Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống SCADA trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Mà SỐ: 004233C79 TẠ THỊ YẾN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ MINH CHÍNH HÀ NỘI - 2009 MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Danh mục thuật ngữ Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP I Tổng quan hệ thống SCADA công nghiệp 1.1 Định nghĩa 1.1.2 Chức nhiệm vụ hệ thống SCADA 1.1.3 Cấu trúc hệ SCADA 1.1.4 Ứng dụng hệ thống SCADA II Cơ sở kỹ thuật truyền thông để xây dựng hệ điều khiển 1.2.1 Chế độ truyền tải 1.2.2 Cấu trúc mạng (Topology) 12 Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung hệ SCADA hệ thống điện 22 2.2 Mạng thông tin điện lực 25 2.2.1 Đặc điểm mạng thông tin hệ thống điện 25 2.2.2 Kênh thông tin liên lạc hệ thống điện 25 2.2.3 Cấu trúc kênh thông tin liên lạc hệ thống SCADA 30 2.2.4 Các chuẩn thông tin liên lạc hệ thống điện 34 2.3 Các chức hệ thống SCADA hệ thống điện 39 2.3.1 Chức thu thập liệu (Data Acquisition) 39 2.3.2 Chức thị trạng thái (Status Indication) 40 2.3.3 Chức đo lường 40 2.3.4 Chức giám sát báo cáo (Monitoring and evet reporting) 42 2.3.5 Chức điều khiển 45 2.3.6 Chức tính tốn 46 2.3.7 Tính thời gian thực 46 Kết luận CHƯƠNG CẤU TRÚC ĐIỂN HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Phần cứng trung tâm (Master Station Hardware) 50 3.1.1 Máy tính chủ (Server) 50 3.1.2 Các trạm công tác (Workstation) 51 3.1.3 Thiết bị tiền xử lý (Front-end processor) 51 3.1.4 Mạng nội (Local Area Network) 52 3.4.5 Router 52 3.2 Thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) 53 3.2.1 Cấu tạo chung RTU 53 3.2.2 Các ứng dụng RTU 57 3.3 Hệ thống thiết bị chủ 60 3.4 Kết nối thông tin 61 Kết luận CHƯƠNG TÌM HIỂU LƯỚI ĐIỆN THUỘC CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN I QUẢN LÝ 4.1 Phân cấp điều độ hệ thống điện 63 4.2 Phân cấp thông tin liệu cấp điều độ 63 4.3 Các hệ thống quản lý mạng điều độ hệ thống điện Việt Nam 64 4.3.1 Hệ thống SCADA/EMS trung tâm điều độ 64 4.3.2 Hệ thống tự động hóa trạm biến áp 66 4.4 Cơng tác điều hành thực trạng lưới điện thuộc công ty truyền tải điện quản lý 68 4.4.1 Công tác điều hành lưới điện 68 4.4.2 Thực trạng lưới điện thuộc công ty truyền tải điện quản lý 69 Kết luận CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA TRẠM BIẾN ÁP 220KV SÓC SƠN 5.1 Giới thiệu trạm 220kV Sóc Sơn nhiệm vụ SCADA trạm 72 5.1.1 Giới thiệu trạm 220kV Sóc Sơn 72 5.1.2 Các tín hiệu đo điều khiển trạm 79 5.1.3 Nhiệm vụ SCADA trạm Sóc Sơn 81 5.2 Các nguyên tắc chung thiết kế SCADA 82 5.2.1 Thiết kế RTU 83 5.2.2 Hệ thống viễn thông 88 5.2.3 Giao thức viễn thông 89 5.3 Phương án xây dựng hệ SCADA cho trạm Sóc Sơn 89 5.3.1 Sơ đồ tổng thể trạm 91 5.3.2 Quá trình thu thập tín hiệu Digital, Analog 93 5.4 Thiết kế phần cứng trung tâm 113 5.5 Thiết kế phần mềm SCADA 110 Kết luận KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 TỔNG QUAN VỀ H THNG SCADA TRONG CễNG NGHIP 1.1.1 Định