Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các SCADA phục cho ngành năng lượng thay thế cho nhập ngoại phần 3 xây dựng một hệ SCADA cho một mạng điện nhỏ hạ áp

Hội liên hiệp KHKT Việt nam Liên hiệp hội kHKT công trình Báo cáo tổng kết đề tài trọng điểm cấp nhà nớc Kc 03 Tự động hóa Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các scada phục vụ cho ngành năng lợng thay thế cho nhập ngoại M số kc 03.11 Chủ nhiệm: PGS Nguyễn trọng quế Phần 3 xây dựng hệ scada cho một mạng điện nhỏ hạ áp 6684-3 28/11/2007 Hà nội 2003 ThiÕt kÕ hÖ thèng scada vµ amr cña l−íi ®iÖn h¹ ¸p ph−¬ng ¸n 1 MỤC LỤC Chương 1. Phân tích bài toán 5 1.1. Mở đầu 5 1.1.1. Bài toán chung của toàn hệ thống 5 1.1.2. Tóm tắt bài toán 5 1.1.3. Các giải pháp của các nhà phát triển và cung cấp giải pháp trên thế giới 10 1.2. Hướng triển khai thực hiện 21 Chương 2. Vấn đề thu thập số liệu 24 2.1. Mở đầu 24 2.2. Phân loại 24 Chương 3. Các phương pháp thu thập dữ liệu 26 3.1. Phân cấp cơ sở dữ liệu và thu thập số liệu 26 3.1.1. Phân cấp cơ sở dữ liệu 28 3.1.2. Mô hình triển khai các cách thu thập số liệu từ các phương pháp thu thập dữ liệu cơ bản 29 3.2. Phương pháp thu thập số liệu theo chu kỳ 31 3.3. Phương pháp thu thập số liệu theo yêu cầu của người vận hành và quản lí 34 Chương 4. Các vấn đề cần xử lí trong chương trình thu thập số liệu 37 4.1. Bài toán xử lí số liệu tập trung 37 Chương 5. Các yêu cầu của bài toán giao diện người máy 40 5.1. Mở đầu 40 5.1.1. Những yêu cầu đối với hệ của người thiết kế 41 5.1.2. Những yêu cầu đối với hệ của người sử dụng 41 5.2. Xác định các yêu cầu cụ thể của bài toán 42 5.2.1. Hiển thị số liệu và thông số đo lường 43 5.2.2. Hiển thị các số liệu, tín hiệu phục vụ việc điều khiển 45 5.2.3. Nhận lệnh điều khiển từ người vận hành 45 5.2.4. Hiển thị các thông số phục vụ người quản lí khai thác dữ liệu 46 Chương 6. Triển khai chương trình 48 6.1. Xác định phương pháp thiết kế và triển khai 48 6.1.1. Mô hình cơ bản được sử dụng 50 6.1.2. Hiển thị số liệu thông số đo lường dưới hai dạng là dạng bảng và dạng đồ hoạ. 53 6.1.3. Nhận lệnh điều khiển 54 6.1.4. Giao tiếp với người vận hành và quản lí 55 6.2. Một số ví dụ minh hoạ 55 Chương 7. Vị trí của chương trình 57 Chương 8. Cấu trúc và phương pháp thiết kế 58 Chương 9. Triển khai 59 Chương 10. Yêu cầu của bài toán 61 10.1. Mở đầu 61 10.2. Đặc điểm của hệ thống 64 10.2.1. Cách chương trình xử lí bài toán 67 10.3. Thông tin cấu hình của các RTU 70 10.4. Thông tin cấu hình của Concentrator 70 10.5. Thông tin thành lập hóa đơn 72 10.6. Nhiệm vụ của gói chương trinh cài đặt mạng 74 10.7. Nhiệm vụ của Concentrator 74 10.7.1. Thiết lập và thay đổi các thông số tĩnh 74 10.7.2. Đáp ứng các yêu cầu xây