GIÁO TRÌNH hệ THỐNG điều KHIỂN GIÁM sát và THU THẬP dữ LIỆU TRONG hệ THỐNG điện SCADA CHƯƠNG mở đầu

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU (Supervisory Control And Data Acquisition system) TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG MỞ ĐẦU: Giới thiệu chung Các hệ thống SCADA Các lĩnh vực ứng dụng CHƯƠNG MỞ ĐẦU: Mở đầu Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) = cơng nghệ tự động hóa + điều khiển Đang phát triển có khuynh hướng phát triển lĩnh vực công nghiệp Trong mười năm trở lại nước tiên tiến quan tâm mạnh mẽ Sự phát triển mạnh mẽ công nghê thông tin làm tăng mức độ tự động hoá phân bố lại chức người với thiết bị sinh vấn đề tương tác người – quan sát viên với hệ thống điều khiển SCADA đặt lên hàng đầu nước phương tây vào năm 80 kỷ XX Ở Việt Nam 90-x Các lĩnh vực ứng dụng SCADA Hệ thống SCADA ứng dụng hiệu vấn đề tự động hố điều khiển q trình liên tục phân bố Cơng nghệ dầu khí Điều khiển sản xuất, truyển tải phân phối điện Cung cấp nước, làm nước phân phối nước Điều khiển đối tượng vũ trụ; Điều khiển giao thông (tất dạng giao thông: hàng không, đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, tàu điện ngầm) Viễn thông Quân Các hệ thống SCADA SCADA InTouch GeniDAQ Genesis32 Trace Mode Vijeo Look Citect Factory Link RSView LabView iFIX WinCC Master SCADA CIMPLICITY Contour Wizcon Crug-2000 Elipse SCADA Company Wonderware Advantech Iconics AdAstra Schneider Electric Ci Technologies United States DATA Co Rockwell Software Inc National Instruments Intellution Siemens InSAT GE Fanuc Obedinenie Uig Axeda Crug Elipse Software Country USA Taiwan USA Russia France Australia USA USA USA USA Germany Russia USA Ucraina USA Russia USA Ứng dụng lĩnh vực cung cấp nước Ứng dụng lĩnh vực phân phối gas Ứng dụng lĩnh vực dầu khí Ứng dụng điều khiển hệ thống chiếu sáng Ứng dụng điều khiển hệ thống điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.4 TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU HỆ THỐNG SCADA CƠ CẤU HỆ THỐNG SCADA Trạm thu thập liệu trung gian: -RTU (Remota Terminal Units) -Các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC (Programmale Logic Controllers) Trạm điều khiển giám sát trung tâm: hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server) Giao diện người - máy HMI (Human Machine Interface): Là thiết bị hiển thị trình xử lý liệu để người vận hành điều khiển trình hoạt động hệ thống Hệ thống truyền thông: bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông thiết bị chuyển đổi dồng kênh có chức truyền liệu cấp trường đến khối điều khiển máy chủ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.5 GIỚI THIỆU LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA: Vào thập niên 90 kỷ trước hệ thống SCADA có tác dụng thu thập liệu từ cảm biến đồng hồ đo, đèn báo, ghi liệu hiển thị dạng đồ thị Hệ thống đơn giản (hình 1.1), khơng đáp ứng u cầu công nghệ sản xuất Đến năm 2000, chuẩn truyền thông IEC870-5-101/104 DNP 3.0 đời phổ biến việc sản xuất thiết bị giải pháp cho hệ thống SCADA Các thiết bị cảm biến thu thập liệu thay thiết bị vào I/O (Intput/Output) sử dụng chuẩn giao thức mở Modicon MODBUS dựa chuẩn giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.5 GIỚI THIỆU LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.5 GIỚI THIỆU LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA: Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát SCADA hệ thống bao gồm thiết bị đầu cuối RTU làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ trạm vận hành trung tâm thu thập liệu từ thiết bị cảm biến trường gửi liệu trả lại trạm chủ thông qua hệ thống truyền thông Các trạm chủ hiển thị thông số thu thập đồng thời cho phép người vận hành điều khiển thiết bị từ xa Ưu điểm hệ thống SCADA liệu xác kịp thời (thường thời gian thực) cho phép tối ưu hóa hoạt động nhà máy trình Hơn hệ thống SCADA ln có hiệu hơn, độ tin cậy cao an toàn vận hành CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.5 GIỚI THIỆU LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA: Cơng nghệ SCADA hình thành phát triển sớm với canh tranh hai công nghệ khác điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) điều khiển logic lập trình PLC (Programmale Logic Controllers) Một đặc điểm khác hệ thống SCADA hệ thống điều khiển q trình khác hệ thống SCADA giám sát điều khiển thiết bị từ khoảng cách xa hệ thống SCADA sử dụng phương pháp truyền thơng đại cịn hệ thống điều khiển trình khác sử dụng phương pháp nối dây trực tiếp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.6 THÀNH PHẦN HỆ THỐNG SCADA Một hệ thống SCADA bao gồm số thiết bị đầu cuối RTUs (Remote Terminal Unit) làm nhiệm vụ thu thập liệu gửi liệu quay trở lại trạm chủ thông qua hệ thống truyền thông Trạm chủ hiển thị liệu thu cho phép người vận hành thực nhiệm vụ điều khiển từ xa Các liệu xác kịp thời cho phép tối ưu hố hoạt động nhà máy q trình Lợi ích khác hệ thống SCADA hiệu hơn, độ tin cậy cao, chi phí vận hành thấp quan trọng an toàn hoạt động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.6 THÀNH PHẦN HỆ THỐNG SCADA Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ sau: • Thiết bị đo thiết bị điều khiển; • Trạm đầu cuối thiết bị đầu cuối RTU; • Hệ thống truyền thơng; • Các trạm thu thập liệu; • Hệ thống xử lý liệu Các RTU cung cấp giao diện đến cảm biến số tương tự trường Hệ thống truyền thông cung cấp đường cho giao tiếp trạm chủ thiết bị từ xa Hệ thống truyền qua đường dây điện, cáp quang, phát thanh, điện thoại, chí vệ tinh Việc truyền liệu thực giao thức thức cụ thể phát lỗi hiệu tối ưu liệu Trạm chủ (hoặc trạm con) thu thập liệu từ RTUs khác thường cung cấp giao diện điều hành cho hiển thị thơng tin kiểm sốt thiết bị trường từ xa Trong hệ thống từ xa lớn, trạm công trường thu thập thông tin từ thiết bị từ xa gửi thông tin trở lại CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN §1.6 THÀNH PHẦN HỆ THỐNG SCADA 1.6.2 Phần mềm Phần mềm SCADA chia thành hai loại, thuộc quyền sở hữu nguồn mở Các phần mềm thuộc quyền sở hữu phần mềm SCADA nhà cung cấp hệ thống SCADA thiết kế để giao tiếp với phần cứng họ Vấn đề với hệ thống phụ thuộc nhiều vào nhà cung cấp hệ thống Vì phần mềm mở sử dụng phổ biến phổ biến khả tương tác họ mang lại cho hệ thống Thường phần mềm mở có khả trộn nhà sản xuất thiết bị khác hệ thống CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN 1.6.3 Cáp truyền thơng Có nhiều loại cáp truyền thông sử dụng hệ thống SCADA Thông tin ngành Điện lực truyền tải thông qua hình thức sau: Các kênh cao tần theo tuyến đường dây tải điện PLC (Poweer Line Carrier) Sử dụng đường dây điện lực, dây chống sét đường cáp đặt cách ly chúng để tạo kênh cao tần truyền tin Việc sử dụng đường dây điện lực để truyền thông tin cao tần thực theo sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, Dây pha lộ – Dây pha lộ khác Việc sử Việc sử dụng đường dây chống sét (DCS) truyền tin thực theo sơ đồ: DCS – DCS, DCS – Dây đất, hai DCS – Dây đất Các đường cáp đặt cách ly đường dây điện lực dây chông sét thực theo sơ đồ tương tự Các kênh theo đường cáp ngầm đất dây hữu tuyến không, thường sử dụng loại cáp đối xứng cáp đồng trục Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1÷10cm Các kênh vơ tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm Các kênh cáp quang chôn ngầm đất đặt theo đường dây truyền tải điện Các kênh thuê ngành bưu điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN 1.6.4 Tổng quan mạng cục LAN Mạng cục LAN (Local Area Network) dùng để chia sẻ tồn tài ngun thơng tin Do vậy, sử dụng mạng LAN để trạm nằm mạng SCADA chia sẻ thông tin với chúng kết nối qua phương tiện truyền thông Phương thức kết nối tôpô (topology) mạng Tôpô mạng xếp hình học nút cáp nối mạng cục Các tôpô mạng thuộc hai loại: tập trung phân tán Trong tôpô mạng tập trung, mạng hình chẳng hạn, có máy tính trung tâm điều khiển việc thâm nhập mạng Kiểu thiết kế đảm bảo an toàn liệu quản lý trung tâm nội dung hoạt động tồn mạng Trong tơpơ phân tán mạng Bus mạng vịng trịn chẳng hạn, khơng có máy trung tâm, mà trạm cơng tác thâm nhập vào mạng cách độc lập tự thiết lập ghép nối riêng với trạm công tác khác CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN 1.6.5 Thiết bị MODEM MODEM (Modulator/Demodulator) thiết bị biến đổi tín hiệu số cổng nối tiếp máy tính phát thành tín hiệu dạng tương tự điều biến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại, ngược lại biến tín hiệu tương tự nhận thành tín hiệu số tương đương -Trong điện toán cá nhân, người ta thường dùng MODEM để trao đổi chương trình liệu với máy tính khác để truy cập dịch vụ thông tin trực tuyến Dow Jones News/Retrieval Service -MODEM danh từ rút gọn Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến) Việc điều biến cần thiết đường dây điện thoại thiết kết để xử lý tiếng nói người, có tần số thay đổi khoảng từ 300 Hz đến 3000 Hz nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng trầm đến giọng thanh) -Tốc độ truyền liệu MODEM tính đơn vị bit giây bps (về kỹ thuật), baut, hai thuật ngữ dùng lẫn lộn) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN 1.6.5 Thiết bị MODEM Thông thường hệ thống SCADA thiết bị đầu cuối RTU đặt vị trí xa so với trung tâm điều khiển từ 10m đến hàng nghìn Km Một cách tiết kiệm chi phí để liên kết PC với RTU với khoảng cách dài sử dụng cách kết nối điện thoại dialup thông qua thiết bị MODEM Các MODEM đặt các-chế độ tự động trả lời RTU quay số vào máy tính máy PC quay RTU Các phần mềm để làm điều có sẵn từ nhà sản xuất RTU Các MODEM mua cửa hàng máy tính địa phương ... CẤU HỆ THỐNG SCADA Từ phân cấp quản lý hệ thống điều khiển giám sát thu thập số liệu yêu cầu chung hệ thống SCADA nêu trên, hệ thống SCADA cần có cấu sau: Trạm thu thập liệu trung gian: Trạm điều. .. THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA: Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát SCADA hệ thống bao gồm thiết bị đầu cuối RTU làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ trạm vận hành trung tâm thu thập. .. điều khiển hệ thống chiếu sáng Ứng dụng điều khiển hệ thống điện SCADA qua vệ tinh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN 1-1 KHÁI QUÁT CHUNG SCADA gì? SCADA – trình thu thập