SCADA trong hệ thống điện

Xin trình bày một chút về chuẩn truyền tin trong hệ thống SCADA.
Những ai đã tiếp xúc với các rơ le bảo vệ trong các trạm điện đều biết rõ rằng một rơ le 7SJxxx hay 7UTyy của Siemens chỉ có thể được đọc và đặt thông số nhờ chương trình DIGSI của hãng Siemens, Rơ le MiComp của Alstom thì phải dùng phần mềm của Alstom. Và rơ le SEL cũng vậy. Trong phạm vi một trạm điện với thiết bị của cùng một nhà cung cấp, điều này không gây ra vấn đề gì cho việc đọc thông tin từ thiết bị máy chủ của trạm, đã được trang bị phần mềm tương thích. Nhưng đối với một hệ thống lớn, liên kết nhiều trạm điện với nhiều chủng loại thiết bị khác nhau, sẽ không thể thực hiện được chức năng thu thập số liệu và điều khiển nếu mỗi thiết bị nói một ngôn ngữ riêng của mình.
Cùng với xu hướng hợp nhất các hệ thống điện, thì nhu cầu có một chuẩn chung cho việc giao tiếp, trao đổi thông tin giữa trung tâm điều khiển và các trạm, hay giữa các thiết bị trong hệ thống nói chung cũng được đặt ra. Để giải quyết nhu cầu trên, EPRI đã tiến hành một dự án vào đầu những năm 90 để xây dựng một tiêu chuẩn chung như vậy. Dự án đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị tham gia : GE, Siemens, ABB...... Chuẩn được xây dựng có tên UCA - Utility Communication Architecture, ta hiểu đó là một kiến trúc giao tiếp(chữ Utility thì tôi chịu không hiểu tiếng Việt dịch là gì ).
Mục đích lâu dài của UCA là xây dựng một kiến trúc thông tin thoả mãn các yêu cầu: Không phụ thuộc nhà cấp hàng, có khả năng mở rộng, cho phép truy xuất tốt trong thời gian thực. Với chữ Architecture trong tên gọi, có thể hiểu UCA không hẳn là một chuẩn, mà đúng hơn là một tập hợp các chuẩn, quy định mà nhà sản xuất thiết bị SCADA phải tuân thủ (UCA compliant device)
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

UCA được xây dựng để tạo một tiếng nói chung nhưng vẫn không can thiệp quá nhiều vào các chuẩn truyền tin sẵn có. Mô hình truyền tin 7 lớp của OSI(dùng trong TCP/IP, Novell, DNP) vẫn được UCA sử dụng. Nơi mà UCA can thiệp chỉ là lớp trên cùng của kiến trúc OSI - Application Layer. Tại lớp này, các nhà sản xuất cần tuân theo các chuẩn sau của UCA:
- MMS(Manufacturing Message Specification), là ngôn ngữ trao đổi ở cấp application layer giữa các thiết bị nhằm thực hiện các chức năng điều khiển và đọc số liệu
- CASM (Common Application Service Model) là phương thức trao đổi thông tin. Nó quy định các bước mà các thiết bị trong hệ thống phải tuân theo để có thể trao đổi với nhau. Hiểu nôm na, đó là trình tự các message MMS được trao đổi phải tuân theo CASM. Các dịch vụ CASM có thể kể đến gồm có các nhóm sau: Truy xuất đối tượng(nhận dạng đối tưọng và đọc số liệu), điều khiển, tạo đối tượng, tạo report, kiểm tra bảo mật.
- GOMSFE(Generic Object Model for Subsation and Feeder Equipment), là cách thức mô tả một đối tượng bất kỳ trong mạng thông tin, bao gồm loại đối tượng, các thông tin của đối tưọng.
Có lẽ cần nói kỹ một chút về GOMSFE. Đây là một tiêu chuẩn mô tả các đối tượng trong hệ thống điện. Trường thông tin mà đối tượng nào cũng phải có là loại đối tưọng (RTU, máy biến áp, Rơ le. tụ bù, .....), tuỳ vào loại đối tượng mà ta có các trường thông tin khác như dòng, áp trên từng pha, tần số .. . Trong tên gọi của thiết bị có chứa thông tin về Domain-vị trí của thiết bị trong hệ thống. Vì vậy các thiết bị giống nhau trong hệ thống vẫn có tên gọi khác nhau. Khả năng phát triển thêm các thiết bị mới là dễ dàng và không gây ra xung đột.
ICCP(Inter Control Center Communications Protocol) là một chuẩn trao đổi thông tin ở lớp application, giống MMS. Tuy nhiên, ICCP phục vụ cho việc trao đổi thông tin giữa các trung tâm điều khiển, chứ không hướng vào các đối tượng như MMS. Vì vậy phương thức trao đổi thông tin trong ICCP không tuân theo CASM, cũng như GOMSFE. Việc sử dụng ICCP có ý nghĩa tương thích về phần mềm hơn là phần cứng thiết bị - các phần mềm của EMS cần tuân theo chuẩn ICCP để có thể trao đổi được số liệu với nhau.
Một câu hỏi đặt ra là tại sao một phương được sử dụng rất rộng rãi và thành công như TCP/IP lại không được tận dụng, mà các nhà SX điện và thiết bị điện lại phải đẻ ra cái UCA. Câu trả lời nằm ở yêu cầu trao đổi số liệu và điều khiển trong thời gian thực: TCP/IP có thể gây ra trễ thời gian lớn do phương thức truyền các bản tin mà nó sử dụng. UCA được xây dựng cho một ứng dụng đặc thù như vậy, chắc chắn là tốt hơn.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