dựng mạng 75 10.7.3. Thực hiện các công việc khởi tạo ban đầu của toàn bộ trạm 75 10.7.4. Quản lí mạng 75 10.7.5. Tạo các hóa đơn 79 10.7.6. Lưu trữ thông tin mất điện 79 10.7.7. Truyền các số liệu thu thập về máy tính trung tâm 79 10.8. Nhiệm vụ của chương trình quản lí trên máy tính trung tâm 80 10.8.1. Quản lí mạng 80 10.8.2. Thu thập số liệu của các RTU từ Concentrator 80 10.8.3. Quản lí cơ sở dữ liệu 80 10.8.4. Giao diện người máy 82 10.8.5. Truyền thông với hệ thống 84 10.9. Nhiệm vụ của các thiết bị cầm tay Handheld 84 10.9.1. Thực hiện việc cài đặt các thông số cho Concentrator 84 10.9.2. Thực hiện việc tải các số liệu trên Concentrator vào thiết bị cầm tay 84 10.9.3. Thực hiện cài đặt thông số cho từng RTU 85 10.9.4. Đọc các thông số hiện tại trên một RTU xác định 85 10.9.5. Thực hiện truyền thông giữa Handheld và máy tính 85 10.10. Khung truyền nhận chung 86 10.10.1. Khung truyền (TX) 86 10.10.2. Khung nhận (RX) 87 10.11. Chi tiết các lệnh 88 10.11.1. Các lệnh thuộc nhóm lệnh hỏi đáp 88 10.11.2. Các lệnh thuộc nhóm lệnh truyền nhận file 97 10.11.3. Nhóm lệnh xây dựng mạng 101 phÇn I. Më ®Çu – Tæng quan hÖ thèng Chng 1. Phõn tớch bi toỏn 1.1. M u Mục đích của chơng trình này là giới thiệu chung vấn đề và hớng nghiên cứu triển khai thực hiện bài toán của chúng tôi. Nội dung của chơng này gồm các phần sau: - Bài toán chung tổng quát của toàn bộ hệ thống. - Giới thiệu bài toán của ta và tóm tắt phạm vi của bài trình bày này. - Giới thiệu các giải pháp và xu hớng phát triển của các giải pháp cho vấn đề này của các nhà phát triển và cung cáp giải pháp lớn trên thế giới. - Đề xuất hớng triển khai thực hiện 1.1.1. Bi toỏn chung ca ton h thng Một hệ thống quản lý điện năng toàn diện bao gồm 3 cấp: cấp toàn quốc, cấp trung thế và cấp cấp hạ áp. Trong phạm vi bài này chúng tôi chỉ đề cập đến các vấn đề liên quan đến lới điện phân phối hạ áp mà không quan tâm đến các vấn đề của điện lới điện trung áp và cao áp. 1.1.2. Túm tt bi toỏn Các vấn đề đợc đặt ra cần phải giải quyết trong bài toán này là: - Hiện đại háo qui trình quản lý vận hành. - Hiện đại hoá quá trình đọc số điện, tính giá điện. Hình 1 miêu tả bài toán ở dạng đơn giản nhất. Để dễ dàng hình dung và phù hợp với xu hớng phát triển của thế giới (xem phần 1.1.3) ta sẽ tạm thời miêu tả hệ thống theo 4 môđun cơ bản và trên cơ sở đó ta sẽ giải quyết bài toán theo từng môđun này. Các khía cạnh cơ bản của bài toán là: a) Lập chơng trìnhthu thập số liệu: bao gồm việc xử lý số liệu và xử lý cho nhiều thiết bị đầu cuối RTU. Ta có thể xét sự làm việc của môđun này nh hai quá trình: quá trình thu thập thông tin và quá trình truyền lệnh từ ngời quản lý, vận hành đến các thiết bị Concentrator hoặc