So sánh sản phẩm
chọn tối đa 4 sản phẩm

Lược sử hệ thống SCADA

Ngày đăng : 11:31:57 23-03-2016

Lược sử hệ thống SCADA

Từ những năm 1940, do yêu cầu vận hành các thiết bị điện ở các địa điểm khác nhau dẫn đến việc cần xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát các thiết bị đó. Cách tiếp cận đầu tiên để xây dựng hệ thống này là sử dụng cặp đôi dây hoặc nhiều cặp đôi dây giữa các địa điểm. Mỗi cặp đôi dây vận hành một thiết bị duy nhất, điều này làm tăng chi phí tuy nhiên đây là sự cần thiết để vận hành các thiết bị thường xuyên và có khả năng khôi phục hệ thống nhanh chóng nếu xảy ra lỗi. Hình 1 là hình ảnh các tủ điều khiển trong trạm biến áp. Các tín hiệu cảnh báo, tín hiệu điều khiển của các thiết bị trong trạm biến áp được tập trung đến tủ này.

Hình 1. Tủ điều khiển trong TBA.

Để tiết kiệm chi phí hơn đưa ra một vấn đề là làm thế nào để chỉ sử dụng một đôi dây mà có thể điều khiển nhiều thiết bị. Trong thời gian này các Công ty điện thoại phát triển hệ thống chuyển mạch bước sử dụng nam châm. Công nghệ này đã được đưa vào đầu tiên trong hệ thống điều khiển giám sát để tăng tính hiệu quả, tiết kiệm chi phí, giảm số lượng đi dây. Do sử dụng chung đôi dây và cần thiết điều khiển thiết bị chính xác, một khung làm việc lựa chọn/kiểm tra/thao tác được đưa ra. Trong khung làm việc này, trung tâm chính gửi đi bản tin lựa chọn đến các thiết bị xa. Thiết bị xa trả lời bằng bản tin kiểm tra. Nếu trung tâm chính nhận được bản tin kiểm tra đó, trung tâm chính khởi tạo bản tin thao tác đến thiết bị xa, và thiết bị xa thực hiện thao tác. Thiết bị xa có thể gửi bản tin xác nhận đến trung tâm chính để kết thúc hành động. Khung làm việc này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

Khi điện thoại kiểu xung phát triển, Công ty Westing house liên kết với Công ty North Electric đã phát triển hệ thống điều khiển giám sát Visicode dựa trên cách đếm số xung. Mã Visicode sử dụng 2 cửa sổ trễ để tạo xung và đếm số xung. Cửa sổ ngắn sử dụng cho một lựa chọn/kiểm tra một thiết bị, cửa số lớn sử dụng cho một lựa chọn/kiểm tra cho một nhóm thiết bị. Hàng nghìn thiết bị này đã được sử dụng trong các năm 1950 - 1960.

Năm 1960 - 1970, Công ty Westing house phát triển hệ thống giám sát Solid state gọi là REDAC. Hệ thống này sử dụng khung dữ liệu cố định. Hệ thống này cũng sử dụng lưu đồ lựa chọn/kiểm tra/thao tác. GE cũng phát triển hệ thống tương tự có tên gọi là GETAC.

Hình 2. Tủ  lắp đặt thiết bị RTU.

Trong hệ thống điện cần đo lường các giá trị như điện áp, dòng điện, công suất ở các vị trí ở xa. Vì vậy cần xây dựng một trung tâm để đo lường các vị trí ở xa. Cách tiếp cận đầu tiên để xây dựng hệ thống này là sử dụng một cặp đôi dây để đưa một dòng đã được tỷ lệ hóa với giá trị cần đo đến trung tâm đọc. Để thực hiện điều này, cần một bộ chuyển đổi để chuyển đổi các giá trị đo lường điện về dòng điện hoặc điện áp DC. Để chuyển đổi bộ chuyển đổi dòng điện, điện áp từ đại lượng AC về DC có thể sử dụng các bộ chỉnh lưu. Đại lượng Watt, Var phức tạp hơn, có thể sử dụng các bộ chuyển đổi nhiệt để tạo ra điện áp tương ứng. Tuy nhiên, ở khoảng cách lớn điện trở đôi dây biến thiên do nhiệt độ làm cho việc đọc xa không chính xác.

Để cải thiện độ chính xác và có thể truyền ở các kiểu kênh truyền khác có thể sử dụng phương pháp chế độ xung và chế độ biến thiên tần số để thực hiện đo lường xa. Trong hệ thống sử dụng xung, bộ chuyển đổi đo lường phát ra một xung có tần số tỷ lệ với giá trị đo lường. Hệ thống sử dụng biến thiên tần số làm việc với nguyên lý tương tự, giá trị đo lường được biến đổi về một tần số tỷ lệ với giá trị đo lường. Đặc điểm của hệ thống này là có thể truyền tín hiệu qua nhiều môi trường khác nhau ví dụ như dây điều khiển, vi ba, đường truyền tải điện.

Trong thực tế các giá trị đo lường thường được đọc theo chu kỳ và yêu cầu được đặt ra là làm thế nào để đọc nhiều thiết bị qua một kênh truyền. Vì vậy hệ thống đo lường xa chọn lọc được đưa ra. Với hệ thống này, người vận hành có đọc theo giá trị đo lường một điểm theo giờ bằng cách lựa chọn một điểm trên một hệ thống giám sát/ đo lường từ xa.

