Phần Cứng Thiết Bị đầu Cuối RTU, GateWay 2022 - Máy Tính Và Internet

1.1Cấu tạo chung

Trong hệ thống SCADA, RTU, Gateway là thiết bị đầu cuối thu thập dữ liệu, mã hóa theo giao thức chuẩn và truyền dữ liệu về trung tâm.

RTU bao gồm cổng truyền thông tin về trung tâm điều khiển, các kênh vào ra (IO) như: Đo lường, cảm biến, chỉ thị trạng thái, điều khiển. RTU cũng có thể thu thập tín hiệu từ các thiết bị thông minh khác (IED).

– RTU là thiết bị chuyên dụng có cấu trúc modun khá linh hoạt, mỗi modun có một khối xử lý và các khối tín hiệu vào/ra, thuận lợi cho việc thu thập các tín hiệu hiện có và  tín hiệu mở rộng.

Mỗi khối xử lý có hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực cho phép có thể làm việc độc lập nên các modun có thể được bố trí phân tán tại các tủ thiết bị trong trạm (RTU phân tán) hoặc nhiều modun có thể được liên kết với nhau để tích hợp thành 1 RTU tập trung.

Việc cài đặt cấu hình của RTU có thể thực hiện bằng công cụ chạy trên môi trường Windows.

Cùng với sự phát triển của công nghệ và để tiết kiệm chi phí đầu tư, đối với các trạm/nhà máy mới xây dựng công nghệ sử dụng cổng Gateway để cung cấp số liệu SCADA về các trung tâm điều độ đã được áp dụng. Đây là công nghệ sử dụng việc ghép nối hệ thống điều khiển trạm/nhà máy (SAS/DCS) có các giao thức truyền tin khác nhau với hệ thống SCADA thông qua cổng Gateway sau khi dữ liệu đã được mã hoá lại theo giao thức chuẩn.

Cổng truyền thông của RTU thường sử dụng phương thức truyền tin nối tiếp thông qua giao diện RS232, RS485 hoặc RS422.

1.2Các loại dữ liệu.

Đối với hệ thống SCADA/EMS của ĐĐQG có 4 loại dữ liệu cơ bản.

 Dữ liệu đầu vào tương tự (Analog Input-AI).

Mỗi kênh AI được mã hóa bằng 16 bit để đo các đại lượng vật lý như: Công suất, dòng điện, điện áp, vị trí chuyển nấc MBA…

Các đại lượng này được biến đổi thành một đại lượng điện trung gian như U, I, sau đó sẽ được đưa vào RTU qua card Analog.

Trong hệ thống SCADA đang sử dụng tại ĐĐQG, đại lượng trung gian được sử dụng là dòng điện. Vì có ưu điểm lớn là không bị suy hao trên mạch đo khi bộ biến đổi (BBĐ) đặt cách xa RTU do đó kết quả đo được tại RTU phản ánh đúng giá trị thực tế.

Dữ liệu đầu vào số (Digital Input-DI).

Được mã hóa bằng 1 hoặc 2 bit để hiển thị các loại cảnh báo, trạng thái các thiết bị như: Tín hiệu cảnh báo của các bảo vệ so lệch, khoảng cách, quá dòng…; Tín hiệu trạng thái máy cắt, dao cách ly, nối đất…

Để ghép nối và cách ly điện giữa RTU và hệ thống điều khiển Trạm, nhà máy điện, người ta sử dụng Rơle trung gian có điện áp phù hợp với điện áp tín hiệu tương ứng.

Dữ liệu đầu ra tương tự (Analog Output-AOT).

Tương tự như dữ liệu đầu vào tương tự, AOT được mã hóa bằng 16 bit để điều chỉnh các đại lượng biến đổi liên tục. Lệnh điều chỉnh gửi từ các trung tâm điều độ tới RTU biến đổi D/A thành tín hiệu dòng điện (mA) và đi tác động tới cơ cấu chấp hành.

Đối với hệ thống SCADA đang sử dụng tại điều độ quốc gia, dữ liệu AOT  được sử dụng để điều chỉnh P, Q của các tổ máy phát.

Dữ liệu đầu Ra số (Digital Output-DOT).

Tương tự như dữ liệu đầu vào số, sử dụng 1 hoặc 2 bit để điều khiển vị trí các thiết bị trong hệ thống điện như: Vị trí máy cắt, dao cách ly, tiếp địa…

Để ghép và cách ly giữa RTU với hệ thống điều khiển của Trạm người ta sử dụng Rơle trung gian có điện áp phù hợp với điện áp ra của Card DOT, dòng điện của tiếp điểm phụ Rơle phải đủ lớn theo yêu cầu của cơ cấu chấp hành.

1.3Ghép nối RTU với HTĐ.

Ghép nối tín hiệu tương tự.

Đối với tín hiệu P, Q, U, I. sử dụng BBĐ để biến các tín hiệu dòng điện, điện áp, Cos(φ) thành tín hiệu dòng điện tỷ lệ tương ứng.

Đối với tín hiệu tần số, sử dụng BBĐ để biến f (Hz) thành tín hiệu dòng điện tỷ lệ tương ứng.

Đối với tín hiệu chỉ thị nấc MBA, sử dụng BBĐ để biến R (Ω) thành tín hiệu dòng điện tỷ lệ tương ứng.

Ghép nối tín hiệu số.

Đối với tín hiệu số, sử dụng rơle trung gian để ghép nối HTĐ với RTU.

Ghép nối tín hiệu đầu ra Analog.

Đối với tín hiệu ra Analog, tín hiệu ra được nối trực tiếp vào cơ cấu chấp hành của hệ thống điều khiển.

 Ghép nối tín hiệu đầu ra số (DOT).

Đối với tín hiệu số, sử dụng rơle trung gian để ghép nối HTĐ với RTU.

1. Cơ sở dữ liệu

1.1    Nhiệm vụ:

Mô tả cấu hình phần cứng, các vỉ vào ra (I/O) hiện hữu của RTU.

Khởi tạo các tham số cho cổng truyền thông giữa RTU và trung tâm điều khiển.

Cấu hình các kênh (I/O) của RTU tương ứng với các tín hiệu thu thập tại trạm.

Ánh xạ các kênh I/O với địa chỉ IOA tương ứng tại trung tâm điều khiển.

1.2    Cấu trúc:

Để thực hiện các nhiệm vụ trên, với mỗi loại RTU của các hãng khác nhau thì CSDL có cấu trúc khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản CSDL cho RTU đều được cấu thành bởi các modul như hình vẽ ……

RTU trên hình vẽ bao gồm 3 BAY, trong đó:

BAY 1: Quản lý các vỉ Analog Input, Analog Output. Ngoài ra BAY 1 còn có nhiệm vụ làm cổng truyền thông, quản lý các tham số cấu hình cổng truyền thông (IEC GEN), quản lý các địa chỉ IOA truyền về trung tâm điều khiển (IEC MAP). Hai modul IECGEN và IECMAP luôn đi liền với nhau trong cùng một BAY. Trong mỗi RTU có thể có một hay nhiều cổng truyền thông, phụ thuộc vào cấu hình phần cứng.

BAY 2, 3: Quản lý các vỉ vào ra: Analog Input, Digital Output và Digital Input (DI). Trong đó vỉ DI có thể dùng ở dạng Single DI (SDI) hoặc Double DI (DDI).

Các thiết bị phụ trợ cho hệ thống SCADA/EMS

1. Nguồn UPS.

1.1.                       Tổng quan

–         Hệ thống UPS là hệ thống đảm bảo cấp nguồn liên tục cho hệ thống SCADA tại Trung tâm.

–         Hệ thống bao gồm 2 bộ UPS 911 được đấu song song. Mỗi bộ UPS được nối với 2 tổ ắc quy 220VDC.

–         Khi mất điện lưới, nguồn được cấp từ các tổ ắc quy sẽ qua bộ biến đổi (Inverter) sẽ chuyển từ điện áp 1 chiều thành điện áp 220VAC.

–         Hoạt động trong chế độ vận hành bình thường

+Hệ thống UPS trong chế độ vận hành bình thường liên tục cấp nguồn ổn định và liên tục cho hệ thống máy tính chủ tại Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia.

– Hoạt động trong chế độ vận hành bằng nguồn Ắc quy khi xảy ra 1 trong các trường hợp sau:

+ Mất điện lưới.

+ Có điện lưới nhưng thông số kỹ thuật (điện áp, tần sô) vượt giới hạn cho phép.

–         Cấp nguồn cho tải bằng điện lưới khi xảy ra 1 trong các trường hợp sau:

+ Điện áp ắc quy thấp.

+ Chuyển sang chế độ bảo dưỡng.

+ Hỏng bộ chỉnh lưu (RECTIFIER); bộ biến đổi (INVERTER).

+ Khi hệ thống UPS bị quá tải.

1.2.                       Thông số kỹ thuật cơ bản

–         Số lượng UPS: 02.

–         Công suất 1 UPS: 15KVA.

–         Số lượng tổ ắc quy: 04.

–         Dung lượng ắc quy: 45KVA.

–         Hệ thống bao gồm 2 bộ UPS 911 được đấu song song. Mỗi bộ UPS được nối với 2 tổ ắc quy 220VDC.

2. Hệ thống Máy phát điện – Diesel

2.1.                       Tổng quan

–         Máy phát Diesel, cũng được sử dụng làm hệ thống nguồn dự phòng tại A0, sử dụng khi mất nguồn lưới.

2.2.                       Đặc điểm kỹ thuật

–         Công suất động cơ Diesel: 30 KVA.

–         Có Máy phát và Ắc quy để khởi động Diesel.

–         Khi mất điện lưới, hệ thống Diesel sẽ tự khởi động để cấp điện cho phụ tải.

3. Hệ thống thông tin liên lạc

3.1     Tổng quan

–         Hệ thống thông tin liên lạc tại trung tâm bao gồm các thiết bị và kênh truyền đảm bảo thông thoại giữa kỹ sư điều hành HTĐ và các nhân viên trực tại các trạm và các nhà máy điện trong công tác điều hành hệ thống điện.

3.2     Kênh trực thông

–         Kết nối trực thông (hotline) là kết nối thoại trực tiếp giữa 2 trạm; Người gọi chỉ cần nhấc tổ hợp điện thoại,  cuộc gọi sẽ tự động kết nối với đầu xa (địa chỉ đầu xa đã được định trước);

–         Hiện tại có trên 60 kênh trực thông kết nối giữa A0 với các trạm, nhà máy điện, các Trung tâm Điều độ và các Trung tâm Truyền tải.

3.3      Kênh quay số

–         Kênh quay số để kết nối thuê bao với tổng đài (ngành điện hoặc bưu điện). Việc liên lạc với một thuê bao khác thực hiện bằng quay số điện thoại yêu cầu. Hiện tại tổng đài điều độ cũng có kết nối với một số thuê bao quay số ngành điện và Bưu điện.

3.4     Kênh bộ đàm

–         Ngoài cách liên lạc qua điện thoại quay số và điện thoại trực thông như đã nêu ở trên, còn sử dụng phương thức liên lạc qua máy bộ đàm (đang sử dụng tại Trung tâm Điều độ HTĐ miền Nam). Đặc điểm của phương thức liên lạc này:

+Là hình thức liên lạc vô tuyến, bị hạn chế về cự ly và địa hình;

+Là hình thức liên lạc đơn công (tại 1 thời điểm chỉ có thể hoặc nghe hoặc   nói);

+Hình thức này chỉ áp dụng trong 1 số hoàn cảnh đặc biệt;

4        Tổng đài điều độ (Lineseizer -LSZ)

4.1Tổng quan

–         Thay vì đặt nhiều máy điện thoại trên bàn làm việc, LSZ là thiết bị cho phép gom tất cả các kênh liên lạc (không kể kênh bộ đàm) để làm việc trên 03 bàn điều khiển điện thoại (Consol) với 03 điện thoại số và 03 bàn phím.

