Bài giảng Các hệ thống tin học công nghiệp - Chương 1: Tổng quan về các hệ thống máy tính công nghiệp

ưMasterPiece của ABB, Habitat của
Alstom T&D. Mỗi điểm đo lường/điều khiển
công nghệ được coi là 1 data base element.
• Bus và giao thức là chuẩn công nghiệp về truyền
nối tiếp, do các hãng đưa ra phù hợp với các tiêu
chuẩn IEC... IEEE... ví dụ mục sau.
Ch 1: Overview 22
• Ví dụ data base: số đo theo thời gian (Time stamp 
data base): là một bộ các số liệu (record) liên quan
đến điểm đo đó, được hiểu như các fields như:
ƒ Tên/mã điểm đo,
ƒ Đơn vị/ thứ nguyên đo,
ƒ Hệ số hiệu chỉnh tuyến tính (ax + b) hoặc phi truyến
(hàm đại số hoặc giải tích),
ƒ Range: min - max,
ƒ Alarm Levels: Low/Hi Alarm
ƒ E-Stop: Low/Hi Emergency stop
ƒ Thời gian update - interval hay thích nghi
ƒ Độ phân ly để update
ƒ Độc lập hay phụ thuộc (vector), Liên kết của số liệu
ƒ Historical Events (Fault - Value, Time...)
ƒ ...
Ch 1: Overview 23
1.4.3. Operator Level: Là mạng máy tính cục bộ LAN, 
chuẩn IEEE 802.x, giao thức TCP/IP
• Có các máy tính như các servers, hệ điều hành UNIX hoặc
WinNT, các server này thường chạy song hành:
o Server ứng dụng - hướng tới đối tượng là các quá trình công nghệ, 
được xây dựng bằng các ngôn ngữ/ ứng dụng chuyên cho SCADA 
như CITEC, WINCC (Siemens)...:
o Server cho các hệ cơ sở dữ liệu ONLINE
o Server cho các hệ CSDL OFFLINE, Historical Data base và các các
thiết bị sao lưu tốt.
o Có khả năng tái tạo lại các tính huống, các sự kiện hay sự cố
o Server để đào tạo, để mô phỏng các quá trình, các sự cố có thể xảy
ra và đưa ra kịch bản để xử lý.
o Cổng nối với mạng cấp trên (gate way) như internet/ cáp quang để
cho phép trao đổi số liệu và đặc biệt nối với nhà cung cấp để nhận
được các dịch vụ đào tạo, cài đặt và maintenance từ xa.
Ch 1: Overview 24
• 1.5. Case study 1: PC3 - SCADA/EMS
• 1.5.1. Sơ đồ Phát - Truyền tải - Phân phối điện năng
Miền Trung - PC3.
Xem hình 104, 
• 1.5.2. Hệ SCADA Điều độ lưới điện miền Trung:
Hình 105.
Ch 1: Overview 25
Ch 1: Overview 26
Ch 1: Overview 27
1.5.2.1. Đặc điểm Lưới điện và Hệ SCADA Điều độ:
• Lưới điện cao áp Miền Trung là 1 hệ thống các mạng 500, 
220 và 110kV, trải khắp hàng ngàn km, từ Quảng bình đến
Nha trang - Đa nhim.
• Có 2 trạm 500kV/220kV tại Đà nẵng và Pleiku, 
• Gần 10 trạm 220kV/110kV trải dài khắp miền trung và khu
vực Tây nguyên, nối thành mạch vòng khép kín.
• Hàng chục trạm 110kV...
• Tại mỗi trạm có RTUs là thiết bị kiểu PLC, để thu thập các
số liệu của trạm: 3 điện áp thanh cái, 3 dòng điện sơ cấp, 3 
dòng điện thứ cấp, 2 dòng điện zero, trạng thái các máy
cắt, trạng thái các nấc biến áp, tần số, công suất tác dụng P 
và công suất phản kháng Q, các số đo tự dùng, các số đo
của nguồn dc...
Ch 1: Overview 28
• Hệ thống truyền thông mạnh trên cơ sở 4 loại hình truyền
thông (song hành): OF, Microwave, PLC và ISDN.
• Hệ thống do Hãng Alstom T&D, Pháp thiết kế, lắp đặt và
ph/tr phần mềm trên cơ sở thiết bị hợp chuẩn của nhiều
nhà cung cấp khác.
1.5.2.2. Cấu trúc hệ thống: Chia thành 3 lớp chính: Mạng
LAN, các RTUs và các thiết bị đo lường - điều khiển tại
các trạm:
cMạng LAN Ethernet 802.3, 100Mbps, gồm 8 máy tính
server, chia thành 4 nhóm chức năng (duplication), đặt tại
trung tâm TĐH A3, Đà nẵng:
• RealTime EMS Servers, 2 máy tính DEC Alpha, UNIX, 
song hành, làm nhiệm vụ chính của hệ SCADA: đo lường, 
điều khiển, tính toán trào lưu công suất...
Ch 1: Overview 29
• DTS/DS Servers: Dec alpha, UNIX, song hành, làm nhiệm
vụ mô phỏng, đào tạo và phát triển phần mềm (thêm bớt
các trạm, hiệu chỉnh tham số cho các CSDL...)
• HIS Servers, DEC Alpha, UNIX: OFFLINE Database, 
gồm 2 x 6 HDD RAID 5; 12 MO Drivers để lưu số liệu
trong vòng 2 năm
• Comm OAG, Open Access Gateway, DEC Alpha, WinNT: 
dùng để nối lên Internet và cáp quang nối A0, Trung tâm
Điều độ HTĐ Quốc gia, Hà nội.
– Data base 2 side A3 và A0
– Protocol converter: IEC 870-x ICCP (Inter Control 
Center Protocol),
Ch 1: Overview 30
• GPS dùng để thu thập thời gian thực từ vệ tính để chuẩn thời
gian giữa các Trạm, giữa các điều độ miền và điều độ A0
• CFE, SUN, OS: OPEN VMS, Communication Front-End 
Processing : dùng để truyền thông với các trạm điện bằng 4 
loại Adaptor: Cáp quang OF, Vi ba (microwave), PLC 
(PowerLineCarrier) và [ISDN]:
– V24, 4800 bps
– Concentrator, 
– Protocol converter: IEC 870-5 TCP/IP
– Buffer (HDDs)
– 4 Cards x 16 path, mỗi path quản lý nhiều điểm (Multi drop),
– Time synchronizing.
Ch 1: Overview 31
• 20 PC Terminals, WinNT, có chức năng MMI, cho 4 cấp
users: Read/ Write/ Execute/ Audible
• d RTUs tại các trạm, là các thiết bị kiểu PLC 
(Programmable [Logic] Controller):
• CPU board hãng Microsol, Ireland, CPU 68020, 1MB 
EPROM, 8 MB SRAM
• Communication: V24/V28, IEC 870-5
• Cấu trúc và hoạt động theo kiểu database IN/OUT 
(database driven)
• IN/OUT Cards:
– Analog In: 64 channels/card, 4 card/RTU max, 0..20mA, Isolated, 
time resolution: 6ms
– Digital IN/OUT Cards: 64 channels/card; 4 cards/RTU,
– Hi speed counters: đo đếm công suất/ năng lượng
– Power supply: Accu 48Vdc 
Ch 1: Overview 32
e Field Level: là các thiết bị chuyển đổi
(transducers) từ dòng, áp, P, Q, f... thành các tín
hiệu dòng điện (0..20mA) hoặc xung
1.5.2.3. Các phần mềm hệ thống và ứng dụng:
c Phần mềm trên các máy chủ:
• Hệ điều hành: UNIX - DEC và WinNT
Ch 1: Overview 33
• Ứng dụng:
- Phần mềm TOPOLOGY, đánh giá hệ thống lưới,
- SCANNER: thu thập số liệu, đánh giá số liệu
- Tính toán trào lưu công suất POWER FLOW,
- OPTIMAL PowerFlow,
- Economical Dispatching,
- Dự báo sự cố và hướng giải quyết,
- Sa thải phụ tải - Load Shedding,
- Dự báo phụ tải: mưa, nắng, lễ tết, mùa...
Ch 1: Overview 34
• Điều khiển OLTC (On Load Tap Changer)
• Work Order/ Scheduler,
• Supervisor for comm: Change Over, chuyển giữa 2 đường
dây để phát hiện sự cố,
• Historical Reconstruction: 2s
• AGC: Automatic Generator Controlling,
• .... 
Ch 1: Overview 35
• ONLINE Database: Habitat, ALSTOM T&D
– Real time, đồng đều về thời gian,
– Kết hợp mô hình quan hệ và mô hình cây,
– Duplication, Online integration,
– Limit: 150 RTU, 15k Analog, 25 k Digital data base.
– .... 
• OFFLINE Database Oracle: Copy và chuyển đổi từ Habitat 
sang Oracle, (Open)...
Ch 1: Overview 36
d RTU Software:
• Qui ước database cho mỗi điểm đo, điều khiển.
• Thu thập số liệu, chuyển đổi thành số đo vật lý hiện thị tại
chỗ
• Tác động bảo vệ khi có sự cố
• Đóng gói số liệu, gửi lên trung tâm khi có yêu cầu.
• ...