Để giảm bớt sự vất vả trong việc lưu trữ dữ liệu đọc được mỗi giờ của người trực vận hành, hệ thống tự động lưu trữ dữ liệu đã được đưa ra. Phiên bản đầu tiên của hệ thống này có trước cả hệ thống Solid State và hệ thống đo lường xa. Tuy nhiên, phải đến khi hệ thống Solid state và sự phát triển của máy tính phát triển hệ thống này mới được đưa vào sử dụng.

Hệ thống SCADA để thu thập dữ liệu điều khiển giám sát thực sự phát triển sau khi máy tính trở nên phổ biến. Giữa năm 1960, Westing house và GE đã xây dựng bộ xử lý cho hệ thống này. Westing house gọi là PRODAC và GE gọi là GETAC. Do yêu cầu phức tạp, đòi hỏi máy chủ máy chủ phải cung cấp tất cả các chức năng của một hệ thống SCADA. Ngoài ra một số công ty máy tính cũng phát triển SCADA. Chức năng chính của máy chủ là quét dữ liệu, giám sát dữ liệu và các trạng thái, cảnh báo nếu thay đổi, hiển thị dữ liệu, hiển thị dữ liệu trên màn hình, lưu dữ liệu theo chu kỳ. Hầu hết hệ thống SCADA làm việc bằng cách quét liên tục, máy chủ gửi các yêu cầu dữ liệu đến đầu xa và đầu xa trả lời.

Hình 3. Kiến trúc hệ thống SCADA

Thuật ngữ RTU được sử dụng từ những năm 1960. RTU được cung cấp bởi các nhà sản xuất SCADA. RTU gồm các khối chức năng, có các card mạch in và thường lắp đặt trong một tủ thiết bị, tiện dụng có thể treo tường trong các trạm biến áp xa. Hầu hết RTU hoạt động dựa trên nguyên lý quét liên tục, có thể đáp ứng nhanh để điều khiển theo sự kiện trong một môi trường nhiều tạp âm. RTU cũng sử dụng lược đồ lựa chọn/ kiểm tra/thao tác được sử dụng trong vận hành điều khiển. Trong những năm 1960 -1970, các giao thức truyền thông của RTU được độc quyền bởi các nhà sản xuất RTU. Hình 2, tủ lắp đặt thiết bị RTU, thiết bị trên cùng là RTU của hãng ABB, các tín hiệu thu thập, điều khiển sẽ được tập trung đến RTU.

Để cho phép các RTU của các hãng khác của hệ thống SCADA, sự nỗ lực chuẩn hóa giao thức bởi IEEE, sự phát triển của các bộ vi xử lý dựa trên giao tiếp truyền thông ở máy chủ đã cho phép máy chủ truyền thông với RTU sử dụng các giao thức khác nhau. Cấu trúc cơ bản của RTU gồm có bộ giao tiếp truyền thông, bộ điều khiển trung tâm, hệ thống input/output số, tương tự. Một hệ thống SCADA lớn có thể có hàng trăm RTU. Hình 3, kiến trúc hệ thống SCADA, các thiết bị RTU, IED, PLC, máy chủ SCADA có thể kết nối, trao đổi được với nhau.

Cuối những năm 1970 đến đầu năm 1980, các thiết bị có vi xử lý tích hợp được đưa ra với tên gọi thiết bị điện tử thông minh hay IED. Ban đầu IED chỉ đơn giản thay thế chức năng của các thiết bị trước đó như báo cáo và điều khiển các tiếp điểm, đại lương tương tự từ xa sử dụng các giao thức truyền thông. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, IED có thể được xây dựng có khả năng điều khiển logic có thể lập trình được (PLC).

Hình 4. Màn hình giao diện giao tiếp người/ máy

Về giao diện, ban đầu hệ thống SCADA sử dụng một bảng điều khiển với các nút bấm để lựa chọn, thao tác các thiết bị. Các thông tin giám sát được hiển thị sử dụng các bộ hiển thị số, cách cảnh báo được được đưa ra theo một danh sách qua máy in. Sự phát triển chính từ cuối 1960, màn hình CRT được sử dụng cho giao tiếp người/máy. Phiên bản đầu tiên là sử dụng các ký tự trắng đen trên CRT. Màn hình CRT được sử dụng để hiển thị dữ liệu và trạng thái dưới dạng bảng, danh sách cảnh báo, xóa các danh sách cảnh báo. Bàn phím được sử dụng thay cho các nút bấm trên bảng điều khiển. Năm 1970, màn hình CRT màu ra đời. CRT có các ký tự đồ họa cho phép biểu diễn sơ đồ một sợi mạch điện với các khóa, chuyển mạch động. Các giá trị đo lường như điện áp, dòng điện, công suất có thể biểu diễn trên sơ đồ một sợi và được cập nhật thường xuyên. Năm 1980, CRT ảnh màu đầy đủ cho phép vẽ sơ đồ một sợi ở mức tinh xảo hơn như như phóng to, thu nhỏ, chi tiết hóa hơn từng chi tiết. Trên sơ đồ này, người vận hành có thể lựa chọn thiết bị, xác nhận lựa chọn thiết bị, thao tác điều khiển thiết bị. Hình 4, màn hình giao diện giao tiếp người/ máy, từ giao diện này người vận hành có thể quan sát các tín hiệu thu thập được, điều khiển thiết bị từ màn hình này

Tags: