Mô hình giảng dạy hệ thống MiniSCADA trong hệ thống điện

Bộ môn Hệ thống điện – Trường ĐH Bách Khoa
Đại học Quốc gia TP. HCM

Bài viết giới thiệu mơ hình giảng dạy cho một hệ thống MiniSCADA trong hệ thống
điện dựa trên các thiết bị của Công ty ABB. Hệ thống MiniSCADA thực hiện việc kết nối và điều khiển
hai máy cắt chân khơng qua màn hình HMI và phần mềm SCADA Ekip View của Công ty ABB. Các
thiết bị được kết nối theo chuẩn TCP/IP được sử dụng phổ biến trong các trạm biến áp hiện nay. Hệ
thống MiniSCADA thực hiện năm chức năng cơ bản của hệ thống SCADA là: thu thập dữ liệu, điều
khiển đóng cắt xa, truy xuất dữ liệu quá khứ, ra cảnh báo và cài đặt thông số relay từ xa. Hệ thống
MiniSCADA được đưa vào giảng dạy ở bậc học sau đại học tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG
TPHCM kể từ năm học 2019 - 2020.

Với mục tiêu hiện đại hóa lưới điện, tiến tới
phát triển “Lưới điện thông minh” theo quyết
định số 1670/QĐ-TTg năm 2012 của Thủ tướng
Chính phủ, Bộ công thương đã xây dựng đề án
tổng thể nhằm thực hiện mục tiêu này [1]. Trong
đó, cơng tác trọng tâm đến năm 2020 là xây
dựng hệ thống SCADA rộng khắp từ lưới điện
500kV, 220kV, 110kV đến các nhà máy điện có
cơng suất lớn hơn 10MW. Để triển khai đề án,
Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã thành lập
Trung tâm Điều hành SCADA từ tháng 3/2016
[2]. Trong khi đó, Tổng Cơng ty Điện lực Thành
phố Hồ Chí Minh cũng chính thức vận hành
Trung tâm điều khiển từ xa từ tháng 8/2017 [3].
Đến nay, lãnh đạo Tập đoàn Điện lực Việt Nam
đánh giá rất cao hiệu quả của hệ thống SCADA
đang được triển khai và tiếp tục thúc đẩy hồn
thiện cơng tác xây dựng hệ thống SCADA cho
toàn lưới điện Việt Nam[4]. Đi đôi với công tác

xây dựng hệ thống SCADA, việc đào tạo cán bộ
kỹ thuật cũng là yêu cầu cấp thiết đối với các
đơn vị điện lực. Vì vậy, việc xây dựng mơ hình
thực hành SCADA trong trường đại học nhằm
đáp ứng những yêu cầu mới được đặt ra trong
công tác đào tạo nguồn nhân lực.
SCADA là một hệ thống thu thập dữ liệu,
giám sát và điều khiển các quá trình từ xa, viết
tắt của cụm từ “Supervisory Control And Data
Acquisition”. Từ hệ thống SCADA, người vận
hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động
các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền
thơng. Thơng thường hệ thống SCADA được
thiết kế để thực hiện các chức năng: thu thập
8

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019

dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc
các cảm biến, 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 [5].
Cấu trúc của hệ thống SCADA gồm nhiều
thành phần như: Trạm điều khiển trung tâm,
trạm thu thập dữ liệu đầu cuối, hệ thống truyền
thông và phần mềm hỗ trợ giao diện người –

máy. Trong đó, trạm thu thập dữ liệu đầu cuối
thông thường là RTU (Remote terminal Unit),
PLC (Programmable Logic Controller) hoặc
các thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent
Electronic Devices). Các thiết bị này có chức
năng đo đạc và gửi tín hiệu về trạm điều khiển
thơng qua hệ thống truyền thơng, đồng thời
nhận tín hiệu thao tác từ trạm điều khiển. Theo
quá trình phát triển, hệ thống truyền thông
được sử dụng trong hệ thống SCADA cũng rất
đa dạng. Một số chuẩn phổ biến hiện nay như
IEC 60870 – 5 – 104, IEC 61850, Modbus. Mỗi
chuẩn truyền thơng đều có ưu và nhược điểm
khác nhau. Vì vậy, tùy thuộc vào nhu cầu người
dùng mà sẽ có sự lựa chọn cho phù hợp. Phần
mềm SCADA là thành phần không thể thiếu,
giúp cho người vận hành mô tả, quản lý, giám
sát và thực hiện các chức năng điều khiển của
hệ thống SCADA.
Dựa trên các yêu cầu về chức năng của hệ
thống SCADA và các giao thức truyền thông
được sử dụng phổ biến, bài báo sẽ giới thiệu mô


