữ liệu và các khối điều khiển, các máy tính trong máy chủ trung tâm SCADA. Hệ thống có thể là sóng vô tuyến, điện thoại, cáp, vệ tinh…. Hoặc là sự kết hợp của bất kỳ loại nào ở đây.  Một hoặc nhiều máy tính chủ ở trung tâm (còn được gọi là SCADA Center, Master Station, hoặc Master Terminal Unit – MTU).  Một tập các chuẩn và/hoặc hệ thống phần mềm (đôi khi được gội là phần mềm giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface hoặc MMI – Man Machine Interface)) sử dụng để hỗ trợ cho máy chủ trung tâm SCADA và ứng dụng của thiệt bị đầu cuối, hỗ trợ hệ thống truyền thông, giám sát và điều khiển các thiết bị giao diện dữ liệu từ xa. 1.4. Cơ chế thu thập dữ liệu Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này. Page 7 of 24 Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ. 1.5. Xử lý dữ liệu: Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (anlog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse). Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo. Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị. Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau:  Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường.  Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…). 1.6. Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA: Page 8 of 24 1.6.1. Phần cứng: Tùy thuộc vào từng hãng chế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm khác nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những phần sau:  Máy tính PC với các dịch vụ truyền thông chuẩn và các chương trình giao diện đồ họa được thiết kế sẵn.  Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic Controller).  Các transmitter/RTU số thông minh.  Card mạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thật và điều khiển. 1.6.2. Phần mềm: Phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngoài ra, phần mềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, để có thể chuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê, dạng biểu đồ hay dạng đồ thị. 1.7. Truyền tin trong hệ SCADA: 1.7.1. Các dạng truyền tin trong hệ SCADA Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống. Vì vậy, một hệ truyền tin được chồng một hệ SCADA phải thỏa mãn các tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bộ hay dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) Page 9 of 24 của Anh quốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến, các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ RTU, GPS. Tùy theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó. Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc biệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu điện từ…). Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục truyền tin IEC-870-5-101. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là Profibus. Bảng dưới đây tổng kết lại các dạng truyền tin thường dùng trong hệ SCADA: Page 10 of 24 [...]... Ngoài ra, hệ SCADA đặc biệt phát huy thế mạnh ở các hệ thống điều khiển giám sát trong các hệ thống như: Sản xuất xi măng; hệ thống kiểm soát và đo dầu khí; hệ thống điều khiển giao thông; hệ thống quản lý nước; hệ thống trộn nhiên liệu; hệ thống điều khiển giám sát lò hơi, lò nhiệt; hệ thống điều khiển giám sát tòa nhà thông minh… KẾT LUẬN Để nâng cao chất lượng và đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện... của thế kỷ XX và ngày càng phát triển hoàn thiện áp ứng được những nhu cầu mà thực tế đặt ra Do áp ứng được rất nhiều tính năng trong quá trình quản lý điều hành các hệ thống công nghiệp lớn nên hiện nay hệ thống SCADA đã được ứng dụng nhiều ở Việt Nam Ứng dụng cụ thể tiêu biểu nhất phải kể đến là hệ thống SCADA trong ngành điện Việt Nam Hệ thống SCADA trong ngành điện Việt Nam sử dụng các thiết bị... Link Library) SCADA với các hệ số điều hành Quản lý các cửa sổ Windows SCADA với máy in Song song, nối tiếp RS-32, ASII 1.7.2 Truyền tin số 1.7.3 Truyền tin hiện trường Page 11 of 24 Chương 2: TRẠM ĐIỆN VÀ SCADA TRẠM 2.1 SCADA trong hệ thống điện lực Mục đích của việc SCADA cho các trạm điện trong hệ thống điện lực Việt Nam trước tiên nhằm áp ứng nhu cầu về tự động hoá và số hoá hệ thống điện Việt... thời gian bị mất điện do sự cố qua tải hệ thống Chương 3: HỆ THỐNG SCADA Ở VIỆT NAM Ở Việt Nam, khái niệm SCADA ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Hệ thống SCADA có khả năng đo lường, điều khiển và thu thập dữ liệu Trên cơ sở đó cho ta những phân tích đánh giá và dự báo về hệ Page 20 of 24 thống một cách chính xác gián tiếp Khái niệm SCADA xuất hiện vào thập niên 70 của thế... tiếp làm nhiệm vụ thu thập số liệu về hệ thống và cũng không điều khiển trực tiếp lên hệ thống mà chỉ thông qua các trạm phía dưới để thu thập dữ liệu và điều khiền hệ thống thông qua các lệnh dưới dạng các bản tin Page 13 of 24 Sơ đồ về cấp SCADA trong hệ thống điện Việt Nam hình vẽ 2.2.2 SCADA điều độ cấp miền Tại các trung tâm điều độ miền, các dữ liệu về hệ thống được các trạm gửi lên, với những... hiện Hay ngược lại khi cần dữ liệu về hệ thống và trạm thì SCADA điều độ chỉ cần gửi một bản tin yêu cầu các trạm gửi số liệu về hệ thống lên 2.2 Các loại hình SCADA trong hệ thống điện 2.2.1 SCADA điều độ cấp quốc gia Đây là một trung tâm mang tính điều độ cấp cao, mang tính huyết mạch của hệ thống điện Việt Nam Nó làm nhiệm vụ điều tiết toàn bộ điện năng trên lưới SCADA điều độ quốc gia giúp cho việc... các phần tử chính trong hệ thống điện Quốc gia đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, liên tục và đúng chất lượng  Tính toán và thực hiện các phương thức, các chế độ vận hành bao gồm cả tính toán rơle, tự động, ổn định nhằm đảm bảo cho hệ thống điện Quốc gia vận hành an toàn, kinh tế và ổn định  Quản lý vận hành hệ thống SCADA/ EMS (Hệ thống giám sát điều khiển và thu nhận số liệu /hệ thống quản lý năng... của hệ thống Kiến trúc kiểu này rất phù hợp với nhưng trạm có quy mô lớn và đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong tương lai bởi hệ thống và quy mô của các trạm cũng ngay càng phức tạp 2.5 Tổ chức của SCADA trạm Theo yêu cầu của hệ SCADA, SCADA có các đặc điểm sau: - Hệ thống vừa truyền tin, vừa tiến hành thu thập số liệu, tính toán, tiến hành tương tác với người dùng và truyền tin với cấp trên trong. .. Đây là một trung tâm máy tính điều khiển mà tác động trực tiếp đến chất lượng trong lưới điện vì đây là một nơi mà các tác động điều khiển trực tiếp tác động vào hệ thống điện Lưới điện có thể ổn định và bền vững hay không phụ thuộc rất nhiều các trung tâm SCADA trạm này Vậy nhiệm vụ của SCADA trạm là phải trực tiếp: - Thao tác điều khiển lên các thiết bị của hệ thống, các máy biến áp - Thu thập và giám... cấp quốc gia Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia Việt Nam đặt tại 18 Trần Nguyên Hãn – Hoàn Kiếm – Hà Nội, thực hiện một số chức năng chính như:  Chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng trong hệ thống điện theo quy trình điều độ hệ thống điện Quốc gia đã được Bộ công nghiệp duyệt nhằm đạt kết quả tối ưu về kỹ thuật và kinh tế đảm bảo hệ thống điện Quốc gia vận hành . em đã lựa chọn đề tài: “Hệ thống SCADA trong máy biến áp” làm chuyên đề đồ án của nhóm mình. Do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn nên bài đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong. thầy cô để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page 3 of 24 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT (SCADA) 1.1. Tổng quan về SCADA: SCADA là hệ. hệ thống. SCADA điều độ miền là cấp trung gian giữa SCADA điều độ quốc gia và SCADA trạm nên nó có một số nhiệm vụ đặc trưng sau: - Thu thập số liệu từ các SCADA trạm. - Phân tích biểu đồ phụ