Tổng quan về hệ thống SCADA trong hệ thống thông tin điện lực (đồ án thực tập)

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực tập này, chúng em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Th.S Lê Thị Trang Linh, giảng viên khoa công nghệ thông tin trường Đại học Điện lực, thầy đã giành nhiều thời gian hướng dẫn, giúp đỡ tận tình chúng em trong quá trình thực tập. Chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Điện Lực và đặc biệt các thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin, những giảng viên đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm học tập và rèn luyện ở trường Đại học Điện Lực. Hà Nội, ngày 13 tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Chu Nguyễn Đức Long MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 9 1.1. Giới thiệu chương 9 1.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực. 9 1.3. Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực. 11 1.3.1. Mạng đường trục chính (bachbone) 11 1.3.2. Mạng đường khu vực. 14 1.3.3. Mạng nhánh. 19 1.4. Kết luận chương. 20 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 21 2.1. Giới thiệu chương. 21 2.2. Khái niệm SCADA 21 2.3. Phân loại hệ thống SCADA 21 2.3.1. Hệ thống SCADA mờ (Blind). 21 2.3.2. Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực. 22 2.3.3. Hệ thống SCADA độc lập. 22 2.3.4. Hệ thống SCADA mạng. 22 2.4. Các thành phần chính của hệ thống SCADA. 22 2.4.1. Giao diện quá trình. 23 2.4.2. Thiết bị điều khiển tự động. 24 2.4.3. Hệ thống điều khiển giám sát 24 2.5. Hệ thống truyền thông. 24 2.5.1. Hệ thống bảo vệ. 24 2.6. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA 24 2.6.1. MTU ( Master Terminal Unit) 24 Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 2 2.6.2. RTU (Remote Terminal Unit) 24 2.6.3. Khối truyền thông 25 2.7. Phần cứng hệ thống SCADA. 25 2.7.1. Các máy tính chủ. 26 2.7.2. Các bàn điều khiển ( Consol). 26 2.7.3. Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU 26 2.7.4. Các đơn vị đầu cuối ở xa 27 2.7.5. Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển. 28 2.8. Các chức năng phần mềm SCADA. 28 2.8.1. Thu thập dữ liệu 29 2.8.2. Giám sát điều khiển 29 2.8.3. Kiểm soát hệ thống. 30 2.9. Giao diện người dùng SCADA 30 2.10.Cách thức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA. 31 2.10.1. Các nguồn gốc dữ liệu. 31 2.10.2. Dữ liệu đo lường số ( Analog ). 32 2.10.3. Dữ liệu đo lường trạng thái ( Status). 33 2.10.4. Dữ liệu đếm tích luỹ ( Count ). 33 2.10.5. Các khả năng quét của SCADA. 34 2.11.Những chuẩn đánh giá một hệ SCADA 35 2.12.Ứng dụng của hệ thống SCADA. 35 2.13.Kết luận chương 35 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG SCADA TRONG HTTT ĐIỆN LỰC 37 3.1. Giới thiệu chương. 37 3.2. Hệ thống SCADA trong các nhà máy điện. 37 3.3. Hệ thống SCADA trong truyền tải điện. 40 3.3.1. Các dạng truyền thông trong truyền tải điện. 40 Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 3 3.3.2. Phương thức truyền thông 42 3.4. Hệ thống SCADA trong các trạm biến áp. 42 3.5. Kết luận chương. 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 44 4.1. Kết luận 45 Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 4 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các loại tổng đài và thiết bị truyền dẫn trên đường trục thông tin B-N 12 Bảng 1.2 Các nút thông tin, kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Nam 16 Bảng 1.3 Các nút thông tin và kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Trung 17 Bảng 1.4 Các nút thông tin và kênh truyền đẫn trên mạng đường trục miền Bắc 19 Bảng 2.1 Các thành phần chính của hệ thống SCADA 23 Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 5 DANH MỤC BẢNG Hình 1.1 Biểu diễn mối liên hệ các thành phần trong hệ thống thông tin 9 Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu mạng 12 Hình 1.3 Các ring trên đường trục chính. 13 Hình 1.4 Toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan trọng 15 Hình 1.5 Toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan trọng 16 Hình 1.6 Các tuyến thông tin và các nút trên đường trục khu vực miền Bắc 18 Hình 1.7 Mạng nhánh HTTT điện lực khu vực miền Bắc 20 Hình 3.1 Sơ đồ mô tả hệ thống SCADA cho nhà máy 38 Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 6 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Mô tả HTĐ Hệ thống điện HTTT Hệ thống thông tin SCADA Supervisory Control And Data Acquisition MTU Master Terminal Unit RTU Remote Terminal Unit EMP Energy Management Platform EMS Energy Management System TPS Hệ thống xử lý giao dịch - Transaction processing system MIS Hệ thống thông tin quản lý - Management information system DSS Hệ thống hỗ trợ quyết định - Decision support system EIS Hệ thống thông tin điều hành - Excutive information system B-N Bắc - Nam Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 7 LỜI MỞ ĐẦU Khác với các ngành công nghiệp khác, việc sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng xảy ra một cách đồng thời. Hệ thống điện (HTĐ) là một thể thống nhất, có thể trải dài và bao trùm cả một vùng rộng lớn, có rất nhiều phần tử. Bất cứ một thay đổi hay một sự cố xảy ra trên một phần tử nào đó đều ảnh hưởng ít nhiều toàn bộ hệ thống. Tuy vậy, các phần tử của HTĐ thường nằm phân tán. Các nhà máy thường được xây dựng ở những nơi có nguồn năng lượng sơ cấp dồi dào, trong khi đó các phụ tải thường tập trung ở các vùng đô thị, khu công nghiệp Từ các đặc điểm trên, một yêu cầu đặt ra là làm thế nào có thể đảm bảo được các mục tiêu: sản xuất và cung cấp điện liên tục, ổn định, an toàn, giá thành thấp. Trong xã hội hiện đại với sự phát triển như vũ bão việc tự động hóa mọi việc trở nên cần thiết, so sánh với việc phải tận tay tiếp xúc thì bằng các chương trình các hệ thống như hiện nay người điều hành đơn giản chỉ việc ngồi bấm nút thực hiện các thao tác từ xa mà vẫn đảm bảo được tốc độ và độ chính xác cần thiết. Hơn nữa bằng các hệ thống điều khiển từ xa con người có thể giảm thiểu độ nguy hiểm trong công việc. Cũng tương tự như các ngành khác ngành điện lại càng cần một hệ thống điều khiển từ xa với độ chính xác cao và nhanh chóng như vậy. Trước nhu cầu bức thiết đó hệ thống SCADA đã ra đời. Hệ thống SCADA đã nhanh chóng được áp dụng rộng rãi và ngay lập tức đã thể hiện được ưu thế của mình. Trong bài này, nhóm em sẽ trình bày tổng quan về hệ thống SCADA trong hệ thống thông tin điện lực. Chúng em hy vọng sẽ nhận được sự ủng hộ, đóng góp chân thành từ phía thầy cô và các bạn. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn. Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 8 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 1. Giới thiệu chương Chương này cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin điện lực, hiểu được các thành phần và cấu trúc của hệ thống thông tin điện lực. 2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực. Khái niệm hệ thống: Trong các hoạt động của con người, các thuật ngữ như hệ thống triết học, hệ thống pháp luật, hệ thống kinh tế, hệ thống thông tin đã trở nên quen thuộc. Một cách đơn giản và vấn tắt, ta có thể hiểu: Hệ thống là một tập hợp vật chất và phi vật chất như người, máy móc, thông tin, dữ liệu, các phương pháp xử lý, các qui tắc, quy trình xử lý, gọi là các phần tử của hệ thống. Trong hệ thống, các phần tử tương tác với nhau và cùng hoạt động để hướng tới mục đích chung. Khái niệm thông tin là một loại tài nguyên của tổ chức, phải được quản lý chu đáo giống như mọi tài nguyên khác. Việc xử lý thông tin đòi hỏi chi phí về thời gian, tiền bạc và nhân lực. Việc xử lý thông tin phải hướng tới khai thác tối đa tiềm năng của nó. Khái niệm về hệ thống thông tin (HTTT) Hệ thống thông tin (Information System - IS) là một hệ thống mà mục tiêu tồn tại của nó là cung cấp thông tin phục vụ cho hoạt động của con người trong một tổ chức nào đó. Ta có thể hiểu hệ thống thông tin là hệ thống mà mối liên hệ giữa các thành phần của nó cũng như mối liên hệ giữa nó với các hệ thống khác là sự trao đổi thông tin. Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 9 Hình 1.1 Biểu diễn mối liên hệ các thành phần trong hệ thống thông tin Hệ thống thông tin là một hệ thống bao gồm con người, dữ liệu, các quy trình và công nghệ thông tin tương tác với nhau để thu thập, xử lý, lưu trữ và cung cấp thông tin cần thiết ở đầu ra nhằm hỗ trợ cho một hệ thống. Hệ thống thông tin hiện hữu dưới mọi hình dạng và quy mô. Hệ thống thông tin trong một tổ chức có chức năng thu nhận và quản lý dữ liệu để cung cấp những thông tin hữu ích nhằm hỗ trợ cho tổ chức đó và các nhân viên, khách hàng, nhà cung cấp hay đối tác của nó. Ngày nay, nhiều tổ chức xem các hệ thống thông tin là yếu tố thiết yếu giúp họ có đủ năng lực cạnh tranh và đạt được những bước tiến lớn trong hoạt động. Hầu hết các tổ chức nhận thấy rằng tất cả nhân viên đều cần phải tham gia vào quá trình phát triển các hệ thống thông tin. Do vậy, phát triển hệ thống thông tin là một chủ đề ít nhiều có liên quan tới bạn cho dù bạn có ý định học tập để trở nên chuyên nghiệp trong lĩnh vực này hay không. Các HTTT có thể được phân loại theo các chức năng chúng phục vụ: • Hệ thống xử lý giao dịch (Transaction processing system - TPS) là một hệ thống thông tin có chức năng thu thập và xử lý dữ liệu về các giao dịch nghiệp vụ. • Hệ thống thông tin quản lý (Management information system - MIS) là một hệ thống thông tin cung cấp thông tin cho việc báo cáo hướng quản lý dựa trên việc xử lý giao dịch và các hoạt động của tổ chức. • Hệ thống hỗ trợ quyết định (Decision support system - DSS) là một hệ thống thông tin vừa có thể trợ giúp xác định các thời cơ Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 10 [...]