Đồ án hệ thống điện: Tìm hiểu về hệ thống SCADA

Đồ án hệ thống điện



Mục lục
Lời mở đầu
Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền
tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau
thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu
quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung.
Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ
thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng
với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa.
Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các
trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân
phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh
toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng,
EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition).
Đề tài gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu thiết bị của hệ SCADA
Chương 2: Hệ thống EMP
Chương 3: Cấu hình thiết bị của hệ SCADA
Chương 4: Vận hành hệ SCADA
Chương 5: Kết luận
Do kiến thức bản thân còn hạn chế cộng với thời gian có hạn và việc
tìm tài liệu khó khăn nên không thể tránh khỏi những thiết sót. Mong các thầy
và các bạn sinh viên đóng góp thêm để đề tài được phát triển sau này.
Cần Thơ, ngày tháng năm 2014
Sinh viên thực hiện
Võ Hoàng Khánh

Đồ án hệ thống điện



Mục lục
Mục lục
Lời mở đầu 1
Mục lục 2
Chương 1 7
Giới thiệu thiết bị SCADA 7
1.Tổng quan về RTU: 7
2.Cấu trúc XCELL RTU: 7
2.1Giới thiệu tổng quan: 7
2.2Đơn vị CELL căn bản: 8
2.3RTU nhiều CELL: 8
2.4Chức năng của RTU: 10
2.5Tính toàn vẹn hệ thống: 10
2.6Khả năng xử lí: 10
2.7Khả năng mở rộng của RTU 11
2.8Giải pháp RTU hoàn chỉnh 11
2.9Kích thước RTU: 11
3.Các cấu hình truyền thông RTU: 11
3.1Giới thiệu 11
3.2Các công cụ: 13
4.Nguồn cung cấp DC cho RTU: 13
5.Các module giao tiếp thiết bị: 13
5.1Module xử lí CPR-02x / CPR-03x: 13
5.2Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040: 15
5.3Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040: 15
5.4Module đầu vào tương tự HAI-030: 16

6.Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị: 17
6.1Các đầu vào số: 17
6.2Quá trình điều khiển: 22
6.3Các đo lường tương tự: 26
Đồ án hệ thống điện



Mục lục
6.4Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints): 28
6.5Các đầu vào đếm (counter input): 29
6.6Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation): 30
7.Truyền thông: 30
7.1IEC 870 – 5 – 101: 31
7.2FieldNet: 39
8.Cấu hình Transducer: 39
8.1Transducer điện áp: 39
8.2Transducer vị trí nấc phân áp: 40
8.3Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng: 40
Chương 2 43
Cấu hình thiết bị SCADA 43
1.Cấu hình truyền thông cho RTU: 43
2.Chọn loại và số lượng card giao tiếp: 43
3.Bố trí thiết bị RTU: 44
4.Cấu hình các thông số chính cho từng loại card: 44
5.Tính toán cấu hình Transducer TRIAD: 49
Chương 3 52
HỆ THỐNG EMP 52
1.TỔNG QUAN VỀ EMP 52
1.1Giới thiệu 52

1.2Các thành phần của EMP 52
1.3Cấu trúc hệ thống EMP 54
1.4Trào lưu dữ liệu trong EMP 58
2.TỔNG QUAN VỀ HABITAT 63
2.1Giới thiệu 63
2.2Cấu trúc của HABITAT 63
3.CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ: 66
3.1Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG: 66
3.2Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu: 67
3.3Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem): 68
Đồ án hệ thống điện



Mục lục
3.4Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem): 68
4.Các kiểu hệ thống HABITAT: 68
4.1Hệ thống HABITAT thời gian thực: 68
4.2Hệ thống HABITAT mô phỏng: 68
4.3Các hệ thống phát triển HABITAT: 69
4.4Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB: 69
5.ALARMS: 69
5.1Các sự kiện (Events): 70
5.2Các hiển thị cảnh báo (Alarm display): 71
6.Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT: 71
6.1Tiện ích Quyền (Permission): 71
6.2Tiện ích Quản lý cấu hình 71
6.3Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman) 72
7.Hệ thống giao tiếp 73
7.1Hệ thống ngày giờ: 73

7.2Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC) 74
7.3Trending and strip chart recorders driver 74
7.4Nhật ký (Logman) 74
8.Lập trình trong HABITAT 74
8.1Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng 74
8.2Chương trình ứng dụng HABITAT. 74
8.3Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM) 75
8.4Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình. 75
9.Hệ thống con SCADA: 76
9.1Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA: 76
9.2Giao diện người sử dụng SCADA: 77
9.3Thu thập dữ liệu SCADA: 78
9.4Giám sát thời gian thực: 80
9.5Điều khiển giám sát: 83
9.6Các chức năng SCADA hỗn tạp: 84
Chương 4 86
Đồ án hệ thống điện



Mục lục
Vận hành hệ thống SCADA 86
1.Hệ thống phần cứng SCADA: 86
2.Chức năng phần mềm SCADA: 86
2.1Thu thập dữ liệu: 86
2.2Điều khiển giám sát: 87
2.3Điều khiển hệ thống: 87
3.Các display về trạm: sơ đồ một sợi và bảng 89
4.Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu cua hệ SCADA tại trạm: 94
4.1Nguồn gốc dữ liệu 95

4.2Dữ liệu tương tự 95
4.3Dữ liệu trạng thái 99
4.4Dữ liệu đếm 103
5.Khả năng quét của SCADA 105
6.Cờ đặc tính dữ liệu 106
6.1Cờ nguồn gốc dữ liệu 107
6.2Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết 107
6.3Cờ đa hợp 109
6.4Cờ từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator) 110
6.5Cờ thuộc tính 110
7. Dữ kiện và cảnh báo SCADA 111
7.1Các điều kiện bất thưòng 111
7.2Dữ kiện cho sự trở về trạng thái bình thường 112
7.3Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị: 112
7.4Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA 113
8.Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA: 116
9.Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA: 117
Chương 5 118
Kết luận và hướng phát triển đề tài 118
Phụ lục 119
1.TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer: 119
2.Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 120
Đồ án hệ thống điện



Mục lục
3.Kết nối loại D (D-type connector) 122
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Chương 1

Giới thiệu thiết bị SCADA
1. Tổng quan về RTU:
RTU Xcell là một công nghệ RTU theo kiểu khối, được thiết kế chuyên dụng cho
công nghiệp điện năng. Cách tiếp cận theo kiểu module của nó cho phép các hệ thống
phức tạp được xây dựng dễ dàng từ các ô (cell) tiêu chuẩn.
Hình 1.1: Một RTU tiêu biểu
Công nghệ Xcell cung cấp cho người sử dụng 6 mức độ độc lập nhau cho việc
thiết kế các hệ thống tự động. Đó là:
1) Đơn giản sử dụng, bảo trì và mở rộng.
2) Một họ RTU gắn với các ứng dụng.
3) Phần mềm linh hoạt cho phép thực hiện các chức năng với cuing phần
cứng.
4) Hệ thống mở: tích hợp các loại thiết bị khác nhau,gắn vào tất cả các hệ
thống SCADA.
5) Các ứng dụng phức tạp cho tương lai.
6) Các chi phí vận hành thấp nhất.
2. Cấu trúc XCELL RTU:
2.1 Giới thiệu tổng quan:
Trang 7
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
XCell RTU được dựa trên kiến trúc XCell mạnh và tiên tiến. Đây là một
kiến trúc linh hoạt và theo kiểu module được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ở
hiện tại và trong tương lai. Dùng các phương pháp đa bộ xử lí, RTU này thực
hiện các chức năng của nó với độ sẵn sàng cao và có hiệu lực cao và khả năng
đáp ứng hầu hết các yêu cầu tại công trường. Nó được gắn trên giá 19'' (rack),
được thiết kế bằng các bộ phận điện tử chuẩn và được chế tạo theo các tiêu chuẩn
ISO 9002.
2.2 Đơn vị CELL căn bản:
RTU được xây dựng dựa trên một khái niệm theo kiểu khối (cellular,
modular) bao gồm một hay nhiều Khối (Cell) hợp thành. Một Cell có thể chỉ có

một module xử lí trung tâm hoặc gồm một module xử lí trung tâm và có đến 4
module Vào/Ra để giao tiếp với các thiết bị khác. Các module giao tiếp được
chọn trên cơ sở các yêu cầu cụ thể tại trạm, bao gồm cả các yêu cầu về môi
trường, loại tín hiệu và số lượng tín hiệu.
Hình 1.2: Một Cell tiêu biểu
2.3 RTU nhiều CELL:
Với các trạm và nhà máy có nhiều tín hiệu kết nối với RTU thì cần RTU
nhiều Cell hơn và mạnh hơn.
Trang 8
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.3: RTU nhiều Cell
Các cell giao tiếp với nhau bằng hệ thống giao tiếp FieldNet. Hệ thống này
tích hợp các Cell lại với nhau tạo thành một hệ thống RTU thống nhất. Dữ liệu
trong bất kì cell nào đều có thể được dùng bởi tất cả các cell khác. Các cell riêng
biệt kết hợp với FieldNet tạo ra một hệ thống cơ sở dữ liệu (Global Accessible
Database) luôn sẵn sàng cho tất cả các cell.
Hình 1.4: Giao tiếp FieldNet
Mỗi module xử lí có hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực của riêng nó.
Điều này cho phép mỗi cell có thể hoạt động độc lập với các cell khác. Nhiều cell
có thể thực hiện cùng các chức năng như nhau trong lúc mà một số Cell có thể
thực hiện các chức năng riêng của chúng. Tuy nhiên, chúng có thể kết hợp lại với
nhau để đưa ra một RTU mạnh với nhiều đặc trưng và ưu thế mà một RTU
thường không thể có.
Trang 9
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
2.4 Chức năng của RTU:
RTU có thể được cấu hình để đáp ứng các yêu cầu về chức năng cho từng
trạm. Hệ thống tối thiểu cung cấp chức năng cơ bản như giám sát và điều khiển
dễ dàng từ xa. Ngoài ra hệ thống này còn có cả các đặc tính nhận biết phần cứng
tự động và chức năng tự nhận cấu hình.

Trên cơ sở này nhiều chức năng phức tạp đã được hình thành. Các thuật
toán xử lí chuẩn được cung cấp đối với các loại tín hiệu chuẩn như là: các đầu
vào số đơn (1 bít), các tín hiệu đầu vào số kép (2 bít), v.v Mỗi loại tín hiệu này
có một số các thông số cần thiết như: đảo trạng thái, thời gian lọc (filter time),
tham số tỷ lệ (scaling parameter),. v.v… Các thông số này có thể được cấu hình
cho từng tín hiệu bằng phần mềm eXpert chạy trên hệ điều hành WinNT.
Đối với các hệ thống tiên tiến hơn, RTU cung cấp việc lập trình ứng dụng
trong một môi trường đồ hoạ. Và cho phép các ứng dụng được phát triển trong
bất kì 5 môi trường lập trình: Ladder Diagrams, Sequential Function Charts,
Function Block Diagrams, Structured Text và Intruction List. Chức năng này tuân
theo tiêu chuẩn phát triển ứng dụng IEC 1131, cho phép người dùng xây dựng
nên một RTU hoàn toàn thoả mãn các yêu cầu của trạm nhờ vào phần mềm
eXpress.
2.5 Tính toàn vẹn hệ thống:
Bởi vì RTU trở thành một phần căn bản của các quá trình hoạt động hệ
thống cho nên tính sẵn sàng của RTU được đặt lên mức độ quan trọng hàng đầu.
Đó là tiêu chí để thiết kế XCell RTU. Với lý do đó mà các phần tử quan trọng
luôn có dự phòng để cung cấp mức độ sẵn sàng cao nhất có thể có được. Các
phần tử quan trọng bao gồm:
• Truyền thông FieldNet dự phòng giữa các cell.
• Nguồn cung cấp DC kép cho mỗi cell.
• Mỗi module xử lí XCell có riêng bộ chuyển đổi DC-DC để phát các
mức điện áp yêu cầu cho việc dùng bên trong cell đó. Điều này đảm
bảo sự làm việc việc độc lập và cách ly giữa các Cell.
• Có thể dùng nhiều bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều khiển.
• Lỗi của một cell được khoanh vùng và chỉ mất các chức năng của Cell
đó mà thôi.
• Các chương trình ứng dụng có thể được nhân đôi trong nhiều cell để
đảm bảo tính vẹn toàn và tín sẵn sàng của RTU.
• Các bít kiểm tra tính nguyên vẹn dữ liệu được gán cho tất cả các dữ

liệu RTU để chỉ thị rằng dữ liệu là có hợp lệ hay không.
2.6 Khả năng xử lí:
Trang 10
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Mỗi module xử lí bên trong RTU giám sát một số hữu hạn các tín hiệu thiết
bị vật lý –128. Chính vì vậy cần phải cân nhắc khi sử dụng bộ xử lý cho các ứng
dụng của RTU. Khi số tín hiệu của RTU tăng thì số lượng Cell cũng cần phải
tăng. Mỗi Cell vẫn đảm bảo một số lượng tối đa 128 tín hiệu thiết bị vật lý. Điều
này đảm bảo rằng hiệu suất sẽ không giảm khi số lượng tín hiệu tăng và đảm bảo
đạt được mức thời gian 1ms được gắn cho tất cả các dữ liệu RTU cho dù số
lượng tín hiệu tăng.
2.7 Khả năng mở rộng của RTU
XCell RTU mở rộng một cách dễ dàng bằng cách đơn giản thêm Cell. Nếu
không gian trong một giá không đủ thì có thể mở rộng sang giá khác bằng cách
mở rộng kết nối FieldNet đến giá mới.
2.8 Giải pháp RTU hoàn chỉnh
Dù rằng các module XCell hoặc các Cell là "trái tim" của XCell RTU
nhưng một RTU hoàn chỉnh nói chung bao gồm:
• Các module Xcell
• Hàng kẹp đấu nối (giao tiếp với thiết bị điện)
• Đấu nối nội bộ giữa các hàng kẹp đấu nối các module XCell
• Điều khiển nhiệt độ và bộ sấy (heater).
• Các thiết bị khác trong tủ như ổ cắm điện, bóng đèn
• Đấu nối khác bên trong tủ cho nguồn và các thiết bị bảo vệ.
• Các thiết bị bổ sung theo yêu cầu.
2.9 Kích thước RTU:
XCell RTU được bố trí kích thước để đáp ứng với các nhu cầu của trạm. Số
lượng của các module giao diện thiết bị dựa trên số tín hiệu thiết bị tại mỗi trạm
RTU. Một giá (rack) chuẩn 19'' có thể có 3 XCell đầy đủ (một bộ xử lí và 4
module giao diện vào/ra I/O). Các module XCell có mật độ kênh cao để đáp ứng

với số hàng kẹp giao diện, số hàng kẹp giao tiếp này quyết định chính đến kích
thước vật lí của RTU.
3. Các cấu hình truyền thông RTU:
3.1 Giới thiệu
Xcell RTU có thể cung cấp nhiều cấu hình truyền thông theo các yêu cầu
thực tế. Cụ thể, có thể chọn một trong các cấu hình sau:
 RTU kết nối truyền thông kép (dual communications):
Trang 11
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.5: Truyền thông kép đến các Trung tâm Điều độ
 RTU truyền thông dự phòng (redundant communications):
Các module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu,
phù hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hỗ trợ xử lý cho các
module Vào/Ra.
Hình 1.6: Kết nối dự phòng với Trung tâm Điều độ
 Các RTU truyền thông chuẩn (standard communications):
Module bộ xử lí này có bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu, phù
hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hổ trợ xử lý cho các module
Vào/Ra.
Trang 12
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.7: Kết nối chuẩn
3.2 Các công cụ:
Thành phần Mô tả
Expert-010 Phần mềm cấu hình cơ sở dữ liệu.
Explore-010 Phần mềm các chuẩn đoán
Express-010 Công cụ lập trình ứng dụng với 5 ngôn ngữ lập trình IEC
1131
SIM-010 Thiết bị mô phỏng dữ liệu Vào/Ra (I/O) với các dây nối bên
trong.

4. Nguồn cung cấp DC cho RTU:
Nguồn cung cấp cho RTU là 48V DC. Phần lớn các thiết bị RTU sẽ hoạt động từ
một nguồn một chiều không được điều chỉnh điện thế trong khoảng 18 đến 66V DC.
Tuy nhiên nguồn cung cấp RTU cũng được dùng như nguồn cung cấp module HDO-
030 và điều này đòi hỏi một nguồn 48V DC +/-25% (tức là từ 36V đến 60V DC).
5. Các module giao tiếp thiết bị:
Một thiết bị cell căn bản bao gồm: 1 module xử lí và có tối đa 4 module Vào/Ra
(như Hình 3: một Cell tiêu biểu).
5.1 Module xử lí CPR-02x / CPR-03x:
• CPR-02x bộ xử lí 16 bít, 16MHz.
Trang 13
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
• CPR-03x bộ xử lí 32 bít, 16MHz.
• Có khả năng xử 256 kênh Vào/Ra vật lí.
• Bước nhảy 1msec/lần.
• Hai cổng nối tiếp:
 Kết nối từ xa.
 Kết nối tại chỗ để cấu hình và chuẩn đoán tại chỗ.
CPR có các giao diện khác nhau với người vận hành như:
• Các chỉ thị LED:
 Xanh: Khi có điện cung cấp.
 Vàng: Khi hoạt động hay On LINE.
 Đỏ: Khi có lỗi.
• Các chỉ thị LED đối với các hoạt động truyền thông nối tiếp: CX, TX,
CTS, RTS.
• Việc báo cáo các thông báo về quá trình hoạt động, các chuẩn đoán
cell và số cell được hiển thị bằng LED 7 đoạn.
• Trạng thái các kênh riêng biệt được hiển thị trên một ma trận 64 LED.
Hình 1.8: CPR- 02x/CPR-03x và sơ đồ nguyên lý
Trang 14

M X P - 0 1 0
C P R - 0 2 1
S e r i a l
I n t e r f a c e
F r o n t
P a n e l
I n t e r f a c e
B a c k p l a n e
I n t e r f a c e
N e t w o r k
I n t e r f a c e
P r o c e s s o r
6 8 E C 0 0 0
R P I G
E P R O M
a n d R A M
A d d i t i o n a l
E P R O M
a n d R A M
E R M - 0 1 4
A d d r e s s ,
D e c o d i n g ,
I n t e r r u p t
M a n a g e m e n t
F a u l t R e l a y
( W a t c h d o g )
I s o l a t i n g
D C / D C C o n v e r t e r
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
5.2 Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040:

• 32 kênh đầu vào số.
• Chỉ có các cặp tiếp điểm nguồn điện áp bên ngoài (Wet contacts).
• Đầu nối loại – D (D-connector) đối với các kênh đầu vào.
• Điện áp định mức 48VDC.
Module đầu vào số có 32 kênh tín hiệu. Các tín hiệu vào được cách ly với
nhau và cần có nguồn điện áp bên ngoài. Module HDI–040 được thiết kế đối với
điện áp vào 48VDC. Tuy nhiên có thể kết nối với điện áp đầu vào cao hơn chẳng
hạn như 110 hoặc 220 VDC bằng các module đấu nối TERM-32DI hay TERM-
32DI –ISO. Các module đấu nối này có sẵn các điện trở để có thể dùng với điện
áp lớn hơn 48VDC. Sự khác nhau giữa 2 module đấu nối này là với TERM-32DI
16 tín hiệu vào dùng chung một điểm chung (Comon) trong khi với TERM-32DI
–ISO các tín hiệu đầu vào được cách ly hoàn toàn với nhau.
Hình 1.9: HDI- 040 và sơ đồ nguyên lý
5.3 Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040:
• 32 kênh đầu ra số.
Trang 15
H D I - 0 5 0
16 Similar
Channels
D C
D C
D C
C h 1
C h 2
C h 1 6
C o m 1
C h 4 9
C h 5 0
C h 6 4
C o m 4

16 Similar
Channels
4 Similar Groups of
16 Channels
E X T D C -
E X T D C +
E X T D C -
E X T D C +
T o N e x t
G r o u p
T o N e x t
G r o u p

Đồ án hệ thống điện  Chương 1
• Mỗi kênh có một cặp tiếp điểm thường mở.
• Tín hiệu ra dạng xung hoặc được chốt (latched output)
• Chức năng điều khiển ở đầu ra: lựa chọn - kiểm tra - thực hiện.
• 2 mức kiểm tra ngăn chặn trong phần cứng của đầu ra điều khiển.
• Một rơle ở kênh đầu ra.
HDO-030/040 là một module đầu ra 32 kênh với một công tắc đơn trên mỗi
kênh và được thiết kế để hoạt động với điện áp cung cấp danh nghĩa giữa 20 và
60V. Module có thể cho phép chỉ một kênh được hoạt động tại một thời điểm
hoặc cho phép nhiều tín hiệu ra được chốt.
Điện áp để các rơle bên trong module làm việc được cấp từ đầu nối DB37. Các
mạch logic điều khiển của module được cấp nguồn từ module xử lí CPR thông
qua backplane.
.
Hình 1.10: HDO- 040 và sơ đồ nguyên lý
5.4 Module đầu vào tương tự HAI-030:
• 32 kênh đầu vào tương tự.

• Tín hiệu vào khác nhau.
• Dải dòng điện vào định mức +/-20mA.
Trang 16
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
HAI-030 là một module đầu vào tương tự dùng cho các tín hiệu vào tương
tự một chiều. Dải dòng điện vào định mức +/-20mA với khả năng quá tải là 5%.
Dải dòng điện vào có thể cấu hình là +/-10mA dùng chức năng CAL bằng phím
chức năng của module CPR, sự thay đổi này sẽ có tác dụng cho tất cả các tín hiệu
vào của module. Giá trị của điện trở tải giữ ở mức 50 Ohm. Độ phân giải bộ
chuyển đổi tương tự -số (A/D converter) không đổi cho đến khi có sự cân chỉnh
(calibration) đối với độ lợi bộ khuếch đại tín hiệu vào.
Hình 1.11: HAI-030 và sơ đồ nguyên lý
6. Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị:
6.1 Các đầu vào số:
6.1.1. Kết nối:
Module đầu vào số HDI, khi làm việc cần một điện áp vào thu nhận
tín hiệu của một kênh. Điện áp này đặt giữa 2 điểm đấu nối (+) và (-) của
kênh đầu vào và phải theo đúng cực tính đã qui định. Thiết bị trạm có thể
Trang 17
H A I - 0 3 0
D C
D C
D C
P o t e n t i a l
I s o l a t i o n
M u l t i p l e x e r
A / D
C o n v e r t e r
32 Similar Channels
C h 1 +

C h 1 -
C h 2 +
C h 2 -
C h 3 2 +
C h 3 2 -
P l a n t I n t e r f a c e
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
cung cấp điện áp này hoặc đưa ra một công tắc không điện (dry contact) và
điện áp này được cung cấp từ RTU.
Nếu thiết bị trạm cung cấp điện áp thì điện áp này nối trực tiếp với
module đầu vào số như hình 13:
Hình 1.12: HDI dùng điện áp 48VDC từ thiết bị trạm
Trường hợp thiết bị trạm đưa ra một công tắc không điện thì HDI
được nối như hình 14:
Trang 18
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.13: HDI dùng điện áp 48VDC từ RTU
Trên hàng kẹp đấu nối tủ RTU, một điểm đầu nối, kí hiệu dấu +, sẽ
được kết nối với nguồn +48V DC. Dương nguồn này được chuyển mạch
đến âm nguồn, ở một điểm đấu nối khác, kí hiệu dấu -, và như thế ta nhận
được một kênh đến kênh đầu vào số.
Còn trên bộ kết nối (connector) của module đầu vào số, một phía của
các kênh đầu vào được kết nối cùng nhau và nối với âm nguồn -48V DC,
phía còn lại sẽ nhận điện áp chuyển mạch (dương nguồn) từ các thiết bị
trạm.
6.1.2. Quá trình xử lí đầu vào số:
Tất cả sự thay đổi trạng thái đều được in dấu thời gian ngay lập tức
với độ phân giải 1msec tuỳ thuộc vào việc phát hiện sự thay đổi đó. Bởi vì
bộ xử lí giao tiếp với 128 đầu vào vật lí (với CPR-021), 256 đầu vào vật lí
(với CPR-02x/CPR-03x cao hơn) cho nên có thể in dấu thời gian cho tất cả

các đầu vào với độ phân giải 1msec bất chấp số điểm đo trong RTU.
Các kênh trên một module đầu vào số có thể được sử dụng với các
loại chỉ thị khác nhau chẳng hạn như các chỉ thị đầu vào đơn (1 bít), các chỉ
Trang 19
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
thị đầu vào kép (2 bít), vị trí nấc phân áp, các đầu vào BCD, v.v Cần lưu ý
rằng các chỉ thị dùng nhiều bít phải sử dụng các kênh đầu vào liên tiếp.
6.1.3. Các đầu vào số đơn:
Các đầu vào số đơn có một số thông số để người dùng cấu hình để.
Các thông số cấu hình đó đưa ra các chức năng nổi bật. Bao gồm các chức
năng chuẩn sau:
 Thời gian lọc ON, ON Filter Time (0 - 60secs) và thời gian lọc
OFF, OFF Filter Time (0 – 60secs) được cấu hình cho từng
kênh. Thời gian lọc là khoảng thời gian đầu vào ở trạng thái On
hoặc trạng thái OFF trước khi sự thay đổi trạng thái được chấp
nhận là hợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp.
 Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh và
đảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp.
 Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa là
không đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổi
trạng thái trên kênh đó.
 Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tự
động bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được phát
hiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian định
trước. Thông số này nhằm ngăn ngừa một kênh lỗi, có thể tạo ra
dữ kiện thay đổi trạng thái liên tục.
6.1.4. Các đầu vào số kép:
Hai kênh đầu vào số liên tiếp có thể được nhóm lại với nhau và được
coi như là một chỉ thị kép. Các tín hiệu chỉ thị kép có một số thông số cấu
hình chính như sau:

 Thời gian lọc trạng thái hợp lệ - Valid State Filter Time (0 - 60secs)
và thời gian lọc trạng thái không hợp lệ - Invalid State Filter
Time (0 – 60secs), hai thông số này được cấu hình cho từng tín
hiệu kép. Các thông số thời gian này là những thời gian mà trạng
thái vào của các kênh đơn phải hợp lệ (01 hoặc 10) hoặc không
hợp lệ (00 hoặc 11) trước khi sự chuyển trạng thái được cho là
hợp lệ và được hệ thống xử lý tiếp.
 Sự đảo trạng thái (Inversion) được được cấu hình cho từng kênh và
đảo giá trị bit đầu vào trước khi được hệ thống xử lý tiếp.
 Loại bỏ bằng tay (Manual Suppression) được kích hoạt nghĩa là
không đưa kênh tín hiệu vào làm việc và chặn tất cả các thay đổi
trạng thái trên kênh đó.
 Loại bỏ tự động (Automatic Suppression) ngăn chặn một cách tự
động bất kì thay đổi trạng thái nào nếu số thay đổi được phát
Trang 20
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
hiện ra vượt quá giá trị giới hạn trong một khoảng thời gian định
trước.
6.1.5. Việc loại bỏ tự động của các đầu vào số:
Việc loại bỏ tự động là một đặc điểm tự điều chỉnh: phát hiện số sự
kiện của các kênh đầu vào vượt quá mức giới hạn trong một khoảng thời
gian nhất định và ngăn chặn những kênh “có vấn đề” từ cho đến khi thời
điểm các kênh này ổn định trở lại. Thông số này nhằm ngăn chặn các chỉ thị
sai mà xuất hiện liên tục và ngăn ngừa để chúng khỏi tạo ra các dữ kiện
vượt quá số dữ kiện có nghĩa.
Số sự kiện (1-64) và giới hạn thời gian mà sự kiện xảy ra (1-30 secs)
trước khi điểm đo bị ngăn chặn có thể được cấu hình trên cơ sở một hệ
thống. Ngoài ra cấu hình trên cơ sở một hệ thống là chu kì (1-30mins) mà
trong suốt chu kì đó điểm đo phải ổn định trước khi điểm đó không được
loại bỏ và việc báo cáo của các sự kiện lại được kích hoạt.

Hình 1.14: Loại bỏ tự động các đầu vào số.
6.1.6. Các chỉ thị vị trí nấc phân áp nhị phân:
Các chỉ thị vị trí nấc phân áp có thể được thu thập bằng một số các chỉ
thị số liên tiếp mà mỗi chỉ thị nối với một vị trí nấc phân áp của máy biến
áp. Chỉ một chỉ thị được kích hoạt để chỉ thị một nấc phân áp hợp lệ.
Các chỉ thị nấc phân áp nhị phân có một số thông số chính do người
dùng cấu hình như sau:
• Nấc đầu tiên (Start Tap) được cấu hình cùng tương ứng với kênh
chỉ thị vật lý. Các kênh liên tiếp miêu tả các vị trí nấc liên tiếp.
• Nấc cao nhất (maximum number of taps) có thể cấu hình đến 31.
Trang 21
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
• Loại máy biến áp (Transformer type): có thể chọn tự ngẫu (Auto-
wound) hoặc hai cuộn dây (double-wound).
• Thời gian hợp lệ (Validation time) (0-60secs) có thể được thiết lập
cấu hình cho chỉ thị nấc của từng máy biến áp.
• Thời gian hợp lệ (0-10mins) (Validation time) có thể được thiết lập
cấu hình cho chỉ thị nấc của từng máy biến áp (không phải ON
hoặc nhiều hơn một đầu vào tại cùng một thời điểm) được chấp
nhận.
• Đảo trạng thái (Inversion) có thể cấu hình cho chỉ thị vật lý của
từng máy biến áp trước khi chubgs được xử lý tiếp.
6.1.7. Các chỉ thị BCD:
Các đầu vào BCD có thể được xuất phát từ một số chỉ thị số liên tiếp.
RTU sẽ cung cấp từ 1 đến 4 con số BCD cộng một vạch chọn hoặc các đầu
vào hợp lệ để ký hiệu rằng các con số là hợp lệ.
Các đầu vào BCD có một số thông số cấu hình được kết hợp với
chúng như:
• Số con số BCD có thể được thiết lập cấu hình từ một con số (0-9)
tới 4 con số (0-9999). Mỗi con số yêu cầu 4 kênh đầu vào số độc

lập.
• Thời gian hợp lệ (0-60secs) có thể được thiết lập cấu hình đối với
mỗi đầu vào BCD cho việc xác nhận tính hợp lệ các chỉ đầu vào
BCD vững. Như một sự lựa chọn, một tín hiệu hợp lệ có thể
được sử dụng để xác định khi nào giá trị BCD là hợp lệ. Vào lúc
chuyển tiếp của tín hiệu hợp lệ thì giá trị BCD được đọc và được
ghi lại.
• Việc chuyển từ 0 sang 1 hoặc 1 sang 0 của đầu vào hợp lệ có thể
được lựa chọn cho việc đọc các đầu vào BCD.
6.2 Quá trình điều khiển:
6.2.1. Việc kết nối thiết bị:
Nguồn cung cấp 48V DC +/-25% (tức là 36-60V DC) cấp cho các rơle
trên module đầu ra số. Nguồn này phải được nối từ điện áp cung cấp cho
RTU bằng connector ở phía trước module đầu ra số.
Module đầu ra số đưa ra một cặp tiếp điểm không điện (dry contact, a
volt free contact) cho mỗi kênh. Thiết bị trạm có thể dùng cặp tiếp điểm
không điện này hoặc cần một điện áp ra và RTU phải cung cấp điện áp đó.
Nếu thiết bị trạm dùng cặp tiếp điển không điện cho mỗi kênh thì có
thể được kết nối trực tiếp với module đầu ra số như hình sau:
Trang 22
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.15: HD0 dùng điện áp 48VDC từ thiết bị ngoài
Trường hợp thiết bị trạm yêu cầu đầu ra một điện áp cho mỗi kênh thì
việc kết nối RTU có một chút phức tạp và được trình bày như hình sau:
Trang 23
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
Hình 1.16: HD0 dùng điện áp 48VDC từ RTU
6.2.1. Quá trình xử lí đầu ra số:
RTU hỗ trợ cho một số loại đầu ra và một số giao thức. Chúng được
chia làm 2 loại, các đầu ra điều khiển (Control Ouputs) và các đầu ra không

điều khiển (Non-Control Ouputs). Các đầu ra không điều khiển là các đầu
ra tiếp điểm chuẩn mà quá trình hoạt động được chốt hoặc được kích xung.
Các đầu ra không điều khiển được sử dụng đối với quá trình hoạt động ở
đầu ra với mục đích chung. Tuy nhiên các đầu ra điều khiển đòi hỏi các yêu
cầu hoạt động nghiêm ngặt vì các lí do an toàn và được sử dụng chung đối
với quá trình hoạt động của máy ngắt ở đó tính an toàn được đặt lên hàng
đầu.
6.2.2. Các đầu ra điều khiển:
Bất kì sự điều khiển số vật lý có thể được gán như một đầu ra điều
khiển 3 tầng. Các đầu ra điều khiển này phải chịu sự kiểm tra và có những
giới hạn trong quá trình hoạt động. Các đầu ra điều khiển có thể được cấu
hình với các thông số sau cho từng điểm:
a) Tín hiệu được chốt (latched) hoặc được kích xung (pulsed).
Trang 24
Đồ án hệ thống điện  Chương 1
b) Dùng tín hiệu được chốt khi đầu ra được lệnh đến một trạng thái
nhất định và giữ ở trạng thái đó cho đến khi được lệnh đến trạng
thái ngược lại.
c) Tín hiệu xung cho phép kênh đầu ra được kích đến trạng thái “ON”
trong khoảng thời gian được cấu hình (thường vài giây). Sau
khoảng thời gian này tín hiệu trở về trạng thái “OFF”. Có 4 tùy
chọn để cấu hình độ rộng xung.
 Độ rộng xung có thể được chỉ định như một phần của lệnh
điều khiển gửi từ Trung tâm điều khiển.
 Như một phần của giao thức IEC 870, độ rộng xung có thể
được cấu hình “Long Pulse”. Lệnh điều khiển gửi từ Trung
tâm điều khiển yêu cầu một đầu ra nhất định được điều
khiển với thời gian xung dài “Long Pulse”.
 Như một phần của giao thức IEC 870, độ rộng xung có thể
được cấu hình “Short Pulse”. Lệnh điều khiển gửi từ Trung

tâm điều khiển yêu cầu một đầu ra nhất định được điều
khiển với thời gian xung ngắn “Short Pulse”.
 Độ rộng xung có thể được cấu hình cho từng kênh đầu ra
cụ thể và lệnh được gửi từ Trung tâm điều khiển có thể chỉ
rõ việc sử dụng độ rông xung của kênh này trong khoảng
kích xung.
Tất cả đầu ra điều khiển được hoạt động với quá trình hoạt động 3
bước. Điều này có nghĩa rằng có 3 mẫu tin riêng biệt được phát trong trình
tự điều khiển đến bộ điều khiển đầu ra thật sự để làm hoạt động một đầu ra.
Ba bước đó là chọn lựa (Selection), xác định (Arm) và thực hiện (Execute).
Mỗi bước của trình tự điều khiển phải nhận được một phản hồi xác thực
(positive) từ bộ điều khiển đầu ra thực tế trước khi bắt đầu bước tiếp theo.
Chỉ khi cả 3 bước được hoàn tất và dữ liệu đã chứa trong mỗi giai đoạn là
nhất quán thì đầu ra mới được kích hoạt thật sự. Bất cứ sự không nhất quán
nào trong các giai đoạn sẽ đưa đến kết quả là trình tự điều khiển sẽ bị hủy
(aborted) và bị xóa (cleared down). Tại mỗi bước có một thời khoảng
Timeout được khở tạo bởi cả giao diện của giao thức và bộ kích đầu ra. Nếu
không nhận được một phản hồi trong khoảng thời gian Timeout thì phản
phản hồi đó được coi là không xác thực (negative) và trình tự điều khiển sẽ
bị hủy bỏ (aborted) và bị xóa (cleared down).
Trang 25