nghĩa Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, hỗ trợ ngời việc giám sát điều khiển từ xa Hệ SCADA truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ thu thập liệu từ trạm xa truyền tải trung tâm để xử lý Trong hệ thống nh phần cứng mạng truyền thông yếu tố quan trọng đợc quan tâm nhiều Theo xu hớng phát triển đại, với khả xử lý phân tán có sẵn cấp dới (bus trờng) cấp (bus hệ thống) việc xây dựng hệ SCADA đại xây dựng phần mềm thiÕt kÕ giao diƯn HMI (Human Machine Interface) vµ kÕt nối hệ thống truy nhập, truyền tải liệu 1.1.2 Chức nhiệm vụ hệ thống SCADA Chức cấp SCADA cung cấp dịch vụ sau: Thu thập từ xa (qua đờng truyền số liệu) số liệu tổ chức việc lu giữ nhiều loại sở số liệu (số liệu sản xuất, kiện thao tác, báo động) Dùng sở số liệu để cung cấp dịch vụ điều khiển-giám sát hệ thống: - Hiển thị báo cáo tổng kết trình kỹ thuật (trang hình, trang đồ thị, trang kiện, trang báo động) - Điều khiển từ xa trình kỹ thuật Thực dịch vụ truyền thông số liệu hệ (đọc viết số liệu PLC/RTU, gửi trả lời tin yêu cầu cấp số liệu, thao tác hệ thống) Tuỳ theo yêu cầu cụ thể toán tự động hoá ta có thĨ x©y dùng hƯ SCADA thùc hiƯn mét sè nhiệm vụ sau: - Thu-thập giám sát từ xa đối tợng - Điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tợng - Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tợng - Thông tin từ xa với đối tợng với cấp quản lý Các chức thứ có yêu cầu đặc biệt phận phần cứng, phần mềm, phần chuyên trách SCADA, cụ thể là: - Phần đo-giám sát xa cần bảo đảm thu thập, lu giữ, hiển thị, in ấn đủ số liệu cần cho quản lý kỹ thuật - Phần điều khiển thao tác xa cần phải bảo đảm đợc việc kiểm tra đóng mở an toàn, đắn Bên cạnh SCADA phải có đóng mở tay - Phần điều chỉnh tự động từ xa cần phân định quy định nhiệm vụ điều chỉnh hệ SCADA phải đảm nhiệm đến đâu - Phần truyền tin xa phải quy định rõ nhiệm vụ truyền số liệu trờng nhiƯm vơ thđ tơc trun sè liƯu víi c¸c SCADA cấp Ngày nay, nhiều ngành công nghiệp, giao thông, quân đà áp dụng mạng quy mô lín nh− SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), CAN (Controller Area Network), FIP (Factory instrument Protocols) vµo viƯc xư lý, tính toán, kiểm tra điều khiển Đó hệ quản lý, giám sát quy mô lớn đáp ứng yêu cầu đa dạng phức tạp khác tích hợp hệ thống Hệ SCADA cho phép mô hệ thống thực máy tính để quan sát trạng thái thời hệ thống, đồng thời ghi lại thông tin hoạt động hệ thèng Nhê vËy ng−êi vËn hµnh cã thĨ dƠ dµng xác định đợc vị trí xảy cố Không hệ SCADA đại có khả chuẩn đoán đợc cố cách khắc phục dựa số liệu thu thập đợc Các thiết bị để xây dựng hệ SCADA đợc chế tạo sẵn thành module chức tiêu chuẩn, phần mềm ứng dụng đợc hoàn chỉnh thành module tiện lợi cho ngời sử dụng tạo cho họ khả lựa chọn thiết bị phần mềm phù hợp với toán thiết kế 1.1.3 Phn mm SCADA Để đánh giá giải pháp SCADA cần phải xét đến: - Khả hỗ trợ công cụ phần mềm việc thực hình giao diện, chất lợng thành phần đồ hoạ có sẵn - Khả truy cập cách thức kết nối liệu từ trình kỹ thuật (trực tiếp từ cu chấp hành, cảm biến, modul vào/ra qua PLC hay hệ thống bus trờng) - Tính mở hệ thống, chuẩn hoá giao diện trình - Khả hỗ trợ xây dựng chức trao đổi tin tức, xử lý kiện, lu giữ thông tin lập báo cáo, bảng biểu - Tính thời gian hiệu suất trao đổi thông tin - Giá thành tổng thể hệ thống Có thể hình dung trình tạo dựng ứng dụng SCADA gồm hai công việc là: Xây dựng hình hiển thị thiết lập mối quan hệ hình ảnh hình với biến trình Có hai phơng pháp để thực là: - Phơng pháp lập trình: phơng pháp tạo dựng ứng dụng ngôn ngữ lập trình thông dụng nh Visual C++, Visual Basic, Delphi Đây công việc đòi hỏi nhiều công sức, thời gian khả lập trình chuyên sâu Cho dï sư dơng nh÷ng kü tht lËp trình tiên tiến, điều tránh khỏi phải biên dịch lại toàn ứng dụng (Compiler) - Phơng pháp thứ hai sử dụng công cụ phần mềm chuyên dụng cho hệ SCADA Phơng pháp thể hiƯn tÝnh −u viƯt ë tÝnh chuyªn dơng cđa Các công cụ có sẵn th viện thành phần cho việc xây dựng giao diện ngời-máy(HMI), nh phần mềm kết nối với thiết bị cung cấp liệu thông dụng Để đơn giản hoá việc tạo dựng, xu hớng kết hợp phơng pháp lập trình trực quan với ngôn ngữ script thông dụng (tơng tự việc soạn thảo văn bản) Đi xa nữa, số công cụ cho phép ta sử dụng biểu tợng, ký hiệu đồ hoạ để xây dựng giao diện ngời-máy, đồng thời biểu diễn liên quan logic thành phần chơng trình dới dạng khối chức 1.1.4 Cu trỳc h SCADA Mô hình phân cấp chức Hình 1.1 Mô hình phân cấp chức Một hệ thống tự động hoá trình công nghệ nói chung thờng đợc cấu trúc theo mô hình phân cấp hình chóp Theo mô hình này, chức đợc phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dới lên Càng cấp dới chức mang tính chất hơn, đòi hỏi yêu cầu cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp đợc thực dựa chức cấp dới, có lợng thông tin cần trao đổi xử lý lớn nhiều Thông thờng, ngời ta chØ coi cÊp d−íi thc ph¹m vi cđa mét hệ thống điều khiển giám sát - Cấp chấp hành (cấp thiết bị): Chức cấp chấp hành đo lờng, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trờng hợp cần thiết Thực tế đa số thiết bị cảm biến hay chấp hành có phần ®iỊu khiĨn riªng cho viƯc thùc hiƯn ®o l−êng/trun ®éng đợc xác nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (cã bé vi xư lý riªng) cịng cã thĨ đảm nhận việc xử lý chuẩn bị thông tin trớc đa lên cấp điều khiển - Cấp điều khiĨn cơc bé: NhiƯm vơ chÝnh cđa cÊp ®iỊu khiĨn cục nhận thông tin từ cảm biến, tự động xử lý thông tin theo chơng trình ngời đà cài đặt sẵn truyền đạt lại kết xuống chấp hành Những thông tin kết việc điều khiển đợc chuyển lên cấp điều hành cấp điều khiển thờng đặt điều khiển PID, controllers, PLC, transmitter RTU số thông minh Cấp điều khiển cấp chấp hành đợc gọi chung cấp trờng (field level) điều khiển, cảm biến chấp hành đợc cài đặt trực tiếp hiƯn tr−êng gÇn kỊ víi hƯ thèng kü tht - Cấp điều hành (cấp điều khiển giám sát): Khi đa số chức nh đo lờng, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống đợc cấp sở thực nhiệm vụ cấp điều hành hỗ trợ ngời sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát, vận hành xử lý tình bất thờng Khác với cấp dới, việc thực chức cấp điều hành thờng không đòi hỏi phơng tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt máy tính thông thờng (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal ) có giao diện mạng gọi chung máy tính điều hành Việc phân cấp chức nh tiện lợi thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị Theo nhà sản xuất đa kiến trúc tầng mạng thích hợp với đặc thù trao đổi thông tin cấp 1.1.5 Ứng dụng hệ thống SCADA a) Ứng dụng hệ thống SCADA Hệ thống SCADA ứng dụng rộng rãi công nghiệp khả thu thập liệu thuận tiện, giám sát, điều khiển quản lý hoạt động hệ thống cách hiệu Ngày hệ thống SCADA ứng dụng hầu hết ngành cơng nghiệp theo hướng chun biệt hóa cho ngành cụ thể như: - SCADA cho nhà máy giấy - SCADA cho nhà máy xi măng - SCADA cho nhà máy lọc dầu hệ thống kho chứa (đường ống dẫn, hệ thống phân phối dầu, khí) - SCADA cho dàn khoan dầu - SCADA cho hệ thống cấp thoát nước - SCADA điện lực (mạng phân phối truyền tải điện) - SCADA cho nhà máy sản xuất đồ uống - SCADA cho nhà máy sản xuất hóa chất, dược Thơng thường hệ thống SCADA xếp loại làm nhiều cấp phức tạp phụ thuộc vào số lượng điểm đo số lượng điểm điều khiển Với hệ cỡ nhỏ trung bình thi có khoảng từ 50, 500 hay đến 1000 điểm đo Các hệ lớn có tới 2000 đến 5000 điểm 97 STT Tiếp điểm phụ CD 200.1 - ON Đầu vào Các sở Status liệu Colector SCADA D201 DI.CD200_1 Ghi Tiếp điểm thường đóng CD 200.2 - ON D202 DI.CD200_2 CD 200.3 - ON D203 DI.CD200_3 CD 200.9 - ON D204 DI.CD200_9 CD 231.1 - ON D205 DI.CD231_1 CD 231.2 - ON D206 DI.CD231_2 CD 231.3 - ON D207 DI.CD231_3 CD 231.9 - ON D208 DI.CD231_9 CD 232.1- ON D209 DI.CD232_1 10 CD 232.2 - ON D210 DI.CD232_2 11 CD 232.3 - ON D211 DI.CD232_3 12 CD 232.9 - ON D212 DI.CD232_9 13 CD 271.1 - ON D213 DI.CD271_1 14 CD 271.2 - ON D214 DI.CD271_2 15 CD 271.7 - ON D215 DI.CD271_7 16 CD 271.9- ON D216 DI.CD271_9 17 CD 272.1 - ON D217 DI.CD272_1 18 CD 272.2 - ON D218 DI.CD272_2 19 CD 272.7 - ON D219 DI.CD272_7 20 CD 272.9 - ON D220 DI.CD272_9 21 CD 273.1- ON D221 DI.CD273_1 22 CD 273.2 - ON D222 DI.CD273_2 98 23 CD 273.7 - ON D223 DI.CD273_7 24 CD 273.9 - ON D224 DI.CD273_9 25 CD 274.1 - ON D225 DI.CD274_1 26 CD 274.2- ON D226 DI.CD274_2 27 CD 274.7 - ON D227 DI.CD274_7 28 CD 274.9 - ON D228 DI.CD274_9 29 CD 200.1 – OFF H229 Tiếp điểm thường hở 30 CD 200.2 – OFF H230 31 CD 200.3 – OFF H231 32 CD 200.9 – OFF H232 33 CD 231.1 – OFF H233 34 CD 231.2 – OFF H234 35 CD 231.3 – OFF H235 36 CD 231.9 – OFF H236 37 CD 232.1- OFF H237 38 CD 232.2 – OFF H238 39 CD 232.3 – OFF H239 40 CD 232.9 – OFF H240 41 CD 271.1 – OFF H241 42 CD 271.2 – OFF H242 43 CD 271.7 – OFF H243 44 CD 271.9- OFF H244 45 CD 272.1 – OFF H245 46 CD 272.2 – OFF H246 47 CD 272.7 – OFF H247 99 48 CD 272.9 – OFF H248 49 CD 273.1- OFF H249 50 CD 273.2 – OFF H250 51 CD 273.7 – OFF H251 52 