UCA được xây dựng để tạo một tiếng nói chung nhưng vẫn không can thiệp quá nhiều vào các chuẩn truyền tin sẵn có. Mô hình truyền tin 7 lớp của OSI(dùng trong TCP/IP, Novell, DNP) vẫn được UCA sử dụng. Nơi mà UCA can thiệp chỉ là lớp trên cùng của kiến trúc OSI - Application Layer. Tại lớp này, các nhà sản xuất cần tuân theo các chuẩn sau của UCA:
- MMS(Manufacturing Message Specification), là ngôn ngữ trao đổi ở cấp application layer giữa các thiết bị nhằm thực hiện các chức năng điều khiển và đọc số liệu
- CASM (Common Application Service Model) là phương thức trao đổi thông tin. Nó quy định các bước mà các thiết bị trong hệ thống phải tuân theo để có thể trao đổi với nhau. Hiểu nôm na, đó là trình tự các message MMS được trao đổi phải tuân theo CASM. Các dịch vụ CASM có thể kể đến gồm có các nhóm sau: Truy xuất đối tượng(nhận dạng đối tưọng và đọc số liệu), điều khiển, tạo đối tượng, tạo report, kiểm tra bảo mật.
- GOMSFE(Generic Object Model for Subsation and Feeder Equipment), là cách thức mô tả một đối tượng bất kỳ trong mạng thông tin, bao gồm loại đối tượng, các thông tin của đối tưọng.
Có lẽ cần nói kỹ một chút về GOMSFE. Đây là một tiêu chuẩn mô tả các đối tượng trong hệ thống điện. Trường thông tin mà đối tượng nào cũng phải có là loại đối tưọng (RTU, máy biến áp, Rơ le. tụ bù, .....), tuỳ vào loại đối tượng mà ta có các trường thông tin khác như dòng, áp trên từng pha, tần số .. . Trong tên gọi của thiết bị có chứa thông tin về Domain-vị trí của thiết bị trong hệ thống. Vì vậy các thiết bị giống nhau trong hệ thống vẫn có tên gọi khác nhau. Khả năng phát triển thêm các thiết bị mới là dễ dàng và không gây ra xung đột.
ICCP(Inter Control Center Communications Protocol) là một chuẩn trao đổi thông tin ở lớp application, giống MMS. Tuy nhiên, ICCP phục vụ cho việc trao đổi thông tin giữa các trung tâm điều khiển, chứ không hướng vào các đối tượng như MMS. Vì vậy phương thức trao đổi thông tin trong ICCP không tuân theo CASM, cũng như GOMSFE. Việc sử dụng ICCP có ý nghĩa tương thích về phần mềm hơn là phần cứng thiết bị - các phần mềm của EMS cần tuân theo chuẩn ICCP để có thể trao đổi được số liệu với nhau.
Một câu hỏi đặt ra là tại sao một phương được sử dụng rất rộng rãi và thành công như TCP/IP lại không được tận dụng, mà các nhà SX điện và thiết bị điện lại phải đẻ ra cái UCA. Câu trả lời nằm ở yêu cầu trao đổi số liệu và điều khiển trong thời gian thực: TCP/IP có thể gây ra trễ thời gian lớn do phương thức truyền các bản tin mà nó sử dụng. UCA được xây dựng cho một ứng dụng đặc thù như vậy, chắc chắn là tốt hơn.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

kehanhhuong.
Mình biết bạn rồi. Bây giờ lại chuyển sang nghiên cứu cái Sờ ca đa này à
Stop worrying & Start living

kehanhhuong.
Mình biết bạn rồi. Bây giờ lại chuyển sang nghiên cứu cái Sờ ca đa này à
Stop worrying & Start living

