viet.nk
23-04-2013, 09:34 AM
SCADA là gì?
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Scada_std_anim_no_lang.gif
SCADA là một công nghệ rất mới, có ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tự động hóa điều chỉnh vận hành các hệ thống, nâng cao chất lượng hệ thống, và đương nhiên cũng phải có ứng dụng vào hệ thống điện Thông tin trong hệ thống điện: Ngành điện thừa hưởng mọi thành quả trong công nghệ truyền thông và công nghệ thông tin trong việc vận hành điều khiển các đường dây truyền tải, các nhà máy điện. Cùng với sự mở rộng của hệ thống truyền tải, và nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Các chức năng quan trọng của hệ thống truyền thông tin trong hệ thống điện có thể kể đến như: - Thu thập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ - Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau - Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển - Chỉnh định thông số của hệ thống rơ le bảo vệ - Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống - Điều khiển các thiết bị, thường là thiết bị FACTS(Flexible AC transmission systems)
Thông tin trong hệ thống điện có thể đưọc truyền đi bằng cách sử dụng các mạng thông tin sau: - Mạng điện thoại cố định(Mạng điện thoại cố định có rất lâu trước mạng Internet và người ta đã sử dụng để liên lạc trong hệ thống điện, không tuân theo các chuẩn của Internet hiện nay) - Mạng điện thoại không dây - Mạng máy tính, bao gồm các hệ thống mạng LAN, WAN, Internet Ngoài ba hệ thống thông tin trên, hệ thống truyền thông sử dụng vệ tinh cũng được ứng dụng trong hệ thống điện(chưa phải ở VN). Ứng dụng điển hình nhất của hệ thống thông tin vệ tinh là điều khiển đồng bộ góc pha của các máy phát(synchroniezed phasor measurement) và rơ le so lệch. Sự phân cấp các chức năng điều khiển và giám sát trong hệ thống điện
SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition)- hiểu một cách nôm na là hệ thống điều khiển và thu thập số liệu. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau
Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, có thể được chia thành ba cấp:
- Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất trong HTĐ là các rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên. Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năngthu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server. Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IEDkhác trong hệ thống.
- Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI(Human Machine Interface)
- Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống.
----------------------------------
SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa.
Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA, mặc dù những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.
Các thành phần của hệ thống
Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản sau (hình 1):
Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server).
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…).
Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ
Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lí dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/SCADA_schematic_overview-s.png (http://vi.wikipedia.org/wiki/Tập_tin:SCADA_schematic_overview-s.png)
Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.
Xử lí dữ liệu
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (anlog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse).
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị.
Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau: • Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường. • Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…).
Xu hướng phát triển của SCADA
Xu hướng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng trở nên “mix and match” (tạm dịch là lựa chọn và kết nối khác nhau nhưng đều hộ trợ cho nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất).
Vào những giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị vào/ra (I/O) thu thập dữ liệu cũ, nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết nối phù hợp với khoảng cách truyền dẫn như RS-485, tuy nhiên điều này lại hạn chế việc lựa chọn thiết bị khi yêu cấu thay đổi.
Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng dịch chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và DNP 3.0 đã ngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các nhà cung cấp giải pháp cho các hệ SCADA.
Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã đồng loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP.
Hiện nay, các hệ SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công nghệ chuẩn truyền thông. Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay thế các chuẩn cũ hơn.
Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và thông tin phần mêm Wonderware và công ty tự động hóa Rockwell thế hệ tiếp theo có thể là chuẩn OPC-UA, do có nhiêu ưu điểm từ việc hỗ trợ của công nghệ thông tin do sử dụng ngôn ngữ XML (Extensible Markup Language), các dịch vụ web và các công nghệ web hiện đại khác.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Scada_std_anim_no_lang.gif
SCADA là một công nghệ rất mới, có ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tự động hóa điều chỉnh vận hành các hệ thống, nâng cao chất lượng hệ thống, và đương nhiên cũng phải có ứng dụng vào hệ thống điện Thông tin trong hệ thống điện: Ngành điện thừa hưởng mọi thành quả trong công nghệ truyền thông và công nghệ thông tin trong việc vận hành điều khiển các đường dây truyền tải, các nhà máy điện. Cùng với sự mở rộng của hệ thống truyền tải, và nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Các chức năng quan trọng của hệ thống truyền thông tin trong hệ thống điện có thể kể đến như: - Thu thập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ - Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau - Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển - Chỉnh định thông số của hệ thống rơ le bảo vệ - Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống - Điều khiển các thiết bị, thường là thiết bị FACTS(Flexible AC transmission systems)
Thông tin trong hệ thống điện có thể đưọc truyền đi bằng cách sử dụng các mạng thông tin sau: - Mạng điện thoại cố định(Mạng điện thoại cố định có rất lâu trước mạng Internet và người ta đã sử dụng để liên lạc trong hệ thống điện, không tuân theo các chuẩn của Internet hiện nay) - Mạng điện thoại không dây - Mạng máy tính, bao gồm các hệ thống mạng LAN, WAN, Internet Ngoài ba hệ thống thông tin trên, hệ thống truyền thông sử dụng vệ tinh cũng được ứng dụng trong hệ thống điện(chưa phải ở VN). Ứng dụng điển hình nhất của hệ thống thông tin vệ tinh là điều khiển đồng bộ góc pha của các máy phát(synchroniezed phasor measurement) và rơ le so lệch. Sự phân cấp các chức năng điều khiển và giám sát trong hệ thống điện
SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition)- hiểu một cách nôm na là hệ thống điều khiển và thu thập số liệu. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau
Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, có thể được chia thành ba cấp:
- Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất trong HTĐ là các rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên. Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năngthu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server. Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IEDkhác trong hệ thống.
- Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI(Human Machine Interface)
- Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống.
----------------------------------
SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa.
Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA, mặc dù những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.
Các thành phần của hệ thống
Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản sau (hình 1):
Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server).
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…).
Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ
Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lí dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/SCADA_schematic_overview-s.png (http://vi.wikipedia.org/wiki/Tập_tin:SCADA_schematic_overview-s.png)
Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.
Xử lí dữ liệu
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (anlog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse).
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị.
Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau: • Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường. • Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…).
Xu hướng phát triển của SCADA
Xu hướng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng trở nên “mix and match” (tạm dịch là lựa chọn và kết nối khác nhau nhưng đều hộ trợ cho nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất).
Vào những giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị vào/ra (I/O) thu thập dữ liệu cũ, nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết nối phù hợp với khoảng cách truyền dẫn như RS-485, tuy nhiên điều này lại hạn chế việc lựa chọn thiết bị khi yêu cấu thay đổi.
Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng dịch chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và DNP 3.0 đã ngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các nhà cung cấp giải pháp cho các hệ SCADA.
Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã đồng loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP.
Hiện nay, các hệ SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công nghệ chuẩn truyền thông. Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay thế các chuẩn cũ hơn.
Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và thông tin phần mêm Wonderware và công ty tự động hóa Rockwell thế hệ tiếp theo có thể là chuẩn OPC-UA, do có nhiêu ưu điểm từ việc hỗ trợ của công nghệ thông tin do sử dụng ngôn ngữ XML (Extensible Markup Language), các dịch vụ web và các công nghệ web hiện đại khác.