Tìm hiểu hệ thống SCADA và ứng dụng lắp đặt hệ thống EMP, EMS trong hệ thống điện lực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO
MÔN: THỰC TẬP HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC
ĐỀ TÀI:
Tìm hiểu hệ thống SCADA và ứng dụng lắp đặt hệ thống
EMP, EMS trong hệ thống điện
Giảng viên hướng dẫn : TS. Lê Anh Ngọc
Sinh viên thực hiện : Lại Thị Quỳnh Anh
Đặng Thi Thúy Phượng
Lớp : Đ6-CNTT
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực tập này, chúng em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình của TS. Lê Anh Ngọc - giảng viên khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Điện
lực, thầy đã giành nhiều thời gian hướng dẫn, giúp đỡ tận tình chúng em trong quá trình
thực tập.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại
học Điện Lực và đặc biệt các thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin, những giảng
viên đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý
báu trong suốt những năm học tập và rèn luyện ở trường Đại học Điện Lực.
Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện:
Lại Thị Quỳnh Anh
Đặng Thi Thúy Phượng

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT TỪ VIẾT TẮT Ý NGHĨA

1 HTTT Hệ thống thông tin
2 IS Hệ thống thông tin (Information System)
3 TPS Hệ thống xử lý giao dịch (Transaction
processing system)
4 MIS Hệ thống thông tin quản lý (Management
information system)
5 DSS Hệ thống hỗ trợ quyết định (Decision support
system)
6 EIS Hệ thống thông tin điều hành (Excutive
information system)
7 IEDs Các thiết bị điện tử thông minh (Intelligent
Electronuc Devices)
8 RTU Thiết bị đầu cuối (Remote Terminal Unit)
9 PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmate Logic
Controllers)
10 EMS Hệ thống quản lý năng lượng (Energy
Management system)
11 EMP Giải pháp quản lý năng lượng (Energy
Management Platform)
12 SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
(Supervisory Control And Data Acquisition)
13 GUI Màn hình giao diện đồ họa (Graphical User
Interface)
14 CFE Máy chủ truyền thông (Communication Front
End)
LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, hệ thống lưới truyền tải, lưới phân phối
và các phụ tải tiêu thụ điện. Chúng có quan hệ gắn bó với nhau thành một thể thống nhất,
nếu bị phá vỡ thì sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề cho toàn hệ thống, ảnh hưởng đến nền
kinh tế toàn quốc. Do đó đòi hỏi một sự quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống

an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống.
Cùng với sự phát triển của hệ thống điện hiện đại, các thiết bị điện ứng dụng công
nghệ tân tiếnđã giúp cho vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện trở
nên đơn giản, dễ dàng hơn rất nhiều. Một trong các hệ thống có khả năng trợ giúp đắc lực
đó là hệ thông điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And
Data Acquisition).
Ngày nay, hệ thống SCADA ngày càng gần gũi hơn đối với các kỹ sư, kỹ thuật
viên và sinh viên ngành hệ thống điện và việc trang bị chúng cho hệ thống điện là hết sức
cần thiết. Các hãng điện tử trên thế giới đã chế tạo, lắp đặt nhiều mô hình SCADA khác
nhau: đối với hệ thống điện, nhà máy điện, lưới điện hạ thế, công ty,… để quản lý vận
hành các sơ đồ lưới cũng như các thiết bị kỹ thuật số.
Trong bộ môn “Thực tập Các hệ thống thông tin điện lực” của kỳ này, nhóm
chúng em lựa chọn đề tài “Tìm hiểu hệ thống SCADA và ứng dụng lắp đặt hệ thống
EMP, EMS trong hệ thống điện.” để kết thúc môn học.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC
1.1. Giới thiệu chương.
Chương này cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin điện lực, hiểu được
các thành phần và cấu trúc của hệ thống thông tin điện lực.
1.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực.
1.2.1. Khái niệm hệ thống
Trong các hoạt động của con người, các thuật ngữ như hệ thống triết học, hệ thống
pháp luật, hệ thống kinh tế, hệ thống thông tin đã trở nên quen thuộc. Một cách đơn giản
và vấn tắt, ta có thể hiểu: Hệ thống là một tập hợp vật chất và phi vật chất như người,
máy móc, thông tin, dữ liệu, các phương pháp xử lý, các qui tắc, quy trình xử lý, gọi là
các phần tử của hệ thống. Trong hệ thống, các phần tử tương tác với nhau và cùng hoạt
động để hướng tới mục đích chung.
1.2.2. Khái niệm thông tin
Là một loại tài nguyên của tổ chức, phải được quản lý chu đáo giống như mọi tài
nguyên khác. Việc xử lý thông tin đòi hỏi chi phí về thời gian, tiền bạc và nhân lực. Việc
xử lý thông tin phải hướng tới khai thác tối đa tiềm năng của nó.

1.2.3. Khái niệm về hệ thống thông tin (HTTT)
Hệ thống thông tin (Information System - IS) là một hệ thống mà mục tiêu tồn tại
của nó là cung cấp thông tin phục vụ cho hoạt động của con người trong một tổ chức nào
đó. Ta có thể hiểu hệ thống thông tin là hệ thống mà mối liên hệ giữa các thành phần của
nó cũng như mối liên hệ giữa nó với các hệ thống khác là sự trao đổi thông tin.
Hình 1. 1: Biểu diễn mối liên hệ các thành phần trong hệ thống thông tin.
8
Hệ thống thông tin là một hệ thống bao gồm con người, dữ liệu, các quy trình và
công nghệ thông tin tương tác với nhau để thu thập, xử lý, lưu trữ và cung cấp thông tin
cần thiết ở đầu ra nhằm hỗ trợ cho một hệ thống. Hệ thống thông tin hiện hữu dưới mọi
hình dạng và quy mô.
Hệ thống thông tin trong một tổ chức có chức năng thu nhận và quản lý dữ liệu để
cung cấp những thông tin hữu ích nhằm hỗ trợ cho tổ chức đó và các nhân viên, khách
hàng, nhà cung cấp hay đối tác của nó. Ngày nay, nhiều tổ chức xem các hệ thống thông
tin là yếu tố thiết yếu giúp họ có đủ năng lực cạnh tranh và đạt được những bước tiến lớn
trong hoạt động. Hầu hết các tổ chức nhận thấy rằng tất cả nhân viên đều cần phải tham
gia vào quá trình phát triển các hệ thống thông tin. Do vậy, phát triển hệ thống thông tin
là một chủ đề ít nhiều có liên quan tới bạn cho dù bạn có ý định học tập để trở nên
chuyên nghiệp trong lĩnh vực này hay không.
Các HTTT có thể được phân loại theo các chức năng chúng phục vụ.
• Hệ thống xử lý giao dịch (Transaction processing system - TPS) là một hệ thống thông
tin có chức năng thu thập và xử lý dữ liệu về các giao dịch nghiệp vụ.
• Hệ thống thông tin quản lý (Management information system - MIS) là một hệ thống
thông tin cung cấp thông tin cho việc báo cáo hướng quản lý dựa trên việc xử lý giao dịch
và các hoạt động của tổ chức.
• Hệ thống hỗ trợ quyết định (Decision support system - DSS) là một hệ thống thông tin
vừa có thể trợ giúp xác định các thời cơ ra quyết định, vừa có thể cung cấp thông tin để
trợ giúp việc ra quyết định.
• Hệ thống thông tin điều hành (Excutive information system - EIS) là một hệ thống thông
tin hỗ trợ nhu cầu lập kế hoạch và đánh giá của các nhà quản lý điều hành.

• Hệ thống chuyên gia (Expert System) là hệ thống thông tin thu thập tri thức chuyên môn
của các chuyên gia rồi mô phỏng tri thức đó nhằm đem lại lợi ích cho người sử dụng bình
thường.
• Hệ thống truyền thông và cộng tác (Communication and collaboration system) là một hệ
thống thông tin làm tăng hiệu quả giao tiếp giữa các nhân viên, đối tác, khách hàng và
nhà cung cấp để củng cố khả năng cộng tác giữa họ.
• Hệ thống tự động văn phòng (Office automation system) là một hệ thống thông tin hỗ trợ
các hoạt động nghiệp vụ văn phòng nhằm cải thiện luồng công việc giữa các nhân viên.
9
1.3. Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực.
Căn cứ trên kết cấu hiện có của Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam, ta có thể
nghiên cứu cấu trúc của HTTT Điện Lực Việt Nam theo mô hình phân lớp. Theo mô hình
này, cấu trúc Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam được phân thành 3 lớp rõ rệt.
Lớp thứ nhất: là mạng đường trục chính (bachbone).
Lớp thứ hai: là mạng đường trục các khu vực bắc, trung, nam.
Lớp thứ ba: là mạng con, các mạch nhánh.
Với mỗi lớp có các đặc điểm riêng về chức năng hay kết cấu, thể hiện nét đặc trưng
riêng.
1.3.1. Mạng đường trục chính (bachbone)
Mạng đường trục chính sử dụng kênh truyền dẫn cáp quang dung lượng 2.5 gbps,
nó có tính chất là đường xương sống của HTTT điện lực, với tính chất trải dài dọc theo
đất nước qua ba miền Bắc – trung - nam từ điểm nút đầu tiên là trung tâm điều độ quốc
gia A0 (Hà Nội) và điểm nút cuối là trung tâm điều độ điện lực miền Nam A2 (thành phố
Hồ Chí Minh).
Các nút trên đường trục chính được trang bị thiết bị truyền dẫn SDH/STM 16,
thiết bị chuyển mạch đường trục PCM-16, các loại tổng đài PABX, gồm các nút sau:
Bảng 1. 1: Các loại tổng đài và thiết bị truyền dẫn trên đường trục thông tin Bắc-Nam.
TT Tên nút Thiết bị truyền dẫn Tổng đài Ghi chú
1 A0 SDH/STM-16 Plexicom-6000 TTĐĐ quốc gia
2 Hà Đông SDH/STM-16 Acatel-4400 Trạm 220kV

3 Hoà Bình SDH/STM-16 Acatel-4000 Trạm 500kV
4 Hà Tĩnh SDH/STM-16
Acatel-4300
Plexicom-6000
Trạm 500kV
5 Đà Nẵng SDH/STM-16
Acatel-4300
Plexicom-6000
Trạm 500kV
6 Playku SDH/STM-16 Acatel-4300 Trạm 500kV
10
7 Phú Lâm SDH/STM-16
Acatel-4300
Plexicom-6000
Trạm 500kV
8 A2 SDH/STM-16 Plexicom-6000 TTĐĐ miền Nam
Hình 1. 2: Sơ đồ kết cấu mạng.
Mạng đường trục chính (bachbone) HTTT Điện Lực Việt Nam
Mạng đường trục chính kết nối các các trung tâm điều độ A0, A1, A2, A3, các trạm
biến áp 500 kV bắc-trung-nam. Các nút thông tin trên mạng đường trục tạo thành năm
mạch vòng (ring) như sau:
 Ring 1: A0 - Nho Quan: gồm các trạm: A0 - Hoà Bình - Nho Quan.
 Ring 2: Nho Quan – Hà Tĩnh, gồm các trạm: Nho Quan - Thanh Hoá - Nghệ An - Hà
Tĩnh.
 Ring 3: Hà Tĩnh - Đà Nẵng, gồm: Hà Tĩnh - Quảng Bình - Quảng Trị - Huế - Đà Nẵng.
 Ring 4: Đà Nẵng – Pleiku, gồm: Đà Nẵng - Quảng Nam – Kontum – Pleiku.
11
 Ring 5: Pleiku - A2, gồm: Pleiku – Kontum – Cujut – Dacklac - Bình Dương - Phú Lâm -
A2.
Các ring được thể hiện trên hình 1.2 như sau:

Hình 1. 3: Các ring trên đường trục chính.
1.3.2. Mạng đường khu vực
Mạng đường trục khu vực của HTTT Điện Lực Việt Nam, được chia làm 3 miền
Bắc, trung, nam. Mạng đường trục này nối các nút thông tin trong khu vực với các nút
các nút thông tin trên đường trục chính. Các nút thông tin khu vực là các TBA-110, TBA-
220 quan trọng, các nhà máy điện lớn, các điện lực.
Mạng đường trục sử dụng các kênh truyền dẫn quang, vi ba, PLC, hiện nay do nhu
cầu thông tin không ngừng thay đổi với xu hướng ngày một nhiều hơn, để đáp ứng được
kênh truyền đã đưa đến một xu thế dần thay thế các kênh PLC bằng các kênh dẫn quang
như các tuyến Hoà Bình – Việt Trì, Thái Nguyên – Sóc Sơn, Mộc Châu - Hoà Bình, Mộc
Châu - Sơn La, , điều này đồng nghĩa với việc mở rộng các đường trục chính mạng
thông tin khu vực.
Việc thay thế dần các kênh truyền dẫn PLC bằng các kênh truyền dẫn quang đã cải
thiện đáng kể về dung lượng đường truyền và nâng cao tính ổn định và tin cậy cho các
tuyến thông tin.
12
Xét về mặt địa lý, chia mạng đường trục khu vực thành 3 phần (bắc, trung, nam)
nhưng nếu xét về mặt kỹ thuật thì mạng đường trục của 3 khu vực này tương đối giống
nhau.
Trên thực tế sơ đồ ghép nối các kênh truyền dẫn của mạng đường trục khu vực được
thể hiện như sau:
Mạng đường trục miền Nam
Mạng đường trục miền Nam liên kết các nút thông tin đặt tại các khu vực như: trung
tâm viễn thông điện lực 4 (TTĐ4), ga Vòng Tàu, các trạm điện 220kV quan trọng như:
Long Thành, Long Bình, các nhà máy điện lớn như: Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2, Đa Nhim,
Thác Mơ, Trị An, Hàm Thuận, Đa My, Thủ Đức, Hoà Phước. Mạng đường trục này được
nối với mạng trục chính qua 2 nút là trạm 500kV Phú Lâm và trung tâm điều độ điện lực
miền Nam (A2).
Hình 1. 4: Mô tả toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan trọng.
Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Nam

Mạng đường trục khu vực miền Nam hiện nay đạng sử dụng các kênh truyền
quang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tin
được thống kê trong bảng sau:
13
Bảng 1. 2: Các nút thông tin, kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Nam.
TT Nút đầu Nút cuối Loại kênh truyền dẫn
1 TTĐ4 500kV Phú Lâm vi ba
2
Phú Mỹ 1
Phú Mỹ 2
500kV Phú Lâm cáp quang
3 220kV Long Bình NMĐ Thủ Đức vi ba
4 220kV Long Bình ga Vòng Tàu vi ba
5 220kV Long Bình NMĐ Đa My vi ba
6 220kV Long Bình NMĐ Trị An vi ba
7 220kV Long Bình A2 vi ba
8 NMĐ Hoà Phước A2 vi ba
9 NMĐ Hàm Thuận NMĐ Đa My vi ba
10 NMĐ Thác Mơ NMĐ Trị An vi ba
11 220 Long Bình NMĐ Đa Nhim vi ba
Mạng đường trục miền Trung
Mạng đường trục miền Trung liên kết các nút thông tin đặt tại các khu vực như:
trung tâm viễn thông điện lực 2 (TTĐ2), trung tâm viễn thông điện lực 3 (TTĐ3), trung
tâm điều độ điên lực 3 (A3). Các trạm điện quan trọng như: Ialy, Hưng Đông, Nghi Sơn,
Ba Trè, nói 1, trạm 110kV Thanh Hoá, Bỉm Sơn. Mạng đường trục này được nối với
mạng trục chính qua 3 nút, trạm 500 kV Hà Tĩnh, trạm 500kV Đà Nẵng, trạm 500kV
Playku.
14
Hình 1. 5: Mô tả toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan trọng.
Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Trung

Mạng đường trục khu vực miền Trung hiện nay đạng sử dụng các kênh truyền
quang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tin
được thống kê trong bảng sau.
Bảng 1. 3: Các nút thông tin và kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Trung.
TT Nút đầu Nút cuối Loại kênh truyền dẫn
1 500kV Playku 500kV Ialy cáp quang
2 TTĐ3 500kV Playku vi ba
3 TTĐ4 A3 cáp quang
4 A3 500kV Đà Nẵng vi ba và cáp quang
5 điện lực Nghệ An 500kV Hà Tĩnh vi ba
6 trạm Hưng Đông 500kV Hà Tĩnh PLC
7 trạm Hưng Đông trạm Nghi Sơn PLC
8 trạm Ba Chè trạm nối 1 cáp quang
9 trạm Ba Chè 220kV Ninh Bình cáp quang
10 trạm Ba Chè điện lực Thanh Hoá vi ba
15
11 trạm Ba Chè trạm Nghi Sơn PLC
12 trạm Ba Chè 100kV Thanh Hoá cáp quang
13 110kV Bỉm Sơn 100kV Thanh Hoá cáp quang
Mạng đường trục miền Bắc
Mạng đường trục miền Bắc, hình 1.5, trên mạng khu vực này các nút thông tin quan
trọng được nối với mạng trục chính qua 3 nút, trạm 500 kV Hoà Bình, trạm 200 kV hà
đông, trung tâm điều độ quốc gia (A0), trung tâm điều độ miền Bắc (A1), trung tâm
thông tin điện lực miền Bắc (VT1). các nút của mạng đường trục miền Bắc gồm các nút
sau:
Nút tại trạm 220kV quan trọng: Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình, Boà Bình, Mai
Động, Hà Đông, Việt Trì, Thái Nguyên, Tràng Bạch,
Nút tại các nhà máy điện quan trọng: Hoà Bình, Ninh Bình, Phả Lại 1, 2, Uông Bí,
Thác Bà. Toàn bộ các tuyến thông tin và các nút trên đường trục khu vực miền Bắc được
thể hiện trên hình 1.5.

Hình 1. 6: Các tuyến thông tin và các nút trên đường trục khu vực miền Bắc
16
Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Bắc.
Mạng đường trục khu vực miền Bắc hiện nay đạng sử dụng các kênh truyền
quang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tin
được thống kê trong bảng sau:
Bảng 1. 4: Các nút thông tin và kênh truyền đẫn trên mạng đường trục miền Bắc.
TT Nút đầu Nút cuối Loại kênh truyền dẫn
1 500kV Hoà Bình TĐ.Hoà Bình cáp quang
2 500kV Hoà Bình 110kV Mộc Châu PLC, cáp quang
3 500kV Hoà Bình 220kV Việt Trì cáp quang
4 500kV Hoà Bình Ba Chè vi ba
5 500kV Hoà Bình 220kV Hà Đông vi ba, cáp quang
6 220kV Hà Đông 220kV Mai Động cáp quang
7 A0 220kV Mai Động cáp quang
8 A0 220kV Hà Đông vi ba
9 A0 220kV Đông Anh cáp quang
10 A0 220kV Chèm cáp quang
11 220kV Đông Anh 110kV Sóc Sơn cáp quang
12 110kV Sóc Sơn Bắc Giang cáp quang, PLC
13 110kV Sóc Sơn 110kV Tuyên Quang PLC
14 110kV Tuyên Quang TĐ.Thác Bà PLC
15 110kV sóc sơn Gò Đầm cáp quang
16 Gò Đầm Thái Nguyên cáp quang
17 Bắc Giang NĐ.Phả Lại 1, 2 cáp quang, PLC
18 NĐ.Phả Lại 1,2 220kV Tràng Bạch PLC
19 220kV Tràng Bạch 220kV Vật Cách PLC
20 Ba Chè 220kV Ninh Bình cáp quang
17
21 220kV Ninh Bình 220kV Nam Định cáp quang

22 220kV Thái Bình 220kV Nam Định cáp quang
23 220kV Hải Phòng 220kV Thái Bình cáp quang
24 220kV Ninh Bình NĐ.Ninh Bình cáp quang, viba
25 220kV Vật Cách 220kV Hoành Bồ cáp quang
1.3.3. Mạng nhánh
Mạng nhánh là các tuyến thông tin có dung lượng nhỏ thực hiện nhiệm vụ kết nối
các công trình điện với các nút thông tin mạch đường trục khu vực. các nút thông tin
mạch nhánh bao gồm các nhà máy điện có công suất nhỏ, các tba - 220kV nhánh cụt hoặc
có vị trí địa lý hẻo lánh cự ly liên lạc xa, các tba -110kV, các công ty điện lực, các điều
độ điện lực địa phương.Phương tiện truyền dẫn sử dụng tại các nhánh này là PLC hoặc
kênh dẫn quang hoặc vi ba.
Hình 1. 7: Mạng nhánh HTTT điện lực khu vực miền Bắc.
Ở mạch nhánh trên các nút thông tin kiên kết với nhau bằng kênh thông tin viba và
PLC, các nhánh này ghép nối vào mạng đường trục khu vực thông qua hai nút thông tin
Mai Động và Phả Lại.
18
1.4. Kết luận chương.
Sau chương này chúng ta đã hiểu được thế nào là một hệ thống thông tin điện lực,
các loại hệ thống trong hệ thống thông tin điện lực và cấu trúc của hệ thống thông tin
điện lực gôm ba mạng chính là mạng đường trục chính, trong mạng đường trục chính có
các mạng ring, tiếp là mạng các đường khu vực và các mạng nhánh.
19
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA
2.1. Giới thiệu chương.
Chương này cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống SCADA, hiểu được các thành
phần phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống SCADA, cơ chế hoạt động của hệ
thống SCADA và các ứng dụng của hệ thống SCADA trong thực tế.
2.2. Khái niệm về Scada:
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ
liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều

khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác,
SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện
các chức năng sau:
Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến. Trong hệ
SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các 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.
- Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
- Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà
máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính
xác.
2.3. Thành phần cấu trúc cơ bản của một hệ Scada
Cấu trúc cơ bản của hệ thống SCADA bao gồm 3 cấp. Bắt đầu từ cấp thấp nhất
của hệ thống SCADA là các thiết bị điện tử thông minh IEDs (Intelligent Electronic
Devices), cấp trên nó là các Điều khiển trạm SS (Substation Server) và thiết bị đầu cuối
RTU (Remote Terminal Unit) và tại đây có thể đọc dữ liệu qua các giao diện người –
máy HMI (Human Machin Interface). Cấp cao hơn nữa là Trung tâm điều khiển của toàn
hệ thống, nơi thu thập dữ liệu từ SS và RTU, thực hiện các tính toán để rồi từ đó điều
khiển toàn hệ thống. Tại trạm điều khiển giám sát trung tâm có thể sử dụng khối điều
khiển logic lập trình PLC (Programmate Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với
20
các thiết bị chấp hành như : cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van
chấp hành.
2.3.1. IED (Intelligent Electronuc Devices)
Các IEDs là các thiết bị như role kỹ thuật số DR (Digital Relay), đồng hồ kỹ thuật
đa chức năng DMM (Digital Multifunctional Meter), công tơ điện tử nhiều biểu giá, các
bộ biến đổi T (Transducer), có những chức năng, nhiệm vụ sau:

• Bảo vệ tác động khi xảy ra sự cố
• Biểu thị trạng thái của các phần tử đóng cắt của lưới, ví dụ như trạng
thái đóng/mở của máy cắt và dao cách ly, vị nấc phân áp của máy
biến áp…
• Điều khiển các thiết bị đóng cắt của lưới
• Ghi lại các sự cố, sự kiện xảy ra trên lưới
• Kiểm tra tình trạng hoạt động của bản thân chúng.
2.3.2. Thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit)
Thiết bị đầu cuối RTU là một thiết bị thu thập thông tin từ các IEDs do nó quản lý,
lưu vào cơ sở dữ liệu và gửi thông tin tới trạm chủ hoặc cấp quản lý cao hơn qua các
đường truyền tin. Thông thường, RTU là thiết bị xử lý thông minh có thể giám sát và
điều khiển các thiết bị đặt ở xa trung tâm điều khiển và truyền các tín hiệu thu thập được
đến trung tâm điều khiển.
Một RTU loại nhỏ thường có ít hơn 20 tín hiện số và tương tự, loại RTU trung
bình có 100 tín hiệu số và khoảng từ 30 đến 40 tín hiệu tương tự. Nhưng loại RTU có số
lượng IO lớn hơn nữa thì được gọi là RTU loại lớn.
Cấu trúc phần cứng cơ bản của RTU gồm những phần sau:
• Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit)
• Các đầu vào tương tự AI (Analog Input)
• Các đầu ra tương tự AO (Analog Output)
• Các đầu vào đếm
• Các đầu vào số DI (Digital Input)
• Các đầu ra số DO (Digital Output)
• Giao diện truyền thông
• Nguồn cấp
21
2.3.3. Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmate Logic Controllers)
Bộ điều khiển lập trình PLC là một máy tính gồm các thiết bị cố định để điều
khiển quá trình và thiết bị trường. PLC ra đời để thay thế cho việc thực hiện các điều
khiển logic bằng role, switch và các bộ đếm cơ học. Hiện nay toàn bộ các điều khiển có

thể được thực hiện bằng PLC một cách đơn giản và linh hoạt.
Tiện ích của việc sử dụng một PLC như là một RTU trong hệ thống SCADA, nó
có đầy đủ hết các tính năng của tất cả các loại RTU, hơn nữa PLC rất dễ dàng cài đặt.
Hình 2. 1: Cấu trúc của một hệ SCADA
2.4. Phần cứng của hệ thống SCADA
Các hệ thống SCADA thông thường bao gồm các thiết bị chủ yếu sau:
- Các máy tính chủ.
- Các bàn điều khiển của điều hành viên.
- Các thiết bị truyền thông.
- Các đơn vị đầu cuối ở trạm (RTU- Remote Terminal Unit ).
22
- Các thiết bị truyền thông giữa các hệ thống SCADA.
- Trong hệ thống nhiều trung tâm điều khiển, một trung tâm thường được
gán là trung tâm chủ ( Host ) và các trung tâm khác được gọi là các trung tâm ở
xa hay ở ngoài ( Remote hay Foreign ), trung tâm chủ nhận các dữ liệu từ các
trung tâm khác. Mỗi trung tâm điều khiển truyền thông với các RTU thông qua
các phương tiện truyền thông như vô tuyến, vi ba, tải ba, cáp sợi quang…Tuy
nhiên ngành điện hiện nay vẫn dùng thông tin tải ba chủ yếu.
2.4.1. Các máy tính chủ.
Phần mềm SCADA được chạy trên các máy tính chủ, loại máy tính được
sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu, cường độ xử lý, cũng như độ lớn của dữ liệu thu thập xử
lý và lưu trữ.
Tại một trung tâm điều khiển SCADA thường chạy trên 2 máy tính. Một
máy tính thực hiện các chức năng theo thời gian thực (Real time) tức là t hu
thập, xử lý và thể hiện dữ liệu theo thời gian thực, máy tính này được gọi là máy
chủ chính hay máy chủ sơ cấp (Primary, Master, Main, …). Máy tính còn lại ở
trạng thái chờ và được gọi là máy chủ dự phòng hay máy chủ thứ cấp (Secondary,
Standby,…), mục đích của máy này là thay thế gánh vác các hoạt
động theo thời gian thực khi có hỏng hóc trên máy chủ chính. Ngoài ra còn có
một số máy tính khác đảm trách các nhiệm vụ khác nhau như lưu trữ các dữ liệu

trong quá khứ vào các cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm phục vụ các nhu cầu thống
kê sau này, hay phục vụ mô phỏng, đào tạo những điều hành viên về sau và
phục vụ trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển…
2.4.2. Các bàn điều khiển ( Consol).
Các bàn điều khiển là sự kết nối giữa các máy tính và điều hành viên, các
bàn điều khiển này cho phép điều hành viên quan sát và tương tác với hệ thống
SCADA thông qua việc sử dụng các hiển thị ( Display), các display này có thể
là dạng bảng, sơ đồ…
2.4.3. Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU
Các thiết bị thông tin và phần mềm chịu trách nhiệm liên kết các máy tính
chủ với các RTU ( bao gồm RTU tại trung tâm điều khiển và RTU remote )
được gọi là máy chủ truyền thông ( CFE – Communication Front End ), thành
phần chính trong CFE là bộ xử lý truyền thông thông minh. Tuỳ thuộc vào cấu
hình lựa chọn mà hệ thống SCADA có thể sử dụng các máy tính chuyên biệt để
23
chạy phần mềm liên kết giữa các máy tính chủ và CFE. Một số hệ thống tích
hợp phần mềm này vào chạy trên các máy chủ, phần mềm này cũng duy trì các
thông tin liên quan đến cấu hình các thành phần truyền thông và các tiện ích để
giao tiếp với các thiết bị sử dụng thông qua giao thức truyền thông (Communication
Protocol) khác nhau. Trong phạm vi nghiên cứu phần mềm này được gọi là TFE –
Telemetry Front End .
Cho dù phần mềm này chạy trên các máy tính chuyên biệt hay tích hợp
trên các máy chủ thì cứ mỗi CFE là một đơn thể phần mềm này phục vụ kết nối
giữa các CFE đó và máy chủ chính. Do tính chất độc lập này nên trong trường
hợp Failover hay Switchover ( Máy tính chủ chuyển từ vai trò dự phòng sang
vai trò chính ) dữ liệu sẽ không bị mất. Hơn nữa, máy tính chủ còn có thể
chuyển một kết nối từ đường truyền thông này sang đường truyền thông khác (trên CFE
khác ) mà không cần phải thực hiện switchover giữa các máy tính chủ. Các CFE truyền
thông với các RTU thực hiện vài chức năng nhằm giảm thiểu việc xử lý dữ liệu trên máy
tính chủ, các chức năng này bao gồm:

