HỆ THỐNG SCADA TRONG MÁY BIẾN ÁP

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Khoa công nghệ tự động

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TÌM KIẾM DỮ LIỆU THÔNG TIN
Tên đề tài: HỆ THỐNG SCADA TRONG MÁY BIẾN ÁP
Giáo viên giảng dạy: Bùi Anh Tuấn
Lớp: Đ7 – Công nghệ tự động 1
Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Vũ Ngọc Nam
2. Đinh Văn Ngọc
3. Nguyễn Thành Ngọc
4. Nguyễn Thị Nhuận
5. Đinh Thế Phú
Hà Nội – 03/2014
MỤC LỤC
LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
Mọi sự góp ý của thầy cô là những điều quý báu đối với chúng em. Chúng em xin
chân thành cảm ơn và hứa sẽ tiếp thu những lời thầy cô truyền dạy!

Page 2 of 24



LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu về ứng dụng tự động hóa kết hợp với
truyền thông trong hoạt động của các nhà máy, xí nghiệp đang phát triển rất
mạnh. Rất nhiều nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu trang bị hệ thống tự động hóa để
phục vụ cho mục đích của họ. Nhưng họ không có nhiều thông tin về các hệ
thống đó.
Trong thực tế, ở Việt Nam đã xuất hiện nhiều hệ thống tự động điều khiển,
giám sát hoạt động nhưng tính tích hợp của nó chưa cao. Hầu hết các hệ thống
này thường dành cho các ứng dụng lớn, do đó giá thành tương đối cao, không phù
hợp với nhiều nhà máy xí nghiệp. Hơn nữa, mỗi nhà máy, xí nghiệp có một đặc
thù riêng, nên ứng dụng của họ rất khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế
một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA – Supervisory
Control And Dât Acquisition System) để quản lý, giám sát hoạt động tại các nhà
máy, xí nghiệp ở Việt Nam là một công việc thiết thực và cần thiết.
Chính vì lý do đó, chúng em đã lựa chọn đề tài: “Hệ thống SCADA trong
máy biến áp” làm chuyên đề đồ án của nhóm mình.
Do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn nên bài đồ án không tránh
khỏi những thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của các bạn và quý thầy cô
để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Page 3 of 24

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
(SCADA)
1.1. Tổng quan về SCADA:
SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory
Control And Data Acquisition - SCADA). SCADA là một công cụ tự động hóa
trong nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic
Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở các cấp
trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ thống điện. Hệ
thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối
tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía
đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả.
SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung của
các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học Từ
những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát triển đi vào xu
hướng tự động hóa. Việc sản xuất thủ công được thay thế dần ở các xí nghiệp
công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ thông tin, đặc biệt sự phát triển mạnh
mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ thống tự động hóa điều
khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là một công cụ tự động hóa
nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển trong
sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân phối điện năng trong Điện
lực
Sau khi chuyển sang cơ chế thị trường, đất nước mở cửa quá trình công
nghiệp tự động hóa bắt đầu, các nhà máy xí nghiệp xây dựng đều được ưu tiên về
công nghệ tiên tiến và hệ thống SCADA - công cụ của tự động hóa cũng được
phát triển rộng, lắp đặt ở nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sản xuất chất
lượng cao.
Page 4 of 24
Công nghệ SCADA ở nước ta, do nhập thiết bị của nhiều nước công
nghiệp tiên tiến nên nó rất đa dạng về mẫu mã, cấu trúc, về chuẩn và chủng loại.
Nhưng là một hệ thống công nghiệp mới nên hệ thống SCADA phần lớn cũng là

hệ theo chuẩn công nghiệp chung. Hiện nay SCADA không thể thiếu được cho
việc sản xuất tự động ở xí nghiệp công nghiệp cần độ chính xác và tự động hóa
cao.
Để đáp ứng với khả năng phát triển chung của nền kinh tế, hệ thống điện
đóng vai trò chủ đạo không những thúc đẩy nền kinh tế mà còn đảm bảo an ninh,
chính trị, quốc phòng. Vì vậy việc sử dụng SCADA trong hệ thống điện Việt
Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình huống một
cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế phát triển.
1.2. Chức năng của hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số liệu về
sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường truyền số
liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ.
 Dùng các cơ sở số liệu đó: Để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám sát hệ
thống điện.
 Hiển thị các trạng thái về quá trình hoạt động của thiết bị điện, hiển thị đồ thị,
hiển thị sự kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất.
 Thực hiện điều khiển từ xa quá trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa,
thay đổi các giá trị của đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị của rơle
 Thực hiện các dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc viết số
liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác.
 Một hệ SCADA kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để tự động hóa việc
điều khiển giám sát cho một đối tượng trong hệ thống điện .
 Với một hệ thống thì yêu cầu việc xây dựng hệ SCADA (cho hệ thống điện) thực
hiện một trong số những nhiệm vụ tự động hóa sau:
 Thu thập - Giám sát từ xa
 Điều khiển Đóng /Cắt từ xa
 Điều chỉnh tự động từ xa
 Thông tin từ xa của các đối tượng và các cấp quản lý
Mỗi chức năng trên đều có những yêu cầu đặc biệt cho từng bộ phận, phần cứng,
phần mềm chuyên dụng của hệ thống SCADA. Cụ thể là:

Page 5 of 24
 Phần đo - Giám sát xa: Cần đảm bảo thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn, đủ những
số liệu cần cho quản lý kỹ thuật.
 Phần điều khiển thao tác xa: Phải đảm bảo được việc kiểm tra Đóng /Cắt an toàn,
tin cậy.
1.3. Kết cấu của một hệ SCADA:
Một hệ thống SCADA bao gồm một hay nhiều máy tính, dùng kèm với
một phần mềm ứng dụng thích hợp. Chúng hình thành các Trạm chính (MX –
Master Stations)kết nối thông qua hệ thống thông tin liên lạc (đường dây hữu
tuyến, vô tuyến, đường dây truyền tải, cáp quang, mạng Internet…) kết nối với
các Đơn vị tải đầu cuối (RTU – Remote Terminal Units). Các RTU được đặt ở
nhiều vị trí khác nhau để thu thập dữ liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển liinh
hoạt hệ thống và thông báo định kỳ kết quả về máy tính chủ.
Một hệ thống SCADA sẽ thu thập thông tin trở lại vị trí trung tâm, sau đó
cảnh báo trạm chính rằng đã có sự cố xảy ra, cần thực hiện các phân tích và điều
khiển, xem xét liệu sự cố đó có nguy cấp hay không, rồi hiển thị theo một dạng
logic và có tổ chức nhất định. Hệ thống SCADA có thể ở dạng đơn giản, như một
hệ thống giám sát điều kiện môi trường; nhưng có thể rất phức tạp, như hệ thống
giám sát các hoạt động của một nhà máy năng lượng hạt nhân. Trước đây, các hệ
thống SCADA sử dụng mạng chuyển mạch chung (PSN – Public Switched
Network) để phục vụ mục đích giám sát. Hiện nay, nhiều hệ thống giám sát sử
dụng cơ sở hạ tầng của LAN/WAN (Local Area Network/Wide Area Network).
Kỹ thuật không dây cũng đang được ứng dụng rộng rãi cho mục đích giám sát.
Page 6 of 24
Hình 1.1: Cấu trúc của hệ thống SCADA
Như vậy, hệ thống SCADA bao gồm:
 Một hoặc nhiều thiết bị giao tiếp dữ liệu, thường là các RTU hoặc PLC.
 Một hệ truyền thông sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị giao tiếp dữ liệu
và các khối điều khiển, các máy tính trong máy chủ trung tâm SCADA. Hệ thống
có thể là sóng vô tuyến, điện thoại, cáp, vệ tinh…. Hoặc là sự kết hợp của bất kỳ

loại nào ở đây.
 Một hoặc nhiều máy tính chủ ở trung tâm (còn được gọi là SCADA Center,
Master Station, hoặc Master Terminal Unit – MTU).
 Một tập các chuẩn và/hoặc hệ thống phần mềm (đôi khi được gội là phần mềm
giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface hoặc MMI – Man
Machine Interface)) sử dụng để hỗ trợ cho máy chủ trung tâm SCADA và ứng
dụng của thiệt bị đầu cuối, hỗ trợ hệ thống truyền thông, giám sát và điều khiển
các thiết bị giao diện dữ liệu từ xa.
1.4. Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở
quá trình 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.
Page 7 of 24
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.
1.5. Xử lý 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…).
1.6. Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA:
Page 8 of 24
1.6.1. Phần cứng:
Tùy 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
họa 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 thật và điều
khiển.
1.6.2. 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 chuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như
dạng bảng thống kê, dạng biểu đồ hay dạng đồ thị.
1.7. Truyền tin trong hệ SCADA:

