Kết nối trạm biến áp 110kV Liên Trì với lưới điện khu vực
Trạm biến áp 110kV Liên Trì được nối với hệ thống điện Quốc gia bằng rẽ nhánh trên đường dây 110kV từ trạm 500kV Đà Nẵng đến các trạm 110kV Quận Ba, An Đồn, như Hình 1: sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực
1.1 Mô tả khái quát thiết bị của trạm 110kV Liên Trì:
Hiện tại trạm biến áp 110kV Liên Trì có các thiết bị chủ yếu như trong
Hình 2: sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì :
Một hệ thống thanh cái 110kV (C11).
Hai xuất tuyến 110kV đi đến trạm 500kV Đà Nẵng :
1 máy biến điện áp 3 pha TU171.
1 máy biến điện áp 3 pha TU 172
Một ngăn lộ tổng 131 có :
Một máy biến áp T1 với công suất 25MVA , 115/24 kV.
Một ngăn lộ tổng 22kV 431.
Hai hệ thống thanh cái 22kV:C41, C42 được ngăn cách bởi máy cắt phân đoạn 412. ẹ I H A ỉ T ặN H A C -2 40 ẹ I T A M K Y ỉ 3 ẹ I PK E IK U 11 0K V
11 0K V Đ I H U E Á Đ I A N Đ O ÀN Đ I Q U A ÄN B A Sơ đồ đấu nối trạm v lưới điện khu vực
Hình 1.1:Sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực
17 5/ T 50 0K V -Đ N 17 1- 76 17 1- 74 Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì
Hình 1.2: Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì
Danh sách tín hiệu SCADA
Các tín hiệu SCADA, nói chung, kết nối với Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện Miền Trung (A3) được liệt kê trong bảng danh sách dữ liệu (Datalist) Bảng danh sách dữ liệu được thể hiện mỗi cột một ngăn lộ (bay), trong đó các tín hiệu SCADA sẽ thu thập của bay đó được thể hiện trong các hàng Các tín hiệu SCADA được đưa về Trung tâm thuộc các thể loại dữ liệu khác nhau Bao gồm :
Các tín hiệu đo lường (ATM):
DCA : dòng một chiều ( tính bằng MW )
KV : điện áp (tính bằng kV ).
MW : công suất tác dụng ( tính bằng MW ).
MX : công suất phản kháng (tính bằng MW ).
MWh : sản lượng ( tính bằng MWh).
TPI :vị trí nấc phân áp.
Các tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS):
IN PROGRESS : đang thực hiện.
Tín hiệu trạng thái (TSD):
IN / OUT SERVICE : làm việc / không làm việc.
Tín hiệu điều khiển (RCD)
Tín hiệu được tính toán (M) (không thu nhận từ RTU):
MVA : công suất biểu kiến (tính bằng MVA)
Tín hiệu trạng thái nhập vào bằng tay (S) (không thu nhận từ RTU):
OPEN / CLOSE : đóng / mở (đối với các dao tiếp địa)
NO LOAD : không tải Đối với trạm biến áp 110kV Liên Trì các loại dữ liệu cần thu thập được liệt kê trong Bảng: Danh sách dữ liệu SCADA trạm 110kV Liên Trì , trong đó tên các tín hiệu là tên viết tắt gồm 4 ký tự chữ (viết hoa) và số Tên tín hiệu này được dùng thống nhất trong các sơ sở dữ liệu của RTU và trong cơ sở dữ liệu tại Trung tâm Trạm Liên Trì có các tín hiệu được kết nối với Trung tâm như sau:
Ngăn các tín hiệu chung COM, bao gồm
Tín hiệu cảnh báo (TSS)
Các tín hiệu cảnh báo của tủ sạc 48VDC: A48H, A48L, A48C, A48O, A48M
Tín hiệu cảnh báo sự cố nguồn 220VDC tại trạm: A220
Tín hiệu sự cố đường thông tin: ACRM
Tín hiệu trạng thái khoá điều khiển: RCOF
Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 171 :
Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha - đất của đường dây
Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) của dao cách ly đường dây (LS) 171-7
Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 172 :
Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha - đất của đường dây
Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) của dao cách ly đường dây (LS) 172-7
Tín hiệu đo lường (ATM): công suất tác dụng MW, công suất phản kháng MX.
Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS)
Tín hiệu cảnh báo máy cắt (MC) bị khoá (do dầu hoặc áp lực khí) SCBB - BLOCKED.
Các tín hiệu bảo vệ MBA: o so lệch, cắt MC: TTDF - TRIP. o quá dòng chạm đất, cắt MC: TTO1 - TRIP. o quá tải, báo tín hiệu: ATOL - ALARM.
Các tín hiệu bảo vệ nội bộ MBA: o bảo vệ hơi, cắt MC: TTBU - TRIP. o bảo vệ nhiệt độ dầu, cắt MC: TTOT - TRIP. o bảo vệ nhiệt độ dầu, báo tín hiệu: ATOT - ALARM. o bảo vệ nhiệt độ cuôn dây, cắt MC: TTWT - TRIP. o bảo vệ nhiệt độ cuôn dây: báo tín hiệu: ATWT - ALARM. o bảo vệ mức dầu thấp, cắt MC: ATLO - ALARM.
Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE):
dao cách ly thanh cái (BS) 131-1
Tín hiệu điều khiển (RCD): máy cắt (CB) 131, Đóng/Mở (OPEN/CLOSE).
Ngăn nấc phân áp (TAP):
Tín hiệu đo lường (ATM): tín hiệu chỉ thị vị trí nấc phân áp TPI
Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS):bảo vệ áp suất khí bộ đổi nấc (bảo vệ dòng dầu ), cắt MC: TTAP - TRIP.
Tín hiệu điều khiển (RCD): bộ chuyển nấc ATC, Tăng/Giảm nấc phân áp (RAISE/LOWER).
Hệ thống thanh cái 22kV C 41:
Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV
Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS):
bảo vệ quá áp, cắt MC: ABOV - ALARM.
bảo vệ kém áp, báo tín hiệu: ABUV - ALARM.
Tín hiệu đo lường (ATM):
công suất tác dụng MW, công suất phản kháng MX
tín hiệu đo sản lượng ( tính bằng MWh ) WH - MWh.
Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS):quá dòng chạm đất, cắt MC: TTO1
Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) máy cắt (CB) 431:
Tín hiệu điều khiển (RCD): máy cắt (CB) 431, Đóng/Mở (OPEN/CLOSE).
Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) máy cắt (CB) 412:
Tín hiệu điều khiển (RCD): máy cắt (CB) 412, Đóng/Mở(OPEN/CLOSE).
50 /5 1 : B ảo v ệ qu á do ìng đ iê ûn 2 câ úp 50 /5 1N : B ảo v ệ qu á do ìng T T K 2 c ấp 51 N : B ảo v ệ qu á do ìng đ iê ûn 2 câ úp
51 : B ảo v ệ qu ỏ do ỡng đ iờ ỷn 74 : R ơ le k iờ ứm tr a cu ộn c ắt m ỏy c ắt 79 : R ơ le tư ỷ đ ộn g đo ùng lõ ỷp la ỷi
81 : R ồ le tổ ỷ õ ọỹn g sa th aới p hu ỷ th aới th eo tỏ ửn
87 : B ảo v ệ so lờ ỷch 96 P : B ảo v ệ hơ i c ủa d ũn g dõ ửu cu ớa bụ ỹ Đ C Đ 26 W : B ảo v ệ nh iờ ỷt đ ộ cu ộn d õy M B A tă ng c 71 Q 1 : B ảo v ệ m ức d ầu M B A g ia ớm th ấp - 2 71 Q 1 : B ảo v ệ m ức d ầu c ủa b ộ Đ C Đ A g ia ớm th
26 Q : B ảo v ệ do ìng d ầu M B A tă ng c ao - 2 câ
96 B : B ảo v ệ hơ i c ủa d ũn g dõ ửu M B A - 2 cõ
27 : B ảo v ệ đi ện a ùp th ấp V A R H : M ỏy đ ếm đ iờ ỷn nă ng ta ùc du ỷng
W H : M ỏy đ ếm đ iờ ỷn nă ng ta ùc du ỷng
90 : R ơ le tư ỷ đ ộn g đi ều c hỉ nh đ iờ ỷn ỏp ( Đ C A : A m pe m ột V : V ụn m ột W : O ỏt m ột V ar : V ar m ột : kh oa ù c hu yờ ứn m ạc h do ỡng đ iờ ỷn : kh oa ù c hu yờ ứn m ạc h đi ện a ùp
K Y ẽ H IÃ ÛU Â D K 1 10 kV N -0 1 T B A 5 00 kV Â A è N À ễN G T B A 5 00 kV Â A è N À ễN G Â D K 1 10 kV N -0 2
Hình 1.3: Sơ đồ đo lường tại trạm Liên Trì
Tổng quan về RTU
RTU Xcell là một công nghệ RTU theo kiểu khối , được thiết kế chuyên dụng cho công nghiệp điện năng Cách tiếp cận theo kiểu module của nó cho phép các hệ thống phức tạp được xây dựng dễ dàng từ các ô (cell) tiêu chuẩn
Hình 2.1: Một RTU tiêu biểu
Công nghệ Xcell cung cấp cho người sử dụng 6 mức độ độc lập nhau cho việc thiết kế các hệ thống tự động Đó là:
1) Đơn giản sử dụng, bảo trì và mở rộng.
2) Một họ RTU gắn với các ứng dụng.
3) Phần mềm linh hoạt cho phép thực hiện các chức năng với cuing phần cứng.
4) Hệ thống mở: tích hợp các loại thiết bị khác nhau,gắn vào tất cả các hệ thống SCADA.
5) Các ứng dụng phức tạp cho tương lai.
6) Các chi phí vận hành thấp nhất.
Cấu trúc XCELL RTU
XCell RTU được dựa trên kiến trúc XCell mạnh và tiên tiến Đây là một kiến trúc linh hoạt và theo kiểu module được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ở hiện tại và trong tương lai Dùng các phương pháp đa bộ xử lí, RTU này thực hiện các chức năng của nó với độ sẵn sàng cao và có hiệu lực cao và khả năng đáp ứng hầu hết các yêu cầu tại công trường Nó được gắn trên giá 19'' (rack), được thiết kế bằng các bộ phận điện tử chuẩn và được chế tạo theo các tiêu chuẩn ISO 9002
2.2 Đơn vị CELL căn bản:
RTU được xây dựng dựa trên một khái niệm theo kiểu khối (cellular, modular) bao gồm một hay nhiều Khối (Cell) hợp thành Một Cell có thể chỉ có một module xử lí trung tâm hoặc gồm một module xử lí trung tâm và có đến 4 module Vào/Ra để giao tiếp với các thiết bị khác Các module giao tiếp được chọn trên cơ sở các yêu cầu cụ thể tại trạm, bao gồm cả các yêu cầu về môi trường, loại tín hiệu và số lượng tín hiệu.
Hình 2.2: Một Cell tiêu biểu
Với các trạm và nhà máy có nhiều tín hiệu kết nối với RTU thì cần RTU nhiều Cell hơn và mạnh hơn.
Các cell giao tiếp với nhau bằng hệ thống giao tiếp FieldNet Hệ thống này tích hợp các Cell lại với nhau tạo thành một hệ thống RTU thống nhất Dữ liệu trong bất kì cell nào đều có thể được dùng bởi tất cả các cell khác Các cell riêng biệt kết hợp với FieldNet tạo ra một hệ thống cơ sở dữ liệu (Global Accessible Database) luôn sẵn sàng cho tất cả các cell.
Mỗi module xử lí có hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực của riêng nó. Điều này cho phép mỗi cell có thể hoạt động độc lập với các cell khác Nhiều cell có thể thực hiện cùng các chức năng như nhau trong lúc mà một số Cell có thể thực hiện các chức năng riêng của chúng Tuy nhiên, chúng có thể kết hợp lại với nhau để đưa ra một RTU mạnh với nhiều đặc trưng và ưu thế mà một RTU thường không thể có.
RTU có thể được cấu hình để đáp ứng các yêu cầu về chức năng cho từng trạm Hệ thống tối thiểu cung cấp chức năng cơ bản như giám sát và điều khiển dễ dàng từ xa Ngoài ra hệ thống này còn có cả các đặc tính nhận biết phần cứng tự động và chức năng tự nhận cấu hình
Trên cơ sở này nhiều chức năng phức tạp đã được hình thành Các thuật toán xử lí chuẩn được cung cấp đối với các loại tín hiệu chuẩn như là : các đầu vào số đơn (1 bít), các tín hiệu đầu vào số kép (2 bít), v.v Mỗi loại tín hiệu này có một số các thông số cần thiết như: đảo trạng thái, thời gian lọc (filter time), tham số tỷ lệ (scaling parameter), v.v… Các thông số này có thể được cấu hình cho từng tín hiệu bằng phần mềm eXpert chạy trên hệ điều hành WinNT. Đối với các hệ thống tiên tiến hơn, RTU cung cấp việc lập trình ứng dụng trong một môi trường đồ hoạ Và cho phép các ứng dụng được phát triển trong bất kì 5 môi trường lập trình : Ladder Diagrams, Sequential Function Charts , Function Block Diagrams , Structured Text và Intruction List Chức năng này tuân theo tiêu chuẩn phát triển ứng dụng IEC 1131, cho phép người dùng xây dựng nên một RTU hoàn toàn thoả mãn các yêu cầu của trạm nhờ vào phần mềm eXpress
2.5 Tính toàn vẹn hệ thống :
Bởi vì RTU trở thành một phần căn bản của các quá trình hoạt động hệ thống cho nên tính sẵn sàng của RTU được đặt lên mức độ quan trọng hàng đầu. Đó là tiêu chí để thiết kế XCell RTU Với lý do đó mà các phần tử quan trọng luôn có dự phòng để cung cấp mức độ sẵn sàng cao nhất có thể có được Các phần tử quan trọng bao gồm :
Truyền thông FieldNet dự phòng giữa các cell.
Nguồn cung cấp DC kép cho mỗi cell.
Mỗi module xử lí XCell có riêng bộ chuyển đổi DC-DC để phát các mức điện áp yêu cầu cho việc dùng bên trong cell đó Điều này đảm bảo sự làm việc việc độc lập và cách ly giữa các Cell.
Có thể dùng nhiều bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều khiển.
Lỗi của một cell được khoanh vùng và chỉ mất các chức năng của Cell đó mà thôi
Các chương trình ứng dụng có thể được nhân đôi trong nhiều cell để đảm bảo tính vẹn toàn và tín sẵn sàng của RTU.
Các bít kiểm tra tính nguyên vẹn dữ liệu được gán cho tất cả các dữ liệu RTU để chỉ thị rằng dữ liệu là có hợp lệ hay không.
Mỗi module xử lí bên trong RTU giám sát một số hữu hạn các tín hiệu thiết bị vật lý –128 Chính vì vậy cần phải cân nhắc khi sử dụng bộ xử lý cho các ứng tăng Mỗi Cell vẫn đảm bảo một số lượng tối đa 128 tín hiệu thiết bị vật lý Điều này đảm bảo rằng hiệu suất sẽ không giảm khi số lượng tín hiệu tăng và đảm bảo đạt được mức thời gian 1ms được gắn cho tất cả các dữ liệu RTU cho dù số lượng tín hiệu tăng.
2.7 Khả năng mở rộng của RTU
XCell RTU mở rộng một cách dễ dàng bằng cách đơn giản thêm Cell Nếu không gian trong một giá không đủ thì có thể mở rộng sang giá khác bằng cách mở rộng kết nối FieldNet đến giá mới.
2.8 Giải pháp RTU hoàn chỉnh
Dù rằng các module XCell hoặc các Cell là "trái tim" của XCell RTU nhưng một RTU hoàn chỉnh nói chung bao gồm:
Hàng kẹp đấu nối (giao tiếp với thiết bị điện)
Đấu nối nội bộ giữa các hàng kẹp đấu nối các module XCell
Điều khiển nhiệt độ và bộ sấy (heater).
Các thiết bị khác trong tủ như ổ cắm điện, bóng đèn
Đấu nối khác bên trong tủ cho nguồn và các thiết bị bảo vệ.
Các thiết bị bổ sung theo yêu cầu.
XCell RTU được bố trí kích thước để đáp ứng với các nhu cầu của trạm Số lượng của các module giao diện thiết bị dựa trên số tín hiệu thiết bị tại mỗi trạmRTU Một giá (rack) chuẩn 19'' có thể có 3 XCell đầy đủ (một bộ xử lí và 4 module giao diện vào/ra I/O) Các module XCell có mật độ kênh cao để đáp ứng với số hàng kẹp giao diện, số hàng kẹp giao tiếp này quyết định chính đến kích thước vật lí của RTU.
Các cấu hình truyền thông RTU
Xcell RTU có thể cung cấp nhiều cấu hình truyền thông theo các yêu cầu thực tế Cụ thể, có thể chọn một trong các cấu hình sau:
RTU kết nối truyền thông kép (dual communications):
RTU có 2 bộ xử lí truyền thông để kết nối dự phòng với Trung tâm điều độ miền RTU còn có một bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều độ Quốc gia Tất cả các bộ xử lí đó cũng cung cấp các module Vào/Ra dành cho các chỉ thị và cảnh báo của trạm Những bộ xử lí đó có bộ nhớ mở rộng cho việc lưu nhiều trữ dữ liệu, phù hợp với các giao thức truyền thông.
Hình 2.5: Truyền thông kép đến các Trung tâm Điều độ
RTU truyền thông dự phòng ( redundant communications ):
Mỗi RTU có hai bộ xử lí giao diện để kết nối dự phòng với một Trung tâm điều độ Các module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu, phù hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hỗ trợ xử lý cho các module Vào/Ra.
Hình 2.6: Kết nối dự phòng với Trung tâm Điều độ
Các RTU truyền thông chuẩn ( standard communications ):
Mỗi RTU chỉ có một bộ xử lí để kết nối với Trung tâm Điều độ.Module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu, phù hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hổ trợ xử lý cho các moduleVào/Ra.
Expert-010 Phần mềm cấu hình cơ sở dữ liệu.
Explore-010 Phần mềm các chuẩn đoán
Express-010 Công cụ lập trình ứng dụng với 5 ngôn ngữ lập trình IEC
1131 SIM-010 Thiết bị mô phỏng dữ liệu Vào/Ra (I/O) với các dây nối bên trong.
Nguồn cung cấp DC cho RTU
Nguồn cung cấp cho RTU là 48V DC Phần lớn các thiết bị RTU sẽ hoạt động từ một nguồn một chiều không được điều chỉnh điện thế trong khoảng 18 đến 66V DC. Tuy nhiên nguồn cung cấp RTU cũng được dùng như nguồn cung cấp module HDO-
030 và điều này đòi hỏi một nguồn 48V DC +/-25% ( tức là từ 36V đến 60V DC).
Các module giao tiếp thiết bị
Một thiết bị cell căn bản bao gồm: 1 module xử lí và có tối đa 4 module Vào/Ra (như Hình 4: một Cell tiêu biểu).
5.1 Module xử lí CPR-02x / CPR-03x :
CPR-02x bộ xử lí 16 bít , 16MHz.
CPR-03x bộ xử lí 32 bít , 16MHz.
Kết nối tại chỗ để cấu hình và chuẩn đoán tại chỗ.
CPR có các giao diện khác nhau với người vận hành như:
Xanh : khi có điện cung cấp.
Vàng : khi hoạt động hay On LINE.
Các chỉ thị LED đối với các hoạt động truyền thông nối tiếp : CX, TX, CTS , RTS.
Việc báo cáo các thông báo về quá trình hoạt động, các chuẩn đoán cell và số cell được hiển thị bằng LED 7 đoạn
Trạng thái các kênh riêng biệt được hiển thị trên một ma trận 64 LED.
Hình 2.8: CPR- 02x/CPR-03x và sơ đồ nguyên lý
5.2 Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040:
Chỉ có các cặp tiếp điểm nguồn điện áp bên ngoài (Wet contacts).
Đầu nối loại – D (D-connector) đối với các kênh đầu vào.
Điện áp định mức 48VDC.
Module đầu vào số có 32 kênh tín hiệu Các tín hiệu vào được cách ly với nhau và cần có nguồn điện áp bên ngoài Module HDI–040 được thiết kế đối với điện áp vào 48VDC Tuy nhiên có thể kết nối với điện áp đầu vào cao hơn chẳng hạn như 110 hoặc 220 VDC bằng các module đấu nối TERM-32DI hay TERM-
32DI –ISO Các module đấu nối này có sẵn các điện trở để có thể dùng với điện áp lớn hơn 48VDC.Sự khác nhau giữa 2 module đấu nối này là với TERM-32DI
16 tín hiệu vào dùng chung một điểm chung (Comon) trong khi với TERM-32DI
–ISO các tín hiệu đầu vào được cách ly hoàn toàn với nhau.
Hình 2.9: HDI- 040 và sơ đồ nguyên lý
5.3 Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040:
M ỗi kênh có một cặp tiếp điểm thường mở.
Tín hiệu ra dạng xung hoặc được chốt (latched output)
16 S im ila r C h an ne ls
16 S im ila r C h an ne ls 4 S im ila r G ro up s of 16 C ha nn el s
Chức năng điều khiển ở đầu ra : lựa chọn - kiểm tra - thực hiện.
2 mức kiểm tra ngăn chặn trong phần cứng của đầu ra điều khiển.
Một rơle ở kênh đầu ra.
HDO-030/040 là một module đầu ra 32 kênh với một công tắc đơn trên mỗi kênh và được thiết kế để hoạt động với điện áp cung cấp danh nghĩa giữa 20 và 60V Module có thể cho phép chỉ một kênh được hoạt động tại một thời điểm hoặc cho phép nhiều tín hiệu ra được chốt Điện áp để các rơle bên trong module làm việc được cấp từ đầu nối DB37. Các mạch logic điều khiển của module được cấp nguồn từ module xử lí CPR thông qua backplane.
Hình 2.10: HDO- 040 và sơ đồ nguyên lý
5.4 Module đầu vào tương tự HAI-030:
32 kênh đầu vào tương tự.
Tín hiệu vào khác nhau.
Dải dòng điện vào định mức +/-20mA.
HAI-030 là một module đầu vào tương tự dùng cho các tín hiệu vào tương tự một chiều Dải dòng điện vào định mức +/-20mA với khả năng quá tải là 5%.Dải dòng điện vào có thể cấu hình là +/-10mA dùng chức năng CAL bằng phím chức năng của module CPR, sự thay đổi này sẽ có tác dụng cho tất cả các tín hiệu vào của module Giá trị của điện trở tải giữ ở mức 50 Ohm Độ phân giải bộ chuyển đổi tương tự -số (A/D converter) không đổi cho đến khi có sự cân chỉnh (calibration) đối với độ lợi bộ khuếch đại tín hiệu vào.
Hình 2.11: HAI-030 và sơ đồ nguyên lý
Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị
Module đầu vào số HDI, khi làm việc cần một điện áp vào thu nhận tín hiệu của một kênh Điện áp này đặt giữa 2 điểm đấu nối (+) và (-) của kênh đầu vào và phải theo đúng cực tính đã qui định Thiết bị trạm có thể cung cấp điện áp này hoặc đưa ra một công tắc không điện (dry contact) và điện áp này được cung cấp từ RTU.
Nếu thiết bị trạm cung cấp điện áp thì điện áp này nối trực tiếp với
Hình 2.12: HDI dùng điện áp 48VDC từ thiết bị trạm
Trường hợp thiết bị trạm đưa ra một công tắc không điện thì HDI được nối như hình 14:
Hình 2.13: HDI dùng điện áp 48VDC từ RTU
Trên hàng kẹp đấu nối tủ RTU, một điểm đầu nối, kí hiệu dấu +, sẽ được kết nối với nguồn +48V DC Dương nguồn này được chuyển mạch đến âm nguồn, ở một điểm đấu nối khác, kí hiệu dấu -, và như thế ta nhận được một kênh đến kênh đầu vào số.
Còn trên bộ kết nối (connector) của module đầu vào số, một phía của các kênh đầu vào được kết nối cùng nhau và nối với âm nguồn -48V DC, phía còn lại sẽ nhận điện áp chuyển mạch (dương nguồn) từ các thiết bị trạm.
6.1.2 Quá trình xử lí đầu vào số :
Tất cả sự thay đổi trạng thái đều được in dấu thời gian ngay lập tức với độ phân giải 1msec tuỳ thuộc vào việc phát hiện sự thay đổi đó Bởi vì bộ xử lí giao tiếp với 128 đầu vào vật lí (với CPR-021), 256 đầu vào vật lí (với CPR-02x/CPR-03x cao hơn) cho nên có thể in dấu thời gian cho tất cả các đầu vào với độ phân giải 1msec bất chấp số điểm đo trong RTU
Các kênh trên một module đầu vào số có thể được sử dụng với các loại chỉ thị khác nhau chẳng hạn như các chỉ thị đầu vào đơn (1 bít), các chỉ thị đầu vào kép (2 bít), vị trí nấc phân áp, các đầu vào BCD,v.v Cần lưu ý rằng các chỉ thị dùng nhiều bít phải sử dụng các kênh đầu vào liên tiếp.
6.1.3 Các đầu vào số đơn :
Các đầu vào số đơn có một số thông số để người dùng cấu hình để. Các thông số cấu hình đó đưa ra các chức năng nổi bật Bao gồm các chức năng chuẩn sau:
Thời gian lọc ON, ON Filter Time ( 0 - 60secs) và thời gian lọc OFF, OFF Filter Time (0 – 60secs) được cấu hình cho từng kênh Thời gian lọc là khoảng thời gian đầu vào ở trạng thái On hoặc trạng thái OFF trước khi sự thay đổi trạng thái được chấp nhận là hợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp.
Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh và đảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp.
Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa là không đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổi trạng thái trên kênh đó .
Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tự động bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được phát hiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian định trước Thông số này nhằm ngăn ngừa một kênh lỗi, có thể tạo ra dữ kiện thay đổi trạng thái liên tục
6.1.4 Các đầu vào số kép :
Hai kênh đầu vào số liên tiếp có thể được nhóm lại với nhau và được coi như là một chỉ thị kép Các tín hiệu chỉ thị kép có một số thông số cấu hình chính như sau:.
Thời gian lọc trạng thái hợp lệ - Valid State Filter Time (0 - 60secs) và thời gian lọc trạng thái không hợp lệ - Invalid State Filter
Time (0 – 60secs), hai thông số này được cấu hình cho từng tín hiệu kép Các thông số thời gian này là những thời gian mà trạng thái vào của các kênh đơn phải hợp lệ (01 hoặc 10) hoặc không hợp lệ (00 hoặc 11) trước khi sự chuyển trạng thái được cho là hợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp.
Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh và đảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp.
Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa là không đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổi trạng thái trên kênh đó .
Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tự động bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được phát hiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian định trước
6.1.5 Việc loại bỏ tự động của các đầu vào số :
Việc loại bỏ tự động là một đặc điểm tự điều chỉnh: phát hiện số sự kiện của các kênh đầu vào vượt quá mức giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định và ngăn chặn những kênh “có vấn đề” từ cho đến khi thời điểm các kênh này ổn định trở lại Thông số này nhằm ngăn chặn các chỉ thị sai mà xuất hiện liên tục và ngăn ngừa để chúng khỏi tạo ra các dữ kiện vượt quá số dữ kiện có nghĩa.
Số sự kiện (1-64) và giới hạn thời gian mà sự kiện xảy ra (1-30 secs) trước khi điểm đo bị ngăn chặn có thể được cấu hình trên cơ sở một hệ thống Ngoài ra cấu hình trên cơ sở một hệ thống là chu kì (1-30mins) mà trong suốt chu kì đó điểm đo phải ổn định trước khi điểm đó không được loại bỏ và việc báo cáo của các sự kiện lại được kích hoạt.
Hình 2.14: Loại bỏ tự động các đầu vào số
6.1.6 Các chỉ thị vị trí nấc phân áp nhị phân :
Truyền thông
Các truyền thông đến Trung tâm điều khiển – IEC870-5-101.
Các truyền thông trong RTU – FieldNet.
Truyền thông giữa RTU và các Trung tâm điều khiển dùng giao thức điều khiển từ xa chuẩn quốc tế IEC870-5-101 được thiết kế đặc biệt dành cho các ứng dụng điện năng Giao thức này hỗ trợ việc truyền dữ liệu được việc truyền file đến RTU và từ RTU truyền đi Việc truyền file được sử dụng cho việc tải cấu hình RTU từ Trung tâm điều khiển xuống RTU và gửi các file chuỗi sự kiện và báo cáo về các sự kiện đã xảy ra từ RTU về Trung tâm điều khiển.
Việc truyền thông thực hiện từ quá trình hoạt động của 2 bộ xử lí XCell trong chế độ dự phòng kép (dual redundant mode) để tăng tính sẵn sàng Ở một thời điểm chỉ một bộ xử lí hoạt động RTU giao tiếp dựa vào cổng nối tiếp phía trước module bộ xử lí XCell Ở một vài nơi RTU chứa giao thức IEC trên một bộ xử lí đơn và không hoạt động trong chế độ dự phòng kép
Mọi nơi đều sử dụng IEC870-5-101 trong chế độ không cân bằng (unbalanced mode) trên một kết nối không đồng bộ (asynchronuous link) Đó là một giao thức chuẩn và mở được định nghĩa đối với các ứng dụng điều khiển từ xa Giao thức này cung cấp tính an toàn và chức năng được yêu cầu cho việc giám sát và điều khiển từ xa Nó được dựa trên một tập con của ISO 7498 (thường được biết đến như mô hình tham chiếu 7 tầng ISO), và tập con này được đặt tên “cấu trúc thi hành nâng cao” (“Enhanced Performance Architecture”) Tập con này gồm có 3 tầng : tầng vật lí (physical layer), tầng liên kết (link layer) và tầng ứng dụng (Application layer), cung cấp các thời gian đáp ứng nhanh hơn đối với các thông tin then chốt (critical information).
7.1.2 Tầng vật lý (Physical layer) :
Có 3 loại RTU phụ thuộc vào số liên kết với Trung tâm điều khiển như đã đề cập ở phần 3.1:
Các RTU với truyền thông kép :
Các RTU có hai bộ xử lí truyền thông dành cho việc truyền thông với các Trung tâm điều khiển Miền và một bộ xử lí truyền thông dành cho việc truyền thông với Trung tâm điều khiển quốc gia Các bộ xử lí này giao tiếp với các Trung tâm điều khiển dựa trên 3 đường thông tin riêng biệt.
Các RTU với truyền thông dự phòng:
Các RTU có 2 bộ xử lí truyền thông dành cho việc truyền thông với Trung tâm điều khiển Miền Chúng không truyền thông với Trung tâm điều khiển quốc gia Cả hai bộ xử lí truyền thông với Trung tâm điều khiển vùng dựa trên các đường thông tin riêng biệt.
Các RTU với truyền thông chuẩn :
Các RTU với truyền thông chuẩn có một bộ xử lí truyền thông dành cho việc truyền thông với Trung tâm điều khiển Miền.Đối với các RTU với truyền thông kép và dự phòng, cả hai bộ xử lí trung tâm của các RTU truyền thông với Trung tâm điều khiển miền thực hiện các chức năng y hệt nhau, nhưng ở một thời điểm chỉ có một bộ xử lý hoạt động để kết nối với Trung tâm điều khiển Còn cái kia sẽ thực hiện song song cùng các chức năng nhưng sẽ không truyền thông thật sự với
Trung tâm điều khiển Trong trường hợp bộ xử lí đang làm việc (active processor) bị lỗi thì bộ xử lí kia sẽ trở thành bộ xử lí chính và lại tiếp tục công việc.
Giao diện bộ xử lí là một giao diện chuẩn RS232 sử dụng bộ nối cái loại D 9 chân (9-way D-type female connector) trên module bộ xử lí Chuẩn RS232 giới hạn tổng khoảng cách của việc kết nối là 15 mét
Mỗi kí tự Tx/Rx có 11 bít bao gồm : 1 bít khởi đầu (start bit), 8 bít dữ liệu (data bit), 1 bít tính chẵn (even party bit) và 1 bít kết thúc (stop bit). Tốc độ bít trên đường truyền liên kết có thể cấu hình từ 100 baud đến 9600 baud như đã định trong đặc tinhd kỹ thuật của giao thức IEC 870-5-101. Chất lượng modem và đường truyền xác định tốc độ bít thực sự được sử dụng
Tầng vật lý này cung cấp việc kiểm tra tính chẵn lẻ, tạo khung và việc chạy quá của dữ liệu Bất kì dữ liệu nào bị phát hiện lỗi sẽ bị loại bỏ
7.1.3 Tầng liên kết (Link layer) :
Giao thức IEC 870-5-101 sử dụng cấu trúc khung FT1.2 theo đặc tính IEC 870-5-101 đưa ra một khoảng cách Hamming bằng 4 và tuân theo lớp tính nguyên vẹn dữ liệu I2 Vì thế mà nó kết hợp các kí tự bắt đầu và kết thúc, việc kiểm tra tổng, độ dài dữ liệu, việc kiểm tra điều khiển và các việc kiểm tra dữ liệu trong việc việc kiểm tra sự hợp lệ của mẫu tin.
Mỗi giao diện RTU được gán một địa chỉ RTU duy nhất (có thể cấu hình) trên đường truyền thông RTU chỉ đáp ứng đối với các mẫu tin hợp lệ mà gửi đến nó và bỏ qua tất cả tương tác (transaction) đến với các RTU khác. Đối với giao thức có 2 chế độ hoạt động : chế độ không cân bằng (unbalanced mode ) và chế độ cân bằng (balanced mode) Trong chế độ không cân bằng (chế độ chủ / tớ ) RTU chỉ truyền thông với Trung tâm điều khiển khi được hỏi đến Trong chế độ cân bằng RTU có thể tự truyền mẫu tin đến Trung tâm điều khiển
Tất cả chuyển tác giao thức (protocol transaction) dùng hoặc một tin báo nhận xác thực (positive acknowledgement) hoặc một tin nhắn báo nhận không xác thực (negative acknowledgement) để chỉ việc tiếp nhận các mẫu tin Các dữ liệu đã truyền đi có thể chỉ có thể bị loại bỏ bằng sự kết thúc truyền tin sau khi nhận sự thừa nhận xác thực của việc kết thúc nhận tin. Trách nhiệm của Trung tâm điều khiển là khởi đầu một cơ chế thử lại lần nữa để phục hồi các gói dữ liệu hỏng.
7.1.4 Tầng ứng dụng (Application layer) :
Tầng này cung cấp các đặc điểm chung sau:
Kiểm soát vòng (Poll) sự kiện (lớp 1 và lớp 2).
Việc đọc RTU đầy đủ.
Việc kích hoạt (activation) các đầu ra điều khiển
Việc đệm sự kiện (event buffering ).
Việc đồng bộ thời gian (time synchronisation).
Quá trình tải thông số xuống (parameter downloading).
Việc in dấu thời gian cho dữ liệu (time stamping of data).
Đóng băng và đọc trị số bộ đếm
Truyền file. a) Poll dữ liệu RTU : Giao thức IEC 870-5-101 hỗ trợ cả hai quá trình hoạt động ở chế độ cân bằng và không cân bằng Trong cả hai chế độ giao thức hỗ trợ việc kiểm soát vòng đối với các thay đổi dữ liệu (lớp 1 và lớp 2) và cũng hỗ trợ việc kiểm soát vòng đối với các giá trị hiện hành của tin tức dữ liệu rõ ràng và đầy đủ Việc kiểm soát các thay đổi dữ liệu có thể được làm một cách độc lập đối với cả hai dữ liệu lớp 1 và lớp 2. Việc kiểm soát đối với các tin tức dữ liệu rõ ràng và đầy đủ có thể được làm trên cơ sở một RTU đầy đủ Trong quá trình hoạt động ở chế độ cân bằng RTU sẽ cũng tự động truyền các sự kiện lớp 1 đến Trung tâm điều khiển
Chu kì kiểm soát thông thường sẽ kiểm soát liên tục các thay đổi và chỉ sau khi khởi động lại RTU hoặc hồi phục lại các truyền thông thì việc kiểm soát đầy đủ trạng thái hiện hành của một RTU sẽ được thực hiện Tuy nhiên Trung tâm điều khiển có thể quét thứ cấp để chắc chắn rằng các điểm dữ liệu được cập nhật bình thường. b) Ưu tiên mẫu tin : Đặc điểm kỹ thuật giao thức IEC 870-5-101 định nghĩa 2 lớp ưu tiên mẫu tin, lớp 1 và lớp 2 Dữ liệu lớp 1 được định nghĩa như các sự kiện (event) và lớp 2 được định nghĩa như là các giá trị dữ liệu nền (ví dụ như dữ liệu tương tự) Tất cả dữ liệu được định nghĩa thành hoặc là dữ liệu lớp 1 hoặc là dữ liệu lớp 2 Giao thức sẽ cho phép bất kì điểm dữ liệu (data point) nào cũng được gán trên một lớp dữ liệu, lớp
Cấu hình Transducer
8.1 Transducer điện áp: Đấu nối : 3 pha 3 dây
Cấp chính xác : 0.2 Điện áp vào định mức, Us : 1003 hay 1103V (pha-đất)
Dải dòng điện ra : từ 0 đến 10mA
Quá điện áp cho phép làm việc lâu dài : 1.5Us trong 1s : 2Us
Nguồn nuôi : tự cấp (self powered) hoặc 48VDC
Thời gian đáp ứng : < 200ms
Dải nhiệt độ làm việc : từ -10 0 C đến 55 0 C Độ ẩm cho phép của môi trường làm việc 95% Đặc tuyến : tuyến tính Đặc tuyến của transducer điện áp - TRIAD với hệ số quá tải k=1.2, điện áp danh nghĩa Un0V, Vmax = k x Un = 132; Vmin = 0V; Imin = 0mA; Imax I
Hình 2.21: Đặc tuyến của Transducer điện áp – TRIAD
8.2 Transducer vị trí nấc phân áp:
Cấp chính xác : 0.5 Điện áp vào : từ 0 đến 5V DC
Dải dòng điện ra : từ 0 đến 10mA
Thời gian đáp ứng : < 200ms
Dải nhiệt độ làm việc : từ -10 0 C đến 60 0 C Độ ẩm cho phép của môi trường làm việc 95% Đặc tuyến : tuyến tính
8.3 Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng: Đấu nối : 3 pha 3 dây
Loại : có thể lập trình
Dòng vào định mức, Is : 1A hay 5A
Dải dòng vào có thể đặt : từ 1 đến 5A Điện áp vào định mức, Us : 100 hay 110V (pha-pha)
Dải điện áp vào có thể đặt : từ 57.7 đến
Dải dòng điện ra cho công suất P : từ -10 đến 10mA
Dải dòng điện ra cho công suất Q : từ -10 đến 10mA
Dòng điện quá tải cho phép làm việc lâu dài : 2Is trong 1s : 250A
Quá điện áp cho phép làm việc lâu dài : 1.5Us trong 1s : 2Us
Thời gian đáp ứng : < 300ms
Dải nhiệt độ làm việc : từ -10 0 C đến 55 0 C Độ ẩm cho phép của môi trường làm việc 95% Đặc tuyến : tuyến tính
Hình 2.22: Đặc tính P-I của transducer – TRIAD
Hình 2.23: Đặc tuyến Q-I của transducer - TRIAD
Cấu hình truyền thông cho RTU
Cấu hình truyền thông của RTU ở trạm Liên Trì với Trung tâm điều khiển vùng– Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung là cấu hình truyền thông có dự phòng(redundant communication).
Chọn loại và số lượng card giao tiếp
Danh sách các loại tín hiệu và số lượng tương ứng ở trạm Liên Trì được liệt kê ở bảng dưới đây :
Loại tín hiệu Mô tả tín hiệu Số lượng tín hiệu
ATM Tín hiệu tương tự 14
TSS Tín hiệu cảnh báo 1 bít 45
TSD Tín hiệu trạng thái 2 bít 6
RCD Tín hiệu điều khiển 2 bít 4
Từ bảng trên và dựa vào số lượng kênh I/O của các module XCell ta có sự lựa chọn về thiết bị RTU như sau:
Loại module Mô tả Số lượng module
CPR-021 Module bộ xử lí của Cell 1
HDO-030 Module đầu ra số 32 kênh 1
HAI-030 Module đầu ra tương tự 1
Bố trí thiết bị RTU
Vì cấu hình truyền thông của RTU là truyền thông dự phòng nên phải sử dụng 2 bộ xử lí Cách bố trí RTU như hình sau:
Cấu hình các thông số chính cho từng loại card
Cấu hình RTU : địa chỉ của RTU, các thông số chính của các card, các thông số của Application Node và của eXpert.
Các tín hiệu được cấu hình và được lắp đặt với RTU dựa vào cách bố trí RTU. Card HDI và HDO được cấp nguồn bên trong bởi các nguồn trong RTU.
Tên tín hiệu Kênh On time (ms) Off time (ms) Inverted
Tín hiệu DOT (Digital Outputs) :
Tín hiệu AIN (Analogue Inputs) :
Tín hiệu Kênh Deadband Cực tính Min.(A) Max.(A)
Kênh Loại đầu vào RollOver Phase
-4 8 V 0 V Is ol at in g D C /D C C on ve rt er
R E L A Y P L A T E M O T O R S U P P L Y R T U /S IC T er m in al b lo ck C on tr ol P an el T er m in al b lo ck
R em ot e Su pe rv is or C - S-
Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn hoạt động của các tín hiệu TSS, RCD, TSD
Tính toán cấu hình Transducer TRIAD
Cấu hình transducer : dựa vào các đặc tuyến ở phần 2
Vmin = 0V Vmax = k x Un 2V k: hệ số quá tải k=1.2 Un: điện áp danh nghĩa Un 0V Đầu ra:
Pmin = -Pmax Pmax = k1 x Sqrt(3) x Un x In x k2 = 897.6 W k1: hệ số quá tải k1=1.2
Un: điện áp danh nghĩa (110V hoặc 100V) In: dòng danh nghĩa (1A hoặc 5A) k2: hệ số công suất (cos) k2 = 0.8 Đầu ra:
Qmin = -Qmax Qmax = k1 x Sqrt(3) x Un x In x k2 = 673.2 Var k1: hệ số quá tải k1=1.2
Un: điện áp danh nghĩa (110V hoặc 100V) In: dòng danh nghĩa (1A hoặc 5A) k2: hệ số công suất (sin) k2 = 0.6 Đầu ra:
Tù các thông số được tính toán ở trên dựa vào phụ lục ta chọn ra loại transducer như sau:
Để đo P-Q ta chọn loại transducer T22 (TD015).
Để đo V ta chon loại transducer T11(TD004).
Việc kết nối transducer với các thiết bị SCADA tại trạm Liên Trì được thể hiện ở các hình sau:
Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn đấu nối từ đường dây đến transducer đo V
Transducer P-Q: chọn sơ đồ đấu nối TD015 ở phụ lục.
Hình 3.3: Sơ đồ biểu diễn đấu nối từ đường dây đến transducer đo P-Q
T R A N SD U C E R - V R T U /S IC T er m in al b lo ck V ol ta ge o r cu rr en t T es tin g bl oc k R T U S IC C O N T R O L P A N E L
A /D C on ve rt er M ul ti pl ex er
Hình 3.4: Sơ đồ đo lường của tín hiệu ATM.
TỔNG QUAN VỀ EMP
Hệ thống quản lí năng lượng (Energy Management Plaform, EMP) là một sản phẩm EMS của ALSTOM ESCA đượng xây dựng trên nền HABITAT. HABITAT là một thành phần, cũng là “trái tim” của EMP
EMP là tổ hợp toàn diện của các chương trình ứng dụng trên máy tính, tạo nền móng cho các hệ thống quản lý năng lượng tiên tiến nhất hiện nay trong nghành công nghiệp điện lực như: nguồn (generation), truyền tải (transmission), phân phối (distribution), và cơ sở dữ liệu (database)
1.2 Các thành phần của EMP
Các thành phần của EMP bao gồm:
Một hệ thống con quản lý cơ sở dữ liệu.
Các ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng chuẩn (standard Energy Management System-EMS).
Giao diện giao tiếp đồ hoạ đầy đủ với người sử dụng (Rapport-Full Graphics, Rapport-FG).
Các tiện ích và các giao diện lập trình ứng dụng (APIs – Application Programming Interfaces) linh động.
Mỗi thành phần được mô tả đầy đủ hơn sau đây :
Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, HABITAT Database Management subsystem: HABITAT cung cấp môi trường phần mềm và giao diện người dùng cho các hệ thống điều khiển thời gian thực Hệ thống cơ sở dữ liệu thường trú trong nhớ của nó cho phép quản lý khối lượng dồ sộ các dữ liệu thay đổi nhanh Một chức năng cơ bản củaHABITAT là quản lý dự phòng HABIATAT còn cung cấp môi trường cơ sở cho các nhà phát triển phần mềm, cho phép những người này tích hợp vào hệ thống một ứng dụng mới mà không cần sửa đổi phần mềm ứng dụng và phần mềm hệ thống hiện có bên trong HABIAT dùng để xây dựng các hiển thị (display) Rapport-
FG được thiết kế đặc biệt để có hiệu quả cao nhất cho các kỹ sư vận hành ở môi trường trung tâm điều khiển Nó còn là công cụ người dùng thân thiện cho những người có trách nhiệm xây dựng display và kết nối các display với cơ sở dữ liệu.
Các tiện ích và API động: EMP còn có các tiện ích như cảnh báo (Alarms), quản lý cấu hình (Configuration Mananger), quản lý tiến trình (Process Manager), quyền (Permission), biểu đồ (trending), quản lý các bộ lập trình điều khiển logic (PLC Mamagement), in ấn (Printing) và nhiều tiện ích khác Bộ sưu tập các APIs hình thành một lớp động ở trên cùng của các chức năng hệ điều hành chuẩn, trong khi những API khác cung cấp các dịch vụ chung, không được hổ trợ từ hệ điều hành nhưng chúng rất hữu dụng cho các ứng dụng.
Ứng dụng SCADA: cung cấp các thành phần cơ bản cho hệ thống EMS SCADA của EMP tập hợp các dữ liệu thừ hệ thống điện và hiển thị chúng trên các display sơ đồ một sợi cho các kỹ sư điều hành và có thể được cấu hình để tự động cập nhật trên các display dạng bảng (tabular display) SCADA còn cho phép các kỹ sư điều hành điều khiển các thiết bị trong hệ thống điện từ các các máy tính làm việc (worksation).
Tự động điều khiển phát điện Automatic Generation Control (AGC): SCADA/AGC là phần mở rộng của SCADA bao gồm các tiện ích điều khiển việc phát điện cho hệ thống quản lý năng lượng EMS. SCADA/AGC cung cấp các phương tiện cho các kỹ sư điều hành giám sát, phân tích, lên kế hoạch và điều khiển hệ thống phát điện một cách hiệu quả và kinh tế.
Phân tích nguồn (Generation analysis): cung cấp các phương tiện để nghiên cứu phân tích điều khiển đối với hệ thống nguồn phát Các nghiên cứu này bao gồm lập kế hoạch cho việc phát điện để tối ưu hoá việc phát điện vừa đáp ứng nhu cầu phụ tải vừa thoả mãn về kinh tế.
Phân tích hệ thống điện (NETWORK application): dùng các dữ liệu đo thu tập được để đánh giá trạng thái của toàn hệ thống điện Chức năng này cung cấp cho các kỹ sư vận hành các dữ liệu tại các điểm mà không có số liệu đo xa cũng như xác minh rằng dữ liệu đo là chính xác hay không tích cấu hình dữ liệu thời gian thực sẽ được chuyển từ HABITAT sang cơ sở dữ liệu Oracle với một chu kỳ nhất định
Hệ thống đào tạo điều độ viên DISPATCHER TRAINING SYSTEM application: là môi trưưòng đào tạo điều độ viên mà với nó có thể mô phỏng từ console vận hành riêng lẻ đến một mô hình đầy đủ của một trung tâm điều khiển Nó chạy với tốc độ của một hệ thống thời gian thực và mô phỏng một dải rộng đối với điều kiện tần số và điện áp
INTER-CENTER application : Cung cấp các phần mềm dùng trong việc xử lí truyền tin bên trong hệ thống.
HISTORICAL DATA application :Cung cấp phần mềm dùng trong việc ghi nhận, bảo quản, xử lí các dữ liệu quá khứ.
1.3 Cấu trúc hệ thống EMP
Các ứng dụng EMP được xây dựng trên nền HABITAT, một một môi trường phần mềm mạnh và linh hoạt phục vụ cho các hệ thống thời gian thực lớn và phức tạp.
Hệ thống cấu trúc mở và mô hình phần mềm phân lớp của EMP (Hình: mô hình phần mềm phân lớp với các ứng dụng chuẩn) đem lại khả năng linh động lớn Mô hình này cho phép EMP trở nên linh động hơn Có thể cài đặt EMP vào máy chủ chạy trên hệ điều hành UNIX, OpenVMS và các console chạy trênUNIX, OpenVMS và WinNT Điều này cho phép người dùng phát triển các phần mềm ứng dụng và đẽ dàng cài đặt các phần mềm phát triển thêm này cũng như các phần mềm của nhà cung cấp vào hệ thống
Hình 4.1: mô hình phần mềm phân lớp với các ứng dụng chuẩn
1.3.1 Cấu hình phần cứng của EMP
Các ứng dụng EMP/HAIATAT được cài trên hệ thống máy tính riêng dựa trên các node Ví dụ, một hệ thống EMS dự phòng kép tiêu biểu được xây dựng từ 2 node máy chủ EMS, 2 Telemetry Front-End (TFE), và một vài các node console dùng đồ họa Rapport-FG Hệ thống DTS được xây dựng trên một node đơn Có thể thêm vào các máy tính chuyên dụng khác
Khả năng xử lý của EMP được phân bổ giữa các máy tính và máy chủ khác nhau sao cho mỗi máy giao tiếp với các máy khác thông qua mạng LAN chuyên dùng cho hệ thống thời gian thực.
Cấu hình phần cứng EMP được thiết kế sao cho sẽ không có sự cố cho bất kỳ điểm nào đối với các thiết bị quan trọng Vì thệ thống phải hoạt động
TỔNG QUAN VỀ HABITAT
HABITAT là “trái tim” của EMP cung cấp 1 môi trường phần mềm nhanh và linh hoạt cho các hệ thống điều khiển thời gian thực Hệ thống dữ liệu thường trú trên bộ nhớ (memory-resident database) của HABITAT cho phép nó hổ trợ các cơ sở dữ liệu lớn với hàng chục ngàn các giá trị đo lường được quét theo chu kỳ từ một đến 10 giây Hệ thống giao diện người dùng cập nhật liên tục các dữ liệu trên các màn hình của của người vận hành với chu kỳ cập nhật như chu kỳ quét dữ liệu Ngoài ra hệ thống giao diện người dùng của HABITAT còn cung cấp các màn hình hiển thị toàn bộ hệ thống và nhiều màn hình hiển thị dữ liệu dạng bảng khác
Nhiều tiện ích rất chuyên dụng khác trong HABIATAT cung cấp các chức năng của hệ thống điều khiển, đảm sự vận hành liên tục của hệ thống Các tiện ích này nhân bản cơ sở dữ liệu, quản lý các tài nguyên dự phòng, giám sát lỗi hệ thống phần cứng và phần mềm, phát các cảnh báo đến người vận hành
HABITAT cung cấp 1 môi trường cơ sở cho những người lập trình phát triển ứng dụng cũng như cho các ứng dụng thời gian thực được xây dựng bởi những người lập trình Nó cho phép các người lập trình tích hợp các ứng dụng mới vào hệ thống mà không cần thay đổi các phần mềm ứng dụng cũ và phần mềm hệ thống hiện tại.
Hệ thống điều khiển dự trên HABITAT có 3 lớp : hệ điều hành, HABITAT và lớp hệ thống điều khiển như Hình Các lớp ứng dụng trong HABITAT.
Hình 4.7 Các lớp ứng dụng trong HABITAT
2.2.1 Khả năng di động(Portability):
Các ứng dụng hệ thống điều khiển có thể di động khi được lớp hoá. Tính di động cũng sẵn sàng dùng trong hệ thời gian thực và phát triển trong các hệ điều hành Windows NT, Open VMS, Compaq TRU 64 Unix Tính di động để bảo vệ trở lại hệ điều hành khi quá hạn Các cơ sở dữ liệu giao diện người dùng có thể được di động trong HABITAT và EMP cho nên hệ điều hành vẫn được thay đổi khi không tìm ra được hệ điều hành mới.
Việc phân lớp cho phép các ứng dụng của hệ thống điều khiển có thể lưu động Tính lưu động (portability) ở đây có nghĩa là sẵn sàng cho việc sử dụng và phát triển các ứng dụng trong các hệ điều hành OpenVMS, Compaq Tru64 UNIX và Windows NT Tính lưu động bảo đảm cho các ứng dụng không bị lỗi do sự lỗi thời của các hệ điều hành Cơ sở dữ liệu, giao diện người dùng, và các ứng dụng lưư động trong HABITAT và EMP cho nên có thể thay đổi hệ điều hành mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống điều khiển.
HABITAT OPERATING SYSTEM các ứng dụng trên một hệ điều hành, như Visual Studio trong Windows
NT, và triển khai chúng trên một hệ điều hành khác Thông qua các API không phụ thuộc vào hệ điều hành, HABITAT đạt được điều này bằng cách cung cấp tất cả các hổ trợ cần thiết cho ứng dụng thời gian thực, bao gồm cả những hỗ trợ mà thiết lập trực tiếp từ hệ điều hành Điều này cho phép các ứng dụng được phát triển mà không cần biết chúng sẽ được chạy trên hệ điều hành nào
2.2.2 Multiple HABITAT và Multiple Database :
Hệ thống HABITAT thiết kế để có nhiều hơn 1 HABITAT được cài đặt trong 1 máy Các thành phần của HABITAT dùng một tên nhóm chung. Mục đích của việc này tạo được sự dễ dàng cho người dùng riêng biệt từ các hệ thống khác nhau.
Hdb là tên hệ thống cơ sở của cơ sở dữ liệu bên trong HABITAT. Thực ra có nhiều cơ sở dữ liệu chứ không phải là một cơ sở dữ liệu đơn lẻ và đồ sộ ở HABITAT Giải pháp này này là rất hữu ích vì nó cho phép module hoá và tạo sự dễ dàng để phát triển các ứng dụng mà không quan tâm đến những va chạm với các ứng dụng đã có và cơ sở dữ liệu hiện có của nó.
2.2.3 Thiết lập HABITAT cho môi trường hệ thống điều khiển
HABITAT có thể được xây dựng cho môi trường hệ thống điều khiển sử dụng các công cụ quen thuộc như C++ và Fortran 90
Có hai môi trường HABITAT : Môi trường thời gian thực và môi trường phát triển.
Môi trường thời gian thực bao gồm các chương trình, các cơ sở dữ liệu và các ứng dụng giao diện người dùng được cung cấp cùng với HABITAT Nó cũng bao gồm các ứng dụng điều khiển hệ thống tạo nên hệ thống điều khiển EMS HABITAT được dùng như là môi trường thời gian thực để chạy một EMS hay một DTS.
Môi trường phát triển dùng để tạo các chương trình truy cập cơ sở dữ liệu HABITAT và giao tiếp với các chương trình khác cũng như giao tiếp với công cụ đồ họa Rapport Nó cũng được bằng đồ hoạ.
Sự hoạt động ở mỗi môi trường và các nguyên tắc quan hệ giữa các thành phần của một HABITAT được trình bày như sau :
Hình 4.8 Tổng quan về HABITAT
CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ
Các hệ thống HABITAT cơ sở được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ các ứng dụng phát triển hệ thống điều khiển thời gian thực đòi hỏi sự sẵn sàng cao Các hệ thống cơ sở đó
Manager), quản lý cấu hình (Configuration Manager), báo động (Alarm) và các tiện ích khác.
3.1 Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG:
Rapport-FG là công cụ xây dựng giao diện người dùng trong HABITAT được dùng để xây dựng các hiển thị.
3.2 Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu :
Phần mềm quản lí cơ sở dữ liệu thời gian thực HABITAT là công cụ dùng để mô tả cấu trúc cơ sở dữ liệu (database schema) và quản lí dữ liệu ở môi trường thời gian thực Nó bao gồm một công cụ định dạng (formatter), một database cloner, một API truy cập dữ liệu (Hdb API), vùng nhớ cơ sở dữ liệu thường trú, quá trình nhân bản (replication), công cụ duyệt cơ sỡ dữ liệu (database brower) và các công cụ lưu trữ.
Formatter : xử lí cấu trúc cơ sở dữ liệu , database schema (mô tả những nội dung chứa đựng trong cơ sở dữ liệu) và tạo các header file để các ứng dụng dùng để truy cập vào cơ sở dữ liệu Trong C hay C+ + các file header file là các file chứa các chương trình con (sub- schema files) và trong ngôn ngữ FORTRAN 90 là INCLUDE file.
Cloner : tải các định nghĩa cấu trúc cơ sở dữ liệu vào HABITAT và cài đặt các mô hình cơ sở dữ liệu (database instance) phù hợp với cấu trúc cơ sở dữ liệu đã đưa ra Nhiều phiên bản của mỗi cơ sở dữ liệu có thể được xây dựng và chạy trên các ''families'' khác nhau Mỗi ứng dụng có một copy cơ sở dữ liệu riêng của nó Có thể xem và cập nhật các database clone, tải và di chuyển cấu trúc cơ sở dữ liệu, đặt cloner ở chế độ online hoặc offline và sửa lại tên các cloner.
Hdb APIs cung cấp chức năng truy cập vào cơ sở dữ liệu cho các ứng dụng dùng điều khiển tương tác Hdb API khác với các API khác trong HABITAT ở chỗ nó không có ứng dụng Hdb ở thời gian thực mà API này nằm thường trú trong các ứng dụng và có hơn 50 chức năng cho phép mở, truy vấn, đọc và ghi vào cơ sở dữ liệu Ngoài ra còn có một vài chức năng khác trực tiếp hoặc gián tiếp hổ trợ cho sự làm việc của Hdb.
Replication Process : duy trì một cơ sở dữ liệu dự phòng ở một máy tính thứ hai và cơ sở dữ liệu này được cập nhật các giá trị hiện hành để có thể đảm nhận việc vận hành hệ thống nếu xảy ra lỗi ở hệ thống chính trực tiếp và sửa đổi các giá trị cơ sở dữ liệu Công cụ duyệt (brower tool) còn cho phép người dùng xem các trường (field) đang tồn tại bên trong cơ sở dữ liệu và chỉnh sửa nội dung của của các trường này Hơn nữa, nó còn cho phép chèn, xoá hay copy các bản ghi (record) bên trong cơ sở dữ liệu.
Archive process: dữ liệu thường trú trong các clones chủ yếu được quản lí bằng các archives và savecase Có các dữ liệu snapshot ở một hay nhiều cơ sở dữ liệu tạo thành clone Archive process cho phép lưu nội dung cơ sở dữ liệu vào các file ASCII và tải các file đó vào mô hình cơ sở dữ liệu (database instance).
3.3 Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem):
Các hổ trợ lập trình cho phép các chương trình mới và dữ liệu được tích hợp một cách dễ dàng cho hệ điều hành hiện có Nó đưa ra file include để khai báo và định kích thước phù hợp với lược đồ cơ sở dữ liệu người dùng đưa ra. Trong trường hợp bổ sung nó cung cấp tài liệu APIs tạo nên các chức năng chung thường được dùng trong các hệ thống điều khiển thời gian thực.
3.4 Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem):
Các hoạt động hổ trợ các hệ thống cơ sở bằng nhiều cách Nó tự động tạo mô hình cơ sở dữ liệu (instance) thường trú trong bộ nhớ lúc khởi động hệ thống.
Nó cung cấp sự quản lý các nhiệm vụ tập trung và điều khiển tài nguyên và các nhiệm vụ theo trình tự và theo thời định Ngoài ra, các hoạt động hổ trợ còn quản lý việc in ấn các hiển thị.
Các kiểu hệ thống HABITAT
Một hệ thống HABITAT được cài đặt nằm trong loại: hệ thống thời gian thực, hệ thống mô phỏng và hệ thống phát triển Mặc dù phần mềm và các khả năng của các loại hệ thống này hầu hết là giống nhau nhưng các kỹ thuật bảo dưỡng sẽ khác nhau.
4.1 Hệ thống HABITAT thời gian thực :
Hệ thống HABITAT thời gian thực cung cấp các hoạt động thường trú HABITAT hỗ trợ cho các chức năng của nó Thông thường, nó bắt đầu hoạt động lúc phần cứng khởi động Các hoạt động này được duy trì cho dù hệ thống HABIATAT này hoặc chạy ở chế độ hệ thống chính hỗ trợ cho chức năng thời gian thực như SCADA hoặc ở chế độ dự phòng.
Rất ít và gần như không có sự phát triển thực hiện ở môi trường HABITAT này vì các hoạt động kịp thời và chính xác của nó là tối quan trọng đối với các hệ những môi trường HABITAT khác cùng chức năng
Việc bảo quản các HABITAT này như sao chép dự phòng, cập nhật, điều phối được giới hạn ở các khoảng thời gian mà CPU của nó đang chạy ở chế độ dự phòng.
4.2 Hệ thống HABITAT mô phỏng :
Kiểu hệ thống HABITAT mô phỏng hổ trợ sự mô phỏng môi trường HABITAT thời gian thực cho các phần mềm mô phỏng như ứng dụng đào tạo viên DTS Các chức năng của HABITAT mô phỏng cũng tương tự như các chức năng ở hệ thống thời gian thực, nhưng không cần thiết phải đảm bảo tính sẵn có của HABITAT (nghĩa là không cần dự phòng).
4.3 Các hệ thống phát triển HABITAT :
Kiểu hệ thống HABITAT phát triển được cài đặt để cung cấp các môi trường phát triển ứng dụng hay khu vực để thử các ảnh hưởng của sự thay đổi phần mềm trước khi cài đặt phần mềm mới vào môi trường HABITAT thời gian thực Người sử dụng của loại hệ thống này chủ yếu là những người quản lý cơ sở dữ liệu và lập trình hổ trợ các tính năng của HABITAT
Phát triển được thực hiện ở Windows NT và triển khai tới Open VMS, TRU46UNIX hay WinNT.
4.4 Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB :
HDB là hệ thống cơ sở dữ liệu trong HABITAT, nó hổ trợ cho các clones cơ sở dữ liệu và cung cấp giao diện lập trình (API) để truy cập cơ sở dữ liệu đó. Các tiện ích HDB giúp định dạng cơ sở dữ liệu, tạo mới và di chuyển các clones cơ sở dữ liệu, xuất nhập vào cơ sở dữ liệu, thực hiện nhân bản cơ sở dữ liệu và cung cấp các chức năng duyệt và lưu dữ liệu ra file.
ALARMS
EMP thiết kế để giám sát các hệ thống điều khiển thời gian thực Một phần quan trọng của chức năng này là hệ thống cảnh báo (Alarm), hệ thống này cùng cấp API và giao diện người dùng phức tạp Hệ thống cảnh báo phát âm thanh, tạo nhận biết(notification) đến nhân viên vận hành và các đội ngũ khác, kiểm soát các thừa nhận của nhân viên vận hành và ghi lại các thông tin.
Hình 4.9 : Trình bày sự giao tiếp và trào lưu dữ liệu giữa các thành phần trong ứng dụng cảnh báo
Sự khác nhau rất quan trọng giữa một cảnh báo và một sự kiện Sự kiện (Event) là bất kỳ sự thay đổi nào trong trạng thái của hệ thống (điều khiển hoặc công suất) và sự thay đổi này được nhận biết bởi phần mềm Mỗi một sự kiện có một thông điệp (message) đi kèm Trong trường hợp chung, tất cả các sự kiện được ghi vào cơ sở dữ liệu và cũng có thể được in.
Các cảnh báo là tập hợp con của tập hợp các sự kiện mà cần phải có sự can thiệp của con người Các tiện ích cảnh báo cho phép người quản trị sửa đổi các sự kiện được coi là quan trọng cần giải quyết Các sự kiện phát cảnh báo có các thuộc tính như: tính ưu tiên -người nào có thể quan sát và thừa nhận các cảnh báo này, có âm thanh hay không.v.v Chúng được nhóm theo từng hạng (category).
5.2 Các hiển thị cảnh báo (Alarm display):
Các cảnh báo được hiển thị cho người vận hành bằng các hiển thị dạng bảng Hệ thống Cảnh báo dùng tiện ích quyền truy cập (permission service) và hạng cảnh báo (Alarm category) để cho phép các máy tính khác nhau có thể xem các danh sách cảnh báo khác nhau Người dùng có thể tìm các danh sách cảnh báo của mình bằng các thông số định sẵn.
Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT
Ngoài dịch vụ báo động ra còn có các dịch vụ khác do hệ thống HABITAT cung cấp cho các ứng dụng trong EMP.
Tiện ích Permissions cung cấp các phương tiện để giới hạn truy cập đến thông tin và đến các qui trình quan trọng của hệ thống Các Quyền được thiết lập trong hệ thống là Đọc (Read), Ghi (Write) và Thi hành (Execute).
Hệ thống cung cấp hai cơ cấu để truy cập chính thức là dựa vào console và phạm vi (area) Console là máy tính dùng để vận hành, có thể có nhiều màn hình mà mỗi màn hình hiển thị nhiều cửa sổ hiển thị.
Quyền theo Phạm vi ở đây là một tên gọi (một danh định, identifier, bằng chuỗi ký tự riêng) gắn liền với các hiển thị (display), thiết bị, và các thực thể cơ sở dữ liệu nhất định Ví dụ, phạm vi Phân tích hệ thống (System Analyst) có thể gắn liền với một display nhất định Khi một display được gọi thì hệ thống sẽ kiểm tra xem console đang gọi display này có quyền Đọc trong với phạm vi Phân tích hệ thống (System Analyst) này hay không Nếu không, tiếp đến hệ thống sẽ ngăn chặn viêc gọi display này.
Quyền theo Phạm vị cũng được dùng để thiết lập các điều kiện để xác định các cảnh báo nào có thể được nhận biết ở mỗi console.
Tiện ích Quyền dùng tên Family của ứng dụng để quyết định phiên bản cơ sở dữ liệu nàosẽ được truy cập.
6.2 Tiện ích Quản lý cấu hình.
Quản lý cấu hình (Configuration Manager) là một hệ thống đảm nhận việc quản lý cấu hình phần cứng và phần mềm nhằm đảm bảo cho hệ thống điều khiển có tính sẵn sàng cao. hành của phần cứng và phần mềm trong hệ thống điều khiển có dự phòng Sau khi một thành phần phần cứng hay phần mềm bị lỗi, Configuration Manager khôi phục, phát cảnh báo và tạo báo cáo đối với những sự kiện quan trọng mà nó phát hiện ra.
Configuration Manager cũng phân công vai trò cho các phần mềm, như được phép, không được phép hay dự phòng.
6.3 Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman).
EMP có hơn 50 tiến trình hoạt động cùng với nhau Thiết lập chuỗi trình tự khởi động các tiến trình ứng dụng đặc biệt cần thiết khi hệ thống bắt đầu làm việc để kết quả như mong muốn Ví dụ, các dịch vụ bổ trợ phải chạy trước khi các ứng dụng được khởi động.
Quản lý tiến trình The Process Manager (Procman), khởi động, ngừng và tạo lập trình tự các ứng dụng trong EMP Ngoài ra, nó còn tạo thời gian biểu cho các ứng dụng chạy theo định kỳ hay chay ở một thời điểm định trước.
Trong EMP có hai mô hình Procman Một là mô hình Procman EMS dùng cho hệ thống EMS hay SCADA Một mô hình Procman khác dùng cho hệ thống DTS.
Trên cùng của hình Trào lưu dữ liệu Procman cho thấy các ứng dụng con có thể gọi thẳng Procman để tạo các trình tự cho các xử lý giữa các tiến trình.Procman có thể khởi động, ngừng các nhiệm vụ con không dùng Procman API.Như đã đè cập ở trước, Procman sử các API hổ trợ như: báo động (Alarm),quản lý cấu hình Configuration Manager (Cfgman), MLF và OSAL/PPM.
Hình 4.10 Quản lí tiến trình trào lưu dữ liệu (procman)
Hệ thống giao tiếp
Các ứng dụng được tách biệt khỏi các kết nối TCP/IP trực tiếp bằng cách dùng hệ thống truyền thông NETIO Ở mức cao nhất, thích hợp cho tất cả các ứng dụng là mức socket-based và được dùng cho tất cả các truyền thông ở cùng một node hay giữa các node với nhau Việc kết nối giữa các ứng dụng được thực hiện bằng các tên logic (logical name) chứ không phải bằng các tên vật lý (physical names) Một tiện ích riêng quyết định các tên logic.
Process Manger (Procman) Data Flow các tiện ích Ngày Giờ cung cấp đồng hồ thời gian thực, các đồng hồ mô phỏng, và các nhiều tương tác định thời khác.
7.2 Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC). Ứng dụng PLCMGR quản lý thiết bị vào ra từ các bộ PLC trong hệ thống.
7.3 Trending and strip chart recorders driver.
Tiện ích ProGraf-DT/Trend theo dõi các dữ liệu thời gian thực trong hệ thống điều khiển Nó lấy mẫu dữ liệu từ các cơ sở dữ liệu hệ thống điện lực và sau đó đưa giá trị đã lấy mẫu này vào các hiển thị trên Consle hay vào các bộ ghi biểu đồ.
Logman hỗ trợ việc ghi thanh nhật ký (log) các thông tin và được chuyển thành file và đưa đến máy in bằng định dạng in đồ hoạ Nó gửi thông điệp và giám sát tình trạng các máy in.
Lập trình trong HABITAT
Một chức năng quan trọng của EMP và HABITAT là cung cấp một môi trường lập trình nơi mà các giao diện, các ứng dụng và các tuỳ biến theo yêu cầu có thể được phát triển cho phù hợp với các yêu cầu của người dùng.
8.1 Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng
Tất cả các ứng dụng EMP được xếp trên cùng của HABITAT HABITAT cung cấp một môi trường phát triển bao gồm bộ bộ sư tập các API lưu động và giao diện người dùng Môi trường phát triển được thiết kế sao cho việc sử dụng các API và các tiện ích, mã nguồn có thể được phát triển trong một hệ điều hành và chuyển sang hệ điều hành khác
8.2 Chương trình ứng dụng HABITAT
Môi trường phát triển HABITAT thích hợp cho các nhu cầu của các nhà lập trình và các kỹ sư thiết kế và khiển khai các hệ thống thời gian thực Với HABITAT, các kỹ sư, lập rtình viên phân chia hệ thống thành các khối chức năng nhỏ và dùng sự trừu tượng hóa gọi là ứng dụng HABITAT Các ứng dụng HABITAT tạo cơ sở cho việc quản lý nguồn tài nguyên, cơ sở dữ liệu, thông tin và các thành phần giao diện người dùng của hệ thống
Một ứng dụng khác HABITAT giống như một khuôn mẫu của chương trình phần mềm Và như thế, ứng dụng chỉ định và kết hợp các thành phần được sử dụng cùng với nhau để có một chức năng cụ thể trong hệ thống dùng một ứng dụng và cơ sở dữ liệu, chúng phải được mô hình như là các đối tượng cơ sở dữ liệu trong hệ thống Một phiên bản cơ sở dữ liệu của ứng dụng được gọi là Clone.
8.3 Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM).
Một việc khó khăn khi tạo phần mềm động là việc giải quyết với các sự kiện không đồng bộ như việc khai báo dữ liệu đã nhận được nhận trong một kết nối thông tin hay bộ định thời đã hết giờ hoạt động Để giúp người dùng dễ dàng tạo ra các chương trình có tính động, hướng sự kiện, HABITAT cung cấp một khung ứng dụng gọi là Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM). Khung này được triển khai như một API gọi là PPM API hay đơn giản hơn là PPM API này bao gồm các chức năng lập biểu thời gian và quản lý các dữ liệu vào/ra không đồng bộ
Những người đã quen với Window X sẽ nhận thấy PPM rất quen thuộc Nói chung, sự khởi tạo hay khởi động chương trình luôn bao gồm việc yêu cầu thiết lập các kết nối thông tin, chỉnh thời gian, truy cập cơ sở dữ liệu v.v Sau khi sự khởi tạo hoàn tất, chương trình chuyển điều khiển sang phần trung tâm PPM (vòng lặp chính) Từ đây, phần trung tâm này gọi các hàm mà đã đăng ký khi khởi tạo trong sự kết hợp với cácbộ định thời và các liên kết Vào/Ra Các hàm này được biết đến như là các hàm phản hồi Một ứng dụng gọi các mã khác của nó trong một hàm phản hồi.
8.4 Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình
HABITAT đưa ra nhiều API cho các nhà phát triển phần mềm như: quản lý dữ liệu HDB, mô hình xử lý động PPM và thư viện lưu động Nó còn cung cấp các công cụ cho giao tiếp hệ thống, quản lý cấu hình Cfgman, quản lý tiến trình Procman, quản lý ứng dụng, tiện ích Ngày Giờ, tạo nhật ký (logging), cảnh báo (Alarm), Quyền (Permision) và hệ thống hiển thị đồ hoạ.
Hình sau trình bày các API có sẵn để phát triển ứng dụng của HABITAT
Hình 4.11 : Trình bày khả thi của HABITAT APIs để phát triển một ứng dụng.
Hệ thống con SCADA
Hệ thống con điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) thu thập dữ liệu thời gian thực từ các thiết bị đầu cuối từ xa và có nguồn truyền thông khác trong lĩnh vực hoạt động và có khả năng điều khiển các thiết bị hiện trường từ các console. SCADA là một hệ thống qui mô và phân tán được thi hành trong 1 môi trường hệ thống điều khiển thời gian thực HABITAT.
Trong một hệ thống quản lý năng lượng, SCADA đưa ra các khả năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu cho việc điều khiển và giám sát thời gian thực của các hệ thống phân phối và truyền tải điện năng.
Bốn chức năng cơ bản được thực hiện bởi các SCADA :quản lý CSDL, quản lý giao diện người sử dụng, thu thập và xử lí dữ liệu, và điều khiển giám sát.
9.1 Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA :
Bằng việc sử dụng HABITAT, SCADA duy trì một hình ảnh cập nhật của hệ thống được giám sát trong CSDL của nó Điều này cho phép việc quan sát trạng thái của các thiết bị được giám sát bằng việc kiểm tra đơn giản CSDL thông qua các hiển thị trên trạm công tác.
CSDL SCADA được chia thành 3 phần con : cấu trúc RTU, cấu trúc truyền thông và cấu trúc trạm điện Các cấu trúc tách rời này cung cấp tính mềm dẻo trong trường hợp hệ thống được mô hình hoá Ví dụ với các trạm không có RTU được điều chỉnh dễ dàng vì cấu trúc trạm điện không được xây dựng theo các hướng có RTU.
Dữ liệu được nhận thông qua hoặc RTU Protocol Support, Trao đổi dữ liệu liên vị trí (ISD – Intersite Data Exchange) hoặc giao diện lập trình ứng dụng SCADA (SCAPI) phải qua các chức năng dữ liệu chuẩn bao gồm các chức năng : kiểm tra giới hạn, cảnh báo, kiểm tra chất lượng, và khởi động việc tính toán Sau đó dữ liệu được đặt trong CSDL nơi mà nó có thể dùng được cho việc hiển thị.
Portable Process Model and Portability Library APIs
The HABITAT Application Programming Interfaces (APIs)
Các giá trị hiện hành – các giá trị hiện hành bao gồm : vị trí máy cắt (đóng/ngắt), trạng thái động cơ (on/off) và vị trí van (mở/đóng) Các thay đổi trạng thái được phát hiện và các cảnh báo được phát ra nếu thích hợp Bất kì điểm trạng thái nào trong một trạng thái không bình thường đều được liệt kê đối với hiển thị Các thay đổi trạng thái có thể chép toàn bộ vào file lịch sử (history file).
Các giá trị tương tự - các giá trị này bao gồm các biến quá trình được đo bởi các RTU như là các dòng công suất megawatt, nhiệt độ, và áp suất Một giá trị tương tự truy lục từ một RTU là được chuyển đổi, kiểm tra dựa vào các giới hạn hợp lý và được được đặt vào CSDL Sau đó giá trị được so sánh dựa vào các giới hạn quá trình hoạt động và nếu một giới hạn bị vi phạm thì một cảnh báo sẽ được phát ra Các thay đổi có thể được viết lên các file history file
Các việc tích luỹ xung – bao gồm số lượng được phát như là MW/h của điện năng Việc xử lí bộ tích luỹ xung tính toán sự khác nhau từ việc đọc trước Điều này được chuyển đổi và lập thang đo Hệ thống có thể giữ một tổng số liên tiếp và các thay đổi có thể viết lên file history file.
9.2 Giao diện người sử dụng SCADA :
Rapport-FG, một giao diện người sử dụng đồ hoạ đầy đủ, làm đơn giản hoá và đẩy nhanh sự tương tác với hệ thống con SCADA và đưa ra tính nhất quán qua tất cả ứng dụng Người sử dụng có sự điều khiển đầy đủ của hệ thống thông qua việc quan sát có thể truy nhập dễ dàng với các đặc điểm như là: các menu sổ xuống, panning, zooming, nhiều font,
SCADA bao gồm các hệ thống cấp bậc hiển thị chuẩn, các tổng quan, các menu, và các đặc điểm mà những cái đó có thể được sửa đổi thông qua một bộ xây dựng hiển thị Các hiển thị chính bao gồm :
Overviews và Menu Displays - bảng liệt kê chính sử dụng đối với sự điều hướng và sự giám sát.
Station Displays - hiển thị các quá trình hoạt động chính Những hiển thị này bao gồm cả các hiển thị “một dây” (one-line) và các hiển thị bảng được kết hợp của chúng.
Special Summaries - chỉ ra các việc biên dịch của các điều kiện không bình thường hiện tại, các thiết bị được gắn thẻ, các điểm được ngăn cấm,.v.v
Thu thập dữ liệu trong hệ thống con SCADA phân tán được thi hành thông qua một sự kết hợp đượsc tích hợp của phần mềm và phần cứng Hỗn hợp này bao gồm 5 phần :
Các ứng dụng SCADA chủ
Các ứng dụng ngoại vi phép đo từ xa (Telemetry Front End TFE)
Card truyền thông được nhúng
Mã hàm ngoại vi truyền thông (Communication Front End CFE)
Hình Cấu hình phần cứng SCADA điển hình chỉ ra 3 thành phần của SCADA Bắt đầu với các thiết bị gần RTU nhất, các thành phần đó là các CFE, TFE và máy chủ SCADA.
Hình 4.12 : Cấu hình phần cứng SCADA điển hình
9.3.1 SCADA chủ (Host SCADA) : người vận hành của hệ thống, trong khi CFE và TFE là các đợn tổ chức được thiết kế để đưa ra sự hỗ trợ đối với các cấu hình phần cứng khác nhau.
Hệ thống phần cứng SCADA
Hệ thống SCADA tại trạm bao gồm các thiết bị cấu thành như dưới đây:
Các thiết bị thông tin (TFE, CFE)
Các thiết bị đầu cuối từ xa, RTU (Remote terminal unit).
Chức năng phần mềm SCADA
SCADA thực hiện các chức năng dưới đây để nhận dữ liệu về các thiết bị trong hệ thống được giám sát:
Quét hệ thống được giám sát vào một thời điểm định trước và nhận dữ liệu từ các RTU qua các CFE.
Thực hiện việc chuyển đổi và kiểm tra dữ liệu đối với các dữ liệu thô trước khi gửi tín hiệu cho TFE và server chủ để có thể hiển thị và chuyển chúng cho các ứng dụng khác.
Thực hiện việc tính toán đối với dữ liệu.
Xác định các cờ thuộc tính dữ liệu và đánh dấu đối với các dữ liệu không tin cậy và đánh dấu để chỉ thị nguồn dữ liệu
Cho phép các kỹ sư điều hành ra một lệnh quét đối với các nhóm quét riêng biệt
SCADA có thể nhận, xử lý và hiển thị ba loại dữ liệu Các loại dữ liệu đó là:
Dữ liệu biến thiên, có các đo lường bằng số mà được nhắc đến như các điểm tương tự trong SCADA
Dữ liệu rời rạc, như các máy cắt hoặc van đóng mở, có các đo lường trạng thái mà được nhắc đến như các điểm trạng thái điểm đếm
2.2 Điều khiển giám sát: Đây là chức năng cho phép các kỹ sư điều hành và các chương trình ứng dụng ra lệnh điều khiển cho RTU từ trung tâm Một lệnh điều khiển sẽ tạo ra một thay đổi đối với trạng thái vận hành của thiết bị Ví dụ, một kỹ sư điều hành có thể ban hành lệnh đóng một máy cắt đang mở.
2.3 Điều khiển hệ thống: Đây là khả năng cho phép các kỹ sư điều hành và các chương trình ứng dụng thay đổi phương pháp xử lý và hiển thị dữ liệu của SCADA Các ví dụ về thao tác điều khiển hệ thống được liệt kê như dưới đây:
Loại bỏ một điểm đo Thao tác này bỏ qua quá trình xử lý dữ liệu quét đối với một điểm đo trong hệ thống.
Khôi phục một điểm đo đã loại bỏ
Nhập vào bằng tay một giá trị đối với một điểm đo mà giá trị đo lường của nó không nhận được từ RTU.
Nhập vào bằng tay giá trị giới hạn đối với các dữ liệu biến thiên, và chỉ thị cho SCADA bỏ qua các giới hạn này
Ngăn cấm và cho phép các thao tác đối với dữ kiện bất thường và dữ kiện có cảnh báo.
Thừa nhận các cảnh báo.
Điều chỉnh các cấu hình về hệ thống thông tin bằng cách loại ra khỏi vận hành đối với các RTU, các nhóm quét và các đường thông tin
Hình 5.1: Ví dụ về điều khiển.
Các display về trạm: sơ đồ một sợi và bảng
chính là sơ đồ một sợi Sơ đồ một sợi thể hiện trạng thái vận hành của hệ thống được giám sát Dùng sơ đồ một sợi cho hai mục đích:
Xem trạng thái hiện thời của các thiết bị trong trạm và điều tra các nguyên nhân sự cố.
Đưa các lệnh điều khiển trạng thái thiết bị và điều khiển phương pháp hiển thị dữ liệu
Hình 5.2: Sơ đồ một sợi trạm Liên Trì trong hệ thống về trạng thái của các thiết bị được giám sát Cũng có thể dùng bảng cho các mục đích như trong sơ đồ một sợi như: xem trạng thái hiện tại của các thiết bị được giám sát, điều tra nguyên nhân sự cố, và thực hiện các thao tác điều khiển Tuy nhiên, các bảng hiển thị các thông tin trong các cột và hàng thay vì bằng hình Và các bảng còn có các thông tin chi tiết hơn so với sơ đồ một sợi.
Hình 5.3a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự
Hình 5.3b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự
Hình 5.4a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số
Hình 5.4b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số
Hình 5.4c: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số.
Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu cua hệ SCADA tại trạm
Mỗi dữ liệu mà SCADA thu nhập có một nguồn gốc mặc định Nguồn gốc mặc định cho hầu hết các dữ liệu là RTU Tuy nhiên, SCADA cũng có thể lấy dữ liệu từ các trung tâm SCADA khác, từ sự tính toán, từ việc nhập của người dùng, từ quá trình đánh giá trạng thái (State Estimator) hay từ các quá trình khác ngoài SCADA.
Cho dù giá trị của một điểm đo được thu nhận từ RTU hay từ nguồn khác, điểm đo đó có thể bị loại ra khỏi vận hành bởi các kỹ sư điều hành Khi loại một điểm ra khỏi vận hành giá trị từ nguồn mặc định sẽ không được SCADA cập nhật.
Mặc dù SCADA không cập nhật giá trị các điểm bị loại ra khỏi vận hành bằng giá trị từ nguồn mặc định, nhưng nó có thể dùng một giá trị từ nguồn thứ hai Ví dụ, giá trị đo lường của máy biến áp bình thường được nhận từ RTU. Nếu giá trị tương tự cho máy biến áp bị loại ra khỏi vận hành và kỹ sư điều hành muốn nhập một giá trị mới Giá trị nhập bằng tay là nguồn dữ liệu thứ hai, còn gọi là giá trị thay thế, của điểm bị loại này
SCADA xử lý và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau: tương tự, trạng thái và dữ liệu đếm.
Các giá trị tương tự là các đo lường bằng số thể hiện các dữ liệu biến thiên như công suất đường dây, máy biến áp Các giá trị tương tự được lưu trong trường ANALOG.
Trong hệ thống được giám sát, một biến vật lý thường được đo bởi một transducer và đầu ra của transducer sẽ được đưa qua bộ chuyển đổi tương tự-số (A/D converter) nằm trong RTU Tất cả các giá trị tương tự được chuyển đổi sang các số thực và được điều chỉnh bởi server chủ để thể hiện các đo lường vật lý bằng đơn vị kỹ thuật, ví dụ MW Các giá trị được lưu trong cơ sở dữ liệu ở dạng này và có thể được sử dụng cho các mục đích hiển thị và tính toán khác Mỗi một giá trị biến thiên trong hệ thống cần giám sát tương ứng với một trường ANLOG trong cơ sở dử liệu SCADAMOM Mục đích của trường ANALOG là để xác định một điểm đơn dữ liệu tương tự Các trưòng khác dưới trường ANALOG mô tả các đặc tính của điểm dữ liệu tương tự, ví dụ như các giới hạn
Giới hạn được định bởi hai giá trị tạo nên một dải Ví dụ, đường dây có thể có một cặp giới hạn, đó là giới hạn trên (high limit) và giới hạn dưới (low limit), đối với tình trạng làm việc bình thường của đường dây Nếu ngoài các giới hạn trên SCADA coi đường dây đang ở một tình trạng bất thường và SCADA sẽ cho ra một cảnh báo Dưới đây sẽ mô tả các loại giới hạn (limit) khác nhau có thể kết hợp với một điểm tương tự:
Normal limit: xác định một dải các giá trị mà giá trị đo nằm trong dải đó thì được coi như là làm việc bình thường Các giới hạn thường được xác định bằng trường LIMIT. xác định liệu rằng một giá trị nhận được cho điểm tương tự đó là hợp lý hay không Ví dụ, nếu một giá trị cao hơn giới hạn trên hay thấp hơn giới hạn dưới thì SCADA coi giá trị đó là bất hợp lý và bỏ qua nó. Thay vào đó SCADA sẽ sử dụng giá trị đã nhận trước đó.
Forbidden range limit: xác định một dải các giá trị mà SCADA coi như vi phạm khi giá trị điểm tương tự rơi vào dải này Dùng giới hạn vùng cấm khi không cho phép vận hành trong một dải các giá trị nằm trong giới hạn thường
Deadband limit: dùng cho việc trở lại trạng thái bình thường của một giá trị tương tự từ một trạng thái bất bình thường Ví dụ trong một cặp giới hạn thường, nếu giới hạn dưới bị vi phạm, thì SCADA chỉ coi giá trị tương tự này là trở lại giới hạn thường khi giá trị này cao hơn giới hạn dưới một khoảng ít nhất là bằng giới hạn trở về.
Rate-Of-Change limit: xác định một tốc độ chấp nhận được mà tại đó các đo lường tương tự có thể thay đổi giữa các lần quét Thông tin này nằm trong trường RATLIM.
Hình 5.5:Chi tiết về dữ liệu tương tự dưới dạng bảng
Hình 5.6:Ví dụ về xử lí tín hiệu tương tự với điểm đó Nếu giá trị đo tương tự này vi phạm bất kỳ một giới hạn nào, SCADA sẽ cho ra một cảnh báo.
Các kỹ sư điều hành có thể loại bỏ bước kiểm tra này đối với một điểm đo nào đó để tránh việc SCADA coi vi phạm này là một tình trạng bất thường hay tình trạng đáng cảnh báo.
SCADA có khả năng tự động chuyển đổi giữa các loại giới hạn cho một giá trị tương tự dựa vào các yếu tố ngoại như nhiệt độ, mùa v.v Chức năng này được gọi là thay thế giới hạn (Limit Replacement) có thể được gọi bằng tay bởi người dùng.
Các giá trị trạng thái thể hiện tình trạng của các thiết bị rời rạc, như máy cắt, nấc phân áp SCADA có thể chấp nhận các đầu vào trạng thái thể hiện bật/tắt (on/off), đóng/mở (open/closed) hay sự kết hợp của các đầu vào từ thiết bị ba trạng thái Thiết bị ba trạng thái cũng có các trạng thái bật, tắt và một trạng thái trung gian giữa bật và tắt Tất cả các giá trị đầu vào được lưu trong trường POINT trong cơ sở dữ liệu SCADAMOM.
Ngoài ra SCADA có thể chấp nhận các đầu vào trạng thái từ các thiết bị hai và ba trạng thái với chức năng phát hiện thay đổi thoáng qua, momentary change detection (MCD) Với MCD, SCADA có thể phát hiện có nhiều thay đổi xuất hiện giữa các chu kỳ quét.
Cờ đặc tính dữ liệu
và display dạng bảng Chỉ thị đặc tính dữ liệu còn được gọi là cờ đặc tính Không phải tất cả các nhóm cờ đặc tính dữ liệu đều thường được dùng trong hệ thống SCADA. Năm nhóm cờ đặc tính đó là:
Cờ nguồn gốc dữ liệu: các cờ này chỉ thị nguồn gốc dữ liệu, ví dụ như từ
RTU hay từ một trung tâm khác Các cờ nguồn gốc dữ liệu luôn được thể hiện trên các display dạng bảng (tabular display).
Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết: các cờ này chỉ thị độ tin cậy của dữ liệu, ví dụ như dữ liệu cũ hay dữ liệu xấu Cờ chi tiết thường được hiển thị trên sơ đồ một sợi
Cờ đa hợp: các cờ này cũng chỉ thị độ tin cậy dữ liệu nhưng theo cách chung hơn các cờ chi tiết Cờ chi tiết thường được hiển thị trên sơ đồ một sợi
Cờ từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator): các cờ này liên quan đến việc sử dụng kết quả chương trình đánh giá trạng thái
Cờ thuộc tính: Các cờ này cho biết liệu rằng một thiết bị đang trong trạng thái vận hành có chấp nhận được hay không Ví dụ một đo lường tương tự vượt quá các giới hạn của nó thì cũng có thể bị dựng cờ không thể chấp nhận (unacceptable).
Các cờ đặc biệt và ý nghĩa của nó được giải thích trong các phần sau đây.
6.1 Cờ nguồn gốc dữ liệu
Cờ nguồn gốc dữ liệu: các cờ này chỉ thị nguồn gốc dữ liệu, ví dụ như từ RTU hay từ một trung tâm khác Các cờ nguồn gốc dữ liệu luôn được thể hiện trên các display dạng bảng (tabular display) Các cờ này là:
NRTU: Giá trị thường được nhận từ RTU.
NREMOTE: Giá trị thường được nhận từ một trung tâm khác
NCALC: Giá trị có được nhận việc tính từ các ứng dụng tính toán của SCADA.
NMANUAL: Giá trị do kỹ sư điều hành nhập bằng tay tại trung tâm.
NESTIM: Giá trị có được từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator).
MANREP: Giá trị đã được thay thế bởi kỹ sư điều hành tại trung tâm. thái.
NEXTERN: Dữ liệu trạng thái, tương tự, đếm được cấp từ một chức năng ngoài chức năng quét của SCADA Ví dụ dữ liệu được cấp từ một chương trình trong một phần khác của hệ thống quản lý năng lượng, EMS (energy management system).
BKUPSITE: Giá trị đo lường lấy từ RTU tại trung tâm (local RTU) hay từ một trung tâm khác (nếu RTU tại trung tâm không làm việc).
Ngoài trừ cờ BKUPSITE, chỉ có một cờ nguồn gốc cho một dữ liệu Nếu giá trị hiển thị không nhận từ nguồn mặc định thì cờ “thay thế” sẽ xuất hiện bên cạnh giá trị này Cờ này chỉ thị nguồn gốc thứ hai của dữ liệu.
6.2 Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết
Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết là các cờ sau
Uninitialized (U): Có nghĩa là không nhận được có một dữ liệu nào cho điểm đo lường Các đo lường với cờ “U” nên được xem như vô nghĩa Khi SCADA khởi động, cờ “U” sẽ luôn xuất hiện đối với tất cả các đo lường Khi việc quét đã hồi phục và dữ liệu mới được nhận về và được lưu thì cờ “U” biến mất Khi dữ liệu về lần đầu tiên, sẽ không có cảnh báo cho việc dữ liệu thay đổi bởi vì đối với các giá trị chưa khởi tạo SCADA coi như không có nghĩa
Giả sử một đo lường được dùng trong tính toán, thì việc tính toán sẽ không được thực hiện nếu cờ “U” xuất hiện đối với các biến đầu vào.
Old (O): Dữ liệu được đánh dấu là “O” nếu nó không được cập nhật trong lần quét gần đây nhất Dữ liệu đang có là dữ liệu hợp lệ mới nhất được nhận từ RTU Các dữ liệu được coi như là “O” vì các lý do sau:
Khi hệ thống khởi động “nóng”, tức là lúc một cơ sở dữ liệu mới được đưa vào vận hành bằng các giá trị nhận được gần đây nhất, thì tất cả các đo lường có nguồn dữ liệu từ RTU sẽ được đánh dấu “O” cho đến khi lần quét tiếp theo nhận dữ liệu mới về.
Dữ liệu nhận về không thoả mãn việc kiểm tra tính hợp lệ, nghĩa là nó không được lưu trong cơ sở dữ liệu Trong trường hợp này cờ OLD sẽ đi cùng với cờ UREAS Cờ UNREAS chỉ thị một giá trị là OLD bởi vì SCADA đã cố lưu một giá trị không hợp lệ phạm giới hạn hợp lệ (reasonability limit)
Đối với các dữ liệu trạng thái, cờ UNREAS chỉ thị rằng thiết bị được giám sát đang trong một trạng thái không hợp lệ Cờ UNREAS không dùng cho dữ liệu đếm.
Điểm dữ liệu đã được loại ra bởi kỹ sư vận hành để tránh việc lưu trữ và hiển thị các giá trị mới Nói một cách khác, nguồn mặc nhiên của dữ liệu đã tạm thời bị khoá.
Một lỗi thông tin không thể khôi phục đã xuất hiện khi đang nhận dữ liệu từ RTU, hay là khi nó đang được gửi đến từ trung tâm điều khiển khác SCADA coi các dữ liệu này là OLD cho đến khi dữ liệu nhận thành công từ RTU hay từ trung tâm khác. Các lỗi đường truyền có thể ảnh hưởng đến nhiều giá trị từ các RTU Chúng có thể ảnh hưởng đến một nhóm quét, tất cả các nhóm quét quản lý bởi RTU hay tất cả các dữ liệu đang được truyền trên một đường thông tin nào đó (communications line).
Bad (B): Dữ liệu xấu (bad) là dữ liệu không tin Thông thường là do mạch đấu nối trong RTU Tất cả các đo lường tương tự, trạng thái, và đếm được đánh dấu là “B” ngay khi lỗi mạch được phát hiện
Dữ kiện và cảnh báo SCADA
có thể được cấu hình cấm các cảnh báo trong một khoảng thời gian định trước Ngoài ra, SCADA có thể phát hiện khi thao tác các lệnh điều khiển không thành công.
Dưới đây là một số điều kiện và dữ kiện chung mà SCADA xem như bất thường:
Các điều kiện bất thường và bất hợp lệ đối với các điểm tương tự, trạng thái và đếm trong hệ thống được giám sát.
Sự trở về tình trạng bình thường của các điểm tương tự và trạng thái sau khi xảy ra trạng thái bất thường và không hợp lệ.
Các sự cố trong hệ thống truyền tin, đặc biệt là trong RTU và các nhóm quét.
7.1 Các điều kiện bất thưòng
Trong cơ sở dữ liệu SCADA, có định sẵn tình trạng vận hành bình thường của các điểm trạng thái và tương tự Khi SCADA phát hiện rằng các giá trị trạng thái và tương tự này xung đột với tình trạng vận hành bình thường của các điểm này SCADA coi điểm đó là bất thường hay bất hợp lý và phát cảnh báo.
Trong SCADA các điều kiện sau là bất thường:
Giá trị của các điểm tương tự vi phạm một hoặc nhiều các giới hạn của điểm đó.
Giá trị của điểm trạng thái là bất hợp lệ
Giá trị trung gian của điểm trạng thái là bất bình thường.
Không biết được liệu một thiết bị nào đó có mamng điện hay không hoặc trạng thái mang điện không rõ ràng.
Một thiết bị mất điện hay có điện trở lại.
Một điểm tương tự hay trạng thái chuyển tiếp từ tình trạng chưa khởi tạo sang bất thường hay bất hợp lệ.
Phát hiện điện áp thấp trong trạm.
Việc gửi không thành công một lệnh đóng băng (freeze command) đến bộ tích luỹ xung.
Nếu điểm trạng thái được mô phỏng như MCD thì máy cắt này có thể cắt và đóng trở lại trong chu kỳ quét SCADA thông báo cho kỹ sư điều hành sự đóng lặp lại của máy cắt này bằng việc ghi lại dữ kiện đóng lại này trong displaySYSACT và phát một cảnh báo Có thể định cảnh báo này là một cảnh báo cần phải thừa nhận (acknowledge) hoặc không cần thừa nhận
7.2 Dữ kiện cho sự trở về trạng thái bình thường
Qua việc tạo cơ sở dữ liệu có thể bảo SCADA phát cảnh báo khi các dữ kiện sau xuất hiện:
Việc trở lại điều kiện điện áp thấp tại một trạm.
Một điểm tương tự trở lại trạng thái bình thường từ tình trạng vi phạm giới hạn (có thể cấu hình để SCADA tự thừa nhận các cảnh báo loại này)
Một điểm trạng thái trở về tình trạng bình thường từ tình trạng bất hợp lệ hay bất bình thường (có thể cấu hình để SCADA tự thừa nhận các cảnh báo loại này).
7.3 Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị:
SCADA có thể phát cảnh báo khi các dữ kiện sau xảy ra đối với hệ thống truyền tin:
Việc quét nhóm đầu tiên hay tất cả các nhóm trong một RTU không thành công.
Đường thông tin (communications path) bị rớt hay được khôi phục trở lại
Ít nhất một nhóm hoặc tất cả các nhóm địa chỉ trong RTU đã sẵn sàng cho việc quét dữ liệu.
Nếu một thiết bị trong hệ thống truyền tín hiệu không làm việc theo đúng chức năng bình thường của nó thì SCADA coi như thiết bị này đang ở tình trạng
“hỏng” Việc hỏng thiết bị truyền tin xuất hiện do nhiều nguyên nhân Nguyên nhân thường xảy ra nhất là SCADA không thể thiết lập kết nối với một thiết bị cụ thể nào đó trong hệ thống Giao tiếp không thành công có thể xuất hiện ở các mức độ sau:
Các nhóm quét (scan group): trong cơ sở dữ liệu mỗi nhóm quét được gán một số để cho biết SCADA sẽ cố kết nối với một nhóm quét bao nhiêu lần liên tục trước khi được xem là không giao tiếp được Có thể cấu hình trong cơ sở dữ liệu dùng phương pháp đếm lên/xuống thay vì phương pháp liên tục như trên
Các RTU: nếu tất cả các nhóm quét trong một RTU đều “hỏng” thì SCADA coi RTU đó cũng hỏng, Khi RTU hỏng, SCADA kiểm tra trạng thái của tất cả các RTU khác trên cùng một tuyến thông tin (communications line) SCADA sẽ cố kết nối lại với các RTU hỏng theo chu kỳ
Các đường thông tin (communications path): nếu các RTU trên một đường thông tin hỏng, thì SCADA coi đường thông tin đó cũng hỏng. đang tải dữ liệu từ các server xuống CFE
CFE: nếu server chủ không thể giao tiếp với CFE, SCADA coi như CFE hỏng SCADA sẽ cố kết nối lại với các RTU hỏng theo chu kỳ
Khi khởi động SCADA, nó sẽ cố gắng giao tiếp với tất cả các RTU và nhóm quét đang sẵn sàng vận hành Một RTU hay một nhóm quét không thể sẵn sàng làm việc vì các lý do sau:
Một kỹ sư điều hành đã loại nó ra khỏi vận hành
Một thiết bị ở mức cao hơn đã bị loại ra khỏi vận hành
Ví dụ cho trường hợp thứ ba, đưa một RTU ra khỏi vận hành Tất cả các nhóm quét thuộc RTU này sẽ không thể sẵn sàng làm việc bởi vì chúng là thiết bị con của RTU Một trong các nhóm quét ở trên bị loại ra khỏi vận hành do RTU trên nó bị loại thì gọi nhóm quét này bị loại ra khỏi vận hành theo phân cấp ("hierarchically removed" from service)
Tương tự, nếu một kỹ sư điều hành bỏ một đường thông tin (communications path) thì các RTU nối với đường thông tin đó và tất cả các nhóm quét của các RTU ssẽ được xem như không thể sẵn sàng làm việc SCADA xem các RTU và các nhóm quét trên bị loại ra khỏi vận hành theo phân cấp Khi một đường thông tin bị loại ra khỏi vận hành, SCADA sẽ không cố kết nối với bất kỳ một RTU nào trên đường thông tin này Nếu một CFE bị loại ra khỏi vận hành, SCADA sẽ không cố giao tiếp với bất kỳ một đường thông tin nào hay một RTU nào thuộc CFE này
Thiết bị thông tin mà bị loại ra khỏi vận hành có thể được khôi phục trở lại. Khi một thiết bị được khôi phục thì bất kì thiết bị nào đã bị loại ra khỏi vận hành theo phân cấp sẽ được khôi phục Tuy nhiên, bất kì thiết bị độc lập khác mà cũng bị loại trước đây vẫn ở nguyên trạng thái cũ Các thiết bị như thế chỉ do các kỹ sư điều hành khôi phục
7.4 Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA
Sau khi phát hiện một điều kiện bất thường trong hệ thống, SCADA có thể đáp ứng bằng nhiều thao tác khác nhau để cảnh báo cho các kỹ sư điều hành Đáp ứng của SCADA đối với một điều kiện nào đó được định ra trong cơ sở dữ liệu SCADAMOM
Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA
trung tâm con) sẽ được chia thành các khu vực con mà mỗi khu vực có một tên riêng. Mỗi khu vực được đề cập đến như một phạm vi trách nhiệm (area of responsibility). Việc chia hệ thống điều khiển thành các phạm vi trách nhiệm có hai mục đích:
Phân chia sự điều khiển thiết bị cho từng trung tâm và cho từng console kỹ sư điều hành riêng trong cùng một trung tâm
Giới hạn các phạm vi đáp ứng đối với các điều kiện và dữ kiện có cảnh báo cho từng trung tâm và cho mỗi console trong một trung tâm.
Một phạm vi trách nhiệm được gán cho mỗi loại thiết bị (device type) trong hệ thống và cho mỗi RTU trong hệ thống truyền tin Đối với các thao tác điều khiển (như loại/khôi phục (remove/restore) được thực hiện từ một trung tâm và một console, phạm vi trách nhiệm của loại thiết bị hay RTU phải phù hợp với phạm vi trách nhiệm của console kỹ sư điều hành Phạm vi trách nhiệm được gán cho mỗi console bằng chương trình ứng dụng PERMIT (PERMIT application)
9 Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA:
Các chương trình sau có thể điều khiển vận hành và các truy cập thông qua SCADA:
Tính toán tự tạo, User Generalized Calculations (USERCALC)
Ghi dữ liệu quá khứ, Historical Data Recording (HDR)
Chương 6 Kết luận và hướng phát triển đề tài
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số việc áp dụng hệ thống SCADA vào ngành công nghiệp điện năng nói riêng và các ngành công nghiệp khác nói chung đặc biệt là các ngành công nghiệp nặng, độc hại, Càng cho thấy ưu thế vượt trội của hệ thống SCADA trong việc quản lý sản xuất Thêm vào đó sự phát triển đến chóng mặt của công nghệ phần mềm giúp cho việc giải quyết các bài toán kinh tế - kỹ thuật được tối ưu hơn.
Với yêu cầu của đề tài được đưa ra đồ án đã thực hiện được những phần sau:
Nêu ra được yêu cầu của việc thiết kế hệ thống SCADA cho trạm Liên Trì: RTU, transducer.
Trình bày khá rõ ràng thiết bị RTU - một trong những phần tử chính trong các hệ thống SCADA của các trạm điện hiện nay.
Đã thiết lập cấu hình cho RTU cũng như việc bố trí các kênh tín hiệu tại các module của RTU.
Giới thiệu được hệ thống quản lý năng lượng (EMP) và vai trò của hệ thống SCADA trong EMP.
Cách vận hành hệ thống SCADA tại trạm Liên Trì.
Tuy nhiên đồ án có những hạn chế:
Chưa nói lên được dữ liệu thu được từ hệ thống SCADA được sử dụng như thế nào trong hệ thống quản lý năng lượng.
Việc thiết kế ở đây chỉ đối với trạm ở gần Trung tâm nên đồ án không đề cập đến mạng truyền thông từ trạm đến hệ thống Nhưng đối với các trạm ở xa hơn thì mạng truyền thông giữa các trạm và Trung tâm điều độ hệ thống điện rất quan trọng. Đó cũng chính là hướng phát triển đề tài trong tương lai.
Em chân thành cảm ơn thầy Khương Công Minh và anh Huỳnh Phúc Dương,cán bộ Trung tâm, đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi để cho em hoàn thành đề tài này!
1 TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer:
Dựa vào số chức năng của transducer và số pha của đường dây ta chon ra được loại transducer phù hợp
2 Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD:
3 Kết nối loại D (D-type connector)