CD 273.9 – OFF H252 53 CD 274.1 – OFF H253 54 CD 274.2 - OFF H254 55 CD 274.7 – OFF H255 56 CD 274.9 – OFF H256 Bảng 5.5 Số liệu tiếp điểm phụ cầu dao cách ly lưới điện 110kV trạm Sóc Sơn STT Tiếp điểm phụ CD 100.1 - ON Đầu vào Các sở Status liệu Colector SCADA D101 DI.CD100_1 Ghi Tiếp điểm thường đóng CD 100.2 - ON D102 DI.CD100_2 CD 100.3 - ON D103 DI.CD100_3 CD 100.9 - ON D104 DI.CD100_9 CD 101.1 - ON D105 DI.CD101_1 CD 101.2 - ON D106 DI.CD101_2 CD 101.3 - ON D107 DI.CD101_3 CD 101.9 - ON D108 DI.CD101_9 CD 131.1 - ON D109 DI.CD131_1 10 CD 131.2 - ON D110 DI.CD131_2 100 11 CD 131.3 - ON D111 DI.CD131_3 12 CD 131.9 - ON D112 DI.CD131_9 13 CD 132.1 - ON D113 DI.CD132_1 14 CD 132.2 - ON D114 DI.CD132_2 15 CD 132.3 - ON D115 DI.CD132_3 16 CD 132.9 - ON D116 DI.CD132_9 17 CD 134.1 - ON D117 DI.CD134_1 18 CD 134.2 - ON D118 DI.CD134_2 19 CD 134.3 - ON D119 DI.CD134_3 20 CD 134.9 - ON D120 DI.CD134_9 21 CD 171.1 - ON D121 DI.CD171_1 22 CD 171.2 - ON D122 DI.CD171_2 23 CD 171.7 - ON D123 DI.CD171_7 24 CD 171.9 - ON D124 DI.CD171_9 25 CD 172.1 - ON D125 DI.CD172_1 26 CD 172.2 - ON D126 DI.CD172_2 27 CD 172.7 - ON D127 DI.CD172_7 28 CD 172.9 - ON D128 DI.CD172_9 29 CD 173.1 - ON D129 DI.CD173_1 30 CD 173.2 - ON D130 DI.CD173_2 31 CD 173.7 - ON D131 DI.CD173_7 32 CD 173.9 - ON D132 DI.CD173_9 33 CD 174.1 - ON D133 DI.CD174_1 34 CD 174.2 - ON D134 DI.CD174_2 35 CD 174.7 - ON D135 DI.CD174_7 36 CD 174.9 - ON D136 DI.CD174_9 101 37 CD 100.1 – OFF H137 Tiếp điểm thường hở 38 CD 100.2 – OFF H138 39 CD 100.3 – OFF H139 40 CD 100.9 – OFF H140 41 CD 101.1 – OFF H141 42 CD 101.2 – OFF H142 43 CD 101.3 – OFF H143 44 CD 101.9 – OFF H144 45 CD 131.1 – OFF H145 46 CD 131.2 – OFF H146 47 CD 131.3 – OFF H147 48 CD 131.9 – OFF H148 49 CD 132.1 – OFF H149 50 CD 132.2 – OFF H150 51 CD 132.3 – OFF H151 52 CD 132.9 – OFF H152 53 CD 134.1 – OFF H153 54 CD 134.2 – OFF H154 55 CD 134.3 – OFF H155 56 CD 134.9 – OFF H156 57 CD 171.1 – OFF H157 58 CD 171.2 – OFF H158 59 CD 171.7 – OFF H159 60 CD 171.9 – OFF H160 61 CD 172.1 – OFF H161 102 62 CD 172.2 – OFF H162 63 CD 172.7 – OFF H163 64 CD 172.9 – OFF H164 65 CD 173.1 – OFF H165 66 CD 173.2 – OFF H166 67 CD 173.7 – OFF H167 68 CD 173.9 – OFF H168 69 CD 174.1 – OFF H169 70 CD 174.2 – OFF H170 71 CD 174.7 – OFF H171 72 CD 174.9 – OFF H172 Bảng 5.6 Số liệu tiếp điểm phụ cầu dao cách ly lưới điện 22kV trạm Sóc Sơn STT Tiếp điểm phụ CD 441.1 - ON Đầu vào Các sở Status liệu Colector SCADA D401 Ghi DI.CD441_1 Tiếp điểm thường đóng CD 434.2 - ON D402 DI.CD434_2 CD 442.2 - ON D403 DI.CD442_2 CD 472.2 - ON D404 DI.CD472_2 CD 474.2 - ON D405 DI.CD474_2 CD 476.2 - ON D406 DI.CD476_2 CD 478.2 - ON D407 DI.CD478_2 103 CD 441.1 – OFF H408 Tiếp điểm thường hở b CD 434.2 – OFF H409 10 CD 442.2 – OFF H410 11 CD 472.2 – OFF H411 12 CD 474.2 – OFF H412 13 CD 476.2 – OFF H413 14 CD 478.2 - OFF H414 Quá trình thu thập số liệu Analog SCADA Toàn trạm gồm 20 lộ xuất tuyến ta sử dụng 20 Power metter PECA Vị trí PECA thể bảng sau đây: Bảng 5.7 Bảng vị trí Power metter PECA STT Tên PECA Vị trí Điện áp Ghi PECA 434 Lộ MBA.T4 22kV Điện áp 22kV PECA 441 Lộ MBA.AT1 22kV PECA 442 Lộ MBA.TD42 22kV PECA 472 Lộ DP 22kV PECA 474 Lộ DP 22kV PECA 476 Lộ TR.GIà 22kV PECA 478 Lộ AN.KH 22kV PECA 131 Lộ MBA.AT1 110kV Điện 110kV PECA 132 Lộ MBA.AT2 110kV áp 104 10 PECA 134 Lộ MBA.T4 110kV 11 PECA 171 Lộ Thái Nguyên 110kV 12 PECA 172 Lộ Thái Nguyên 110kV 13 PECA 174 Lộ Đông Anh 110kV 14 PECA 175 Lộ Đông Anh 110kV 15 PECA 231 Lộ MBA.AT1 220kV Điện áp 220kV 16 PECA 232 Lộ MBA.AT2 220kV 17 PECA 271 Lộ Thái Nguyên 220kV 18 PECA 273 Lộ Việt trì 220kV 19 PECA 286 Lộ Bắc Ninh 220kV 20 PECA 287 Lộ Phả Lại 220kV Cứ giây máy tính SCADA gửi lệnh xuống Power metter PECA để đọc lên số liệu I, P, Q trạm cất vào buffer RAM SCADA gọi lấy số liệu đổi số liệu có đơn vị kỹ thuật để hiển thị lên trang Graphic, trang Trend sau máy tính SCADA tính trung bình tích lũy số liệu 10 phút cất vào sở liệu Analog ngày, số liệu dùng để in báo cáo đồ thị tải ngày Bảng 5.8 Bảng truyền số liệu Analog từ PECA lên SCADA STT Từ PECA Lên CSDL Ghi SCADA PECA 434 I434, P434, Q434 PECA 441 I441, P441, Q441 PECA 442 I442, P442, Q442 Điện áp 22kV 105 PECA 472 I472, P472, Q472 PECA 474 I474, P474, Q474 PECA 476 I476, P476, Q476 PECA 478 I478, P478, Q478 PECA 131 I131, P131, Q131 PECA 132 I132, P132, Q132 10 PECA 134 I134, P134, Q134 11 PECA 171 I171, P171, Q171 12 PECA 172 I172, P172, Q172 13 PECA 174 I174, P174, Q174 14 PECA 175 I175, P175, Q175 15 PECA 231 I231, P231, Q231 16 PECA 232 I232, P232, Q232 17 PECA 271 I271, P271, Q271 18 PECA 273 I273, P273, Q273 19 PECA 286 I286, P286, Q286 20 PECA 287 I287, P287, Q287 5.4 Thiết kế phần cứng trung tâm Điện áp 110kV Điện áp 220kV Giới thiệu chung Các thiết bị phần cứng trung tâm bao gồm máy tính chủ, có độ tin cậy sẵn sàng cao Thiết kế phần cứng trung tâm, số lượng máy tính chủ tính máy chủ phải đạt yêu cầu độ tin cậy yêu cầu tính mở tính dự phịng Phần cứng trung tâm bao gồm phần tử sau: - máy chủ SCADA - máy tính chủ lập trình bảo dưỡng 106 - máy tính chủ lưu trữ liệu khứ phục vụ cho đào tạo - máy tính chủ tiền xử lý (Front-End Systems) - Mạng LAN trung tâm, cấu hình kép, tốc độ cao phần tử liên quan cáp, dataswitch… - Router cáp đấu nối trung tâm điều độ lưới điện Hà Nội trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc - trạm thao tác điều độ cho kỹ sư điều độ - trạm thao tác dùng cho lập trình bảo dưỡng hệ thống - trạm thao tác phục vụ cho đào tạo - trạm thao tác phục vụ cho tổng đài - Các máy in phục vụ cho hệ thống: máy in kiện, máy in báo cáo - Hệ thống đồng thời gian - Các thiết bị ngoại vi hỗ trợ - Cổng truyền số RS232/485 19,2Kb nối lên Bus RS485 để truyền tin với thiết bị trường PECA Status collector để thu thập số liệu trường - Thiết bị trường PECA Status collector 1) Các máy chủ SCADA Để đảm bảo yêu cầu hệ thống, máy tính chủ phải có thơng số kỹ thuật sau: - Bộ vi xử lý trung tâm (CPU) 64 bit, 1GHz - GB nhớ RAM - 2*18 GB ổ cứng - Giao diện tốc độ cao với mạng LAN trung tâm - Thiết bị lưu trữ dự phòng (băng từ đĩa quang) Một thiết bị lưu trữ có dung lượng đủ lớn để lưu trữ tồn liệu hệ thống sở liệu - Giao diện chuẩn dành cho ổ cứng 107 - Hệ điều hành UNIX 2) Máy tính chủ lập trình, bảo dưỡng máy tính chủ phục vụ cho đào tạo - Bộ vi xử lý trung tâm (CPU) 64 bit, 1GHz - GB nhớ RAM - 2*18 GB ổ cứng - Giao diện tốc độ cao với mạng LAN trung tâm - Thiết bị lưu trữ dự phòng (băng từ đĩa quang) Một thiết bị lưu trữ có dung lượng đủ lớn để lưu trữ toàn liệu hệ thống sở liệu - Giao diện chuẩn dành cho ổ cứng ngồi - Hệ điều hành UNIX a Máy tính tiền xử lý (Front-End system) Hệ thống thiết bị đảm nhận nhiệm vụ giao tiếp thông tin với PECA đặt trạm để cung cấp liệu cho máy chủ dạng xử lý thô Các chức thiết bị tiền xử lý là: - Nhận thông tin từ PECA - Chuyển đổi thủ tục truyền tin - Phát lỗi yêu cầu truyền lại - Phát hư hỏng đường truyền PECA - Chuyển đổi liệu dạng thô sang dạng thích hợp Hệ thống máy tính tiền xử lý bao gồm modem, thiết bị giao diện khác b Các trạm thao tác Các trạm thao tác gồm trạm thao tác điều độ phục vụ cho kỹ sư điều hành, trạm phục vụ cho lập trình bảo dưỡng hệ thống, trạm thao tác phục vụ cho đào tạo, trạm phục vụ cho tổng đài Các trạm phải đảm bảo thông số tối thiểu sau: - Bộ vi xử lý trung tâm Intel Pentium tương đương 108 - 512MB nhớ RAM - 80GB ổ đĩa cứng - Ổ DVD đọc/ghi - hình tối thiểu 17 inches với độ phân giải 1280x1024 - Chuột, bàn phím thiết bị ngoại vi khác - Hệ điều hành Windows Trong số trạm này, trạm thao tác phục vụ cho đào tạo tách biệt mơi trường thời gian thực Đó mơ hình mơ trung tâm điều độ lưới điện Các kỹ sư người thực tập thực hành chức hệ thống SCADA cách an tồn mà khơng ảnh hưởng đến hoạt động lưới điện c Mạng LAN trung tâm Mạng LAN phải mạng tốc độ cao, 100Mb/s dùng thủ tục giao tiếp chuẩn hóa cơng nghiệp (Ethernet, FDDI, ATM…) mạng LAN có cấu hình kép có khả dự phòng cho hư hỏng khu vực mạng khơng làm suy giảm hoạt động tồn trung tâm Khi có cố mạng LAN hoạt động tựd dộng chuyển đổi sang mạng LAN thứ hai không làm gián đoạn công việc thực Cáp mạng LAN phải có khả chống nhiễu điện từ Quyền truy nhập mạng phải bảo vệ quy định trước mật Mạng LAN phải trang bị trọn với switch có cổng 100Mb/s dành cho việc đấu nối với thiết bị Đồng thời, phải trang bị router có cổng dành cho việc đấu nối với mạng WAN, cụ thể đấu nối với trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc d Thiết bị in ấn 109 Các thiết bị in ấn dùng để in báo cáo, in kiện HTĐ, kiện hệ thống máy tính, in hình … tất trạm thao tác (6 trạm) có khả truy nhập đến máy in Các máy in có: - Máy in kiện: dùng loại dot matrix, 120 kí tự/ giây, khổ giấy A4 Bộ kí tự theo mã ASCII chuẩn - Máy in báo cáo: Dùng máy in Laser, phân giải 600dot/inch, khổ giấy A3, A4, 17 trang/phút e Hệ thống đồng thời gian, tần số Hệ thống nhằm cung cấp thông tin sau cho trung tâm: - Thời gian chuẩn - Thời gian đồng - Độ chênh lệch thời gian - Tần số hệ thống - Độ chênh lệch tần số Thời gian cung cấp cho hệ thống máy tính trung tâm để làm thời gian chuẩn Thời gian chuẩn cần có độ xác 10-8, có đồng hồ dự phịng hốn chuyển tự động cho Đồng hồ chuẩn đồng từ hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) Trong trường hợp tạm thời tín hiệu thời gian từ GPS, hệ thống phải giữ thời gian với độ xác cao Khi tín hiệu có trở lại, hệ thống phải có khả đồng lại tất thiết bị liên quan đến 5.5 Phần mềm SCADA Thực tế, phần mềm SCADA có chức ứng dụng đa dạng, tùy thuộc vào hãng sản xuất cung cấp hàng Trong phạm vi đề tài phần mềm cần đảm nhiệm chức sau: 110 - Thu thập liệu - Giám sát - Điều khiển - Kiểm tra trạng thái - Phân tích liệu - Phân tích ghi trình tự kiện - Phân tích ghi trình tự cố, báo động - Liên động thao tác - Tính tốn - Ghi chuỗi kiện - Giám sát hệ thống điều khiển - Giao diện người máy, đồ họa - Lưu trữ khôi phục liệu khứ - Tạo báo cáo thường lệ đặc biệt - Bảo mật việc truy nhập điều khiển hệ thống Như hệ thống SCADA trung tâm điều độ phải tiến hành thực công việc sau đây: - Quét PECA trạm biến áp lấy số liệu thô - Chuyển số liệu thơ sang đơn vị thích hợp phục vụ cho hệ thống (thao tác thực máy tính tiền xử lý) - Tính tốn liệu cần thiết sở liệu đo - Kiểm tra giới hạn liệu cảnh báo - Kiểm tra lỗi thông tin, hư hỏng kênh truyền thiết bị trạm - Thực lệnh kỹ sư điều hành - Chuyển liệu vào sở liệu Để viết chương trình ứng dụng, người lập trình sử dụng nhiều ngôn ngữ khác C, C++, Visual Basic ngôn ngữ đầu 111 việc giúp cho người dùng thiết kế hệ thời gian thực Interrupt hay Event gọi qua Object đối thoại hình cổng truyền tin, thuận tiện cho việc xây dựng phần mềm interface cơng nghiệp Chính luận văn người thiết kế chọn ngôn ngữ lập trình Visual Basic để xây dựng nên phần mềm SCADA cho trạm 220kV Sóc Sơn Phần lưu đồ chương trình, thiết kế trang hình quy trình thao tác phần mềm mô hệ thống SCADA trạm trình bày cụ thể phần phụ lục luận văn Kết luận: Trong chương đề xuất giải pháp kỹ thuật để thiết kế cho hệ thống SCADA trạm biến áp 220kV Sóc Sơn Các giải pháp kỹ thuật góp phần hồn thiện hệ thống thông tin liên lạc phục vụ công tác vận hành Hệ thống SCADA khơng giúp ích cho việc vận hành lưới điện mà tham gia trực tiếp vào q trình trao đổi thơng tin hệ thống điện với cấp điều độ cấp phục vụ cho việc tự động hóa trạm biến áp ... trúc hệ thống SCADA hệ thống điện sau: 23 Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống SCADA hệ thống điện Phân cấp quản lý hệ thống SCADA hệ thống điện Việc giám sát, thu thập số liệu điều khiển cần thiết hệ thống. .. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP I Tổng quan hệ thống SCADA công nghiệp 1.1 Định nghĩa 1.1.2 Chức nhiệm vụ hệ thống SCADA 1.1.3 Cấu trúc hệ SCADA 1.1.4 Ứng dụng hệ thống SCADA II Cơ... việc thực chương luận văn 22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung hệ SCADA hệ thống điện Trong nhiều hệ thống điện có khu vực cần phải thực thao tác đóng mở