Tài liệu Do_an_scada_trong_he_thong_dien_6091

Đồ án Scada trong hệ thống điện Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Cưng 1 MỤC LỤC Trang Chương 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA...................................................5 1.1 Tổng quan chung về SCADA.........................................................................5 1.2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ:...................................6 1.3 Kết cấu của một hệ SCADA...........................................................................7 1.4 Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA: ....................................................10 1.5 Truyền tin trong hệ SCADA.........................................................................10 1.6 Những yêu cầu chung về một hệ SCADA ....................................................12 1.7 Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam ...........................13 1.8 Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA ...................................................13 1.9 Ứng dụng SCADA trên lưới điện .................................................................14 Chương 2: ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU ĐỘ HỆ ........................ 19 1. SCADA trạm và các chức năng của SCADA trạm ......................................19 2. Các kiến trúc của SCADA trạm .....................................................................20 3. Lợi ích của việc sử dụng SCADA trạm .......................................................21 Chương 3: TỔ CHỨC CỦA SCADA TRẠM..................................................... 23 1. Tổ chức của SCADA .....................................................................................23 2. Lựa chọn hệ điều hành ...................................................................................24 3. Triển khai xây dựng bộ phần mềm cho SCADA trạm ....................................26 Chương 4: TRẠM ĐIỆN VÀ SCADA TRẠM ................................................... 27 1. SCADA trong hệ thống điện lực .....................................................................27 2 Các loại hình SCADA trong hệ thống điện......................................................29 2 LỜI CẢM ƠN Sau hơn 8 tuần thực hiện, đến nay đồ án em đã hoàn thành. Việc thực hiện đồ án tuy gặp nhiều khó khăn do về kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu và kinh nghiệm thực tế tuy nhiên với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy cô và các bạn cùng lớp nên đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng tiến độ. Nhân đây, em xin chân thành cám ơn các thầy cô bộ môn kỹ thuật điện và đặc biệt là thầy Trần Trung Tín và cùng tất cả các bạn đã giúp em hoàn thành tốt đồ án này. Và một lần nửa xin cám ơn tất cả các thầy cô và các bạn giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Xin trân thành cám ơn. Cần Thơ ngày 24 tháng 10 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Cưng 3 LỜI MỞ ĐẦU Với su hướng công nghiệp hóa hiện đất nước thì ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất và công tác quản lí ngày càng được mở rộng và áp dụng ngày càng rộng rãi hơn. Và nghành kỹ thuật điện cũng thế các hệ thống quản lí bằng các phần mềm cũng được mở rộng. Scada là hệ thống quản lí thu nhập dữ liệu, giám sát và điều khiển từ xa hết sức hiện đại mà nước đang dần áp dụng vào hệ thông điện nước ta. Và ngay bây giờ tôi xin giới thiệu đến các bạn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng scada vào hệ thống điện ở Việt Nam chúng ta. Do hạn chế về kinh nghiệm thực tiễn, nguồn tài liệu hạn chế và kiến thức thực tế và thời gian nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy và các bạn thông cảm bỏ qua và góp ý thêm để đồ án được hoàn chỉnh hơn. Em xin trân thành cám ơn. 4 Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA 1.1 Tổng quan chung về SCADA a. Định nghĩa: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:  Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.  Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.  Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.  Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.  Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác. b. Chức năng và vai trò: Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện những dịch vụ sau:  Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự kiện thao tác, về báo động…).  Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập được.  Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ). 5  Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh. 1.2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ: Các hệ thống SCADA được dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy nước sạch, trạm xử lý nước sạch, hàng hải… Hệ thống SCADA của ngành điện Việt nam hiện nay được chia thành ba cấp: cấp quốc gia, cấp Bắc Trung Nam và cấp tỉnh. Khi hệ thống trở thành phức tạp hơn, có thể sẽ có cấp huyện. Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi và điều khiển các nhà máy phát điện, các đường dây/trạm 500kV và các đường dây/trạm 220kV lớn. Ba trung tâm điều độ miền theo dõi và điều khiển các đường dây/trạm 220kV và các đường dây/trạm 110kV lớn trong khu vực mình. Các trung tâm điều độ cấp tỉnh theo dõi và điều khiển hệ thống phân phối điện trong khu vực của mình. Các hệ thống SCADA dùng RTU ngày càng được thay thế bởi PLC, trong hệ SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền cũng đang ngày càng đi theo xu thế này. Việc xây dựng các hệ thống SCADA dùng PLC sẽ đem lại các lợi thế sau:  Kinh phí sẽ thấp hơn nhiều.  Các hệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khoá, nút ấn… Do đó chúng rất cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.Ngoài ra còn rất khó khăn trong việc lắp đặt, kiểm định, vận hành, giám sát, bảo dưỡng. Tuy nhiên công việc này sẽ rất đơn giản nếu chúng ta sử dụng hệ SCADA dùng PLC. 6  Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cận với công nghệ PLC hơn và do đó khả năngthiết kế, nâng cấp và làm chủ công nghệ dễ dàng hơn.  Mua thiết bị dễ dàng hơn.  Dễ bảo dưỡng và thay thế các thiết bị.  Đặc biệt với hệ SCADA thì việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê, phân tích hệ thống rất dễ dàng.  Các hệ thống SCADA sẽ trở nên đơn giản hơn và phổ biến hơn trong tương lai bởi lẽ các thiết bị trong lĩnh vực tự động hoá đang ngay càng phát triển mạnh. Hình 1.1 Cấu trúc hệ SCADA cơ bản 1.3 Kết cấu của một hệ SCADA Nói một cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC ở phòng điều khiển trung tâm, các RTU( remote terminal unit) hay PLC(programable logic controller) ở các trạm xa và thiết bị thông tin để kết nối hai phần trên với nhau. Kết cấu phần mềm của phần PC ở phòng điều khiển trung tâm được thể hiện trong bảng Hình 1. Chúng ta sẽ thấy các chức năng của các PC của hệ thống 7 SCADA tương tự như phần HMI của hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm, thu thập dữ liệu, quản lý các số liệu, quản lý báo động, báo cáo. Các hệ thống SCADA cũ chạy trên môi trường DOS, VMS hay UNIX. Các hệ thống mới hơn chạy trên nền của Windows, Linux. Hình 1.2 Kiến trúc phần mềm Client/Server của hệ SCADA a. SCADA Server SCADA Sever chính là máy Server của hệ thống SCADA ở trung tâm được nối với các RTU hay PLC. Trong cấu trúc phần mềm máy chủ Server đó có chức năng thu thập, chia sẻ dữ liệu với các máy Client thông qua mang Ethernet và gửi 8 mệnh lệnh từ các Client trực tiếp đến các bộ điều khiển.Vì vậy trên các máy Server thường được dùng để cài đặt các phần mềm phát triển (development), thiết lập cấu hình truyền thông để kết nối với thiết bị hiện trường. b. SCADA Client SCADA Client gồm các máy tính công nghiệp được nối với máy Server bằng mạng Ethernet. Các máy tính này sẽ được cài các phần mềm giao diện người máy (Human Machine Interface) kết nối với dữ liệu của máy Server để hiển thị hoặc điều khiển. Tức là các máy Client nay sẽ thu thập các trạng thái và điều khiển các bộ controller gián tiếp thông qua máy Server. Mối quan hệ giữa các Client và Server do các kỹ sư lập trình thiết lập, tuỳ thuộc vào phần mềm công nghiệp được sử dụng trong hệ SCADA. c. PLC- RTU RTU được định nghĩa là một thiết bị được điều khiển bằng bộ vi xử lý, có khả năng xử lý các đầu vào ra theo thời gian thực, thu thập số liệu và báo động, báo cáo về SCADA Server, và thi hành các lệnh của SCADA Server. Theo truyền thống, hệ thống SCADA thường sử dụng các thiết bị RTU. Nhưng ngày nay, với sự phát triển của PLC, các nhà tích hợp hệ thống thích dùng PLC thay vì RTU cho việc thiết kế cho nhiều hệ thống SCADA. 9 Các RTU và các PLC được nối với các I/O tại các trạm. Các đầu vào, qua RTU hay PLC cho các thiết bị SCADA ở phòng điều khiển trung tâm biết trạng thái của hệ thống tại hiện trường.Thiết bị SCADA có thể điều khiển bằng cách thao tác đầu ra, cũng như qua các RTU hayPLC. Như vậy, RTU và PLC là thiết bị được trực tiếp nối với I/O và trung tâm điều khiển tín hiệu. 1.4 Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA: a. Phần cứng Tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm khác nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những phần sau:  Máy tính PC với các dịch vụ truyền thông chuẩn và các chương trình giao diện đồ hoạ được thiết kế sẵn.  Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic Controller).  Các transmitter/RTU số thông minh.  Card mạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thập và điều khiển. b. Phần mềm Phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngoài ra, phần mềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, để có thể chuuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê, dạng biểu đồ hay dạng đồ thị. 1.5 Truyền tin trong hệ SCADA a. Các dạng truyền tin trong hệ SCADA Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống. Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn 10