1.7.1. 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 chồng một hệ SCADA phải thỏa mãn
các tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bộ
hay dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích
với thiết bị trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để
truyền dữ liệu trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology)
Page 9 of 24
của Anh quốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến, các thiết bị thu phát sóng
của Motorola, các bộ RTU, GPS. Tùy theo mô hình, phạm vi của từng hệ
SCADA mà ta áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng
của nó.
Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc
biệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu
điện từ…). Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục
truyền tin IEC-870-5-101. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ
tục truyền tin là Profibus.
Bảng dưới đây tổng kết lại các dạng truyền tin thường dùng trong hệ SCADA:
Page 10 of 24
Truyền tin Kiểu truyền tin Tiêu chuẩn thường dùng
Máy chủ với IDE hiện trường Không đồng bộ kiểu
multidrop
RS-485
PLC thu thập với IDE hiện
trường
Không đồng bộ kiểu
multidrop
RS-485

Máy chủ với máy dự phòng
DMS, EMS, DTS
Đồng bộ kiểu multidrop Ethernet
Máy chủ với SCADA cấp
trên
Không đồng bộ kiểu
singledrop
RS-232 + tải ba, modem
hay ratio 450Hz
SCADA với các ứng dụng
khác
Bản tin qua bộ nhớ DDE (dynamic Data
Exchange)
SCADA với các thư viện Đọc/viết thư viện DLL (Dynamic Link
Library)
SCADA với các hệ số điều
hành
Quản lý các cửa sổ Windows
SCADA với máy in Song song, nối tiếp RS-32, ASII
1.7.2. Truyền tin số
1.7.3. Truyền tin hiện trường
Page 11 of 24
Chương 2: TRẠM ĐIỆN VÀ SCADA TRẠM
2.1. SCADA trong hệ thống điện lực
Mục đích của việc SCADA cho các trạm điện trong hệ thống điện lực Việt Nam
trước tiên nhằm đáp ứng nhu cầu về tự động hoá và số hoá hệ thống điện Việt
Nam. Nó phản ánh một bước đi tất yếu của việc hiện đại hoá hệ thống điện, đồng
thời nó cũng phản ánh trình độ về kinh tế-kỹ thuật của lưới điện Việt Nam.
Bảng dưới đây tóm tắt sơ lược những cấp quản lý trong việc phân bổ điện:
Cấp quản lý Nội dung quản lý chính

Phát và truyền tải điện lực
siêu cao áp 500kV xuyên
quốc gia
- Phương án phân phát P, Q trên toàn lãnh thổ
quốc gia.
- Quản lý tần số, dự phòng ổn định tĩnh, động của
hệ thống điện quốc gia.
- Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơle, chẩn
đoán, bảo dưỡng các thiết bị cao áp.
Phát và truyền tải điện đến
các trạm trong mạng cao áp
220kV khu vực
- Phương án phân bố P, Q trên các khu vực cụ thể.
- Phân bố điện áp 220kV ở các trọng tâm tải và dự
phòng bảo vệ nguồn.
- Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơle, chẩn đoán
hỏng hóc và bảo dưỡng thiết bị.
Phân phối và truyền tải điện
trong địa bàn các mạng
110kV
Phát bù công suất phản kháng Q, phân bổ điện áp
trên địa bàn.Thu thập các số liệu, thao tác, bảo vệ,
chẩn đoán và bảo dưỡng thiết bị.
Phân phối điện xuống mạng
35kV trở xuống
Phát bù công suất phản kháng Q.
Điều khiển điện áp trung áp và xa thải tải theo yêu
cầu.Thu thập số liệu, bảo vệ và bảo dưỡng hệ
thống.
Cung cấp điện lực hạ áp khu