Tôi xin được mượn box này để mong nhận được giúp đỡ về một dự án ?omini scada? mà tôi đang tham dự.
Mục đích ban đầu của dự án là thiết lập một hệ thống scada nhỏ để thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa một số lượng máy cắt trên hệ thống phân phối của một điện lực địa phương. Gọi là ?omini scada? vì yêu cầu điều khiển khá đơn giản, số lượng thiết bị kết nối không nhiều (ban đầu chỉ khoảng 10 thiết bị đầu cuối, tuy nhiên sau này có thể mở rộng nếu thành công).
Tôi còn mù mờ về scada và chưa từng thấy phòng điều khiển của một hệ thống scada cụ thể nào. Theo những gì tôi hiểu là scada cơ bản là một hệ thống gồm các đối tượng điều khiển là các IED, RTU cho từng IED, các RTU liên lạc với trung tâm qua một môi trường truyền thông nào đó (cáp điện thoại, liên lạc vô tuyến, ...) bằng một giao thức truyền thông (protocol) chung. Trung tâm điều khiển sẽ là một số máy tính với các phần mềm để tiếp nhận, xử lý các thông tin nhận được và cung cấp một giao diện đồ họa (vd một sơ đồ single line của hệ thống điện) cho người điều hành hệ thống.
Các tủ điều khiển của máy cắt (là đối tượng sẽ được điều khiển) đã tích hợp sẵn RTU với giao thức DNP 3.0. Giao diện truyền thông có sẵn trên thiết bị là RS232 và V23 FSK (cho tín hiệu vô tuyến). Như vậy những gì chúng tôi cần phải làm là:
1. Chọn một hệ thống thông tin (mạng điện thoại hữu tuyến hay radio).
2. Thiết lập trạm điều khiển trung tâm: Bao gồm các PC?Ts, modems,.. và lập một chương trình (software) để tiếp nhận và xử lý tín hiệu nhận được qua modems.
Dĩ nhiên việc này nếu giao cho các công ty như ABB, Siemens thì chẳng còn gì để bàn. Tuy nhiên đây là dự án của bộ môn hệ thống điện trường ĐHBK tp HCM, kinh phí thực hiện khá hạn hẹp, và mục đích của dự án là tạo một hệ thống phù hợp với hoàn cảnh địa phương... cho nên mọi việc phải cố gắng tự thực hiện trong khả năng có thể.
Tôi đang chưa biết phải bắt đầu từ đâu? lập một trung tâm điều khiển như thế có quá khó không? Và nếu làm được thì cụ thể sẽ cần những gì? để lập trình thì dùng ngôn ngữ gì? Tôi còn nghe nói nếu dùng protocol DNP 3.0 thì phải liên lạc với DNP để download phần mềm gì đó có đúng không?
Tôi rất mong nhận được mọi lời khuyên của các bạn.

