Nghiên cứu ứng dụng hệ thống SCADA cho giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kv Tiên Du E2731
MỤC LỤC
CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA
Các thông tin liên quan của một trạm điện có thể truy cập tại chỗ thông qua giao diện người máy – HMI (Human Machine Interface) cho mục đích điều khiển và giám sát tại chỗ. Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số liệu về sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường truyền số liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ. - Thực hiện các dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác.
CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG SCADA
- Tủ giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubicle), chủ yếu lắp đặt các bộ biến đổi trung gian (các transducer để biến đổi các giá trị điện áp, dòng từ các biến điện áp, biến dòng, bộ chỉ báo vị trí nấc phân áp về thành tín hiệu dòng có trị số phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật của đầu vào tín iệu tương tự) và các rơ le trung gian để lặp lại trạng thái thiết bị điện (cho mục đích giám sát), các rơ le trung gian để điều khiển các thiết bị điện. - Các modem V.24/V.28, V35 để kết nối các RTU hoặc các Hệ thống tự động hóa đến đường truyền viễn thông (có thể là đường truyền sử dụng hệ thống thông tin quang, hệ thống thông tin vi ba, hệ thống thông tin tải ba). RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận dữ liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động của các thiết bị hiện trường.
HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ SCADA .1. Giới thiệu
MODBUS đƣợc đặt ở lớp 7 trong mô hình OSI và hổ trợ truyền thông chủ/khách (chủ/tớ) giữa các PLC Giao thức MODBUS định nghĩa các phương pháp cho một PLC truy cập vào một PLC khác Giao thức này hổ trợ các giao thức khác nhƣ truyền thông bất đồng bộ chủ/tớ, Modicon MODBUS Plus, và Ethernet. Converter quang - Bộ chuyển đổi quang điện là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu điện sang tín hiệu quang và ngược lại, thường được ứng dụng trong các hệ thống cần truyền tải dữ liệu tốc độ cao, khoảng cách lớn và đòi hỏi khắt khe về sự ổn định của tính hiệu. Việc sử dụng không đúng theo khuyến cáo có thể hệ thống sẽ vẫn hoạt động đƣợc nhƣ độ ổn định không cao do bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Media Converter) có 2 thông số rất quan trọng là công suất phát và độ nhạy, nếu trong phạm vi ngắn mà bạn sử dụng Singlemode thì công suất phát vƣợt vùng độ nhạy dẫn tới tín hiệu không nhận đƣợc và ngƣợc lại đối với khi sử dụng Multimode.
ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA VÀO GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 110KV TIÊN DU
Giới thiệu hệ Web SCADA với IOT Vbox
– Phát triển trên nền tảng IoT đơn giản và có thể lập trình thông qua V-NET. – Quản lý thiết bị, giám sát điều khiển thông qua máy tính hoặc Smartphone (Android/iOS). – Giám sát từ xa PLC và tải chương trình từ xa, cở sở dữ liệu lớn.
– Hỗ trợ nhiều người dùng truy cập và điều khiển cùng lúc tại nhiều thiết bị khác nhau. – Hỗ trợ kết nối với hầu hết các thiết bị PLC của các thương hiệu trên thế giới. – Kết nối nhanh, lập trình trực quan, hệ thống kết nối từ xa qua giao thức HTTP / OPC/ MQTT.
Các thiết bị đo lường thông qua TU, TI và đồng hồ số sẽ được kết nối với Vbox thông qua kết nối RS485/RS422, tín hiệu dòng điện, điện áp sẽ gửi từ đồng hồ kỹ thuật số đến Vbox, từ đó gửi đến máy tính và icloud. Trạng thái của các thiết bị nhƣ máy cắt và dao cách ly, tiếp địa sẽ gửi đến đầu vào PLC từ đó gửi đến Vbox. Các tín hiệu điều khiển từ xa nhƣ đóng cắt thiết bị sẽ đƣợc gửi từ màn hình HMI, màn hình máy tính tới PLC, từ PLC qua các role đi đóng cắt thiết bị.
Tín hiệu từ máy tính ở trạm sẽ đƣợc truyền tới các trung tâm điều độ thông qua mạng internet.
Danh sác các biến
Với các thiết bị máy cắt sẽ sử dụng thêm biến Y tương ứng là biến điều khiển thiết bị đầu ra. Với các thiết bị máy cắt sẽ sử dụng thêm biến Y tương ứng là biến điều khiển thiết bị đầu ra. Các biến X (là biến nhận tín hiệu vào) thể hiện trạng thái của thiết bị ở trạng thái đóng hay cắt, nếu ở mức cao là đóng, ở mức thấp là cắt.
Với các thiết bị máy cắt sẽ sử dụng thêm biến Y tương ứng là biến điều khiển thiết bị đầu ra.
Xây dựng giao diện và thuật toán điều khiển sử dụng trên nền tảng V- NET
Muốn cắt điện máy cắt MC171 nhân viên vận hành sẽ điều khiển trên màn hình giao diện máy tính sẽ đóng tiếp điểm X0 chuyển từ 0 1. Tiếp điểm X1 là tiếp điểm thường đóng nên cho dòng điện chạy qua làm đóng tiếp điểm Y0 sẽ gửi tín hiệu đến cuộn cắt của máy cắt MC171. Với sơ đồ nhƣ hình trên: nếu nhân viên vận hành ra lệnh đóng điện cho máy cắt mà 1 trong 2 dao cách ly hoặc cả 2 cách ly mở thì mạch điều khiển logic không thông Y1 vẫn ở trạng thái 0.