RTU để thực hiện xử lý. Hai quá trình này có thể đợc tóm tắt nh sau, chi tiết việc triển khai thực hiện sẽ đợc trình bày trong phần II. Quá trình thu thập thông tin từ các thiết bị. Thông tin tại các thiết bị đầu cuối sẽ đợc truyền về tập kết ở thiết bị quản lý điều khiển mà cụ thể là Concentrator. Khi đã có đủ số liệu hoặc máy tính trung tâm yêu cầu cung cấp số liệu Concentrator sẽ truyền các dữ liệu cần thiết về máy tính trung tâm. Máy tính trung tâm nhận đợc số liệu sẽ lu vào cơ sở dữ liệu để phục vụ cho các bài toán quản lý, vận hành và giao diện ngời máy hay lập và in các báo biểu. Quá trình truyền lệnh từ quản lý, vận hành từ máy tính trung tâm. Ngời vận hành và quản lý khi làm việc có thể yêu cầu hệ thống cung cấp các thông tin về các thông số làm việc, tình trạng làm việc của các Concentrator hay các trạm đầu cuối (RTU). Bên cạnh việc yêu cầu cung cấp thông tin ngời vận hành cũng có thể điều khiển hoạt động của Concentrator hoặc RTU bằng cách điều khiển trực tiếp. Quá trình này đợc tiến hành nh sau: Máy tính trung tâm nhận yêu cầu từ ngời vận hành, sử lý yêu cầu, gửi yêu cầu tới Concentrator, Concentrator thực hiện kiểm lỗi và sử lý lệnh. Nếu lệnh yêu cầu thực hiện các thao tác trên các RTU thì Concentrator sẽ truyền lệnh đến các RTU và sau đó chờ kết quả trả lời. b) Lập chơng trình hiển thị giao diện ngời - máy: Môđun này nằm giữa hệ thống mà cụ thể là hệ cơ sở dữ liệu và ngời sử dụng. Mục đích của môđun này là tạo điều kiện thuận lợi nhất cho ngời vận hành trong quá trình làm việc. Các công việc chính của môđun này là: Hiển thị số liệu, thông số đo lờng với nhiều chế độ giao diện cụ thể là dạng bảng biểu, đồ thị tổng kết, thống kê. Việc hiển thị này có thể diễn ra ở nhiều hình thức khác nhau, ở nhiều cấp khác nhau. Hiển thị với chế độ mở cho phép cập nhật thêm thông số hiển thị. Khái niệm mở sẽ đợc chúng tôi đề cập chi tiết trong phần 1.1.3.2. Hiểu một cách đơn giản, tính mở của giao diện cho phép ngời thiết kế và sử dụng thay đổi cách thức biểu diễn của các đối tợng cần giám sát, theo dõi một cách dễ dàng cho dù chúng không có trong thiết kế ban đầu. Nhận lệnh điều khiển từ ngời vận hành, sủ lý: Hệ giao diện ngời- máy hiện nay là một hệ giao tiếp với đầy đủ ý nghĩa của từ này, nó cho phép ngời vận hành không chỉ xem và giám sát các thông số và tình trạng làm việc của hệ thống mà hơn thế nó còn là phơng tiện để ngời vận hành giám sát tác động ngợc lại vào hệ thống, điều khiển hệ thống. c) Lập chơng trình điều khiển từ xa: Môđun này nhằm hai mục đích, tiến tới giảm nhân công trong công việc vận hành, hỗ trợ cho xu thế tích hợp toàn bộ hệ thống, quản lý tập trung. Nhiệm vụ chính của môđun là: Điều khiền chính xác thiết bị Concentrator và RTU từ xa và tại chỗ. Xử lý, tính toán số liệu điều khiển, tập trung. d) Lập chơng trình giám sát hoạt động hệ thống thông số đo điều khiển: Đây là môđun chơng trình gắn kết chặt chẽ với hệ thống giao diện ngời- máy thông qua hệ cơ sở dữ liệu chung thống nhất. Môđun chơng trình này có các nhiệm vụ chính sau: Giám sát online các thông số điện, hoạt động hệ thống. Việc cập nhật các thông số của hệ thống phải đảm bảo tính kịp thời chính xác và tin cậy. Cảnh báo, báo động, lu lại lịch sử các sự cố và tình trạng sự cố. Việc cảnh báo, báo động là đòi hỏi không thể thiếu của bất cứ một hệ thống công nghiệp quan trọng nào. Lịch sử các sự cố sẽ giúp cho ngời vận hành, cải tiến và khắc phục sự cố đợc dễ dàng hơn. [...]... FI T2 00 2 1150 F IT3 00 1 1250 F IT 30 0 2 135 0 F IT 30 03 PHềNG IU KHIN TRUNG TM Sơ Đồ Khối Hệ Thống SCADA ĐIệN Dựa Trên Công Nghệ PLC Là một trong các thiết bị -Công tơ điện tử 1 pha: 01 -Công tơ điện tử 3 pha: 02 -Tranducer đo điện áp : 01 -Tranducer đo dòng điện: 01 -Tranducer đo tần số : 01 -Tranducer đo Cos phi : 01 -Tranducer đo công suất: 01 -Công tơ cơ 1 pha : 02 1450 F IT 30 04 ( V IE W T R... T2 0 0 2 1150 FIT 3 0 0 1 1 25 0 F IT 3 0 0 2 135 0 F IT 3 0 0 3 PHềNG IU KHIN TRUNG Sơ Đồ Khối Hệ Thống SCADA ĐIệN Dựa Trên Công Nghệ PLC Là một trong các thiết bị -Công tơ điện tử 1 pha: 01 -Công tơ điện tử 3 pha: 02 -Tranducer đo điện áp : 01 -Tranducer đo dòng điện: 01 -Tranducer đo tần số : 01 -Tranducer đo Cos phi : 01 -Tranducer đo công suất: 01 -Công tơ cơ 1 pha : 02 1450 F IT 3 0 0 4 ( V IE W... thỡ ton b h thng s c cp nht ngay lp tc hoc sau mt khong thi gian ngn s thay i ny Vớ d khi ta mun thay i thụng s ci t ca mt lot thit b cựng dng thay vỡ phi ci t li cho tng thit b ta ch cn ra lnh cho h thng thay i thụng s ci t ca dng thit b no ú cựng vi phm vi ỏp dng (thng l cỏc hm gii hn theo mt tiờu chớ no ú: chng hn ch ỏp dng cho mt s h thng con no ú, ch ỏp dng trong mt khong thi gian no ú) chng trỡnh... T R E N W P G ) MODEM RTU cuả mạng PLC Modem processing MODEM Modem processing VNG LíI IN H P MNG IU KHIN PLC T THIT B QUN Lí, IU KHIN MNG CONCENTRATOR LI IN H P 1 PHA 220VAC /3 PHA 38 0V A-RTU No.1 A-RTU No.2 A-RTU No .3 A-RTU No.4 3f 3f 1f V A-RTU No.5 A MNG IU KHIN PLC A-RTU No.6 f A-RTU No.7 C Hình 1: Minh hoạ bài toán A-RTU No.8 P A-RTU No.9 A-RTU No.10 1fC 1fC 1.1 .3 Cỏc gii phỏp ca cỏc nh phỏt trin... N W P G ) MODEM RTU cuả mạng PLC Modem processing MODEM Modem processing VNG LíI IN H P MNG IU KHIN PLC T THIT B QUN Lí, IU KHIN MNG CONCENTRATOR LI IN H P 1 PHA 220VAC /3 PHA 38 0V A-RTU No.1 A-RTU No.2 A-RTU No .3 A-RTU No.4 3f 3f 1f V A-RTU No.5 A MNG IU KHIN PLC A-RTU No.6 A-RTU No.7 f C A-RTU No.8 P Hỡnh 7: Minh ho bi toỏn qun lớ h thng in A-RTU No.9 A-RTU No.10 1fC 1fC 3. 