–         Các tính năng chính của LSZ:

+Có thể đảm bảo kết nối trực thông tới nhiều nơi,

+Dễ dàng nhận biết chính xác cuộc gọi đến (đặc biệt khi có sự cố xảy ra khi có nhiều cuộc gọi đến).

+Dễ dàng thao tác khi thực hiện cuộc gọi đi theo từng địa chỉ.

–         Hiện tại tổng đài có khả năng kết nối với 64 kênh (trực thông và quay số),

–         Tổng đài có khả năng mở rộng kết nối khi có yêu cầu.

Thiết bị Ghi âm

           Tổng quan

–         Ghi âm các cuộc đàm thoại của KS điều hành với trực ca của nhà máy và trạm điện, nhằm phục vụ cho phân tích các tình huống sự cố trong điều hành HTĐ.

–         Hiện tại Trung tâm đang có 2 thiết bị ghi âm:

FThiết bị ghi âm công nghiệp Marathon (thiết bị chính).

FThiết bị ghi âm dự phòng là sử dụng card ghép nối kênh và máy tính PC, được vận hành khi thiết bị chính có sự cố.

5.1      Thiết bị ghi âm công nghiệp

5.1.1        Giới thiệu chung

Thiết bị ghi âm số MARATHON  PRO do hãng ASC Telecom chế tạo là một thiết bị ghi âm hiện đại có 128 đầu vào có thể nối với đường thoại, máy TELEFAX hoặc thiết bị thông tin vô tuyến .. Việc vận hành  thiết bị thông qua bàn phím;  bóng di định vị trí “mouse” ở mặt trước của thiết bị. Màn hình LCD ở phía trước của thiết bị sẽ hiển thị toàn bộ các thông tin cần thiết cho việc giám sát  và vận hành thiết bị.

5.1.2       Đặc tính kỹ thuât

–         Có khả năng vận hành liên tục 24/24.

–         Có khả năng ghi âm và giám sát đồng thời 128 cuộc gọi trên các kênh.

–         Có khả năng mở rộng ghép nối (bằng cách thêm card ghép kênh).

–         Có khả năng lưu trữ cao (100.000h).

–         Vừa lưu trữ dữ liệu trên ổ cứng vừa lưu trữ trên băng từ.

–         Có thể giám sát tình trạng của các kênh thông qua màn hình giám sát kênh.

–         Có khả năng tìm kiếm các cuộc gọi đã được ghi âm theo các tiêu chuẩn khác nhau (theo thời gian cuộc gọi, theo số hiệu kênh…).

–         Có khả năng lưu dữ cuộc gọi quan trọng để tiện tra cứu trong những địa chỉ lưu trữ riêng.

5.2     Thiết bị ghi âm dự phòng (Máy tính + Card Ghi âm + Phần mềm ghi âm)

5.2.1. Giới thiệu chung

Hệ thống ghi âm dự phòng sử dụng card ghép kênh cắm trên máy tính PC. Dữ liệu được ghi trực tiếp trên ổ cứng của máy tính. Máy có khả năng ghép nối trực tiếp với kênh truyền hoặc ghép nối với nguồn tín hiệu âm tần. Hệ thống có giao diện tiện lợi cho người sử dụng và cho khả năng khởi động ghi âm theo nhiều cách, ngoài ra còn có nhiểu tiện ích khác trong việc lưu trữ và tìm kiếm cuộc gọi.

5.2.2. Đặc tính kỹ thuật

–         Hiện đang sử dụng 01 Card ghép nối với 08 kênh Analog.

–         Hệ thống có khả năng mở rộng ghép nối.

–         Có khả năng ghi âm đồng thời 32 cuộc thoại trên các kênh.

–         Có khả năng giám sát cuộc gọi đang được ghi âm.

–         Có khả năng khởi động quá trình ghi âm theo giọng nói (Voice), mức điện áp (Ghi âm khi thực hiện nhấc máy), bằng tay (Khi bấm 1 phím trên bàn phím)…

–         Có khả năng tìm kiếm cuộc gọi theo các tiêu chuẩn tìm kiếm khác nhau: theo thời gian, theo số hiệu cuộc gọi ID….

–         Lưu trữ dữ liệu trên ổ cứng của máy.

–         Hệ thống hoạt động một cách an toàn và tin cậy trong quản lý truy nhập dữ liệu thông qua tên và mật khẩu.

6. Hệ thống đo tần số và giám sát hoà đồng bộ -DHZ.

6.1     Tổng quan

–         Hệ thống đo tần số được bao gồm thiết bị đo lường đặt tại các nhà máy điện quan trọng của HTĐ và tại phòng điều khiển A0, A1, A2, A3.

–         Các điểm đo tần số bao gồm các nhà máy: Hoà bình, Trị an, Yaly, Phú mỹ, Phả lại, Thác bà và trạm 500 kV Phú lâm.

–         Tại 3 trạm 500kV Hà tĩnh, Đà nẵng và Pleicu còn có các thiết bị giám sát hoà đồng bộ đường dây 500kV.

–         Các số liệu về tần số và hoà đồng bộ được truyền về A0 qua các kênh 4W và Modem,

–         Các giá trị tần số được thể hiện trên màn hình máy tính,

–         Hai tần số của 2 đầu đường dây 500kV (T500 Hoà bình và T500 Phú lâm)  còn được thể hiện lên 2 đồng hồ cở lớn tại phòng điều khiển.

–         Các giá trị tần số cũng được truyền tới phòng điều khiển của các Trung tâm điều độ miền (A1, A2, A3).

–         Nguyên lý đo tần số của hệ thống này là đo độ dài chu kỳ tín hiệu bằng nhịp dao động thạch anh, từ đó tính ra tần số.

–         Độ chính xác của phép đo tần số là ± 0,01Hz trên cả dải đo 45,00 đến 55,00Hz

–         Chu kỳ đo và truyền số liệu là 1 sec (có thể điều chỉnh).

6.2     Đo tần qua hệ thống SCADA/EMS

–      Việc sử dụng hệ thống SCADA/EMS để đo tần số HTĐ tại điểm đặt RTU có một số giới hạn sau:

• Các Transducer tần số trên RTU là dạng analog cho nên dù sau đó có số hoá cũng không vượt qua độ chính xác của Transducer,
• Độ chính xác của Transducer tần số không đạt yêu cầu đặt ra là 0,01Hz trên cả dải đo
• Chu kỳ quét của máy tính chủ là vài giây, quá lớn so với yêu cầu.

–      Các Trung tâm điều độ A0, A1, A2, A3 hiện tại không theo dõi tần số HTĐ   qua hệ thống SCADA/EMS.

6.3     Công tác quản lý vận hành

–         Hệ thống đo tần số là do phòng Công Nghệ – Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia thiết kế chế tạo nên công tác kiểm tra, sửa chữa là hoàn toàn làm chủ; Bình thường có thể kiểm tra tình trạng của hệ thống:

+Kiểm tra tình trạng hoạt động của hệ thống qua việc giám sát qua giao diện chương trình tần số riêng.

+Việc giám sát tình trạng kết nối với đầu xa có thể thực hiện qua các đèn chỉ thị của Modem.

1. Các kênh viễn thông phục vụ kết nối SCADA
2. Kênh kết nối cho Modem 4W

–         Máy chủ SCADA kết nối với thiết bị đầu cuối (RTU) được thực hiện qua kênh 4W và Modem âm tần.

–         Đặc tính kênh như sau:

• Kênh 4W âm tần (analog);
• Trở kháng đường dây 600W;
• Băng thông 300Hz đến 3400Hz;
• Đáp ứng khuyến nghị G.712;

2. Kênh kết nối ICCP

–         Các số liệu ICCP (Inter Control Center Protocol) được gửi từ các hệ thống SCADA/EMS tại A1, A2, A3 về A0.

–         Kênh truyền ICCP là luồng E1 nối A0- A2-A3 và kênh dự phòng của EVNTel.

–         Do A0 và A1 do nằm cạnh nhau nên sử dụng cáp.