Ch 1: Overview 37
1.6. Case study 2: Siemens Industrial 
Communication Networks - SINEC
Ch 1: Overview 38
Ch 1: Overview 39
1.6. Case study: Siemens Industrial Communi-
cation Networks - SINEC
1.6.1. K/n: Địa chỉ ứng dụng:
Lĩnh vực tự động hóa trong sản xuất, công nghiệp:
– Automobile industry,
– Chemical industry,
– Power generation,
– Food industry,
– Paper industry,
– Transportation systems,
– Water and sewage treatment,
– Mechanical engineering ...
Ch 1: Overview 40
1.6. Case study: Siemens Industrial Communi-
cation Networks - SINEC
1.6.2. Cấu trúc:
1.6.2.1. SINEC H3: Top speed at top level
• Backbone network based on the FDDI standard, có thẻ trao
đổi thông tin với các mạng khác ở xa, bảo mật và chống
nhiễu tốt.
• FDDI: Fiber distributed data interface - chuẩn ISO 9314
• 100Mbps, ring upto 100 km
• Double ring redundancy,
• 500 network nodes,
Ch 1: Overview 41
1.6.2.2. SINEC H1:Accepted basis at the Field Level
• Ethernet Based Industrial Standard:
– Triaxial/ Twisted pair/ Optic Cable
– 1024 Nodes, 4.3 km Optical, 1.5km Electrical
– IEEE 802.3, 10/100Mbps
• MAP/MMS (Manufacturing Automation Protocol/Message 
Specification) over Ethernet,
• Access Modes: CSMA/CD (CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDectection)
• Dùng để ghép nối với nhiều thiết bị: PLC hay PG/PC. Có 2 
Options để lựa chọn phù hợp:
– SINEC H1-MAP:Phù hợp với chuẩn quốc tếMMS User Interface -
ISO 9506, được dùng rộng rãi, đặc biệt công nghiệp chế tạo Ôtô
– SINEC H1-TF (Technological Function):
– Cung cấp TF dùng các dịch vụMMS dựa trên AP (Automation 
Protocol - Siemens) 
Ch 1: Overview 42
– Được chấp nhận và dùng nhiều ở châu Âu. Kết nối với SIMATIC, 
H1-TF có các dịch vụ đơn giản nhằm tối ưu hóa thông lượng cho hệ
thống.
– Dùng được nhiều giao thức trên mạng này: Novell, TCP/IP có thể
chạy song song với các ứng dụng SINEC H1.
– Với module interface của SINEC H1, có thể dùng nhiều protocols 
đồng thời trên mạng, có sự chuyển đổi (transition) đơn giản giữa
mạng sản xuất và mạng hành chính trong Cty.
1.6.2.3. SINEC L2: Communication at Field Level
• Siemens Profibus, 127 nodes, 23.8/9.6 km - Optic/electrical
• So sánh Fieldbus với kiểu Point to Point
• Các đặc điểm chính:
– Dải rộng các thiết bị và các ứng dụng
– Đã dược chuẩn hóa theo các chuẩn của DIN, ISO và các tổ chức
Qtế khác.
– Giảm chi phí lắp đặt và vận hành
Ch 1: Overview 43
– Nhiều nhà sản xuất/ khách hàng đã dùng nên dễ dàng lực chọn và
thờin gian ngắn.
– PROFIBUS là chuẩn bus đầu tiên đáp ứng được các y/c trên đây -
chuẩn DIN 19 245.
– Giao tiếp tốc độ cao với các thiết bị tại hiện trường (các
Distributed I/O Stations/ devices), 9.6 - 1500 kbps
– Topology: Line, Tree, Star, ring
– Access Mode: Token passing underlying Master/Slave
– Protocols:
• SINEC L2-FMS - Fieldbus Mesage Specification:Cấp các dịch vụ
người dùng có cấu trúc (giống nhưMMS) cho các các modules - như
SIMATIC PLCs hay PCs (10 đến 15)
• SINEC L2-DP - Distributed IOs: Là Giao diện người dùng để nối các
thiết bị (ET200 Station, Valves...)
• SINEC L2-TF và SINEC L2-S7
– Kết nối đơn giản giữa các PLCs trong hệ SIMATIC
– Có thể dùng cáp điện hoặc cáp quang
Ch 1: Overview 44
1.6.2.4. SINEC S1 (AS-i): Communication at Field Level
• Của nhiều Hãng, thành chuẩn quốc tế IEC TG 17B
• Nối trực tiếp giữa các sensor, cơ cấu chấp hành đơn giản với
PLC/PG/PCs 
• Lượng tin tức nhỏ với các lệnh ON/OFF...
• 100m, có thể dùng chung cáp tín hiệu và nguồn cung cấp, cáp
thường
• Access Mode: Master/Slave
• 5ms for 31 slaves - line/ tree