1.1 Phõn cp c s d liu Trong... mt h thng vi cỏc mụun chng trỡnh c bn 1.1 .3. 2 Hng thit k m ca h thng Giỏ thnh luụn luụn l mi quan tõm hng u i vi cỏc nh sn xut, s dng v bo trỡ Tớnh m ca h thng c a ra chớnh l gii phỏp cho vn ny Tớnh m ca h thng cú th hiu l vic cung cp cỏc sn phm theo mụun, iu ny cho phộp ngi tiờu dựng kh nng la chn h thớch hp vi nhu cu ca mỡnh nht ng thi cng m bo s m rng cho tng lai khi m nhu cu sn xut, khai thỏc... RTU ch Active sai ỳng Truy vn s liu ca RTU Lu s liu CSDL tm ti Concentrator Kt thỳc Hỡnh 13: S khi ca mt ln truy vn s liu ca mt RTU 3. 3 Phng phỏp thu thp s liu theo yờu cu ca ngi vn hnh v qun lớ Phng phỏp thu thp s liu theo yờu cu ca ngi vn hnh qun lớ nhm phc v cho cỏc yờu cu d liu tc thi t ngi vn hnh phc v cho vic vn hnh chớnh xỏc h thng Quỏ trỡnh thu thp s liu c tin hnh nh sau: Ngi vn hnh qun lớ... cp, b sung tớnh nng cho sn phm tin li cho vic bo trỡ v phỏt trin h thng - D dng trong vic o to chuyn giao (e) Vớ d mt h thng bao gm cỏc mụun c tớch hp thnh mt th thng nht Hỡnh 3 trỡnh by tng quan mt h thng vi cỏc mụun chng trỡnh c H iu khin quỏ trỡnh H giao din Ngi vn hnh Ngi vn hnh bn ( ngun ly t Siemens) Ngi vn hnh H iu khin NVH Thit b o NVH Ngi vn hnh Mng T/b iu khin M Hỡnh 3: Mụ hỡnh tng quan... tng tớnh nng ca thit b hng n cho phộp cu hỡnh ng bng phn mm cỏc thit b thuc h thng (c) Vớ d mt h thng cu trỳc dng mụun Hỡnh 4 biu din cu trỳc dng mụun ca h thng Hỡnh 2 õy cng chớnh l hng phỏt trin chớnh ca chỳng tụi Lừi chng trỡnh Truyn thụng PLC Phn mm HMI C s d liu CSDL Truyn thụng SCADA iu khin Vo ra phõn tỏn I/O Thit b trng Hỡnh 4: Cu trỳc dng mụun ca h thng 1.1 .3. 3 Vn giao din ngi mỏy Cựng vi... th xem nh chỳng khụng i Nguyờn nhõn gõy ra s thay i ca cỏc thụng s ny l cỏc nguyờn nhõn n t bờn ngoi h thng v h thng khụng th oỏn bit trc c Cỏc nguyờn nhõn ny cú th l nguyờn nhõn xut phỏt t con ngi, thiờn nhiờn hay thit b Ta cú th ly thụng s mc tiờu th in nng ca ngi dựng lm minh ho: Vic khi ng hoc ngng s dng mt ph ti in nng ca ngi dựng hon ton l do ngi dựng quyt nh, ngi qun lý vn hnh h thng khụng th . Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các scada phục vụ cho ngành năng lợng thay thế cho nhập ngoại M số kc 03.11 Chủ nhiệm: PGS Nguyễn trọng quế Phần 3 xây dựng hệ scada cho một mạng. cho từng thiết bị ta chỉ cần ra lệnh cho hệ thống thay đổi thông số cài đặ t của dạng thiết bị nào đó cùng với phạm vi áp dụng (thường là các hàm giới hạn theo một tiêu chí nào đó: chẳng hạn. trong phần 1.1.3.2. Hiểu một cách đơn giản, tính mở của giao diện cho phép ngời thiết kế và sử dụng thay đổi cách thức biểu diễn của các đối tợng cần giám sát, theo dõi một cách dễ dàng cho