Tôi xin được mượn box này để mong nhận được giúp đỡ về một dự án ?omini scada? mà tôi đang tham dự.
Mục đích ban đầu của dự án là thiết lập một hệ thống scada nhỏ để thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa một số lượng máy cắt trên hệ thống phân phối của một điện lực địa phương. Gọi là ?omini scada? vì yêu cầu điều khiển khá đơn giản, số lượng thiết bị kết nối không nhiều (ban đầu chỉ khoảng 10 thiết bị đầu cuối, tuy nhiên sau này có thể mở rộng nếu thành công).
Tôi còn mù mờ về scada và chưa từng thấy phòng điều khiển của một hệ thống scada cụ thể nào. Theo những gì tôi hiểu là scada cơ bản là một hệ thống gồm các đối tượng điều khiển là các IED, RTU cho từng IED, các RTU liên lạc với trung tâm qua một môi trường truyền thông nào đó (cáp điện thoại, liên lạc vô tuyến, ...) bằng một giao thức truyền thông (protocol) chung. Trung tâm điều khiển sẽ là một số máy tính với các phần mềm để tiếp nhận, xử lý các thông tin nhận được và cung cấp một giao diện đồ họa (vd một sơ đồ single line của hệ thống điện) cho người điều hành hệ thống.
Các tủ điều khiển của máy cắt (là đối tượng sẽ được điều khiển) đã tích hợp sẵn RTU với giao thức DNP 3.0. Giao diện truyền thông có sẵn trên thiết bị là RS232 và V23 FSK (cho tín hiệu vô tuyến). Như vậy những gì chúng tôi cần phải làm là:
1. Chọn một hệ thống thông tin (mạng điện thoại hữu tuyến hay radio).
2. Thiết lập trạm điều khiển trung tâm: Bao gồm các PC?Ts, modems,.. và lập một chương trình (software) để tiếp nhận và xử lý tín hiệu nhận được qua modems.
Dĩ nhiên việc này nếu giao cho các công ty như ABB, Siemens thì chẳng còn gì để bàn. Tuy nhiên đây là dự án của bộ môn hệ thống điện trường ĐHBK tp HCM, kinh phí thực hiện khá hạn hẹp, và mục đích của dự án là tạo một hệ thống phù hợp với hoàn cảnh địa phương... cho nên mọi việc phải cố gắng tự thực hiện trong khả năng có thể.
Tôi đang chưa biết phải bắt đầu từ đâu? lập một trung tâm điều khiển như thế có quá khó không? Và nếu làm được thì cụ thể sẽ cần những gì? để lập trình thì dùng ngôn ngữ gì? Tôi còn nghe nói nếu dùng protocol DNP 3.0 thì phải liên lạc với DNP để download phần mềm gì đó có đúng không?
Tôi rất mong nhận được mọi lời khuyên của các bạn.

Để thông tin có thể truyền về RTU cần phải qua một media như mang Lan hay modem dial-up nhưng để trung tâm hiểu được những gì truyền về thì trung tâm và RTU phải có cùng một tiếng nói gọi là protocol. Ở đây RTU có khả năng truyền tải DNP3, một protocol mới có khả năng liên kết mạnh, cái bạn cần là phải biết khả năng tiếp nhận ở trung tâm. Nếu trung tâm được xây dựng trên phần mềm có khả năng hiểu được DNP thì bạn không cần gì cả nhưng nếu DNP không phải là native interface nó thì bạn cần một giao thức chuyển tiếp. Ví dụ trung tâm chỉ có khả năng tiếp nhận trên protocol "A" thì bạn cần liên lạc xem DNP có DNP_A interface để chuyển đổi hay không. Ở đây có 2 việc chọn lựa hoặc là thiết lập trung tâm trước rồi viết phần mềm chuyển đổi hoặc tìm hiểu DNP clients trước rồi thiết lập trung tâm.
Nếu như ABB và Siemen sử dụng proprietary system rất linh hoạt và tốn kém thì những hệ thống khác ít tốn kém hơn cho những hệ thống mới như của GE hoặc Alstom dựa trên phầm mềm Visual Studio. Tuần rồi Alstom có cho tôi xem hệ thống của họ khá đơn giản nhưng có khả năng tiếp nối đến 50 ngàn tính hiệu, nhưng thì họ chưa gửi sang nên tôi cũng chỉ biết có bấy nhiêu.
Theo tôi được biết thì hệ thống HMI/SCADA rẻ tiền nhất từng được đưa ra sử dụng Microsoft Access cho hệ thống database và sử dụng Microsoft applications để thiết lập giao diện. Tôi cũng muốn thử nhưng chưa có đều kiện và thời gian. Nếu như các bạn không có nhiều kinh phí và hệ thống cũng tương đối nhỏ thì có thể tìm hiểu về nó xem sao.
====================