• Duy trì các chỉ thị quét RTU cung cấp bởi máy chủ , điều này nhằm giúp giảm
tải truyền thông đến CFE đối với các yêu cầu quét của máy chủ.Thông báo
những lỗi truyền thông khi RTU không đáp ứng hay đáp ứng có lỗi.
• Kiểm tra dữ liệu đến nhằm đảm bảo máy tính chủ chỉ nhận những dữ liệu
có thay đổi so với lần quét trước đó. Chức năng này được gọi là
Reporting by exception ( thông báo dị biệt )
• Thông báo định kỳ toàn bộ dữ liệu cho máy tính chủ bất chấp dữ liệu có
thay đổi so với lần quét trước đó. Chức năng này được gọi là Integrity
Scan ( quét toàn bộ )
• Thực hiện chuyển đổi dữ liệu nhằm làm cho dữ liệu nhận qua các giao
thức truyền thông RTU khác nhau sẽ thể hiện giống nhau trên máy tính
chủ (đối với các hệ thống sử dụng các loại RTU khác nhau).
2.4.4. Các đơn vị đầu cuối ở xa
Các RTU kết nối hệ thống SCADA với hệ thống được giám sát, thông
thường một RTU được đấu dây đến các thiết bị được giám sát trong một khoảng
cách tương đối gần, nó thu nhận các tín hiệu đo và gửi các điều khiển đến các
thiết bị đó. Mỗi mẫu dữ liệu do RTU quản lý dù là tín hiệu đo hay một lệnh điều
khiển đều kết hợp với một định danh là địa chỉ, các địa chỉ này kết hợp với địa
24
chỉ của RTU được sử dụng bởi hệ thống để truy cập thông tin dữ liệu ở RTU.
Mỗi địa chỉ RTU có thể quét độc lập.
Dữ liệu truyền đến RTU hay truyền về các máy chủ thông qua các CFE.
Truyền thông liên kết các RTU với CFE bao gồm những thiết bị sau:
• Cổng giao tiếp CFE.
• Đường truyền thông giữa RTU và cổng giao tiếp CFE.
• Các modem đặt tại mỗi cổng giao tiếp và ở RTU.
Trạng thái của mỗi truyền thông liên kết trong hệ thống được thể hiện
trên một display của hệ thống SCADA. Trạng thái điều hành của các CFE và
các đường truyền thông cũng được kiểm soát và điều khiển bởi điều hành viên
SCADA từ display đó.

2.4.5. Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển.
Thỉnh thoảng hai trung tâm điều khiển cần dữ liệu về cùng một thiết bị,
lúc này trung tâm điều khiển nơi nhận trực tiếp dữ liệu về thiết bị từ RTU sẽ
chuyển thông tin của thiết bị đến trung tâm điều khiển còn lại khi có sự thay đổi
giá trị đo tại thiết bị.
Những kết nối vật lý giữa các trung tâm tuỳ thuộc vào lưu lượng dữ liệu,
yêu cầu về độ tin cậy, thiết bị truyền thông sẵn có và khoản cách giữa các trung
tâm, ngoài ra cần phải quan tâm đến các giao thức truyền thông để phục vụ việc
thay đổi dữ liệu giữa các trung tâm.
2.5. Các chức năng phần mềm của SCADA.
Phần mềm SCADA có nhiều chức năng và được chia ra 3 phần chính:
• Thu thập dữ liệu ( Data acquisition ) là chức năng dò quét của SCADA
được thực hiện để lấy dữ liệu theo thời gian thực về hệ thống được giám
sát. Các RTU đã được đấu dây đến các thiết bị chỉ định sẽ được quét ở
một tốc độ chỉ định bởi hệ thống SCADA, các RTU gửi dữ liệu chúng
nhận được ( gọi là dữ liệu thô- Raw data ) về các CFE, CFE thực hiện
các chuyển đổi cần thiết và kiểm tra dữ liệu trước khi gửi về các máy
tính chủ.
• Giám sát điều khiển ( Supervisory control ) là chức năng SCADA cho
phép các điều hành viên và các chương trình ứng dụng gửi các lệnh từ
25