hình miniSCADA thực hiện đầy đủ các chức
năng cơ bản của hệ thống SCADA và kết nối
với các thiết bị qua chuẩn truyền thông TCP/IP.
Phần mềm SCADA được sử dụng là phầm mềm
EkipView được cung cấp bởi Công ty ABB Việt
Nam. Hệ thống miniSCADA trong bài báo có

khả năng thu thập dữ liệu, điều khiển đóng cắt
xa đối với hai máy cắt chân không. Phần mềm
EkipView cho phép truy cập lịch sử sự cố, xuất
đồ thị, cài đặt, chỉnh định thông số máy cắt từ
xa.
Cấu trúc bài báo gồm 5 phần. Trong đó,
phần 1 là phần giới thiệu tổng quan về hệ thống
SCADA và mơ hình miniSCADA. Phần 2 sẽ
trình bày về các thiết bị và cách thức kết nối tín
hiệu giữa các thiết bị. Trong phần 3, các số liệu
đo đạc, đồ thị từ phần mềm EkipView sẽ được
trình bày. Thao tác cài đặt xa máy cắt được trình
bày trong phần 4. Và cuối cùng là phần tổng kết.

A. Cấu trúc hệ thống miniSCADA:
Hệ thống thực hành miniSCADA gồm các
thiết bị chủ yếu trong Hình 1 như sau:
1. Moderm mạng Lan có hỗ trợ phát wifi.
Moderm được sử dụng trong bài thực
hành là moderm của các hãng: D-Link
và TP-Link.
2. Máy tính CTOS-PC có màn hình cảm
ứng và cài đặt phần mềm SCADA
EkipView.
3. Laptop cá nhân kết nối qua Wifi và có
cài đặt phần mềm SCADA EkipView
4. Máy cắt chân không ABB Sace Emax2
E2.2N (sau đây gọi tắt là máy cắt
ACB2000A)
5. Máy cắt chân không ABB Sace Emax2

E1.2N (sau đây gọi tắt là máy cắt
ACB1600A)
Ngoài các thiết bị phục vụ cho hệ thống
SCADA, mơ hình thực hành cịn có bộ tạo dòng
để tạo dòng sự cố giả lập cho các máy cắt.
B. Kết nối tín hiệu trong hệ thống
miniSCADA:
Các thiết bị được kết nối với nhau bằng
mạng TCP/IP, trong đó moderm mạng Lan
đóng vai trị là router. Địa chỉ IP của các thiết bị

được cho như bảng 1. Quá trình cài đặt IP cho
máy cắt ACB2000A và máy tính laptop lần được
cho trình bày trong hình 2 và hình 3. Sau khi cài
đặt và kết nối phần cứng cho mỗi thiết bị, ta sử
dụng lệnh “ping” trong ứng dụng cmd.exe của
máy tính CTOS-PC để kiểm tra kết nối. Khi tất
cả các thiết bị đều đã được kết nối, ta kiểm tra
lại danh mục các thiết bị đã kết nối bằng lệnh
“arp –a”, kết quả hiện ra màn hình như hình 4.
Bảng 1: Phân bổ địa chỉ IP cho các thiết bị
trong mơ hình thực hành:
Thiết bị

Địa chỉ IP

Router Wireless

192.168.0.1

Máy tính CTOS-PC

192.168.0.8

Máy cắt ACB 2000

192.168.0.6

Máy cắt ACB 1600

192.168.0.3

Laptop cá nhân

192.168.0.9

Hình 1: Sơ đồ kết nối tín hiệu của hệ thống miniSCADA

Hình 2: Cài đặt địa chỉ IP cho máy cắt ACB2000A

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019

9


Hình 7: Thiết kế sơ đồ lưới điện

Hình 3: Cài đặt địa chỉ cho laptop

Hình 8: Ghi nhận thơng số đo đạc và điều khiển thiết bị

Hình 4: Kết quả kết nối các thiết bị được kiểm tra
từ laptop

Hình 9: Biểu đồ dịng điện được ghi nhận từ phần mềm
EkipView
Hình 5: Giao diện lúc khởi động của phần mềm Ekip View

Hình 6: Các thiết bị được phần mềm EkipView nhận biết
10

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019

Máy cắt ACB2000A có chức năng bảo vệ quá tải,
quá dòng điện và dòng chạm đất. Các đường đặc
tuyến bảo vệ của máy cắt ACB2000A được cho như
hình 10. Ứng với mỗi chức năng bảo vệ chúng ta có
thể cài đặt từ xa các thông số thông qua phần mềm
EkipView. Hình 11 cho thấy thơng số cài đặt từ xa
cho chức năng bảo vệ quá tải. Các thông số được
cài đặt bao gồm: lựa chọn đường đặc tuyến, ngưỡng
dòng quá tải, thời gian cắt, lưu trữ nhiệt độ và chức


năng cảnh báo sớm (prealarm). Chức năng cảnh
báo sớm cho phép cài đặt dòng điện cảnh báo thấp
hơn (bằng 90%) dòng ngưỡng tác động. Khi cài đặt
chức năng cảnh báo sớm, nếu dòng điện tải vượt
ngưỡng cảnh báo, phần mềm sẽ hiển thị cảnh báo
vàng. Nhờ đó người vận hành có thời gian áp dụng

các biện áp giảm dịng tải trước khi máy cắt tác động
do bị q dịng.

Hình 10: Các đặc tuyến bảo vệ của máy cắt ACB2000A

Hình 11: Cài đặt chức năng bảo vệ q dịng điện

Mơ hình thực hành miniSCADA đã thực
hiện được trọn vẹn các chức năng cơ bản của
một hệ thống SCADA trong hệ thống điện.
Các thiết bị được kết nối qua mạng LAN và hỗ
trợ kết nối bằng wireless. Phần mềm SCADA
EkipView với các chức năng gọn nhẹ, tiện dụng,
thực hiện đầy đủ các chức năng cơ bản như bảo
mật tài khoản truy cập, kết nối thiết bị, thiết kế
giao diện và điều khiển vận hành. Mơ hình thực
hành cịn cho phép cài đặt từ xa các ngưỡng
dòng tác động của thiết bị bảo vệ. Vì vậy, mơ
hình đáp ứng đầy đủ các tính năng của một hệ
thống SCADA thu nhỏ, đảm bảo công tác đào
tạo cho các kỹ thuật viên./

1. Bộ Công thương, Quyết định 4602/QĐ-BCT về việc phê duyệt đề án tổng thể phát triển lưới điện
thông minh tại Việt Nam, 2016
2. EVNSCP SCADA, “Giới thiệu Trung tâm điều hành”, (truy cập ngày 23/9/2019)
3. Đức Dũng, “Trung tâm điều khiển từ xa của Điện lực TP.HCM sẽ vận hành từ tháng 8”,
2017,
(truy cập ngày 23/9/2019)
4. EVN, “Nhiều hệ thống tự động hóa đã được EVN triển khai hiệu quả”, 2019, .
vn/d6/news/Nhieu-he-thong-tu-dong-hoa-da-duoc-EVN-trien-khai-hieu-qua-6-12-23257.aspx

(truy cập ngày 23/9/2019)
5. Đặng Tiến Trung & Vũ Quang Hồi, “Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA”,
NXB Bách khoa – Hà Nội.
6. ABB VN, “Hướng dẫn thực hành tủ demo hạ thế”, 2016
7. Lê Hoàng Duy & Nguyễn Xuân Dương, “Xây dựng hệ thống mini SCADA mô phỏng vận hành
trong hệ thống điện”, Luận văn đại học, 2018

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019

11