Để thông tin có thể truyền về RTU cần phải qua một media như mang Lan hay modem dial-up nhưng để trung tâm hiểu được những gì truyền về thì trung tâm và RTU phải có cùng một tiếng nói gọi là protocol. Ở đây RTU có khả năng truyền tải DNP3, một protocol mới có khả năng liên kết mạnh, cái bạn cần là phải biết khả năng tiếp nhận ở trung tâm. Nếu trung tâm được xây dựng trên phần mềm có khả năng hiểu được DNP thì bạn không cần gì cả nhưng nếu DNP không phải là native interface nó thì bạn cần một giao thức chuyển tiếp. Ví dụ trung tâm chỉ có khả năng tiếp nhận trên protocol "A" thì bạn cần liên lạc xem DNP có DNP_A interface để chuyển đổi hay không. Ở đây có 2 việc chọn lựa hoặc là thiết lập trung tâm trước rồi viết phần mềm chuyển đổi hoặc tìm hiểu DNP clients trước rồi thiết lập trung tâm.
Nếu như ABB và Siemen sử dụng proprietary system rất linh hoạt và tốn kém thì những hệ thống khác ít tốn kém hơn cho những hệ thống mới như của GE hoặc Alstom dựa trên phầm mềm Visual Studio. Tuần rồi Alstom có cho tôi xem hệ thống của họ khá đơn giản nhưng có khả năng tiếp nối đến 50 ngàn tính hiệu, nhưng thì họ chưa gửi sang nên tôi cũng chỉ biết có bấy nhiêu.
Theo tôi được biết thì hệ thống HMI/SCADA rẻ tiền nhất từng được đưa ra sử dụng Microsoft Access cho hệ thống database và sử dụng Microsoft applications để thiết lập giao diện. Tôi cũng muốn thử nhưng chưa có đều kiện và thời gian. Nếu như các bạn không có nhiều kinh phí và hệ thống cũng tương đối nhỏ thì có thể tìm hiểu về nó xem sao.
====================

Theo như ý của là bạn muốn viết phần mềm SCADA riêng cho dự án của mình. Nếu như vậy điều đầu tiên cần phải giải quyết là vấn đề giao tiếp.
Trước hết là xét đến khả năng giao tiếp với từng thiết bị đơn lẻ. Cổng RS232 hay chuẩn DNP cũng chỉ là những cơ sở ban đầu, bạn cần phải tìm hiểu trong tài liệu kỹ thuật của thiết bị điều khiển máy cắt để có thể viết được chương trình điều khiển và đọc số liệu.
Sau khi đã giải quyết được giao tiếp với thiết bị đơn lẻ, vấn đề tiếp theo sẽ là xây dựng phương thức để có thể làm việc với nhiều thiết bị. Trong một hệ thống của ALSTOM mà mình được xem, họ dùng một thiết bị đầu cuối có tên là KITZ gì đó (hiện giò mình không có điều kiện xem lại), nối đến tất cả các cổng RS232 của các rơ le. Máy tính sẽ làm việc thông qua thiết bị trung gian này. Trong các hệ thống IP-based, việc giao tiếp sẽ trở nên đơn giản hơn: Các thiết bị sẽ được đấu chung vào mạng LAN, và mỗi thiết bị được gán một địa chỉ IP riêng.
DNP, TCP/IP ... đều cho phép các thiết bị làm việc sử dụng chung một mạng thông tin. Vì vậy, theo mình cái khó nhất vẫn là viết được chương trình giao tiếp với từng thiết bị. Từ trước đến nay, các hãng Siemens và Alstom vẫn không công bố các phương thức giao tiếp của họ, vì vậy người sử dụng vẫn phải sử dụng chương trình điều khiển của hãng,. Một hãng khác là SEL có giao diện mở hơn, cho phép người sử dụng có thể đọc được thiết bị của họ bằng chương trình Remote Terminal của Windows. Mình đã được thấy chương trình giao tiếp và điều khiển rơ le SEL viết bằng macro trong Excel.
Ngoài vấn đề về giao tiếp, mình cũng thắc mắc về cách xây dựng hệ thống SCADA của bạn. Theo như bài viết của bạn thì bạn định dùng phần mềm để điều khiển các máy cắt? Tốc độ của hệ thống SCADA có thể sẽ là không đủ để đáp ứng các chức năng bảo vệ. Bạn có tính đến các rơ le bảo vệ trong hệ thống của bạn không? Nếu bạn dùng rơ le bảo vệ, thì vấn đề sẽ là giao tiếp với các rơ le này chứ không phải các máy cắt. Tất nhiên, nếu điều kiện cho phép, bạn vẫn có thể thực hiện việc giao tiếp vượt cấp đến thẳng các máy cắt, như một dự phòng cho hệ thống theo dõi và điều khiển qua các rơ le.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng