SCADA trong hệ thống điện

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

KHH, tôi nghĩ bạn Su nói về thiết kế HMI/SCADA hơn là về system protection. Ở đây là 2 sự khác biệt, system protection hoạt động chủ yếu dựa vào khả năng của từng relay đơn lẻ bên dưới những mô hình khác nhau để phản ứng cục bộ và tự đông hoá. Nếu như solid-state microprocessor có tốc độ phản ứng nhanh thì khả năng sai sót cũng không phải không có vì vậy nó thường được làm primary relay để khống chế cục bộ. Trong khi đó relay cơ học tốc độ chậm hơn nhưng tính an toàn lại cao hơn cũng như cho phép con người can thiệp dễ dàng hơn. Tốc độ nhanh hay chậm ở đây thường không phụ thuộc vào mạng mà phụ thuộc vào "tiền", hễ thiết bị phản ứng càng cao thì càng mắc. Các thiết bị này vốn đón nhận tính hiệu ngay tại đường truyền tải và khi con người can thiệp cũng thường ngay tại substation hoặc HMI gần nhất. Trường hợp trung tâm điều hành can thiệp thường tốc độ không còn là vấn đề quan trọng hàng đầu nửa vì chắc chắn nó còn phụ thuộc vào "suy nghĩ" của con người và điều này vốn là không có thời hạn thống nhất.
Vấn đề giao tiếp với thiết bị theo bạn Su thì cũng đã được cung cấp bởi nhà cung cấp thiết bị và nó sẵn sàng truyền tải theo DNP hoặc một số protocol tương thích. Hệ thống SCADA bắt đầu từ đây, nơi mà RTU nhận được tính hiệu của thiết bị đơn lẽ để chuẩn bị truyền tải về trung tâm hoặc trung tâm chuyển tiếp. Ý nghĩa của SCADA là chỗ nó cho phép người điều khiển nhận biết mọi hoạt động đã và đang xảy ra trên toàn bộ hệ thống mà nó quản lý chứ không cục bộ theo từng thiết bị. Thời gian delay ở đây chậm hay nhanh tùy thuộc vào hệ thống mạng và không phân biệt là thiết bị mà nó quan sát là máy cắt hay máy biến thế....Trên thực tế không hề có hệ thống nào là real-time mà chỉ có near-real-time vì lý do đó để đạt được khả năng có thể chấp nhận tạm gọi là real-time những protocol chuyên dụng đã ra đời. TCP/IP là một network protocol dùng để truyền tải không chỉ tính hiệu nà cả những protocol khác. Ngược lại DNP là protocol chuyên dụng và OPC lại là chuẩn protocol. Tuy rằng cùng là protocol nhưng có những khả năng và công việc khác nhau. Nếu như tách từng thiết bị ra mỗi IP riêng biệt thì việc truyền tải về trung tâm không chỉ bị ngưng trệ mà còn rất phức tạp. Mỗi một trung tâm tiếp nhận ngoài bandwidth giới hạn thì giới hạn thường bị bỏ quên nhưng lại thường làm giảm khả năng hoạt động của cái hệ thống proprietary là số lượng đường truyền. Tôi còn nhớ bạn có hỏi lý do tại sao ICCP được sử dụng trong hệ thống truyền tải mà không phải là TCP/IP. Thực tế TCP/IP vẫn được sử dụng để truyền tải mạng nhưng ICCP dùng để truyền tính hiệu bên dưới là vì ICCP sử dụng block1 và block2 để truyền tải. Thí dụ bạn có 5000 thiết bị trên hệ thống và sử dụng 5000 IP để truyền tải tính hiệu thì rất khó mà đạt hiệu quả trong khi sử dụng block để truyền tải thì tất cả tính hiệu chuyển đi tuần hoàn theo chu kỳ chỉ bởi 1 "link". Tất nhiên lúc này giới hạn bao nhiêu Dataset và sibling size cũng là một vấn đề nhưng so với IP-base thì nó hiệu quả hơn trong điều kiện hoạt động của hệ thống điện.
SCADA vốn là một hệ thống vốn được điều khiển bởi con người nhằm giữ vững và sử lý hệ thống thích hợp trong các trường hợp đặc biệt cũng như duy trì và phục vụ bảo vệ và phát triển hệ thống trong điều kiện hoạt động bình thường nhằm kéo dài tuổi hoạt động và khả năng hoạt động của ngành điện. Tuy nhiên nó không bao gồm tất cả mà chủ yếu là hệ thống truyền tải tính hiệu qua lại giữ RTU và Master và bản thân chúng. Vì vậy những gì mà bạn Su hỏi hoàn toàn chính xác.
====================

KHH, tôi nghĩ bạn Su nói về thiết kế HMI/SCADA hơn là về system protection. Ở đây là 2 sự khác biệt, system protection hoạt động chủ yếu dựa vào khả năng của từng relay đơn lẻ bên dưới những mô hình khác nhau để phản ứng cục bộ và tự đông hoá. Nếu như solid-state microprocessor có tốc độ phản ứng nhanh thì khả năng sai sót cũng không phải không có vì vậy nó thường được làm primary relay để khống chế cục bộ. Trong khi đó relay cơ học tốc độ chậm hơn nhưng tính an toàn lại cao hơn cũng như cho phép con người can thiệp dễ dàng hơn. Tốc độ nhanh hay chậm ở đây thường không phụ thuộc vào mạng mà phụ thuộc vào "tiền", hễ thiết bị phản ứng càng cao thì càng mắc. Các thiết bị này vốn đón nhận tính hiệu ngay tại đường truyền tải và khi con người can thiệp cũng thường ngay tại substation hoặc HMI gần nhất. Trường hợp trung tâm điều hành can thiệp thường tốc độ không còn là vấn đề quan trọng hàng đầu nửa vì chắc chắn nó còn phụ thuộc vào "suy nghĩ" của con người và điều này vốn là không có thời hạn thống nhất.
Vấn đề giao tiếp với thiết bị theo bạn Su thì cũng đã được cung cấp bởi nhà cung cấp thiết bị và nó sẵn sàng truyền tải theo DNP hoặc một số protocol tương thích. Hệ thống SCADA bắt đầu từ đây, nơi mà RTU nhận được tính hiệu của thiết bị đơn lẽ để chuẩn bị truyền tải về trung tâm hoặc trung tâm chuyển tiếp. Ý nghĩa của SCADA là chỗ nó cho phép người điều khiển nhận biết mọi hoạt động đã và đang xảy ra trên toàn bộ hệ thống mà nó quản lý chứ không cục bộ theo từng thiết bị. Thời gian delay ở đây chậm hay nhanh tùy thuộc vào hệ thống mạng và không phân biệt là thiết bị mà nó quan sát là máy cắt hay máy biến thế....Trên thực tế không hề có hệ thống nào là real-time mà chỉ có near-real-time vì lý do đó để đạt được khả năng có thể chấp nhận tạm gọi là real-time những protocol chuyên dụng đã ra đời. TCP/IP là một network protocol dùng để truyền tải không chỉ tính hiệu nà cả những protocol khác. Ngược lại DNP là protocol chuyên dụng và OPC lại là chuẩn protocol. Tuy rằng cùng là protocol nhưng có những khả năng và công việc khác nhau. Nếu như tách từng thiết bị ra mỗi IP riêng biệt thì việc truyền tải về trung tâm không chỉ bị ngưng trệ mà còn rất phức tạp. Mỗi một trung tâm tiếp nhận ngoài bandwidth giới hạn thì giới hạn thường bị bỏ quên nhưng lại thường làm giảm khả năng hoạt động của cái hệ thống proprietary là số lượng đường truyền. Tôi còn nhớ bạn có hỏi lý do tại sao ICCP được sử dụng trong hệ thống truyền tải mà không phải là TCP/IP. Thực tế TCP/IP vẫn được sử dụng để truyền tải mạng nhưng ICCP dùng để truyền tính hiệu bên dưới là vì ICCP sử dụng block1 và block2 để truyền tải. Thí dụ bạn có 5000 thiết bị trên hệ thống và sử dụng 5000 IP để truyền tải tính hiệu thì rất khó mà đạt hiệu quả trong khi sử dụng block để truyền tải thì tất cả tính hiệu chuyển đi tuần hoàn theo chu kỳ chỉ bởi 1 "link". Tất nhiên lúc này giới hạn bao nhiêu Dataset và sibling size cũng là một vấn đề nhưng so với IP-base thì nó hiệu quả hơn trong điều kiện hoạt động của hệ thống điện.
SCADA vốn là một hệ thống vốn được điều khiển bởi con người nhằm giữ vững và sử lý hệ thống thích hợp trong các trường hợp đặc biệt cũng như duy trì và phục vụ bảo vệ và phát triển hệ thống trong điều kiện hoạt động bình thường nhằm kéo dài tuổi hoạt động và khả năng hoạt động của ngành điện. Tuy nhiên nó không bao gồm tất cả mà chủ yếu là hệ thống truyền tải tính hiệu qua lại giữ RTU và Master và bản thân chúng. Vì vậy những gì mà bạn Su hỏi hoàn toàn chính xác.
====================

Tôi rất cảm ơn các ý kiến các bạn. Tôi mới chập chững bước vào scada nên có thể có những câu hỏi hay ý kiến còn ngây ngô và khó hiểu đối với các bạn. Vì vậy tôi xin được nói thêm cho rõ về hệ thống chúng tôi đang xây dựng:
- Chúng tôi đang có một số máy cắt mà rơle điều khiển của chúng là loại microprocessor based có tích hợp sẵn RTU với DNP3 protocol. RTU này đang sẵn sàng để truyền/ nhận tín hiệu qua một hệ thống scada. Giao diện vật lý trên RTU hiện là RS232 và V23 FSK. Các tín hiệu mà rơle có thể truyền qua RTU là rất nhiều bao gồm trạng thái máy cắt, các tín hiệu trạng thái của relay, giá trị I, U, Kw, KVR của hệ thống,... dĩ nhiên RTU cũng có thể nhận lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA (đây là những dữ liệu do nhà cung cấp relay đưa ra. Nếu các bạn quan tâm tôi có thể gởi tài liệu (bằng pdf của nhà sản xuất relay về phương thức giao tiếp của RTU trong relay của họ với scada bằng DNP3).
- Chúng tôi không điều khiển trực tiếp máy cắt, mà chỉ giám sát và điều khiển máy cắt qua relay của nó.
- Mục đích của chúng tôi là tận dụng khả năng tích hợp sẵn RTU của thiết bị để thiết lập một hệ thống có thể giám sát và điều khiển relay nói trên từ xa. Tôi thật sự chưa từng hiểu biết về một hệ thống scada nào. Cái chúng tôi cần, như bạn 7604 nói, có lẽ là một HMI/SCADA.
- Chúng tôi chưa có gì cả, chưa có trung tâm cũng như phần mềm. Bạn 7604 có đề cập dùng MS Access và MS Applications gì đó, liệu MS có tương thích với protocol DNP3 không?
- Việc liên lạc qua lại giữa các RTU (nghĩa là giữa các relay với nhau) hiện giờ là chưa cần thiết. Do đó tôi chỉ cần hệ thống liên lạc hình tia giữa master và RTU mà thôi.
- Theo bạn KHH, có phải trước tiên tôi cần cố gắng liên lạc với một relay từ xa trước (dĩ nhiên bằng DNP3) bằng một phần mềm tự tạo nào đó. Sau khi thành công mới tính đến chuyện liên lạc với nhiều relay để hình thành hệ thống?
Chờ tin các bạn.

Tôi rất cảm ơn các ý kiến các bạn. Tôi mới chập chững bước vào scada nên có thể có những câu hỏi hay ý kiến còn ngây ngô và khó hiểu đối với các bạn. Vì vậy tôi xin được nói thêm cho rõ về hệ thống chúng tôi đang xây dựng:
- Chúng tôi đang có một số máy cắt mà rơle điều khiển của chúng là loại microprocessor based có tích hợp sẵn RTU với DNP3 protocol. RTU này đang sẵn sàng để truyền/ nhận tín hiệu qua một hệ thống scada. Giao diện vật lý trên RTU hiện là RS232 và V23 FSK. Các tín hiệu mà rơle có thể truyền qua RTU là rất nhiều bao gồm trạng thái máy cắt, các tín hiệu trạng thái của relay, giá trị I, U, Kw, KVR của hệ thống,... dĩ nhiên RTU cũng có thể nhận lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA (đây là những dữ liệu do nhà cung cấp relay đưa ra. Nếu các bạn quan tâm tôi có thể gởi tài liệu (bằng pdf của nhà sản xuất relay về phương thức giao tiếp của RTU trong relay của họ với scada bằng DNP3).
- Chúng tôi không điều khiển trực tiếp máy cắt, mà chỉ giám sát và điều khiển máy cắt qua relay của nó.
- Mục đích của chúng tôi là tận dụng khả năng tích hợp sẵn RTU của thiết bị để thiết lập một hệ thống có thể giám sát và điều khiển relay nói trên từ xa. Tôi thật sự chưa từng hiểu biết về một hệ thống scada nào. Cái chúng tôi cần, như bạn 7604 nói, có lẽ là một HMI/SCADA.
- Chúng tôi chưa có gì cả, chưa có trung tâm cũng như phần mềm. Bạn 7604 có đề cập dùng MS Access và MS Applications gì đó, liệu MS có tương thích với protocol DNP3 không?
- Việc liên lạc qua lại giữa các RTU (nghĩa là giữa các relay với nhau) hiện giờ là chưa cần thiết. Do đó tôi chỉ cần hệ thống liên lạc hình tia giữa master và RTU mà thôi.
- Theo bạn KHH, có phải trước tiên tôi cần cố gắng liên lạc với một relay từ xa trước (dĩ nhiên bằng DNP3) bằng một phần mềm tự tạo nào đó. Sau khi thành công mới tính đến chuyện liên lạc với nhiều relay để hình thành hệ thống?
Chờ tin các bạn.

Theo tôi, hướng mà bạn Suu nên làm là :
1. Bạn bắt đầu bằng cách tìm hiểu các Protocol
2. Sau đó bạn tìm hiểu ngôn ngữ điều khiển các máy cắt (rơ le),
3. Khi bạn đã nắm được 2 thứ trên rồi thì bạn chỉ cần dùng một ngôn ngữ lập trình mà bạn đã biết để thiết lập một điều khiển thu thập dữ liệu (SCADA/EMS)
PS: Câu hỏi của bạn rất hay để tìm hiểu về hệ thống SCADA, bây giờ thì chưa, nhưng khi tiến hành làm bạn hãy cùng chia sẻ kinh nghiệm với mọi người nhé.

Theo tôi, hướng mà bạn Suu nên làm là :
1. Bạn bắt đầu bằng cách tìm hiểu các Protocol
2. Sau đó bạn tìm hiểu ngôn ngữ điều khiển các máy cắt (rơ le),
3. Khi bạn đã nắm được 2 thứ trên rồi thì bạn chỉ cần dùng một ngôn ngữ lập trình mà bạn đã biết để thiết lập một điều khiển thu thập dữ liệu (SCADA/EMS)
PS: Câu hỏi của bạn rất hay để tìm hiểu về hệ thống SCADA, bây giờ thì chưa, nhưng khi tiến hành làm bạn hãy cùng chia sẻ kinh nghiệm với mọi người nhé.

Tuần vừa qua bận rộn quá nên tôi không thể viết gì được dù có đọc được bài của Kekaku.
To KKK: rất cảm ơn lời khuyên và sự khích lệ của bạn. Tôi cũng rất mong có ngày nào đó viết bài chia sẽ kinh nghiệm về scada của mình.
Có ai biết trong Việt Nam mình ở đâu đã từng sử dụng DNP3.0 không? Tôi hy vọng có thể học hỏi kinh nghiệm từ họ.

Tuần vừa qua bận rộn quá nên tôi không thể viết gì được dù có đọc được bài của Kekaku.
To KKK: rất cảm ơn lời khuyên và sự khích lệ của bạn. Tôi cũng rất mong có ngày nào đó viết bài chia sẽ kinh nghiệm về scada của mình.
Có ai biết trong Việt Nam mình ở đâu đã từng sử dụng DNP3.0 không? Tôi hy vọng có thể học hỏi kinh nghiệm từ họ.

Chào Suu.
Vậy là tất cả đều đã thống nhất là trước tiên, bạn phải tìm hiểu và viết được chương trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn DNP3.0. Quả thật là khá khó khăn cho dân hệ thống điện đi viết những chương trình điều khiển thiết bị kiểu như vậy: Khi học ở trong trường thì ta cũng chỉ được nghe qua, không có điều kiện thử, còn khi đi làm thì lại dùng phần mềm điều khiển có sẵn, bán kèm thiết bị, không phải làm gì cả. Nếu bạn làm thành công thì quả thật là đáng quý. Rất mong nhận được những chia sẻ kinh nghiệm của bạn trong quá trình tiến hành công việc.
Về DNP3.0, vì bạn đang công tác tại truờng ĐHBK TP HCM, nên mình nghĩ bạn có thể hỏi thêm ý kiến của những người giảng dạy bên phần tự động hoá quá trình công nghiệp, mình nghĩ là
bộ môn Tự động hoá-khoa Điện-Điện tử. Có thể bạn sẽ tìm được ở đó những tài liệu chi tiết về protcole DNP3, cũng như mạng DNP3.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng