Substation Automation - Cơ hội cho những nhà tích hợp hệ thống trong nước?

relay trong ngành điện là thiết bị bảo vệ ko giống cái contactor của bác trừ cái tên
SCADA trong ngành điện đa số dùng các giao thức IEC 60875 chứ không phải là Modbus hay Profibus vì các giao thức này không gửi kèm các time tag cho mỗi thông tin truyền nhận.

Relay là relay cho dù nó dùng trong gia đình, xe hơi hay điện đều không có gì khác biệt về bản chất. Khi ngành điều khiển ra đời, các thiết bị hoạt động đơn giản bên dưới nền mechanical nên đa số nó chỉ rất đơn giản là những coil vận hành do tính hiệu đo lường đưa vào. Sự phát triển của điện và điện tử ngày càng cao nên relay cũng theo đó mà phát triển nên khái niệm control và liên quan đến từ mechatronic để nói lên mối liện hệ giữa nhiều ngành trong điều khiển. Tất nhiên relay không thể là contactor nhưng cũng không dễ phân biệt nếu không nắm được bản chất của từng thiết bị.
Trên cơ bản relay chỉ là 1 thiết bị bảo vệ trong 1 hệ thống điều khiển tự động nhưng nó cũng có thể là 1 hệ thống integrated riêng biệt. Để có thể bảo vệ theo yêu cầu đặt ra nó cần được pre-program hay hard-wire program để so sánh với giá trị đo lường. Khi điều kiện thích hợp xảy ra thì kết quả sẽ là 1 hoạt động được thực hiện. Contactor là 1 thiết bị đóng mở nên nó hoạt động chỉ đơn giản là dựa theo tính hiệu đưa vào bất chất từ nguồn nào. Vì vậy contactor có thể protective device dựa bào bản chất vật lý những cũng có thể là 1 thiết bị chịu sự điều khiển bởi tính hiệu điều khiển; lúc đó nó là 1 actuator để thực hiện cái lệnh đưa ra từ bộ phận điều khiển. Nói cách khác, tuỳ thuộc vào cá nhân mà câu trả lời cho những câu hỏi đưa ra như trên sẽ khác nhau. Tuy nhiên nếu đi về bản chất vật lý và nhiệm vụ cơ bản của thiết bị thì sẽ có thể hiểu vấn đề một cách đơn giản.
SCADA trong ngành điện cũng có thể chỉ là 1 PC+PLC+thiết bị nhưng lại có thể khổng lồ như hệ thống điều khiển TRANSMISSION GRID MANAGMENT, TGM. Khi nó vận hành ở low level thì các protocol sẽ rất cơ bản như Modbus hay Profibus sẽ được sử dụng cùng với RS232 point-to-point hay RS485 multi-drop với giao thức hafl hay full duxplexing. Nhưng trong hệ thống SCADA của TGM thì các low-key protocol sẽ được chuyển đổi bởi data concentrator thông thường là RTU hay ngày nay là các microprocessor base router. Vì nó hoạt động trên diện rộng nên các low-key protocol không thích hợp nên nó phải được gói bên dưới TCP hay DPU để chuyển tải cũng như ICCP, OPC. Đây là hệ thống tập trung đang hiện hành khắp nơi. Tuy nhiên dữ liệu ngày càng nhiều nên tạo ra sự quá tải của các trung tâm điều khiển nên các hệ thống điều khiển đang tìm đến các giải pháp chia nhỏ tính tuyến và giao thức DNP3 là 1 giao thức có khả năng ứng dụng tốt ở đây. Modbus hoàn toàn có thể dùng cho 1 hệ thống SCADA kể cả của ngành điện vì nó rất đơn giản để sử dụng cục bộ và ngay cả trên diện rộng. Nói 1 cách chính xác thì Modbus chính là 1 protocol hiện hành được dùng nhiều nhất trong ngành điện ở khu vự Bắc Mỹ.
Thông thường 1 real-time data được xác định bởi tên+giá trị+thời gian. Ba giá trị này có thể tách ra làm 3 tags nhưng thông thường nó được gói lại bởi 1 tag mà thôi. Tên là giá trị được xác định không cần bàn cải vì nó là đại lượng không đổi. Giá trị có thể là 1 analog signal hay 1 digital signal sau khi đã được chuyển đổi. Tuỳ thuộc vào protocol chuyển tải mà giá trị nhận được sẽ khác biệt cũng như cần hay không cần chuyển đổi. Thời gian là 1 điều thú vị nhất trong real-time data vì nó có thể được "stamp" hay còn gọi là xác định bởi thiết bị ngoại vi hay interface mà cũng có thể là server trung gian hay server sau cùng. Giá trị ở đây sẽ khác nhau tính theo ms nên tùy thuộc vào mức độ quan trọng mà time-stamp được gán vào giá trị. Lúc này phải lưu ý đến sự chênh lệch về mốc thời gian về không gian của từng bộ phận cũng như delay trên đường truyền. Relay hoạt động ở chế độ sub-second nhưng không có nghĩa là SCADA ngày nay thu lượm dữ liệu ở chế độ ms mà thông dụng vẫn là ở second cho continuous monitor & control và 15 minutes interval cho industrial.
Trở lại với nghi vấn của bác OP là với 1 PC có thể tạo nên 1 hệ thống SCADA không? Câu trả lời đã ở trên là "YES". Tuỳ thuộc vào mức độ cần thiết, yêu cầu của người sử dụng mà hệ thống được hình thành. Trên cơ bản hệ thống SCADA chỉ là thu lượm tính hiệu và điều khiển từ xa. Như vậy với 1 PC kết nối với thiết bị điều khiển và đo lường đủ để tạo 1 SCADA. Thiết bị điều khiển ngoại vi thì sẽ nhận tính hiệu ngoại vi; lúc đó PLC sẽ là khối óc điều khiển hoạt động của actuator và PC đơn giản chỉ là 1 PLC e***or và database với chức năng compensate. Nếu sử dụng microprocessor của PC làm trái tim của hệ thống thì mọi sử lý xảy ra bên trong PC và đưa tính hiệu đến atuator, vẫn là 1 hệ thống SCADA. Ví dụ đơn gian là dùng PC điều khiển tốc độ của motor hay đóng/mở đèn chiếu sáng.
Để dể hiểu thì có thể hình dung PLC là một cái hộp chứa đựng hàng ngày relay bên trong đó. PLC sở dĩ gọi là LADDER programming vì nó simulated hard-wire chỉ tòan là những on/off command và output là họat động của Coil theo chu trình nhất định. Thay vì dùng tay đứng đóng mở từng relay để có được giá trị out-put cần thiết thì dùng PLC để giả lập cũng cho ra giá trị đó. Vấn đề là actuator cần tính hiệu sau cùng để thực hiện công việc chứ nó chẳng quan tâm trước nó là 1 đống relay lớn nhỏ hay là 1 chương trình PLC. Kỷ thuật máy tính tiến bộ dẫn đến các ngôn ngữ mới đồng thời với sự phát triển qua hệ thứ hai của PLC. Java, ActiveX, Web....cũng chỉ là những ngôn ngữ để carri out signal. Vì vậy khi nói về cơ bản của 1 bộ điều khiển hay đóng cắt tự động cần đứng trên 1 cái nhìn cơ bản hơn để khỏi phải vướng bận nó là PLC, Java hay ActiveX...vì chúng nó chỉ là 1 trong những component đươc gọi chung là control hay correction unit.
========================

Cảm ơn 2 bác 7604 và tuantc88 đã giải thích tường tận và dễ hiểu. Như vậy em có thể hiểu :
Trong SCADA mạng điện, hay trong phần lớn các hệ SCADA khác thì data luôn được trao đổi một cách periodic, tức nghĩa là tính chất real-time được quy định bởi dead-line là chu kỳ truy vấn thông tin của mỗi thiết bị field. Tuỳ theo độ ưu tiên mà time-stamp cho mỗi thiết bị có thể khác nhau.
Còn ActiveX hay JavaBean thì em nghĩ những nhà tích hợp hệ SCADA không thể quản lý hết các loại thiết bị khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau nên thay vì tích hợp kết nối cụ thể với thiết bị cụ thể thì họ chủ yếu làm việc với bean hay OCX đóng vai trò như OPC server, cung cấp các tag biểu diễn thông số của thiết bị đó mà thôi.
Thực ra em đọc về OPC nên biết qua cái đó, trước đây em cũng dùng vi điều khiển để làm các board IO, AD, DA và giao tiếp RS-232 và RS-485. Nhưng nếu không xây dựng ActiveX hoặc Java Bean thì người sử dụng cần phải gởi các lệnh ASCII qua cổng COM (Hyper Terminal)hoặc viết chương trình giao tiếp cổng COM, và chả có ai muốn mất nhiều thời gian như vậy . Có một cách khác là xây dựng ActiveX hoặc DLL để người ta nhúng vào chương trình của họ, nhưng chưa làm , nhưng làm trên Linux thì em cũng thử qua nên nhờ đó đọc thêm về OPC.
Còn về relay / contactor và lớn hơn là máy cắt thì bản chất của nó vẫn là chuyển mạch của các tiếp điểm, thường thì với motor vẫn luôn có thêm 1 relay nhiệt để cắt cuộn coil khi quá dòng. Giả sử nếu thêm một vài tham số khác như tần số, ramp của dòng hay áp để cắt ngoài tham số nhiệt do quá dòng thì bản chất nó đâu có khác đâu. Còn actuator thì có thể là cuộn coil hoặc có thể motor hoặc step motor. Quan trọng là em quan tâm đến vai trò, vị trí các relay này trong hệ thống, nó bảo vệ cái gì và liệu một hệ điều khiển logic đơn giản cho các relay/contactor trong các tủ điện có thể đáp ứng cho các relay này không (?)

Bác OD,
Không nhất thiết các hệ thống SCADA data luôn được trao đổi theo time-base dù rằng trên thực tế có thể đúng. Vấn đề ở đây không phải là kỷ thuật nào mà mình muốn hệ thống của mình vận hành ra sao? Những kỷ thuật nào cho phép có thể ứng dụng ngay lập tức và những nhu cầu nào cần phát triển cho tương lai? Trong cuộc chơi này thì những tay chơi nhỏ thưòng lệ thuộc vào bên thiết kế; họ bán gì thì mua đó. Những tay chơi này thường vì không đủ tiền hay không đủ kiến thức để ngồi vào sòng lớn nên phải chơi theo luật của nhà cái. Cuộc chơi này cũng không khác gì Casino vì chỉ có 2 tay chơi lớn quyết định hướng đi và qui lệ trò chơi. Nhóm thứ nhất là phía thiết kế như Siemen, ABB, SEL...họ là những nhà cái đứng ra thiết kế cũng như quyết định tiêu chuẩn và cách vận hành của hệ thống. Nhóm thứ 2 là những supper user gồm các hãng Utility như Oncor (TXU), TP&L...hay những hãng thuốc. Khi Siemen đưa ra sản phẩm của họ và hướng đi thì các tay chơi lớn không hoàn toàn đồng ý mà mỗi người có 1 hoàn cảnh riêng. Cái mà họ có là tiền và kỷ thuật nên Siemen hay các nhà thiết kế phải ngồi xuống nghe họ nói. Sau khi nghe xong các tay chơi lớn thì về nhà các bên thiết kế ngồi lại để quyết định sẽ giải quyết vấn đề chung của các tay chơi trước hay giải quyết vấn đề của 1 tay nào đó trước. Cái này là game-plan tuỳ thuộc vào khả năng "túi tiền" bên nào lớn. Cuối cùng thì các bên cảm thấy cần có 1 hướng đi chung nên ngồi lại gọi là industrial. Chính cái industrial lúc này mới đưa ra các tiêu chuẩn theo yêu cầu của bên mua và khả năng của bên bán. Tuy nhiên loại áo 1 size fit all chẳng bao giờ đẹp nên tiêu chuẩn là tiêu chuẩn, vẫn có những riêng biệt sống chung. Vì vậy rất khó nói SCADA phải thế này hay thế kia mà phải nhìn theo technical driven hay instrial driven để có được 1 bức tranh lớn và từ đó vẽ ra cái bức tranh của riêng mình.
Bất chấp điều gì xảy ra thì connectivity của truyền thông vẫn không thay đổi là đòi hỏi có 2 nguồn gửi và nhận cùng với 1 phương tiện tuyền tải. Cấu trúc truyền tải cơ bản nhất là point-to-point hay point-to-many gọi là multi-drop. Cuối cùng là many-to-many gọi là mesh. Ông bà mình có câu, người nói phải có người nghe nên truyền thông cũng bắt đầu từ cái đó gọi là half-duplex. Nhưng cũng có lúc miệng nói tay nghe nên phưong pháp thực hiện là xử dụng full-duplex. Giữa hai người nói với nhau thì dù chửi lộn cũng vẫn đến tai đối phưong nên vô tư mà chửi. Nhưng nếu trong một bàn hội nghị mà ai cũng có quyền chửi thì sẽ sinh ra xung độg nên mới cần phải giơ tay xin nói theo kiểu token. Nhưng giơ tay xin phép thì giống ngồi ở lớp tiểu học nên các phương pháp ngăn ngừa xung đột mới ra đời. Đó là những cơ bản về network.
Từ đây câu hỏi đặt ra trong hệ thống SCADA là khi thiết bị đo lường liên tục giám sát đường truyền thì thông tin sẽ được gửi về trung tâm ra sao? Có người nói time-base (frequency) nhưng cũng có ngưòi nói on-event. Cơ bản thì chỉ có vậy nhưng ai sẽ là người bắt đầu cho sự kiện trao đổi? Lúc này khái niệm master-slave ra đời. Hầu hết các interface đều là master nhằm thực hiện mở đầu cho cuộc trao đổi theo frequency. Cái master có thể có đến hàng trăm, hàng ngàn slave nên nó phải có biện pháp thích hợp để thu lượm dữ liệu. Theo thời gian cố định nó đến gõ cửa từng slave mà nói "ê, đưa tao dữ liệu". Slave thường là kho chứa thông tin giám sát của thiết bị trong 1 khoản thời gian nhất định. Sau khi nghe gõ cửa, nó mang dữ liệu ra đưa. Lúc này câu hỏi là phải đưa cái gì? Những gì chưa đưa lần trước hay đưa tất cả? Vì giám sát liên tục nên đưa hết liệu thằng master có gánh nổi hay không? Vì vậy các phưong pháp tính toán dữ liệu theo dead-band hay swing-window được sử dụng được gọi là filter. Tuy nhiên không phải master đi gõ cửa mua hàng lúc nào cũng vừa lòng mọi người vì đưòng đi thì rộng, khách hàng thì nhiều làm sao để mua hết những món hàng đẹp xảy ra bất ngờ? Chính vì vậy thằng master có khi chỉ ở nhà nằm ngủ chờ cho thằng slave đến gõ cửa và nói "ê, tao có hàng mày ra xem". Lúc đó thằng master mới chạy ra chọn hàng mà gánh về. Nhưng cũng có thằng master giỏi hơn vừa đi mua hàng vừa mang theo cell phone để hể có thằng nào gọi về nhà báo có hàng thì nó phải tính toán để xem có tiện ghé qua hay bảo thằng kia cứ mang hàng đến rồi nói người nhà nhận.
Nếu chỉ nhìn theo tài liệu của vendor thì sẽ bị giới hạn bởi tay bán nhưng nếu nhìn kỷ thuật dưới gốc độ của cuộc sống thì sẽ thấy nó muôn hình vạn trạng. Vấn đề là phải xem mình muốn gì và khả năng mình ra sao để đòi hỏi, ứng dụng hay phát triển kỷ thuật một cách hợp lý.
OPC là một dạng Open connection đưọc viết tắt từ cụm OLE. Chữ O đứng đầu trong chữ OLE là Object, có nghĩa là thay vì sử dụng các phuơng pháp cổ điển thì ở đây sẽ dùng Objective Oriented làm phương pháp truyền tải. Nhưng cho dù kỷ thuật phát triển đến đâu thì dữ liệu vẫn là bit hay tập hợp của bit. Ojective Orient được ứng dụng rộng rãi trên tầng application hay hệ thống enterprise nhưng ở tầng physical thì nó vẫn chưa thâm nhập được nhiều. Thiết bị đo lường mục tiêu là đo lường nên việc giải quyết thêm những vấn đề khác sẽ phải tốn thêm tiền và giá thành sẽ nâng cao. Chính vì vậy sự chuyển đổi để các device ngoài field có thể trực tiếp nói chuyện với UCA database central là 1 con đường rất dài. OPC có nhiều khả năng nhưng chủ yếu nó nằm ở interface nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp của 1 số protocol cũ như ICCP chứ để nói chuyện trực tiếp giữa thiết bị đầu cuối thì nó còn rất hạn chế. Nếu nhìn ở gốc độ Ojective thì DNP sẽ có khả năng trở thành 1 protocol chuẩn. Chính vì vậy mà DNP đang dần dần thay thế những điểm nối sử dụng Modbus...Nhưng dù tiến tới đâu thì những protocol vẫn chỉ là interface nên việc thay thế RS232 hay RS485 không phải là chuyện của interface. Ethernet sử dụng cat5, firber hay wireless sẽ giải quyết vấn đề này.
Máy cắt, CB và relay là 2 vấn đề hoàn toàn khác nhau. Máy cắt chỉ là cắt dòng đúng như tên gọi của nó. Cắt dòng có thể là tự động hay do con ngưòi tương tác. Muốn tự động thì nó phải có thiết bị điều khiển và relay chính là component thực hiện cái nhiệm vụ đó. Không cần biết điều kiện bên ngoài là gì? thật hay giả...miễn sao relay nhận đưọc tín hiệu thoả mãn điều kiện có thể tự dòng thật cũng có thể là được tao ra theo dòng điều khiển sẽ giửa lệnh cho actuator thực hiện mở hay đóng. Relay có thể nằm bên trong hay bên ngoài máy cắt, miễn sao nó nói chuyện đưọc với actuator thì nó có thể điều khiển máy cắt. Muốn tìm hiểu relay thì phải quay sang vấn đề system protection chứ không phải ở Automation và SCADA vì nhiệm vụ của nó là bảo vệ nên chẳng màn đến việc điều khiển hay truyền tải dữ liệu. Trên mạng điện thì cũng chỉ có những khu vực bảo vệ cơ bản là MBA, bus, line, máy phát điện, tụ...từ đó đi đến các phương pháp current vs. tim, differential...
Big four của control system là pressure, level, flow and thermal. Chính vì vậy mà bản chất control không có gì khác biệt nhưng không phải vì nó control cái gì mà bất kể tham số là 1 trong big four hay gì đi nửa thì vẫn là input của 1 black-box. Trong black-box đó có thể đơn giản khi sử dụng open loop control nhưng cũng có thể phức tạp khi dùng close loop control sử dụng feedback, correction and compensation. Làm gì và làm như thế nào lại là vấn đề khác. Phải xem mình đứng trên gốc độ thiết kế, sử lý hay sử dụng?
============