dân cư và xí nghiệp nhỏ.
Tiến hành các thao tác đóng cắt, bảo vệ và bảo
dưỡng hệ.
Qua trên chúng ta nhận thấy một số điều:
- Đối với mạng siêu cao áp, việc tính toán, xử lý số liệu để từ đó đưa ra các lệnh
điều khiển hệ thống đòi hỏi một yêu cầu nghiêm ngặt về tính chính xác và kịp
thời trong việc ra quyết định. Nhiệm vụ này thuộc về trung tâm điều độ quốc gia
Page 12 of 24
A0. Các trung tâm phân phối điện lưới cấp miền và khu vực không đảm đương
được việc này. Tuy nhiên một thực tế tồn tại là việc thu thập số liệu và điều khiển
thao tác lên hệ thống lại đặt ở xa thuộc lĩnh vực quản lý của các trạm. Do vậy, các
trung tâm điều độ muốn điều khiển từ xa thì phải dựa và một hệ thống thông tin
công nghiệp tốt để nhận các số liệu từ cấp dưới đưa lên và các lệnh cần thi hành
đưa xuống cấp dưới. Việc quản lý phân phối cung cấp điện ở cấp cao áp thì
thường giao cho các trung tâm điều độ miền nắm giữ.
Các trung tâm này cũng tích cực tham gia vào việc giám sát hệ thống và chia sẻ
bớt gánh nặng điều khiển của SCADA điều độ cấp trên.
- Đến các trạm, các trạm này thực hiện toàn bộ các tác vụ thu thập số liệu hệ
thống, điều khiển tải của lưới và thực hiện các thao tác nhằm ổn định hệ thống.
Khi các trạm được tự động hoá hoàn toàn thì việc giám sát hệ thống và điều khiển
lưới lúc này trở nên rất đơn giản. Khi SCADA điều độ cần điều khiển thao tác
xuống một thiết bị phía cấp dưới như đóng cắt máy cắt nào đó thì nó chỉ cần gửi
một bản tin xuống trạm. Tại trạm thông qua các PLC hay các RTU mà thao tác đó
được thực hiện. Hay ngược lại khi cần dữ liệu về hệ thống và trạm thì SCADA
điều độ chỉ cần gửi một bản tin yêu cầu các trạm gửi số liệu về hệ thống lên.
2.2. Các loại hình SCADA trong hệ thống điện
2.2.1. SCADA điều độ cấp quốc gia
Đây là một trung tâm mang tính điều độ cấp cao, mang tính huyết mạch của hệ
thống điện Việt Nam. Nó làm nhiệm vụ điều tiết toàn bộ điện năng trên lưới.
SCADA điều độ quốc gia giúp cho việc phân bổ điện năng thông suốt trên khắp

ba miền. SCADA điều độ quốc gia đảm đương các nhiệm vụ sau:
- Thu thập các số đo, các trạng thái, tình hình phụ tải từ các trung tâm điều độ
miền đưa lên.
- Trên cơ sở các số liệu thu được tiến hành phân tích, nhận dạng, đánh giá và đưa
ra các điều khiển tối ưu cho hệ thống về phân bổ công suất cũng như ổn định dự
phòng trong lưới.
Thực chất trung tâm SCADA điều độ quốc gia không trực tiếp làm nhiệm vụ thu
thập số liệu về hệ thống và cũng không điều khiển trực tiếp lên hệ thống mà chỉ
thông qua các trạm phía dưới để thu thập dữ liệu và điều khiền hệ thống thông
qua các lệnh dưới dạng các bản tin.
Page 13 of 24

Sơ đồ về cấp SCADA trong hệ thống điện Việt Nam hình vẽ
2.2.2. SCADA điều độ cấp miền
Tại các trung tâm điều độ miền, các dữ liệu về hệ thống được các trạm gửi lên,
với những phân tích và đánh giá của mình các trung tâm này đưa ra các quyết
định điều khiển tác động lên lưới nhằm một mục tiêu nhất định là ổn định hệ
thống. SCADA điều độ miền là cấp trung gian giữa SCADA điều độ quốc gia và
SCADA trạm nên nó có một số nhiệm vụ đặc trưng sau:
- Thu thập số liệu từ các SCADA trạm.
- Phân tích biểu đồ phụ tải thu được, tiến hành đánh giá và đưa ra các phương án
điều độ và phân chia phụ tải và ổn định lưới.
Page 14 of 24
Các trung tâm điều độ miền đóng vai trò quan trọng và định hướng cho các
SCADA trạm trong việc điều tiết công suất tải và điều khiển hệ thống.
2.2.3. SCADA trạm
SCADA trạm là một hệ thống tự động hoá bằng máy tính và sử dụng các
transmitter/sensor thông minh để giúp việc giám sát, thu thập số liệu và điều
khiển hoạt động của trạm. Cấu trúc chủ yếu của trạm là gồm: máy tính làm
nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, hiển thị số liệu và xử lý số liệu để điều khiển trạm, để

kết nối thông tin với các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh.
Đây là một trung tâm máy tính điều khiển mà tác động trực tiếp đến chất
lượng trong lưới điện vì đây là một nơi mà các tác động điều khiển trực tiếp tác
động vào hệ thống điện. Lưới điện có thể ổn định và bền vững hay không phụ
thuộc rất nhiều các trung tâm SCADA trạm này.
Vậy nhiệm vụ của SCADA trạm là phải trực tiếp:
- Thao tác điều khiển lên các thiết bị của hệ thống, các máy biến áp…
- Thu thập và giám sát các thông số về hệ thống.
- Điều khiển đóng/cắt nhằm bảo vệ hệ thống trong trường hợp lưới gặp sự cố như
quá tải, chạm chập…
- Đưa các dữ liệu về báo cáo với SCADA cấp trên phục vụ cho việc phân tích,
đánh giá hệ thống khi cần khắc phục sự cố hay nâng cấp hệ thống.
Mạch thu thập số liệu và điều khiển được thiết kế bằng:
- Một PLC và các module AI/AO, DI/DO.
- Một bộ RTU với các transmitter analog.
- Một bộ các transmitter số thông minh.
SCADA trạm được thiết kế còn có các bus truyền tin phục vụ cho các tác vụ
truyền thông sau:
- Một bus truyền số liệu, truyền lệnh hiện trường kiểu RS-485 nối các PLC, các
RTU và các transmitter số thông minh với trung tâm điều khiển là các máy tính
PC.
Page 15 of 24
- Một bus truyền tin theo kiểu RS-323 để giao tiếp truyền thông với SCADA điều
độ cấp trên.
Trung tâm điều khiển là các máy tính PC, tuỳ theo quy mô của trạm mà số lượng
máy có thể là nhiều hay ít. Với mỗi trạm tuỳ vào mức độ đòi hỏi về độ tin cậy của
việc điều khiển mà ta có thể lắp các máy dự phòng. Các trạm với quy mô nhỏ ta
có thể chỉ cần dùng một máy tính PC tốc độ cao, khả năng xử lý nhanh và có
dung lượng bộ nhớ lớn là có thể đảm nhận việc của một trung tâm điều khiển và
giám sát. Còn đối với các trạm lớn và đòi hỏi tính an toàn cao thì ta nên dùng một

máy chuyên làm nhiệm vụ điều khiển, một máy PC khác thì làm nhiệm vụ thu
thập và giám sát nếu cần thiết có thể dùng thêm một máy chuyên thực hiện các
tác vụ về truyền thông.
2.3. Các chức năng của SCADA trạm
SCADA trạm có các chức năng cơ bản sau:
• Thu thập số liệu các thanh cái của trạm bao gồm bộ các thông số(U, I, P, Q…)
của các phần tử và trạng thái của các thiết bị trong trạm(chủ yếu là trạng thái máy
cắt, trạng thái cầu dao, điện áp trên thanh cái… ).
• Thực hiện các lệnh theo yêu cầu của người điều hành hệ thống và người trực
trạm đưa ra hoặc của SCADA điều độ cấp trên. Việc điều khiển chủ yếu là đóng
cắt các máy cắt và điều chỉnh tăng giảm nấc phân áp của máy biến áp.
• Cung cấp giao tiếp người - máy với người điều hành hay người trực trạm: các
control pannel, các bảng mạch mà trên đó ta dùng để biểu thị các thiết bị, thông
số giờ đây ta thay thế bằng giao tiếp bởi màn hình, chuột, bàn phím. Giao diện
người – máy(HMI) của SCADA trạm cho phép ngườidùng dễ dàng hơn trong
việc giám sát, thu thập dữ liệu, điều khiển, quản lý hệ thống và vận hành trạm.
• Ghi nhận, quản lý, lưu giữ lịch sử vận hành trạm, lịch sử các sự kiện như: báo
động, sự cố; lưu trữ các quá trình thao tác trong hệ. Điều này sẽ rất có ích trong
việc phát hiện và sử lý khi có lỗi xảy ra.
• Quản lý cơ sở dữ liệu lịch sử của trạm để phục vụ trong việc in báo cáo với cấp
trên, gửi số liệu lên SCADA điều độ cấp trên.
• Có một cơ chế tự động tạo và in các báo các khi cần thiết.
Page 16 of 24
• Có khả năng truyền thông với cấp trên như: nhận lệnh từ cấp trên đưa xuống và
tiến hành gửi các báo cáo theo yêu cầu của cấp trên.
• Truyền tin với cấp dưới của SCADA trạm là các transmitter, sensor, cơ cấu
chấp hành.
2.4. Các kiến trúc của SCADA trạm
Hiện nay các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh, các transmitter
số hợp bộ, các RTU và các PLC đang phát triển mạnh và bắt đầu được ứng dụng

ngay càng rộng dãi hơn trong hầu hết các ngành công nghiệp từ các khu chế biến
thực phẩm, nơi các nhà máy xí nghiệp sản xuất mà dường như trước đây không
máy khi sử dụng đến các thiết bị tự động hoá, cho đến các khu chế xuất, các khu
công nghiệp. Ở một số nước tiên tiến, các hệ thống SCADA sử dụng RTU hay
PLC đang ngày càng được phát triển. Tuy nhiên xu hướng người ta ngày càng sử
dụng PLC thay cho các RTU càng ngày càng được ưa chuộng hơn. Rất nhiều
phần mềm SCADA đã ra đời với nhiều hỗ trợ hơn cho người thiết kế hệ thống,
một số sản phẩm, thiết bị của nhiều hãng như Wonderware, Siemens, Nari… đã
ra đời và được đưa ra thị trường.
Nói chung, có thể phân các sản phẩm này thành một số kiểu cấu trúc sau:
Kiểu kiến trúc
SCADA trạm
PC/PLC RTU PC/PLC/Transmitter số
Hệ điều hành Unix, Windows Unix, Windows Windows
Hệ thu thập số
liệu
PLC, transmitter
analog, sensor
RTU, transmitter
analog, sensor
PC, các transmitter số, các
sensor
Protocol truyền
tin
Dựa trên Protocol
của PLC
RS - 232 RS – 485
Giá cả Cao Trung bình đến
cao
Cao

Sử dụng Hiện hành Hiện hành Tương lai gần
2.4.1. Kiến trúc kiểu PC/PLC:
Sử dụng PC với PLC kết hợp với việc sử dụng hệ điều hành của Unix
hay Windows. Nó sử dụng các bộ biến đổi, các transmitter analog, các sensor để
thu thập số liệu. Kiểu kiến trúc này phù hợp hơn trong việc ứng dụng vào
SCADA cho các trạm với quy mô nhỏ.Tuy nhiên giá thành sử dụng khá cao.
Page 17 of 24
2.4.2. Kiến trúc kiểu RTU:
Kiểu kiến trúc này dựa trên các thiết bị đầu cuối, các transmitter analog,
các sensor, cảm biến. Các thiết bị này sẽ thu thập trạng thái của hệ thống và đưa
về máy tính để xử lý số liệu và thông qua các bộ điều khiển đưa xuống cơ cấu
chấp hành. Kiến trúc dựa trên các RTU thường được ứng dụng trong việc
SCADA trạm với quy mô nhỏ và vừa. Ưu điểm của nó là giá cả rẻ song việc lắp
đặt hệ thống và thiết kế là không đơn giản. Trong tương lai kiểu này sẽ không còn
được sử dụng thông dụng nữa.
2.4.3. Kiến trúc dựa trên PC/PLC/Transmitter số:
Kiểu kiến trúc này với máy PC được coi như là máy chủ và các Slave là
các PLC, các transmitter số thông minh. Các PLC và các transmitter số thông
minh này được nối với nhau thành một mạng dựa trên chuẩn truyền tin RS – 485.
Máy chủ PC sẽ làm nhiệm vụ thu thập số liệu, ra lệnh điều khiển, ghi nhận trạng
thái, thao tác vận hành và sự cố. PC là nơi hiển thị các giao diện người - máy và
cũng la nơi quản lý các cơ sở dữ liệu của hệ thống. Kiến trúc kiểu này rất phù hợp
với nhưng trạm có quy mô lớn và đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong
tương lai bởi hệ thống và quy mô của các trạm cũng ngay càng phức tạp.
2.5. Tổ chức của SCADA trạm
Theo yêu cầu của hệ SCADA, SCADA có các đặc điểm sau:
- Hệ thống vừa truyền tin, vừa tiến hành thu thập số liệu, tính toán, tiến hành
tương tác với người dùng và truyền tin với cấp trên trong tất cả thời gian thực.
- Hệ thống có nhiều tính năng khác nhau. Một số đòi hỏi việc tính toán là rất
nhiều( ví dụ như việc lập các báo cáo, phân tích hệ thống… ) nhưng một số công