Muốn cắt điện máy cắt MC172 nhân viên vận hành sẽ điều khiển trên màn hình giao diện máy tính sẽ đóng tiếp điểm X0 chuyển từ 0 1.Tiếp điểm X1 là tiếp điểm thường đóng nên cho dòng điện chạy qua làm đóng tiếp điểm Y0 sẽ gửi tín hiệu đến cuộn cắt của máy cắt MC171.
Mô hình thực nghiệm
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Với sơ đồ nhƣ hình trên: nếu nhân viên vận hành ra lệnh đóng điện cho máy cắt mà 1 trong 2 dao cách ly hoặc cả 2 cách ly mở thì mạch điều khiển logic không thông Y1 vẫn ở trạng thái 0. Nên không thể xẩy ra nhầm lẫn. Muốn cắt điện máy cắt MC172 nhân viên vận hành sẽ điều khiển trên màn hình giao diện máy tính sẽ đóng tiếp điểm X0 chuyển từ 0 1.Tiếp điểm X1 là tiếp điểm thường đóng nên cho dòng điện chạy qua làm đóng tiếp điểm Y0 sẽ gửi tín hiệu đến cuộn cắt của máy cắt MC171. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Mô hình nhằm kiểm chứng lý thuyết cũng nhƣ hoạt động của hệ thống SCADA trạm biến áp 110KV Tiên Du. - Modul truyền thông Wecon V-box H-WF. - Bộ điều khiển PLC. - Đồng hồ đo dòng áp xoay chiều, đồng hồ đo các thông số 1 chiều của Acquy. Trong module thực nghiệm của mô hình sử dụng đồng hồ Selec EM2M-1P-C-100A- CE để đo các thông số dòng điện, điện áp, công suất và điện năng. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. – Có password bảo vệ. b)Role trung gian;. Rơ le trung gian đƣợc lắp đặt tích hợp trong hầu hết các bảng mạch điện tử điều khiển nào. Thiết bị có vai trò là cầu nối tín hiệu giữa phần module điều khiển và các thiết bị đóng cắt mạch lực. Thiết bị đƣợc tích hợp trong các bảng mạch điều khiển điện tử dân dụng cũng nhƣ trong công nghiệp, với ƣu điểm thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt thay thế. c) Bộ điều khiển PLC. Để điều khiển trong mô hình sử dụng PLC FX3U: Board PLC Mitsubishi FX3U- 14MR-6AD-2DA thông số kỹ thuật:. Phát xung Không hỗ trợ. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Ngừ vào 0VDC-NPN. Khả năng bảo vệ Chống ăn mòn – chống ẩm – chống tĩnh điện. Hình 4.17 Module PLC trong mô hình thực nghiệm d) Đồng hồ đo các thông số 1 chiều của Acquy. Để đo các thông số của nguồn nuôi 1 chiều mô hình thực nghiệm sử dụng Mạch Đo Điện DC Đa Năng 200A Giao Tiếp RS485 Modbus PZEM-017. Mạch đo điện DC đa năng 200A giao tiếp RS485 Modbus PZEM-017 đƣợc sử dụng để đo và theo dừi gần nhƣ hoàn toàn các thông số về điện năng DC của hệ thống nhƣ điện áp hoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng lƣợng tiêu thụ, mạch sử dụng giao tiếp RS485 Modbus chuẩn công nghiệp dễ dàng kết nối truyền dữ liệu tới PLC, Vi điều kiển hoặc mỏy tớnh, thớch hợp cho cỏc ứng dụng theo dừi năng lƣợng, IoT,.
4.Vbox Station: Chỉ quan tâm khi Vbox là Slave 5.Device Station: Nhập ID Station mặc định của thiết bị kết nối với Vbox. Data format: Định dạng dữ liệu 9.Total degits : Hiệu chỉnh tỉ lệ giá trị 10.Min/Max: Thiết lập giá trị min/max. Tuy nhiên: Do hạn chế chế về kinh phí thử nghiệm nên mô hình thực nghiệm vẫn còn một số hạn chế nhƣ chƣa giám sát nhiệt độ máy biến áp.
Những nghiên cứu của luận văn là hoàn toàn phù hợp với chuyên ngành đào tạo kỹ thuật điện, đáp ứng đƣợc yêu cầu của đề tài. Luận văn đã phân tích sơ đồ, nguyên lý làm việc, giới thiệu các thiết bị trong trạm biến áp 110KV Tiên Du- Bắc Ninh. Luận văn đã xây dựng giao diện điều khiển, thuật toán điều khiển và giám sát các thông số cho trạm biến áp 110KV Tiên Du Bắc Ninh.
Để kiểm chứng những vấn đề đã trình bày, luận văn đã xây dựng mô hình thực nghiệm đo lường giám sát 1 vài thông số dòng điện, điện áp, công suất, tần số, cũng nhƣ điều khiển đóng cắt từ xa thiết bị.
