Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện Hà Đông

1.2 Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp 1.2.1 Máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm trên nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi một hệ thống dòng đ

mục lục

Mục lục 1

Chơng 1 Giới thiệu về trạm biến áp 220 KV Hà Đông 3

1.1 Những chặng đờng phát triển, đặc điểm, vai trò trạm biến áp 220 kV Hà Đông 3

1.1.1 Những chặng đờng phát triển và đặc điểm của trạm 3

1.1.2 Vai trò của trạm biến áp Hà Đông 3

1.2 Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp 3

1.2.1 Máy biến áp 3

1.2.2 Dao cách ly 4

1.2.3 Máy cắt điện 4

1.2.4 Thanh cái 4

1.2.5 Máy biến dòng điện 4

1.2.6 Máy biến điện áp 4

1.2.7 Rơle bảo vệ 4

1.2.8 Các thiết bị chống sét 4

1.3 Cấu trúc trạm biến áp và các giải pháp công nghệ 5

1.3.1 Cấu trúc trạm biến áp 5

1.3.2 Các giải pháp công nghệ chính 5

1.3.2.1 Cấp cao áp 220 kV 5

1.3.2.2 Cấp cao áp 110 kV 6

1.3.2.3 Cấp trung áp 35 kV 7

1.3.2.4 Cấp trung áp 22 kV 7

1.3.2.5 Cấp trung áp 6 kV 8

1.4 Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị 8

1.4.1 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhất thứ 8

1.4.1.1 Máy biến áp 8

1.4.1.2 Các thiết bị phân phối ngoài trời 10

1.4.1.2.1 Máy cắt 10

1.4.1.2.2 Máy biến dòng điện, máy biến điện áp 11

1.4.1.2.3 Dao cách ly 13

1.4.1.2.4 Thiết bị chống sét 14

1.4.1.2.5 Rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp 15

1.4.1.3 Thiết bị trong nhà 17

1.4.2 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhị thứ 18

1.4.2.1 Thiết bị điều khiển 18

1.4.2.2 Thiết bị bảo vệ 19

1.5 Quy trình vận hành 20

1.5.1 Các thiết bị thuộc quyền điều khiển 20

1.5.2 Vận hành 20

1.5.3 Vận hành trạm khi có sự cố 21

Chơng 2 Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện 23

2.1 Khái niệm chung về SCADA/EMS/DM 23

2.1.1 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 23

2.1.2 Hệ thống quản lý năng lợng EMS (Energy Managment System) 23

2.1.3 Hệ thống DMS (Distribution Management System) 24

2.2 Điều khiển và giám sát 24

2.3 Thông tin liên lạc cho các hệ thống SCADA 26

2.4 Một số khái niệm về truyền số liệu 28

2.5 Các thành phần chức năng cơ bản 31

2.6 Các thiết bị chủ có chức năng giám sát 31

2.7 Các thiết bị ở xa có chức năng giám sát (RTU) 32

2.8 Nhật ký vận hành với hệ thống SCADA 33

2.9 Cơ chế thu thập tín hiệu đo lờng của SCADA 33

Chơng 3 Tìm hiểu về thiết bị điều khiển logic khả trình 35

3.1 Khái niệm về thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) 35

3.2 Các module của PLC S7-300 35

3.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 37

3.4 Vòng quét chơng trình 39

3.5 Cấu trúc chơng trình 40

3.6 Tổ chức bộ nhớ CPU 42

3.7 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 43

3.8 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả 44

Chơng 4 Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện 48

4.1 Mục tiêu đề ra đối với thiết kế hệ thống SCADA 48

4.2 Thiết bị phục vụ cho hệ thống SCADA 48

4.3 Tổng hợp tín hiệu cho từng cấp điện áp 50

4.3.1 Tín hiệu phần cao áp 220 kV 50

4.3.2 Tín hiệu phần cao áp 110 kV 51

4.3.3 Tín hiệu phần trung áp 35 kV 51

4.3.4 Tín hiệu phần trung áp 22 kV 52

4.3.5 Tín hiệu phần trung áp 6 kV 53

4.4 Tổng hợp tín hiệu cho từng PLC 53

4.4.1 Tín hiệu vào ra đối với PLC1 53

4.4.2 Tín hiệu vào/ra đối với PLC2 54

4.4.3 Tín hiệu vào/ra với PLC3 54

4.4.4 Tín hiệu vào/ ra đối với PLC4 54

4.5 Chọn cấu hình cứng cho từng PLC 55

4.6 Tạo cấu hình thiết bị HMI và xác đinh vùng truyền thông bằng SIMATIC ProTool 58

4.7 Lập trình cho PLC 59

Chơng 5 thiết kế giao diện điều khiển 60

phụ lục 1 danh sách các biến vào ra của plc 73

phụ lục 2 Mã nguồn visual basic 89

Chơng 1 Giới thiệu về trạm biến áp 220 kV Hà Đông

1.1 Những chặng đờng phát triển, đặc điểm, vai trò trạm biến áp 220 kV Hà Đông 1.1.1 Những chặng đờng phát triển và đặc điểm của trạm.

- 1965 Trạm đợc đa vào vận hành với cấp điện áp 35 kV

- 1968 Trạm đợc xây dựng lên cấp điện áp 110 kV

- 1982 Khởi công xây dựng mở rộng trạm lên cấp điện áp 220 kV và là trạm biến áp

220 kV đầu tiên của lới điện miền Bắc

- 1983 Đón nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại hoà vào lới điệnmiền Bắc Sau đó trạm tiếp tục đợc mở rộng lắp đặt thiết bị đủ để đón nhận công suất củacả 4 tổ máy nhiệt điện Phả Lại phát lên cho lới điện miền Bắc, đồng thời cung cấp điệnngợc lên phục vụ thi công nhà máy thủy điện Hòa Bình

- 1988 nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy thuỷ điện Hòa Bình phát lên

- 1998 Nâng công suất các MBA trạm và tiến hành thay đổi các thiết bị mới theo công

nghệ sản xuất mới, theo hớng hiện đại hoá-tự động hoá

Sản lợng điện truyền qua trạm hàng năm hơn 1,3 tỷ kWh, tổn thất điện năng qua trạmdới 0,8% Hiện nay trạm đã đảm đơng đợc các công việc đại tu các thiết bị máy cắt, TU,dao cách ly và các thiết bị khác đến cấp điện áp 35 kV, xử lý sự cố từ xa, đảm nhiệm việc

xử lý các h hỏng mạch điều khiển của các thiết bị trong trạm, cùng các trung tâm điều độ:A0, A1, B1, B10 xử lý nhanh, chính xác an toàn các sự cố trên lới, đảm bảo việc cung cấp

điện ổn định, liên tục, an toàn cho các phụ tải Hà Nội, Hà Tây và trên lới điện miền Bắc

1.1.2 Vai trò của trạm biến áp Hà Đông

Trạm Biến áp 220 kV Hà Đông nằm trên địa bàn phố Ba La-phờng Quang Trung-thịxã Hà Đông-tỉnh Hà Tây, trạm trực thuộc Công ty Truyền Tải Điện 1-Tổng Công ty Điệnlực Việt Nam Trạm là một điểm nút quan trọng nhất nằm giữa hai nhà máy điện lớn: nhàmáy Nhiệt điện Phả Lại và nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, giữ vai trò điều phối cung cấp

điện cho Hệ thống điện miền Bắc, trực tiếp cung cấp điện cho thủ đô Hà Nội, tỉnh Hà Tây

và vào các tỉnh miền Trung Khi đờng dây 500 kV đa vào vận hành, sự làm việc ổn địnhcủa trạm có ảnh hởng trực tiếp tới sự ổn định của Hệ thống điện toàn quốc

1.2 Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp

1.2.1 Máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm trên nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điệnxoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

1.2.2 Dao cách ly

Dao cách ly là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp không có dòng điệnhoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần và tạo nên khoảng cách cách điện antoàn, có thể nhìn thấy đợc Dao cách ly có thể đóng cắt dòng điện dung của đờng dâyhoặc cáp không tải, dòng điện không tải của máy biến áp Dao cách ly ở trạng thái đóngphải chịu dòng điện định mức dài hạn và dòng sự cố ngắn hạn nh dòng ổn định nhiệt,dòng xung kích

1.2.3 Máy cắt điện

Máy cắt điện cao áp là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000 Vtrở nên ở mọi chế độ vận hành: chế độ không tải, chế độ tải định mức, chế độ sự cố, trong

đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ nặng nề nhất

1.2.4 Thanh cái

Là thiết bị nhận điện năng từ các nguồn cấp đến và phân phối cho các cấp điện ápkhác Đây là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối trong hệ thống điện

1.2.5 Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện (TI) là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện ở các cấp điện áp khácnhau về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (có trị số 1A hay 5A) để cung cấp cho các thiết bị

đo lờng, rơle, tự động hoá

Về nguyên lý làm việc TI tơng tự nh máy biến áp

1.2.6 Máy biến điện áp

Máy biến điện áp (TU) là thiết bị dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp tiêuchuẩn, an toàn, dùng cho đo lờng và bảo vệ rơle Trị số điện áp tiêu chuẩn thờng là 100Vhoặc 100 3V

1.3 Cấu trúc trạm biến áp và các giải pháp công nghệ

- 02 máy biến áp 250.000 kVA-225/115/23 kV

Kiểu loại: SDN.6444 hãng AEG

- 01 máy biến áp 63.000 kVA-115/38,5/23 kV

Kiểu loại: BQBT chế tạo TBĐ Đông Anh

- 01 máy biến áp 40.000 kVA-115/38,5/23 kV

Kiểu loại: BQBT chế tạo TBĐ Đông Anh

272 - Hoà Bình-I 276 - Ninh Bình

273 - Hoà Bình-II 277 - Hoà Bình-III

274 - Mai Động

Các thanh cái

Trạm có 03 thanh cái 220 kV: Đó là các thanh cái: C21-thanh cái 1, C22-thanh cái 2,C29-thanh cái vòng Hai thanh cái C21 và C22 đợc nối với nhau bởi máy cắt liên lạc 212,thanh cái vòng C29 đợc nối với máy cắt vòng 200

Thanh cái 220 kV đợc cấp điện từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (qua 3 lộ: 272, 273,277), từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại (qua lộ 275) và từ đờng dây 500 kV Từ đây điện áp

đợc cấp đến hai máy biến áp 3AT và 4AT của trạm

Tổng số có 47 dao cách ly ở phía 220 kV Chúng đợc đặt trong nhà hay ngoài trời, làloại một pha hay ba pha Có một hay hai dao tiếp địa cho từng pha dùng để nối đất khitiến hành sửa chữa, bảo dỡng.

Ngoài ra tại từng cấp điện áp trong trạm còn đợc trang bị thêm các máy biến áp đo ờng: máy biến điện áp TU, máy biến dòng điện TI sử dụng cho mục đích đo lờng, bảo vệ,

Thanh cái 110 kV đợc cấp điện từ hai máy biến áp 3AT và 4AT phía 220 kV Từ đây

điện áp đợc cấp đến hai máy biến áp 1T và 2T của trạm

02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 133, 134

02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 1T và 2T là 131, 132

Hệ thống dao cách ly

Tổng số có 56 dao cách ly ở phía 110 kV Chúng đợc đặt trong nhà hay ngoài trời, làloại một pha hay ba pha Có một hay hai dao tiếp địa cho từng pha dùng để nối đất khitiến hành sửa chữa, bảo dỡng

1.3.2.3 Cấp trung áp 35 kV

Đợc cấp điện từ hai máy biến áp 1T và 2T Có 11 ngăn lộ trong đó có 8 lộ ra cung cấpcho các phụ tải, có 02 thanh cái là C31 và C32

Hệ thống máy cắt

Tại cấp 35 kV có 11 máy cắt:

Máy cắt 331, 332 đóng cắt các lộ nối từ thanh cái 35 kV tới đầu ra của MBA 1T và2T

Các máy cắt 378, 376, 371, 373, 381, 375, 377, 379 đóng cắt các lộ tơng ứng nối vớithanh cái.

Máy cắt 300 là máy cắt phân đoạn

Hệ thống dao cách ly

Phía 35kV có tổng cộng 24 dao cách ly Chúng đợc đặt trong nhà hay ngoài trời, làloại một pha hay ba pha Mỗi dao cách ly có 1 hay 2 dao tiếp địa để nối đất an toàn trongtrờng hợp thao tác với thiết bị

1.3.2.4 Cấp trung áp 22 kV

Cấp điện áp 22 kV có cả ở phía mạch 220 kV và phía mạch 110 kV của trạm

- Phía 110 kV:

+ Điện áp 22 kV đợc cấp từ máy biến áp 1T

+ Có 7 ngăn lộ trong đó có 6 lộ ra cung cấp cho các phụ tải

+ Hệ thống máy cắt: ở cấp 22 kV dùng các máy cắt hợp bộ, có tất cả 7 máy cắt hợp

bộ Máy cắt 441 đóng cắt các lộ nối từ thanh cái 22 kV tới đầu ra của MBA 1T

Hiện nay cấp điện áp này đang đợc dự phòng cha đa vào sử dụng

- Phía 220kV:

+ Điện áp 22kV đợc lấy từ hai máy biến áp 3AT và 4AT sau đó đợc đa tới hai máybiến áp tự dùng 43T và 44T

+ Hệ thống các máy cắt: có hai máy cắt hợp bộ là 443 và 444

+ Hệ thống dao cách ly: có 4 dao cách ly

1.4 Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị

1.4.1 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhất thứ

1.4.1.1 Máy biến áp

Máy biến áp chính T1

Máy biến áp 63000 kVA-115/38.5/23 kV

- Điện áp định mức:

+ Cao áp: 115 ± 9 x 1.78% kV (điều chỉnh dới tải)

+ Trung áp: 38.5 ± 2 x 2.5% kV (điều chỉnh không điện)

+ Hạ áp: 23 kV

- Tổn hao không tải: Po = 40.2 kW

- Dòng điện không tải: Io = 0.206%

- Tổn thất có tải: ở nấc chỉnh, nhiệt độ 750C:

Máy biến áp T2 là loại MBA điện lực BQBT 40.000 kVA - 110 kV

Kiểu máy:40 MVA 115/38.5/6.6 kV

- Công suất định mức (MVA): Cuộn 115 kV: 30/40

Cuộn 38.5: 30/40Cuộn 6.6: 18/24

- Điện áp định mức:

ONAN: 225/115/23ONAS: 23/23/23

- Công suất định mức (MVA):

ONAN: 164000/54400ONAS: 205000/69700OSAS: 250000/85000

- Dòng ngắn mạch định mức:

ONAN: 6 kA thời gian duy trì 2sONAS: 1.9 kA thời gian duy trì 2sOSAS: 6.2 kA thời gian duy trì 2s

1.4.1.2 Các thiết bị phân phối ngoài trời.

Máy cắt điện loại: S1-145-F1

Máy cắt loại SI - 145 F1 là MC SF6 chế tạo cho điện áp định mức 72.5 kV Máy cắtdùng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang Nguyên lý dập hồ quang theo kiểu thổi Máycắt có 1 mạch đóng, 2 mạch cắt gồm 2 cuộn cắt làm việc song song

6 Thời gian chịu đợc dòng ngắn mạch s 3

Máy cắt 35 kV kiểu OFVB-36

Máy loại OFVP-36 là máy cắt chân không chế tạo cho điện áp 38kV đặt ngoài trời.Máy cắt đợc chế tạo dùng cho hệ thống có tiếp đất và không mở sộng phạm vi sử dụng.

Tủ điều khiển máy cắt có thể đặt ngoài trời trên trụ sắt hoặc trong nhà Bên trong tủ có bốtrí các rơ le, đồng hồ đo lờng, khoá điều khiển, hàng kẹp Các ráp điều khiển luồn vào tủqua phía dới

Số liệu kỹ thuật máy cắt:

1.4.1.2.2 Máy biến dòng điện, máy biến điện áp

Máy biến dòng AT4, AT5-123, 245

Biến dòng điện cao áp AT4, AT5-245, 125 là loại biến dòng kiểu kín dùng trong lới

điện cao áp xoay chiều tần số 50 Hz với cấp điện áp định mức 225-115 kV

Máy biến điện áp DDB-123, 245 kV

Máy biến điện áp kiểu loại DDB là biến điện áp cao áp kiểu tụ do hãng ARTECHE(Tây Ban Nha) sản xuất Việc biến đổi của máy biến điện áp cao áp ngăn chặn các thiết bị

đo lờng, đo đếm và rơ le bảo vệ không phải nối trực tiếp vào mạng điện cao áp, gây nguyhiểm cho ngời, các thiết bị này không phải chế tạo với mức cách điện chịu đợc điện ápcao áp Chúng còn đợc sử dụng để truyền tín hiệu thông tin qua đờng tải ba Biến điện áp

tụ có tần số cộng hởng sắt từ rất nhỏ, mức phóng điện cục bộ thấp và độ tin cậy cao

- Các thông số kỹ thuật máy biến điện áp DDB - 123 kV:

2 Loại biến điện áp: DDB 123

3 Điều kiện làm việc: Ngoài trời

2 Loại biến điện áp : DDB245

3 Điều kiện làm việc: Ngoài trời

4 Tiêu chuẩn: IEC – 4AT 185

- Điện áp lớn nhất vận hành liên tục (kV) : 115

- Bảo vệ so lệch ba mức cho thiết bị bảo vệ có hai cuộn dây

- Ngăn cản sóng hài bậc hai, có lựa chọn không ảnh hởng đến các hệ thống đo

- Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ

Các chức năng của rơ le 7SA511:

- Bảo vệ khoảng cách

+ Phát hiện pha bị sự cố quá dòng điện hay phát hiện sự cố bằng trở kháng

+ Cắt riêng từng pha (dùng cho tự động đóng lại từng pha)

- Dao động điện

+ Phát hiện dao động bằng đo dR/dt

+ Khoá mạch khi dao động điện để tránh cắt nhầm khi có dao động trong hệ thống

điện, cắt khi phi đồng bộ

- Bảo vệ kết hợp với đầu đối diện dùng kênh truyền qua cổng "INTERFACE" (tạm gọi làbảo vệ từ xa)

- Bảo vệ quá dòng khẩn cấp

+ Thực hiện khi aptomat TU bị cắt hay khi đứt cầu chì mạch nhị thứ điện áp

+ Đặc tính quá dòng với 2 cấp thời gian và một cấp dòng điện thứ tự không

- Phát hiện chạm đất (tuỳ chọn)

Dùng cho lới trung tích cách điện hay nối đất qua cuộn dập hồ

+ Phát hiện chạm đất theo pha

+ Xác định hớng

- Bảo vệ ngắn mạch với đất độ nhạy cao (tuỳ chọn)

+ Dùng trong lới trung tính nối đất

+ Xác định hớng bằng dòng và áp thứ tự không

+ Chức năng dự phòng khi hỏng mạch điện áp TU với bảo vệ dòng ngắn mạch với đất

có thời gian xác định

- Chức năng tự động đóng lại (tuỳ chọn)

+ Có 3 loại: đóng lại một pha, 3 pha, đóng lại 1 pha và 3 pha

+ Đóng lại một lần hoặc nhiều lần (đóng lại 3 pha ở lần thứ hai)

+ Đặt thời gian riêng biệt cho từng lần, với thời gian trễ Đóng lại nhanh ở lần thứ nhất(RAR), các lần sau có thời gian trễ (DAR)

- Phát hiện điểm sự cố

+ Có thể khởi động khi có lệnh cắt hoặc lệnh cắt từ bên ngoài

+Tính khoảng cách đến điểm sự cố bằng , Km và % độ dài đờng dây

+ Có tính tới sự tơng hỗ với đờng dây song song

- Các chức năng khác

+ Tự kiểm tra liên tục mạch một chiều, mạch đầu ra từ máy biến dòng điện TI, máybiến điện áp TU, các rơ le đầu ra, đảm bảo luôn sẵn sàng làm việc và có kế hoạch bảo d -ỡng

+ Đo và định kỳ kiểm tra ở điều kiện tải bình thờng, đo dòng tải, điện áp, công suất,tần số, kiểm tra thứ tự pha, hớng

+ Ghi lại 3 sự cố mới nhất với đầy đủ các dữ liệu và truyền đến máy ghi sự cố để phântích sự cố

+ Ngăn cáp, dao tiếp đất và T1

+ Ngăn thiết bị điện áp thấp

- Máy cắt là loại máy cắt chân không loại VB6 - 25/20 có thể kéo ra vị trí cách ly trong tủhoặc ra khỏi tủ trên xe ray

Tủ máy biến điện áp

Máy biến điện áp (TU) đặt trong tủ riêng có thể kéo ra ngoài để kiểm tra thí nghiệm

và thay cầu chì cho TU Hộp cầu chì cố định trên TU để ở ngoài

Số liệu kỹ thuật:

2 Điện áp tăng cao f = 50 Hz kV 50

Tủ cầu dao phụ tải

Cầu dao phụ tải loại ISARC là loại bán phân ngăn lắp trong nhà dùng để:

- Đóng cắt có tải và không tải máy biến thế

- Đóng cắt cáp và đờng dây có tải và không tải

- Đóng cắt mạch vòng

1.4.2 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhị thứ

1.4.2.1 Thiết bị điều khiển

Việc điều khiển Trạm có thể thực hiện điều khiển từ 4 mức:

* Mức 1: Mức điều khiển giám sát tại Trung tâm điều độ Hệ thống điện quốc gia vàTrung tâm điều độ HTĐ miền Bắc thông qua hệ thống kết nối SCADA

* Mức 2: Mức toàn trạm đợc thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm của trạm vớitrang bị một máy tính chủ, trạm thao tác, mạng LAN Tại trạm thao tác có thể thực hiệncác chức năng điều khiển và giám sát hoạt động các thiết bị lắp đặt trong trạm Mức điềukhiển toàn trạm có giao tiếp với cấp điều khiển cao hơn (SCADA)

* Mức 3: Điều khiển tại mức ngăn Mức ngăn trang bị các bộ I/O thực hiện việc thuthập, xử lý các tín hiệu số, tín hiệu tơng tự trong một ngăn Bộ I/O của ngăn đợc lắp trêncác tủ điều khiển, bảo vệ và đợc đấu nối tới mạng LAN của trạm Bộ I/O của ngăn cótrang bị chức năng điều khiển đóng cắt các máy cắt, dao cách ly có động cơ và điều chỉnhtăng giảm điện áp máy biến áp (đối với ngăn MBA) Trên màn hình của bộ điều khiểnngăn có sơ đồ 1 sợi của ngăn thể hiện vị trí của các máy cắt, dao cách ly, dao nối đất vàcác thông số đo lờng

Để dự phòng cho hệ thống máy tính, 1 bộ điều khiển cổ truyền sẽ đợc trang bị chomỗi ngăn lắp tại tủ điều khiển-bảo vệ của các ngăn, bao gồm:

- Các khoá và nút bấm điều khiển bằng tay thực hiện đóng/cắt máy cắt, dao cách ly,các đèn chỉ thị vị trí thiết bị, sơ đồ mimic của ngăn

- Thiết bị chỉ thị số nhiều chức năng, có khả năng lập trình, đo l ờng các thông sốchính: U, I, P, Q, Wh, Varh có cổng giao tiếp với hệ thống điều khiển máy tính

Ngoài ra, việc đo lờng điện năng thơng mại Wh, Varh cho mỗi ngăn sẽ đợc bố tríriêng trong các tủ đo lờng Đồng hồ đo đếm điện năng này có khả năng lập trình với ítnhất 3 mức giá với cấp chính xác phù hợp : c.x 0,5 đối với Wh, c.x 2 đối với Varh

* Mức 4: Mức điều khiển tại thiết bị thực hiện thông qua các khoá điều khiển, nútbấm, dụng cụ đo lắp tại thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly )

Để bảo đảm an toàn trong khi thực hiện các thao tác điều khiển sẽ trang bị mạch khoáthao tác máy cắt, dao cách ly và dao nối đất ở tất cả các mức điều khiển

1.4.2.2 Thiết bị bảo vệ

Để đảm bảo tính ổn định cho nhà máy và hệ thống cũng nh an toàn cho thiết bị lắp đặttrong trạm, thiết bị rơle bảo vệ cần đảm bảo các yếu tố sau: thời gian tác động ngắn, đủ

độ nhậy và độ tin cậy khi làm việc với mọi dạng sự cố Các rơle chính của các mạch bảo

vệ sẽ dùng rơle số có bộ vi xử lý, có khả năng giao tiếp với hệ thống điều khiển bằng máytính và hệ thống SCADA và là sản phẩm tiên tiến nhất hiện nay

Thiết bị bảo vệ cho các phần tử phía 220kV, 110kV đợc bố trí kết hợp trong các tủ điềukhiển

- bảo vệ ngăn đặt trong nhà điều khiển trạm Các ngăn lộ, thanh cái và thiết bị chính đ ợctrang bị bảo vệ nh sau:

- Đờng dây 220kV: Trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm các bảo vệ sau: bảo vệ so lệch dòng

điện cho đờng dây, bảo vệ khoảng cách 4 cấp có hớng, bảo vệ quá dòng chạm đất có ớng, bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao Ngoài 2 mạch bảo vệ, đờng dây 220kV còn đ-

h-ợc trang bị các chức năng: bảo vệ chống h hỏng máy cắt, tự động đóng lặp lại 1 pha và 3pha có kiểm tra đồng bộ, mạch lựa chọn điện áp thanh cái

- Máy biến áp 220/110/22kV: trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm : bao gồm bảo vệ so lệchmáy biến áp, bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA cho phía 220kV và 110kV, bảo vệquá dòng và quá dòng chạm đất có hớng, bảo vệ chống quá tải

- Đờng dây 110kV: Trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm các bảo vệ sau: bảo vệ khoảng cách

4 cấp có hớng, bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng, bảo vệ chống chạm đất độ nhạycao Ngoài 2 mạch bảo vệ, đờng dây 110kV còn đợc trang bị các chức năng: bảo vệchống h hỏng máy cắt, tự động đóng lặp lại có kiểm tra đồng bộ, mạch lựa chọn điện ápthanh cái

- Máy biến áp 110/22kV: trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm : bao gồm bảo vệ so lệch máybiến áp, bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA cho phía 110kV, bảo vệ quá dòng và quádòng chạm đất, bảo vệ chống quá tải

- Bảo vệ thanh cái: Bảo vệ thanh cái bằng Role bảo vệ so lệch

234 dùng cho các máy biến áp

- Dao cách ly (DCL): mỗi MC lộ đờng dây có 4 DCL -1, -2, -7, -9 MC dùng cho biến

áp có 4 DCL -1, -2, -3, -9 MC dùng cho MC vòng có 3 DCL -1, -2 , -9 MC liên lạc có 2DCL -1 và -2

- Máy biến áp: MBA 1T, 2T, 3T, 4T

- Thanh cái: phía 110 kV có thanh cái C11, C12 và thanh cái vòng C19, phía 220 kV

có thanh cái C21, C22 và thanh cái vòng C29, ngoài ra còn có các thanh cái 35 kV, 22

kV, 6 kV

- Các thiết bị khác: rơ le, cầu dao, cột chống sét, tụ điện…

1.5.2 Vận hành

- Các thanh cái C21, C22 của 220 kV và C11, C12 của 110 kV vận hành song song.

- Các cầu dao 112-1, 112-2, 212-1, 212-2 và các máy cắt MC112, 212 ở vị trí đóng

- Các thanh cái ở cấp 35 kV, 22 kV, 6 kV vận hành độc lập

- Các dao cách ly chỉ đợc phép thao tác khi hai đầu dao cách ly không có điện do daocách ly không có khả năng dập hồ quang sinh ra trong quá trình đóng cắt Dao cách ly cóthể đóng cắt không tải

- Khi vận hành theo phơng thức cơ bản các máy cắt và dao cách ly ở vị trí nh sau:

+ Máy cắt 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277,

131, 132, 233, 234 ở vị trí đóng

+ Dao cách ly -1, -2, -7, -3 đóng (các lộ đờng dây chẵn thì đóng dao cách ly chẵn, các

lộ đờng dây lẻ thì đóng dao cách ly lẻ)

+ Máy cắt vòng 100, 200 ở vị trí mở

- Để cung cấp điện 35 kV, 22 kV, 6 kVcho các nhà máy điện ta phải đóng máy cắt 331,

332, 371, 375, 77, 379, 381, 300, 376, 378, đóng các DCL -1, -3, -7 và đóng các máy cắthợp bộ 671, 673, 674, 675, 676, 677, 632, 441

- MBA 3T, 4T lấy điện áp 220 kV từ thanh cái C21, C22 cấp điện áp 110 kV cho 2 thanhcái C11, C12 và cấp điện cho cấp tự dùng 22 kV của nhà máy

- MBA 1T, 2T lấy điện áp 110 kV từ 2 thanh cái C11 và C12 chuyển xuống cấp 35 kV, 22

kV, 6 kV cấp đến các phụ tải

1.5.3 Vận hành trạm khi có sự cố

Trờng hợp máy cắt ( ví dụ MC271 ) bị hỏng

Khi MC 271 bị hỏng thì lộ đờng dây đi Chèm bị mất điện, để vẫn duy trì cấp điện choChèm mà vẫn có thể sửa chửa MC 271 ta tiến hành làm những bớc sau:

- Đa MC 271 ra sửa chữa

Trờng hợp thanh cái C22 bị hỏng

Khi hỏng thanh cái C22 thì các lộ đờng dây 272, 274, 276 mất điện Ta tiến hànhcấp điện lại cho các đờng dây này và tiến hành sửa chửa thanh cái C22 qua những bớcsau:

- Ngắt thiết bị bảo vệ của máy cắt liên lạc 212

- Ngắt các MC 272, 274, 276

- Ngắt các dao cách ly 272-2, 274-2, 276-2

- Đóng dao cách ly 272-1, 274-1, 276-1

- Ngắt các dao cách ly 212-1, 212-2

- Đóng các MC 272, 274, 276 để cấp điện lại bình thờng

Chơng 2 Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện

2.1 Khái niệm chung về SCADA/EMS/DM

2.1.1 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giámsát và thu thập quản lý dữ liệu

Khả năng thực hiện các hoạt động tại một địa bàn không có nhân viên kỹ thuật từ trạmhoặc một trung tâm điều hành ở xa, cũng nh việc đảm bảo cho các hoạt động đó đợc thựchiện đúng yêu cầu có thể tiết kiệm đợc nhiều chi phí trong vận hành hệ thống điện Trongnhiều hệ thống có những khu vực thỉnh thoảng cần phải thực hiện các thao tác nh mở và

đóng máy cắt, nhng chi phí để duy trì nhân viên vận hành tại chỗ lại tỏ ra không hợp lý.Ngoài ra việc chậm trễ khi gửi nhân viên kỹ thuật đến địa bàn đó có thể làm kéo dài thờigian khắc phục sự cố và làm giảm chất lợng phục vụ khách hàng Hơn nữa, chi phí duy trìnhân viên vận hành tại chỗ sẽ càng làm tăng cao khi thực hiện các đóng cắt liên tục, điềunày làm cho chi phí đó trở nên không kinh tế

Đây là những lý do chính làm cho các hệ thống SCADA có điều kiện phát triển Thiết

bị điều khiển từ xa các trang bị điện đã đợc dùng trong nhiều năm nay, và nhu cầu vềthông tin cũng nh điều khiển từ xa đã dẫn đến sự phát triển các hệ thống thiết bị có khảnăng thực hiện các thao tác, kiểm soát chúng và báo cáo lại với trung tâm điều hành rằngthao tác điều khiển đợc yêu cầu đã thực hiện có kết quả Đồng thời nhiều khi cũng cầnthông báo các thông tin quan trọng khác nh tải và điện áp thanh cái tới trung tâm điềuhành Ban đầu một hệ thống nh vậy phụ thuộc nhiều vào đờng dây thông tin liên lạctruyền tín hiệu điều khiển và giám sát Thực hiện nhiều hơn một hai thao tác là quá khảnăng đối với một hệ thống nh vậy của thế hệ đầu Sự phát triển của kỹ thuật gọi số cóchọn lọc trong công nghiệp điện thoại chẳng bao lâu đợc áp dụng trong thiết bị điều khiểngiám sát hệ thống điện, nhờ vậy một hệ thống thông tin cũng nh đo lờng từ xa các thôngtin hoạt động gửi về trung tâm điều hành

Hầu hết các trung tâm điều hành và phân phối ngành điện lực hiện nay đ ợc trang bị ítnhất một vài thiết bị của hệ thống SCADA Các thiết bị loại này đã tỏ ra có hiệu quả và cótính kinh tế trong các thao tác vận hành Chúng tỏ ra là trợ thủ đắc lực cho các nhân viênvận hành trạm, giúp họ duy trì tơng đối tốt sự hiểu biết về tình trạng làm việc của các bộphận hệ thống điện mà họ có trách nhiệm vận hành

2.1.2 Hệ thống quản lý năng lợng EMS (Energy Managment System)

Điều khiển phát điện

- Điều khiển phát điện tự động (Automatic Generation Control - AGC)

- Phối hợp thủy điện (Hydro Coordination)

- Vận hành kinh tế (Economic Dispatch)

- Kế hoạch mua/bán điện

Phân tích lới điện

- Đánh giá trạng thái (State Estimation)

- Phân tích chế độ đột biến ( Contiguency Analysys)

- Kế hoạch sửa chữa

- Tính toán ngắn mạch

- Tính toán trào lu công suất (DLF)

Tối u và điều khiển lới điện

Các chức năng đào tạo:

- Mô phỏng đào tạo điều độ viên

- Huấn luyện theo các kịch bản sự kiện v.v

2.1.3 Hệ thống DMS (Distribution Management System)

- Các phơng thức đóng cắt, tách lới khi có sự cố và phục hồi cấp điện cho khách hàng sau

- Giao tiếp ngời/máy: tạo thuận lợi tối đa cho vận hành viên thâm nhập dữ liệu và quan sát

đến tận sơ đồ chi tiết của từng khu vực

- Dữ liệu của lới phân phối có khối lợng rất lớn nên nhiều bảng biểu đợc chuyển thànhdạng đồ họa

- Đánh giá trạng thái, tính toán trào lu công suất, tính toán tổn thất của lới điện phân phối

- Yêu cầu cấp nguồn điện trớc 30 phút, tính toán giá điện tối u theo từng thời điểm

- Các hệ chuyên gia cho lới trung áp: Phân tích sự cố, hớng dẫn về đóng cắt tối u, về phânchia tải

2.2 Điều khiển và giám sát

Thuật ngữ điều khiển và giám sát thờng đợc dùng để chỉ vận hành từ xa (Điều khiển)các trang bị điện nh động cơ, máy cắt và việc thông tin trở lại (giám sát) để chứng tỏ rằngcác yêu cầu đúng đã đợc thực hiện Nh đã nhận xét ở trên, các hệ thống điều khiển giámsát đơn giản đợc sử dụng thời kỳ đầu của vận hành hệ thống điện Trong các hệ thống nhvậy, việc giám sát thực hiện bằng đèn báo, thí dụ đèn xanh để chỉ thị thiết bị đ ợc cắtnguồn, đèn đỏ để chỉ thiết bị đợc đóng nguồn Khi một thao tác nh mở một máy cắt đợcthực hiện điều khiển ở xa, sự thay đổi đèn đỏ sang đèn xanh tại trung tâm vận hành sẽ xác

định rằng thao tác đó đợc thực hiện thành công

Trong các hệ thống ban đầu, đờng dây thông tin giữa nơi vận hành và thiết bị điện đợc

điều khiển cần phải có với mỗi đơn vị điều khiển và giám sát từ xa Khi số l ợng thiết bị

điện tăng lên, giá thành và sự phức tạp hệ thống cũng tăng lên tơng ứng Nếu khoảng cách

điều khiển khá lớn, giá thành hệ thống sẽ tăng rất cao trong khi độ tin cậy lại giảm sút docác nhiễu loạn trong mạch điều khiển và khả năng h hỏng vật lý của mạch điều khiển quádài

Một vài hạn chế của mạch dẫn thẳng kiểu một đối một giữa thiết bị điều khiển và đợc

điều khiển có thể đợc khắc phục bằng các role lựa chọn tơng tự nh loại đợc dùng trongcác hệ thống quay số điện thoại Bằng cách đó có thể chọn đợc thiết bị cần điều khiển,

điểu khiển nó và gửi tín hiệu giám sát về vị trí vận hành mà chỉ cần dùng một dây thông

Trạm điện Cuộn chặn

Thiết bị PLC

Đ ờng dây cao áp

Đ ờng dây cao áp từ 110KV đến 500Kv

tin Tuy nhiên hệ thống đó rất phức tạp và rất khó thực hiện về mặt kỹ thuật Chúng bị hạnchế về tốc độ thao tác cũng nh khối lợng dữ liệu tối đa có thể chuyển đợc khi số các thiết

bị đợc điều khiển và giám sát tăng lên

Sự ra đời của các phơng pháp thông tin điện tử và truyền dẫn dữ liệu số đã làm tăngthêm khả năng của hệ thống điều khiển và giám sát Các hệ thống nh vậy trở nên có độ tincậy cao hơn và giá thành thấp hơn so với các hệ thống cũ Việc quét tuần tự các trạm ở xa

và các thiết bị trong trạm đợc trang bị thiết bị đầu cuối giám sát từ xa cho phép một trạmchính có thể điều khiển một vài trạm ở xa và nhiều thiết bị trong mỗi trạm Hơn nữa nócũng có thể thông báo lại cho trạm chính các thao tác điều khiển đã đợc thực hiện cũng

nh các thông số nóng của đối tợng nh dòng điện, điện áp, công suất và nhiều đại lợngkhác cần giám sát

Một trong những tiến bộ nữa là việc giảm bớt số lợng dữ liệu truyền giữa các thiết bị

ở xa và trạm chính Điều này đợc thực hiện nhờ một thủ tục gọi là "báo cáo khi có trờnghợp bất thờng", theo đó các dữ liệu chỉ đợc truyền khi chúng thay đổi hoặc rơi ra ngoàivùng giới hạn cho trớc

Trong các hệ thống nh vậy, thiết bị chủ yếu của trạm chính sẽ lần lợt quét các thiết bị

đầu cuối từ xa (RTU) bằng cách gửi một thông báo ngắn tới từng RTU để xem mỗi RTU

có vấn đề gì phải báo cáo Nếu có, thiết bị này sẽ gửi thông báo ngợc lại cho thiết bị chủ

và dữ liệu nhận đợc sẽ đợc lu trữ trong máy tính Nếu cần, một tín hiệu điều khiển sẽ đợcgửi tới RTU đang xét và các thông báo hoặc một tín hiệu cảnh báo sẽ đợc máy in của thiết

bị chủ in ra hoặc đợc hiển thị trên màn hình kiểu tivi (CRT) hay màn hình tinh thể lỏng.Trong phần lớn các hệ thống chu trình quét tất cả các RTU đợc thực hiện trong khoảngvài giây Tuy nhiên, trong trờng hợp có sự cố tại một trạm nào đó, thông báo sẽ đợc gửi từthiết bị đầu cuối ở đây về thiết bị chủ quá trình quét bình thờng sẽ bị dừng lại đủ để thiết

bị chủ nhận đợc thông báo và phát tín hiệu cảnh báo sao cho ngời điều hành có thể phản

ánh tức thì, hoặc là trong một vài trờng hợp, sao cho thiết bị chủ có thể tự động thực hiệncác thao tác điều khiển xác định trớc Trong đa số trờng hợp, khi có bất kỳ sự kiện nàotrạng thái của tất cả các trạm đợc trang bị RTU có thể giám sát đợc trong mỗi khoảng thờigian ngắn, bằng cách đợc cung cấp thông tin tổng quan mới nhất về tình trạng hệ thống

điện

Hầu hết các hệ thống điều khiển giám sát đều đợc trang bị máy tính: thiết bị chủ thựcchất là một máy tính số với mạch đầu vào/đầu ra để chuyển tín hiệu điều khiển tới RTU

và nhận thông báo từ chúng Thông tin nhận đợc hiển thị trên màn hình hoặc máy in để in

ra các bản báo cáo cần đợc lu trữ lâu Màn hình cũng có thể hiển thị các thông tin đồ hoạ

2.3 Thông tin liên lạc cho các hệ thống SCADA

Nh đã nhận xét hệ thống SCADA bao gồm một trạm chính, các RTU và một vài tuyếndây thông tin liên lạc giữa thiết bị chủ với các thiết bị đầu cuối Đờng dây thông tin có thể

là mạch hữu tuyến, kênh viba hoặc kênh tải ba Bất kỳ một đờng dây thông tin nào có hệ

số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn và có dải tần vừa cho tốc độ truyền của tín hiệu số đều có thể

sử dụng đựơc

Truyền bằng tải ba

Sinh viên: Trơng Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 22

+ Chuyển tiếp cao tần

Truyền tin bằng viba

Hình 2.2: Truyền tin bằng viba

Một số đặc điểm khi truyền tin bằng vi ba:

Cần phải nhấn mạnh rằng, thông tin có tầm quan trọng đặc biệt đối với các hệ thốngSCADA Hệ thống thông tin liên lạc kém có thể gây lỗi hoặc mất tín hiệu điều khiển Hệthống SCADA không thể làm việc bình thờng nếu thiếu kênh thông tin tin cậy và đủmạnh.

2.4 Một số khái niệm về truyền số liệu

Nhu cầu về truyền số liệu:

- Có thông tin là có nhu cầu về truyền dẫn thông tin

- Máy tính điện tử (MTĐT, ví dụ nh PC) là thiết bị xử lý thông tin theo phơng phápsố

- Truyền số liệu giữa các máy tính điện tử là nhu cầu tất yếu, nhất là khi chúng đợcnối thành mạng (LAN - mạng cục bộ hoặc WAN - mạng diện rộng)

- Truyền tin ở khoảng cách gần (15 m đến vài chục mét)

Tín hiệu số nối tiếpData Terminal Equipment Data Terminal Equipment

- Truyền tin ở khoảng cách xa (qua đờng truyền tin)

Khái niệm về tốc độ truyền tin:

T T T V = 1 / T (bít/giây - bps

hoặc bốt - baud)

* Truyền tín hiệu song song và nối tiếp:

- MTĐT tổ chức và xử lý số liệu dới dạng song song qua BUS : byte - 8bít, word - 2bytes

- Các tín hiệu bên trong MTĐT chủ yếu tồn tại dới dạng TTL ("0" logic -> 0V, "1"logic -> 5V)

- Truyền dữ liệu bên trong MTĐT dới dạng song song (thanh ghi, ô nhớ)

- Truyền dữ liệu giữa MTĐT và một số ngoại vi dới dạng song song (ví dụ với máy insong song)

- Truyền dẫn song song có u điểm là tốc độ nhanh nhng nhợc điểm là khoảng cáchgần, cần nhiều dây dẫn, tốn kém

- Truyền dẫn nối tiếp có u điểm là chỉ cần 1 dây dẫn, tốc độ tơng đối (đến 19.200 bpshoặc hơn) Lu ý: Để truyền đợc xa cần có MODEM

* Một số chuẩn truyền dị bộ nối tiếp

- Các tốc độ chuẩn:

+ 50, 60, 110 (100) bps: thờng dùng cho các máy Teletype

+ 300, 600, 1200 bps: thờng dùng cho các Modem FSK

+ 2400, 4800, 9600 bps: thờng dùng cho các MODEM nhiều mức

+ 19.200 bps hoặc lớn hơn: thờng dùng trong các kênh Analog chất lợng cao hoặckênh Digital

- Chuẩn RS232: Điện áp dao động trong khoảng -25V đến +25V Mức logic "1" ứng vớikhoảng điện áp -25V đến -3V và mức logic "0" ứng khoảng điện áp từ 3V đến 25V.Khoảng điện áp từ -3V đến +3V không đợc định nghĩa, đây là khoảng để chuyển tiếp giữacác mức logic

Tín hiệu số nối tiếp số đã đợc Tín hiệu

điều chế

Tín hiệu

số nối tiếp

Khoảng cách truyền cho phép 15m.

RS232 làm việc ở chế độ truyền song công (full-duplex), với phơng thức truyền này sốliệu cã thể đợc truyền theo hai hớng một cách đồng thời, tức ở một thời điểm cả hai thiết

bị đều cã thể nhận hoặc truyền số liệu

Các yêu cầu chuẩn của RS232 đối với phần tạo dạng phát:

+ Đầu ra phải chịu đợc trạng th#i ngắn mạch hoặc không tải

+ Điện trở khi ngắn mạch nguồn lớn hơn 300 

+ Điện áp ra cực đại khi không tải là 25V.±

+ Dạng ra cực đại khi ngắn mạch là 500mA

+ Thời gian chuyển tín hiệu giữa hai mức tín hiệu phải nhỏ hơn 1ms

+ Tốc độ tăng hay giảm týn hiệu không nhỏ hơn 30V/ms

Các yêu cầu đối với phần thu:

+ Điện trở vào từ 3000 đến 7000

+ Tụ ký sinh nhỏ hơn 2500F

- Chuẩn RS422/RS485: Về cơ bản RS422 và RS485 không khác nhau nhiều Cụ thểRS232 chỉ có thể ghép nối điểm-điểm, hoặc điểm-nhiều điểm Nói chung chỉ đợc sử dụngtrong mạng đơn giản thông thờng RS485 lại có thể tham gia ghép nối nhiều điểm chínhvì vậy mà nó đợc sử dụng nhiều trong các mạng công nghiệp

+ Tốc độ truyền rất cao: Hàng chục Mb/s hoặc cao hơn

+ Truyền xa tới 1700m

+ Khoảng điện áp cho phép từ -6V đến +6V

+ Thờng dùng làm chuẩn truyền dữ liệu cho đôi dây xoắn, cáp đồng trục cho mạngLAN

+ Ưu điểm: Tốc độ cao, khả năng chống nhiễu cao

+ Nhợc điểm: không nối đất chung cho các tín hiệu nên cần 2 sợi dây cho một tínhiệu

2.5 Các thành phần chức năng cơ bản

Xét một cách tổng quát, một hệ SCADA bao gồm các chức năng liệt kê dới đây:

Phần cứng

- Thiết bị thu thập dữ liệu: PLC, RTU, PC, I/O, các đầu đo thông minh

- Hệ thống truyền thông: Mạng truyền thông, các bộ dồn kênh/phân kênh, Modem, các bộthu phát

- Trạm quản lý dữ liệu: Máy chủ (PC, Workstation), các bộ tập trung dữ liệu (Dataconcentrator, PLC, PC)

- Trạm vận hành (Operator Station)

Phần mềm

- Phần mềm chuyên dụng (ví dụ FIX, InTouch, WinCC, Lookout, )

- Phần mềm phổ thông (Access, Exel, Visual Basic, Delphi, JBuilder, )

- Cơ sở dữ liệu quá trình

- Hệ thống cảnh báo, báo động

- Lập báo cáo tự động

2.6 Các thiết bị chủ có chức năng giám sát

Thiết bị chủ của hệ thống giám sát là hạt nhân của hệ thống này Tất cả các thao tác

đối với RTU do ngời điều hành thực hiện đều thông qua thiết bị này và đợc các RTU báocáo lại cho nó Nh đã biết, một thiết bị chủ hiện đại làm nhiệm vụ giám sát bao gồm: mộtmáy tính số và bộ phận liên lạc thông tin giữa thiết bị chủ và các RTU Bộ phận này thờngbao gồm modul dùng để chuyển đổi các xung số của các máy tính thành dạng có thể phát

và thu qua đờng thông tin liên lạc

Tín hiệu giữa thiết bị chủ và RTU thờng có dạng tần số âm thanh, sử dụng kỹ thuậtbiến đổi điện - quang dạng diot phát quang (Led) hoặc đầu laze, còn ở đầu thu - bộ phậnchuyển đổi quang điện dạng tranzito quang điện

Các thiết bị phục vụ nhân viên điều hành bao gồm:

- Bàn điều khiển với các máy vi tính có trang bị phần mềm quản lý việc trao đổi thôngtin, cơ sở dữ liệu và các dạng thông tin sơ đồ

- Các cửa sổ thông tin cảnh báo và điều khiển trên màn hình

- Ngời điều hành chọn trạm ở xa nào đó

- Trạm này trả lời thừa nhận trạm đã đợc chọn

- Ngời điều hành chọn phần tử cần thao tác

- RTU trả lời thừa nhận phần tử đã đợc chọn

- Ngời điều hành thao tác

- RTU thực hiện thao tác và thông báo lại cho thiết bị chủ rằng nó đã đợc thực hiệnTiến hành thao tác nh vậy sẽ giảm thiểu đợc sai sót

2.7 Các thiết bị ở xa có chức năng giám sát (RTU)

Các thiết bị xa của hệ thống giám sát đợc đặt tại các trạm xác định, đợc nối dây đểthực hiện thao tác chức năng nào đó Trong các RTU hiện đại có trang bị máy vi tính với

bộ nhớ và khả năng suy luận logic, một vài thao tác có thể đợc thực hiện mà không cầnchỉ thị của thiết bị chủ Tuy nhiên, các thao tác này cần phải báo cho thiết bị chủ khi nóquét tới RTU này Ngoài ra RTU có thể điều khiển đợc một số thiết bị tại chỗ khác nh bộ

điều khiển logic có khả năng lập trình (PLC) Nh vậy RTU có trang bị máy tính có thể

đảm đơng một số chức năng của thiết bị chủ, do đó số lợng đờng dây thông tin cũng nhcông suất truyền tải có khả năng đợc giảm thiểu

Các sơ đồ đo lờng trong RTU đợc dùng để chuyển đổi tín hiệu tơng tự nh dòng điện,

điện áp, công suất tác dụng, công suất vô công thành dòng điện hay điện áp một chiều

tỉ lệ với đại lợng cần đo và nhờ các bộ chuyển đổi tơng tự số (ADC) thành dạng số đểchuyển về thiết bị chủ - thông qua các modul

Các thông tin trạng thái của các thiết bị: máy cắt đóng hay mở, động cơ làm việc haykhông làm việc đợc lu trữ trong các thanh ghi trạng thái của bộ nhớ động trong mỗithiết bị đầu cuối Bằng cách đó thiết bị chủ có thể đợc cung cấp thông tin về tình trạnglàm việc của trạm sau mỗi lần quét tới các RTU của trạm

Một số thiết bị đầu cuối đợc trang bị chức năng ghi nhận sự kiện Sự kiện ở đây có thể

là một sự cố, một thao tác vận hành hay một trạng thái làm việc nhiễu loạn của trang thiết

bị Trong phần lớn trờng hợp, chức năng ghi nhận sự kiện để ghi nhận các sự kiện khác.Văn bản sự kiện đợc dùng để phân tích nguyên nhân các hiện tợng bất thờng trong lới

điện Hiện nay, để nâng cao khả năng phân tích này, ngời ta tăng mật độ lấy mẫu tham số(điện áp, dòng điện) có khi lên tới 128 mẫu trong một chu kỳ công nghiệp (tức 20 s) nên

có thể tách đợc sóng hài với độ chính xác cao

Các thông tin chủ yếu mà các RTU liên tục truyền về Trung tâm điều khiển là:

- Các tín hiệu rời rạc từ xa RS (Remote Signalling)

- Các giá trị đo lường từ xa RM (Remote Measuring)

- Các cảnh báo (Alams)

Các lệnh điều khiển từ xa mà RTU có thể thực hiện là:

- Các lệnh điều khiển đóng/mở máy cắt, dao cách ly, lệnh chuyển nấc của máy biến áp

từ xa (Digital Remote Control)

- Các lệnh điều khiển liên tục từ xa (Analog Remote Control)

đợc bổ xung bởi văn bản sự kiện khi có chế độ bất thờng nh đã trình bày ở trên

2.9 Cơ chế thu thập tín hiệu đo lờng của SCADA

Theo thiết kế, với việc sử dụng các RTU và transducer, hệ thống SCADA thu thập cácloại tín hiệu đo lờng nh sau: Tần số (F), điện áp (U), công suất hữu công (P), công suất vôcông (Q), chỉ thị bộ đổi nấc máy biến áp Giá trị dòng điện (I) đợc tính toán dựa trên các

số liệu P, Q, U thu thập

Nguyên tắc chung của cơ chế thu thập tín hiệu đo lờng của hệ thống SCADA đợc kháiquát theo giản đồ sau:

Đầu ra của các biến áp đo lờng cung cấp các giá trị dòng/áp thứ cấp theo từng pha củathiết bị điện Tầm vực của các giá trị này tuỳ thuộc vào phần thứ cấp của tỉ số biếndòng/áp nhng thông thờng là đến 1A hoặc 5A (đối với TI) và đến 100V, 110V hoặc 120V(đối với TU)

Transducer có nhiệm vụ chuyển đổi các giá trị dòng/áp trên thành giá trị dòng phù hợpvới ngỡng vào của card analog trên RTU Tầm vực của giá trị dòng chuyển đổi này là đến+10 mA hoặc +12mA

Nhờ vào sự trợ giúp của bộ chuyển đổi tơng tự/số (A/D coverter) RTU sẽ chuyển cácgiá trị dòng từ dạng tơng tự (analog) thành dạng số (digital) với tầm vực xác định bằng 15+ 1(bit dấu), tơng ứng là -32767 đến 32767 (tính theo giá trị thập phân) Giá trị này sẽ đ-

ợc chuyển về hệ thống SCADA qua khung truyền của giao thức truyền thông IEC 101

875-5-Đến lợt mình, SCADA thực hiện việc chuyển đổi giá trị trên thành giá trị kỹ thuật tơngứng thực tế vận hành của thiết bị để hiển thị và lu trữ Tầm vực của giá trị chuyển đổi đợcxác định vào phần sơ cấp của tỉ số biến dòng/áp

Cơ chế thu thập dữ liệu từng loại tín hiệu cụ thể đợc thực hiện nh sau:

* Đối với tín hiệu đo lờng P,Q

Sử dụng loại transducer Triad T22 là loại transducer có khả năng lập trình để tính toán

và xuất ra 2 tín hiệu P và Q tổng dựa trên đầu vào là 3 pha áp (A, B, C) và 2 pha dòng(A,C) lấy từ TU và TI

* Đối với tín hiệu đo lờng U

Sử dụng loại transducer Triad T11 là loại transducer không lập trình phù hợp với điện

áp thứ cấp của TU (100V, 110V, 120V) với đầu là 2 pha áp (A, B)

* Đối với tín hiệu đo lờng F

Sử dụng loại transducer Triad T11 là loại transducer không lập trình phù hợp với điện

áp thứ cấp của TU (100V, 110V, 120V) với đầu vào là 2 pha áp (A, B)

3.1 Khái niệm về thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC)

Biến áp

đo l ờng

Tín hiệu số digital(nhị phân)

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC,

là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua mộtngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Nh vậy, vớichơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay

đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh( với các PLC kháchoặc với máy tính) Toàn bộ chơng trình điều khiển đợc lu vào bộ nhớ của PLC dới dạngcác khối chơng trình (khối OB, FC, hoặc FB) và đợc thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét(scan)

Để có thể thực hiện một chơng trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng nhmột máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để l u chơngtrình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào/ra để giao tiếp với các đối t ợng

điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụbài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt nh các bộ đếm(Counter), bộ thời gian (Timer) và những khối hàm chuyên dụng

3.2 Các module của PLC S7-300

Thông thờng để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối ợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ra khácnhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình Chúng đợcchia nhỏ thành các module Số các module đợc sử dụng nhiểu hay ít tùy theo từng bàitoán, song tối thiểu bao giờ cũng có

t-một module chính là module CPU

Các module còn lại là những module

nhận/truyền tín hiệu với đối tợng

điều khiển, các module chức năng

chuyên dụng nh PID, điều khiển

Module CPU là loại module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian,

bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số Các cổng vào

ra số có trên module CPU đợc gọi là cổng vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau Nói chung chúng đợc đặttên theo bộ vi xử lý có trong nó nh module CPU312, module CPU314, module CPU315 Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhng khác nhau về cổng vào/raonboard cũng nh các khối hàm đặc biệt đợc tích hợp sẵn trong th viện của hệ điều hànhphục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đợc phân biệt với nhau trong tên gọi

bằng thêm cụm chữ cái IFM ( viết tắt của Intergrated Function Module) Ví dụ moduleCPU312IFM, module CPU314IFM

Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyềnthông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Tất nhiên kèm theocổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã đợc càisẵn trong hệ điều hành Các loại module CPU đợc phân biệt với các loại CPU khác bằngthêm cụm từ DP(Ditributed Port) trong tên gọi Ví dụ module CPU315-DP

Module mở rộng

Các module mở rộng đợc chia thành 5 loại chính:

1) PS (Power supply):Module nguồn nuôi Có 3 loại 2A, 5A, và 10A

2) SM( Singnal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

a) DI(Digital input): Module mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng cóthể là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

b) DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở rộng cóthể là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

c) DI/DO (Digital input /Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số Số cáccổng vào/ ra số mở rộng có thể là 8vào/8 ra,hoặc 16 vào/16 ra tùy thuộc vào từng loạimodule

d) AI (Analog input): Module mở rộng cổng vào tơng tự Về bản chất chúng chính lànhững bộ chuyển đổi tơng tự số 12 bits(AD), tức là mỗi tín hiệu tơng tự đợc chuyển thànhtín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Số các cổng vào tơng tự có thể là 2, 4, hoặc 8 tùytừng loại module

e) AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tơng tự Chúng chính là những

bộ chuyển đổi số tơng tự (DA) Số các cổng ra tơng tự có thể là 2 hoặc 4 tùy từng loạimodule

f) AI/AO(Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tơng tự Sốcác cổng vào/ra tơng tự có thể là 4 vào/2 ra, hoặc 4 vào/4 ra, tùy từng loại module

3) IM (Interface module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm

vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và đợc quản lý chungbởi một module CPU Thông thờng các module mở rộng đợc gá liền với nhau trên mộtthanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack chỉ có thể gá đợc nhiều nhất 8 module mởrộng(không kể module CPU, module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làmviệc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải đợc nối với nhau bằng moduleIM

4) FM( Function module) : Module có chức năng điều khiển riêng Ví dụ nh module điềukhiển động cơ bớc, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiểnvòng kín,

5) CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLCvới nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 3.2: Cấu hình một thanh rack của trạm PLC S7-300

3.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

Kiểu dữ liệu

Một chơng trình ứng dụng trong PLC S7-300 có sử dụng các kiểu dữ liệu sau:

1) BOOL: với dung lợng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai) Đây là kiểu dữliệu cho biến 2 giá trị

2) BYTE: gồm 8 bits thờng để biểu diễn một số nguyên dơng trong khoảng từ 0 đến 255hoặc mã ASCII của một ký tự

3) WORD: gồm 2 bytes, để biểu diễn một số nguyên dơng từ 0 đến 655535

4) INT: cũng có dung lợng 2 byte, dùng để biểu diễn một số nguyên trong khoảng

-32768 đến 32767

5) DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ -2147483648 đến2147483647

6) REAL : gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số thực dấu phảy động

7) S5T (hay S5TIME) :khoảng thời gian đợc tính theo giờ/phút/giây

8) TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

9) DATE: biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

10) CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự ( nhiều nhất là 4 ký tự)

Cấu trúc bộ nhớ của CPU

Bộ nhớ của S7-300 đợc chia làm ba vùng chính

1) Vùng chứa chơng trình ứng dụng Vùng nhớ chơng trình đợc chia thành 3 miền:

a) OB (Organisation block) : Miền chứa chơng trình tổ chức

b) FC (Function) :Miền chứa chơng trình con đợc tổ chức thành hàm có biến hình thức

để trao đổi dữ liệu với chơng trình gọi nó

c) FB ( Function block): Miền chứa chơng trình con, đợc tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một chơng trình nào khác Các dữ liệu này phải đợc xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB -Data block)

2) Vùng chứa tham sô của hệ điều hành và chơng trình ứng dụng, đợc phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm:

a) I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Trớc khi bắt đầuthực hiện chơng trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ

chúng trong vùng nhớ I Thông thờng chơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng tháilogic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.

b) Q (Proces image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc giai đoạnthực hiện chơng trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số.Thông thờng chơng trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúngvào bộ đệm Q

c) M: Miền các biến cờ Chơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lu giữ cáctham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M), bye(MB), từ(MW) hay từ kép (MD).d) T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lu giữ giá trị thời gian đặttrớc (PV-Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV - Current value) cũng nh giá trịlogic đầu ra của bộ thời gian

e) C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lu trữ giá trị đặt trớc Preset value), giá trị đếm tức thời (CV- Current value) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm.f) PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tơng tự (I/O External input) Các giá trị t-

(PV-ơng tự tại cổng vào của module t(PV-ơng tự sẽ đợc module đọc và chuyển tự động theo những

địa chỉ Chơng trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ(PIW) hoặc theo từng từ kép (PID)

g) PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tơng tự (I/O External output) Các giá trịtheo những địa chỉ này sẽ đợc module tơng tự chuyển tới các cổng ra tơng tự Chơng trìnhứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte(PQB), từng từ (PQW) hoặc theotừng từ kép (PQD)

3) Vùng chứa các khối dữ liệu, đợc chia thành 2 loại:

a) DB ( Data block): Miền chứa các dữ liệu đợc tổ chức thành khối Kích thớc cũng

nh số lợng khối do ngời sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chơngtrình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte(DBB), từ (DBW) hoặc từ kép(DBD)

b) L ( Local data block ): Miền dữ liệu địa phơng, đợc các khối chơng trình OB, FC,

FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thứcvới những khối chơng trình đã gọi nó Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này

sẽ bị xóa khi kết thúc chơng trình tơng ứng trong OB, FC, FB Miền này có thể đợc truynhập từ chơng trình theo bit (L), byte(LB) từ (LW) hoặc từ kép (LD)

3.4 Vòng quét chơng trình

PLC thực hiện chơng trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp đợc gọi là vòng quét(scan) Mỗi vòng quét đợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tớivùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình Trong từng vòng quét, ch-

ơng trình đợc thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 ( Block End) Saugiai đoạn thực hiện chơng trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới cáccổng ra số Vòng quét đợc kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra t ơng tự nên các lệnhtruy nhập cổng tơng tự đợc thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ

đệm

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện đợc một vòng quét gọi là thời gian vòng quét(Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng đ-

ợc thực hiện trong một khoảng thời gian nh nhau Có vòng quét đợc thực hiện lâu, cóvòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chơng trình đợc thực hiện, vàokhối lợng dữ liệu đợc truyền thông trong vòng quét đó

Nh vậy giữa việc đọc giữ liệu từ đối tợng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điềukhiển tới đối tợng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cáchkhác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chơng trình điều khiển trongPLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chơng trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chơng trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ nh khối ob40,ob80 chơng trình các khối đó sẽ đợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báongắt cùng chủng loại Các khối chơng trình này có thể thực hiện tại mọi điểm trong vòngquét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chơng trình Chẳng hạn, nếumột tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ,PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chơng trình tơngứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt nh vậy, thời gian vòng quét

sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó, để nâng caotính thời gian thực cho chơng trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chơng trình xử lýngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chơng trình điều khiển Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp vớicổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyềnthông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản

lý Một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi côngviệc khác, ngay cả khi chơng trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

Các khối OB khác nhau không tham gia vào vòng quét mà đợc gọi bằng những tínhiệu báo ngắt S7-300 có nhiều loại tín hiệu báo ngắt nh tín hiệu báo ngắt khi có sự cốchập mạch ở các module mở rộng, tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian, và mỗi loạitín hiệu báo ngắt nh vậy cũng chỉ có khả năng gọi một loại khối OB nhất định Ví dụ tínhiệu báo ngắt sự cố nguồn nuôi chỉ gọi khối OB81, tín hiệu báo ngắt truyền thông chỉ gọikhối OB87

Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng công việc đang thựchiện lại, chẳng hạn nh tạm dừng việc thực hiện chơng trình trong khối OB1, và chuyểnsang thực hiện chơng trình xử lý ngắt trong các khối OB tơng ứng Ví dụ khi đang thựchiện OB1 mà xuất hiện tín hiệu báo ngắt sự cố truyền thông, hệ thống sẽ tạm dừng việcthực hiện OB1 lại để gọi và thực hiện chơng trình trong khối OB87 Chỉ sau khi đã thực

hiện xong chơng trình OB87, hệ thống mới quay trở về thực hiện tiếp tục phần chơngtrình còn lại trong OB1.

Hình 3.3: cấu trúc chơng trình lập trình tuyến tính

2) Lập trình có cấu trúc: Chơng trình đợc chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụriêng và các phần này nằm trong những khối chơng trình khác nhau Loại hình cấu trúcnày phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp PLC S7-300 cóbốn loại khối cơ bản:

- Loại khối OB ( Organization block): Khối tổ chức và quản lý chơng trình diều khiển

Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng đợc phân biệt với nhaubằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB, ví dụ nh OB1, OB35, OB40, OB80

- Loại khối FC(Program block): Khối chơng trình với những chức năng riêng giống

nh một chơng trình con hoặc một hàm (chơng trình con có biến hình thức) Một chơngtrình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này đợc phân biệt với nhau bằng

số nguyên sau nhóm ký tự FC Chẳng hạn nh FC1, FC2

- Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một ợng dữ liệu lớn với các khối chơng trình khác Các dữ liệu này phải đợc tổ chức thànhkhối dữ liệu có tên gọi là Data block Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB

l-và các khối FB này đợc phân biệt với nhau bằng số nguyên sau nhóm ký tự Chẳng hạn

nh FB1, FB2

- Loại khối DB ( Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chơngtrình Các tham số của khối do ngời dùng tự đặt Một chơng trình ứng dụng có thể cónhiều khối DB và các khối DB này đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm

ký tự DB Ví dụ: DB1, DB2

Chơng trình trong các khối dợc liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối.Xem những phần chơng trình trong các khối nh là các chơng trình con thì S7-300 chophép gọi chơng trình con lồng nhau, tức là từ chơng trình con này gọi đợc một chơng trìnhcon khác và từ chơng trình con đợc gọi lại gọi tới một chơng trình con thứ 3 Số các lệnhgọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng Ví dụ CPU314

OB1

lệnh 1

lệnh2

lệnh cuối cùng

thì số lệnh tối đa lồng nhau cho phép là 8 Nếu số lần gọi khối lồng nhau mà vợt quá con

số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi

Để đơn giản trong trình bày, khi một khối chơng trình con này gọi một khối chơngtrình con khác, ta sẽ ký hiệu khối chứa lệnh gọi là khối mẹ và khối đợc gọi là khối con Giữa khối mẹ và khối con có sự liên kết thể hiện thông qua việc trao đổi các giá trị.Khi gọi khối con, khối mẹ cần cho những sơ kiện thông qua các tham trị đầu vào để khốicon thực hiện nhiệm vụ Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ, khối con phải trả lại cho khối

mẹ kết quả bằng những tham trị đầu ra Hệ điều hành của CPU tổ chức việc truyền thamtrị thông qua local block của từng khối con

Nh vậy khi thực hiện một khối con, hệ điều hành sẽ:

1) Chuyển khối con đợc gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory

2) Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local block Cấutrúc local block đợc quy định khi soạn thảo các khối

3) Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block

4) Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dới dạng tham trị đầu ra chobiến OUT, IN-OUT của local block, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối

mẹ và giải phóng khối con cùng local block ra khỏi vùng Work memory

3.6 Tổ chức bộ nhớ CPU

Load memory: Là vùng nhớ chứa chơng trình ứng dụng (do ngời sử dụng viết) bao gồm

tất cả các khối chơng trình ứng dụng ob, fc, fb, các khối chơng trình trong th viện hệthống đợc sử dụng (sfc, sfb) và các khối dữ liệu DB Vùng nhớ này đ ợc tạo bởi một phần

bộ nhớ RAM của CPU và EFPROM).Khi thực hiện động tác xóa bộ nhớ(MRES) toàn bộcác khối chơng trình và khối dữ liệu nằm trong RAM sẽ bị xóa Cũng nh vậy, khi chơngtrình hay khối dữ liệu đợc đổ (down load), từ thiết bị lập trình (máy tính) vào moduleCPU, chúng sẽ đợc ghi lên phần RAM của vùng nhớ Load memory

Work memory: Là vùng nhớ chứa các khối DB đang đợc mở, chơng trình (OB, FC, FB,

SFC hoặc SFB) đang đợc CPU thực hiện và một phần bộ nhớ cấp phát cho những tham sốhình thức để các khối chơng trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khốichơng trình khác (local block) Tại một thời điểm nhất định vùng Work memory chỉ chứamột khối chơng trình Sau khi khối chơng trình đó đợc thực hiện xong thì hệ điều hành sẽxóa nó khỏi vùng Work memory và nạp vào đó khối chơng trình kế tiếp đến lợt thực hiện

System memory: Là vùng nhớ chứa các các bộ đệm vào/ra số (Q, I), các biến cờ (M),

thanh ghi C-Word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của Counter Việctruy cập, sửa đổi dữ liệu những ô nhớ thuộc vùng nhớ này đợc phân chia hoặc bởi hệ điềuhành của CPU hoặc do chơng trình ứng dụng

Có thể nói rằng trong các vùng nhớ đợc trình bày ở trên không có vùng nhớ nào đợcdùng làm bộ đệm cho các cổng vào/ra tơng tự Nói cách khác các cổng vào/ra tơng tựkhông có bộ đệm và nh vậy mỗi lệnh truy nhập module tơng tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều

có tác dụng trực tiếp tới cổng vật lý của module

3.7 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng

Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và với các module mở rộngthông qua bus nội bộ Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các module số

(DI) đã đợc CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table-I) Cuối mỗi vòngquét nội dung của bộ đệm ra số (process image output table-Q) lại đợc CPU chuyển tớicổng ra của các module ra số(DO) Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này đợc thực hiệnbởi chơng trình ứng dụng ( user program) Điều này, cho thấy nếu trong chơng trình ứngdụng có nhiều lệnh đọcgiá trị cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của cổng vàonày đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chơng trình sẽ vẫn luôn đọc đợccùng một giá trị I và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòngquét Cũng nh vậy, nếu chơng trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra sốthì do nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tơng ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổicuối cùng mới thực sự đợc đa tới cổng ra vật lý của module DO.

Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tơng tự lại đợc CPUthực hiện trực tiếp với module mở rộng(AI/AO) Nh vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ địa chỉthuộc vùng PI(peripheral input) sẽ thu đợc một giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng tạithời điểm thực hiện lệnh Tơng tự khi thực hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bits) tới

địa chỉ của vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ đợc gửi ngay tới cổng ra tơng tự củamodule

Sở dĩ có sự khác nhau nh vậy là do đặc thù về sự tổ chức bộ nhớ và phân chia địa chỉS7-300 Chỉ có các module vào/ra số mới có bộ đệm còn các module vào/ra tơng tự thìkhông, chúng chỉ đợc cung cấp địa chỉ để truy nhập ( địa chỉ PI và PQ)

Một chơng trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang đợc dạng STL, nhng

ng-ợc lại thì không Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD

3.8 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả

Nh đã nói, cấu trúc của một lệnh STL có dạng: "tên lệnh" + "toán hạng" Ví dụ

Nhãn: L PIW304 //Đọc nội dung cổng vào của module analog

2) Số nhị phân Ví dụ:

L 2#1101111 //Nạp số nhị phân 1101111 vào thanh ghi ACCU1

3) Số hexadecimal x có độ dài 1 byte ( B#16#x), 1 từ (W#16#x) hoặc 1 từ kép( DW#16#x) Ví dụ:

Phần số chỉ địa chỉ của byte hoặc bit trong miền nhớ xác định

Thanh ghi trạng thái

Khi thực hiện lệnh, CPU sẽ ghi nhận lại trạng thái của phép tính trung gian cũng nhtrạng thái kết quả vào một thanh ghi đặc biệt 16 bits, đợc gọi là thanh ghi trạng thái(Status word) Mặc dù thanh ghi trạng thái này có độ dài 16 bits nhng chỉ sử dụng 9 bitsvới cấu trúc nh sau:

- FC (First check): FC=0 khi dãy lệnh logic tiếp điểm vừa đợc kết thúc

- RLO (Result of logic operation): Kết quả tức thời của phép tính logic vừa đợc thực hiện

- STA (Status bit): Bit trạng thái này luôn có giá trị logic của tiếp điểm đợc chỉ định tronglệnh

- OR: Ghi lại giá trị của phép tính logic "và" cuối cùng đợc thực hiện để phụ giúp choviệc thực hiện phép toán "hoặc" sau đó Điều này là cần thiết vì trong một biểu thức hàmhai trị, phép "và" bao giờ cũng phải đợc thực hiện trớc các phép tính "hoặc"

- OS (Stored overflow bit): Ghi lại giá trị bit bị tràn ra ngoài mảng ô nhớ

- OV(Overflow bit): Bit báo kết quả phép tính bị tràn ra ngoài ô nhớ

- CC0 và CC1 (Conditon code): Hai bit báo trạng thái của kết quả phép tính với sốnguyên, số thực, phép dịch chuyển hoặc phép tính logic trong ACCU

- BR (Binary result bit): Bit trạng thái cho phép liên kết hai loại ngôn ngữ lập trình STL vàLAD Chẳng hạn cho phép ngời sử dụng có thể viết một khối chơng trình FB hoặc FC trênngôn ngữ STL nhng gọi và sử dụng chúng trong một chơng trình khác viết trên LAD Đểtạo ra đợc mối liên kết đó, ta cần phải kết thúc chơng trình trong FB, FC bằng lệnh ghi a) 1 vào BR, nếu chơng trình chạy không có lỗi

b) 0 vào BR, nếu chơng trình chạy có lỗi

Chú ý: Một chơng trình viết trên STL (tùy thuộc vào từng ngời lập trình) có thể gồmnhiểu Network Mỗi một Network chứa một đoạn chơng trình phục vụ một công đoạn cụthể Và mỗi đầu Network, thanh ghi trạng thái nhận giá trị 0 Chỉ sau lệnh đầu tiên củaNetwork, các bit trạng thái mới thay đổi theo kết quả phép tính

NETWORK 1 [

] NETWORK 2 [

] NETWORK 3

Chơng 4 Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện

4.1 Mục tiêu đề ra đối với thiết kế hệ thống SCADA

* Giao diện SCADA/HMI phải thân thiện với ngời sử dụng:

- Đơn giản, dễ sử dụng

* Giá thành, chi phí hệ thống phải hợp lý, không quá cao:

- Chi phí ban đầu:

+ Chi phí thiết kế hệ thống

+ Chi phí phần cứng