việc lại đòi hỏi tính thời gian chặt chẽ( các hệ thống đòi hỏi tính thời gian thực
cao như là các hệ thống thu thập số liệu, truyền tin cấp dưới, cảnh báo, báo
động…).
- Một số tính năng hoạt động liên tục(ví dụ như: đo, thu thập thông số hệ thống,
truyền tin…) nhưng một số tính năng lại chỉ hoạt động theo yêu cầu hay định kỳ
rồi nghỉ( ví dụ như trong công tác in báo cáo, lập bảng biểu chỉ làm theo yêu cầu
của người dừng ).
- Một số tính năng bắt buộc phải có, một số tính năng khác thì lại là tuỳ chọn của
người dùng có thể thêm vào hay bớt đi mà không làm ảnh hướng đến hệ thống.
Page 18 of 24
2.6. Lợi ích của việc sử dụng SCADA trạm
SCADA trạm sẽ mang lại những lợi ích to lớn khi thiết kế, xây dựng, vận
hành, bảo trì và nâng cấp trạm khi cần mở rộng. Đặc biệt nó tăng cường thêm
chất lượng giám sát, vận hành và nâng cao tính tin cậy của hệ thống trạm. Các lợi
ích mà SCADA trạm mang lại gồm:
2.6.1 Lợi ích khi thiết kế và xây dựng trạm
• Giảm bớt số lượng các thiết bị dự phòng.
• Giảm thiểu hạ tầng cơ sở của trạm bao gồm: đường cáp tín hiệu/ống dẫn dây,
các tủ bảng đo lường, tủ bảng điều khiển và diện tích nhà điều hành trạm.
• Dễ dàng nâng cấp, mở rộng hệ thống điều trạm.
2.6.2. Lợi ích khi vận hành
• Tự động ghi nhận các hoạt động ghi nhận các hoạt động điều hành trạm của
người trực trạm cũng như các lệnh điều hành của cấp trên.
• Có cơ sở dữ liệu vận hành để dùng trong việc vận hành, phân tích, tính toán với
hệ thống, điều khiển thời gian thực.
• Giảm được số lượng nhân công vận hành trạm, hơn nữa trên cơ sở hệ thống
trạm được tự động hoá hoàn toàn điều này sẽ tránh được đáng kể những sai sót do
người công nhân vận hành trạm.
2.6.3. Lợi ích trong bảo trì hệ thống
• Có cơ sở dữ liệu về lịch sử vận hành, lịch sử thao tác trạm, các báo động, thông

tin về sự cố luôn có sẵn trên hệ thống.
• Các thiết bị đo có thể được trực tiếp lập trình về các thông số cấu hình, chẩn
đoán, chỉnh định hệ thống…
• Dễ dàng lập kế kế hoạch bảo trì thiết bị thông qua việc phân tích cơ sở số liệu
tình trạng hoạt động của thiết bị. Chi phí bảo trì sẽ giảm do có số liệu cụ thể về hệ
thống.
• Sơ đồ trạm được quản lý bằng máy tính nên rất dễ dàng trong việc xem xét cũng
như cập nhật các thay đổi mà không mất nhiều chi phí.
Page 19 of 24
2.6.4. Tăng cường tính tin cậy của hệ thống
• Giao diện người - máy thân thiện với giải thích rõ ràng cùng cơ chế kiểm tra
hoạt động sẽ giảm thiểu khả năng tháo tác nhầm, thao tác sai của người trực trạm.
• Tăng số lượng, chất lượng và độ tin cậy của việc thu thập số liệu.
• Cung cấp nhanh chóng và chính xác về lịch sử thao tác cũng như lịch sử vận
hành trạm đê có thể đưa ra nhanh chóng nhưng quyết định khi hệ thống có sự cố
xảy ra hay là khi cần nâng cấp, bảo trì hệ thống.
• Trên cơ sở có các cảnh báo sớm sẽ khiến cho việc bảo trì đúng thời hạn sẽ giảm
thiểu đáng kể các rủi ro hỏng hóc mang lại.
• Do việc thu thập số liệu thời gian thực nên cho phép thực hiện nhanh chóng xác
định và xử lý tình trạng quá tải. Những khu vực bị quá tải này sẽ được nhanh
chóng bù đắp bằng hệ thống nguồn cấp dự phòng khác; điều này giảm đáng kể
thời gian bị mất điện do sự cố qua tải hệ thống.
Chương 3: HỆ THỐNG SCADA Ở VIỆT NAM
Ở Việt Nam, khái niệm SCADA ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực
của đời sống xã hội. Hệ thống SCADA có khả năng đo lường, điều khiển và thu
thập dữ liệu. Trên cơ sở đó cho ta những phân tích đánh giá và dự báo về hệ
Page 20 of 24
thống một cách chính xác gián tiếp. Khái niệm SCADA xuất hiện vào thập niên
70 của thế kỷ XX và ngày càng phát triển hoàn thiện đáp ứng được những nhu
cầu mà thực tế đặt ra. Do đáp ứng được rất nhiều tính năng trong quá trình quản

lý điều hành các hệ thống công nghiệp lớn nên hiện nay hệ thống SCADA đã
được ứng dụng nhiều ở Việt Nam. Ứng dụng cụ thể tiêu biểu nhất phải kể đến là
hệ thống SCADA trong ngành điện Việt Nam. Hệ thống SCADA trong ngành
điện Việt Nam sử dụng các thiết bị điện thông minh như các rơle, sensor điện,…
có khả năng thu nhận và truyền tín hiệu về các trung tâm xử lý. Việc điều khiển
giám sát cũng được thực hiện dưới nhiều cấp độ. Hiện nay phát triển tới 3 cấp, đó
là các trung tâm điều độ cấp tỉnh, cấp vùng (Bắc – Trung – Nam) và cấp quốc gia.
Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia Việt Nam đặt tại 18 Trần
Nguyên Hãn – Hoàn Kiếm – Hà Nội, thực hiện một số chức năng chính như:
 Chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng trong
hệ thống điện theo quy trình điều độ hệ thống điện Quốc gia đã được Bộ
công nghiệp duyệt nhằm đạt kết quả tối ưu về kỹ thuật và kinh tế đảm bảo
hệ thống điện Quốc gia vận hành liên tục và đúng chất lượng.
 Lập phương thực vận hành và sửa chữa các phần tử chính trong hệ thống
điện Quốc gia đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, liên tục và đúng chất
lượng.
 Tính toán và thực hiện các phương thức, các chế độ vận hành bao gồm cả
tính toán rơle, tự động, ổn định nhằm đảm bảo cho hệ thống điện Quốc gia
vận hành an toàn, kinh tế và ổn định.
 Quản lý vận hành hệ thống SCADA/EMS (Hệ thống giám sát điều khiển và
thu nhận số liệu/hệ thống quản lý năng lượng) phục vụ sản xuất.
Các trung tâm điều độ của mỗi vùng sẽ thực hiện điều khiển giám sát trong
từng vùng đồng thời phải thường xuyên gửi các thông báo tới trung tâm điều độ
Quốc gia. Trung tâm điều độ Quốc gia gửi các yêu cầu tới các trung tâm điều độ
trên toàn quốc.
Page 21 of 24
Hiện nay, việc điều khiển giám sát mới chủ yếu được thực hiện ở các trạm
biến áp, trong tương lai không xa dựa trên hệ thống SCADA sẽ triển khai hệ thống
truyền số liệu như công tơ điện từ có lập trình (PPM GEC METERS) thông qua
MODEM tới các trung tâm điều độ vùng.

Ngoài ra, hệ SCADA đặc biệt phát huy thế mạnh ở các hệ thống điều
khiển giám sát trong các hệ thống như: Sản xuất xi măng; hệ thống kiểm soát và đo
dầu khí; hệ thống điều khiển giao thông; hệ thống quản lý nước; hệ thống trộn
nhiên liệu; hệ thống điều khiển giám sát lò hơi, lò nhiệt; hệ thống điều khiển giám
sát tòa nhà thông minh…
KẾT LUẬN
Để nâng cao chất lượng và đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện Việt Nam
đang được đầu tư xây dựng và phát triển ngày càng nhiều các đường dây và trạm
biến áp(TBA), cũng như không ngừng mở rộng các TBA đã đầu tư xây dựng
trước đây, như đầu tư xây dựng các máy biến áp(MBA) số hai và các xuất tuyến
Page 22 of 24
trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện đảm bảo sự tăng trưởng của phụ
tải. Mặt khác, hệ thống điện Việt Nam ngày càng được hiện đại hóa bằng các
thiết bị hiện đại, các thiết bị lạc hậu trước đây dần được thay thế bằng các thiết bị
hiện đại, được sản xuất theo công nghệ mới có chất lượng và độ tin cậy cao hơn.
Hiện nay đa số các TBA có cấp điện áp 110kV, 220kV và 500kV đều
được đầu tư đồng bộ hệ thống SCADA. Các trạm biến áp 500kV, 220kV mới và
một số TBA 110kV được đầu tư hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính để
phục vụ việc giám sát và điều hành lưới điện từ các Trung tâm điều độ Miền và
Trung tâm điều độ Quốc Gia.
Với lưới điện phức tạp việc vận hành lưới điện sẽ ngày càng khó khăn hơn
khi mật độ các trạm biến áp ngày càng nhiều hơn, việc đảm bảo tính ổn định hệ
thống khó hơn, mặt khác do nhu cầu của phụ tải đòi hỏi chất lượng điện năng
ngày càng cao. Do đó việc đầu tư đầu tư, tìm hiểu và đưa vào hoạt động các Hệ
thống SCADA/EMS cũng như các trạm điện được trang bị hệ thống tự động hóa
là hết sức cần thiết.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB Khoa học
và kỹ thuật.
Page 23 of 24

2. Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm (1999), Bộ điều khiển lập trình vận hành và
ứng dụng, NXB Khoa học và Kỹ Thuật.
3. Website:
4. Website:
5. Website:
6. Website:
7. Một vài đồ án tham khảo của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Page 24 of 24