... đường khu vực và các mạng nhánh Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 21 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 5 Giới thiệu chương Chương này cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống SCADA, hiểu được các thành phần phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống SCADA, cơ chế hoạt động của hệ thống SCADA và các ứng dụng của hệ thống SCADA trong thực tế 6 Khái niệm SCADA SCADA (Supervisory Control... kênh thông tin viba và PLC, các nhánh này ghép nối vào mạng đường trục khu vực thông qua hai nút thông tin Mai Động và Phả Lại 4 Kết luận chương Sau chương này chúng ta đã hiểu được thế nào là một hệ thống thông tin điện lực, các loại hệ thống trong hệ thống thông tin điện lực và cấu trúc của hệ thống thông tin điện lực gôm ba mạng chính là mạng đường trục chính, trong mạng đường trục chính có các... kịp thời và chính xác 7 Phân loại hệ thống SCADA Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng: − SCADA độc lập / SCADA nối mạng − SCADA không có khả năng đồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 22 Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA 4 Hệ thống SCADA mờ (Blind) Đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ phận... văn phòng nhằm cải thiện luồng công việc giữa các nhân viên 3 Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực Căn cứ trên kết cấu hiện có của Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam, ta có thể nghiên cứu cấu trúc của HTTT Điện Lực Việt Nam theo mô hình phân lớp Theo mô hình này, cấu trúc Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam được phân thành 3 lớp rõ rệt Lớp thứ nhất: là mạng đường trục chính (bachbone)... cung cấp thông tin để trợ giúp việc ra quyết định • Hệ thống thông tin điều hành (Excutive information system EIS) là một hệ thống thông tin hỗ trợ nhu cầu lập kế hoạch và đánh giá của các nhà quản lý điều hành • Hệ thống chuyên gia (Expert System) là hệ thống thông tin thu thập tri thức chuyên môn của các chuyên gia rồi mô phỏng tri thức đó nhằm đem lại lợi ích cho người sử dụng bình thường • Hệ thống. .. chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp 5 Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực Đây là hệ thống SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống Khi xảy... khiển tương ứng 10 Hệ thống điều khiển giám sát Gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp 9 Hệ thống truyền thông Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống 11 Hệ thống bảo vệ Thực hiện các cơ chế thiết lập chức năng an toàn cho hệ thống 10 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA Một hệ thống SCADA cơ bản có các... nhánh cụt hoặc có vị trí địa lý hẻo lánh cự ly liên lạc xa, các tba -110kV, các công ty điện lực, các điều độ điện lực địa phương.Phương tiện truyền dẫn sử dụng tại các nhánh này là PLC hoặc kênh dẫn quang hoặc vi ba Sinh Viên Thực Hiện : - Nguyễn Hữu Chu - Nguyễn Đức Long 20 Hình 1.7 Mạng nhánh HTTT điện lực khu vực miền Bắc Ở mạch nhánh trên các nút thông tin kiên kết với nhau bằng kênh thông tin. .. Thái Bình cáp quang 220kV Ninh Bình NĐ.Ninh Bình cáp quang, viba 220kV Vật Cách 220kV Hoành Bồ cáp quang Bảng 1.4 Các nút thông tin và kênh truyền đẫn trên mạng đường trục miền Bắc 3 Mạng nhánh Mạng nhánh là các tuyến thông tin có dung lượng nhỏ thực hiện nhiệm vụ kết nối các công trình điện với các nút thông tin mạch đường trục khu vực các nút thông tin mạch nhánh bao gồm các nhà máy điện có công suất... tiêu của giao diện người dùng SCADA là để: • Thể hiện dữ liệu mô tả một cách chính xác trạng thái của hệ thống được giám sát Cảnh báo cho điều hành viên SCADA về những vấn đề xuất hiện trong hệ thống được giám sát và hệ thống truyền thông • Cho phép điều hành viên thực hiện các hoạt động điều khiển trên hệ thống được giám sát và thay đổi cấu hình hoạt động của hệ thống truyền thông • Cho phép điều hành . 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 1. Giới thiệu chương Chương này cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin điện lực, hiểu được các thành phần và cấu trúc của hệ thống thông tin. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 9 1.1. Giới thiệu chương 9 1.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực. 9 1.3. Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực. 11 1.3.1 tin điện lực. 2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực. Khái niệm hệ thống: Trong các hoạt động của con người, các thuật ngữ như hệ thống triết học, hệ thống pháp luật, hệ thống