BẢO ĐẢM AN TOÀN HỆ THỐNG SCADA (Phần 1)
1. Hệ thống SCADA là gì?
SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa (Wikipedia)
2. Những thành phần của hệ thống SCADA và chức năng
• Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server).
• Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…).
• Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ
• Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống. (Nguồn: Wikipedia)
Hình 1. Mô hình hệ thống SCADA dưới góc nhìn thiết bị. Nguồn. Wikipedia
Hình 2. Mô hình SCADA dưới khung nhìn chức năng. Nguồn Wikipedia
3. Các lĩnh vực công nghiệp sử dụng SCADA
Hệ thống SCADA được sử dụng để giám sát, điều khiển từ xa. Dữ liệu từ các cảm biến được thu thập về và hiển thị trên màn hình máy chủ SCADA. Người vận hành có thể biết được trạng thái hoạt động tức thời của hệ thống và can thiệp khi có sự cố.
Nếu không có hệ thống này, mọi thao tác thu thập dữ liệu, điều khiển phải ra tận hiện trường, ghi nhật ký và về tổng hợp. Và cũng không thể điều khiển từ xa được.
Hệ thống SCADA được sử dụng trong lĩnh vực quản lý truyền tải điện, quản lý hệ thống phân phối nước sạch, các hệ thống dẫn dầu và gas, hệ thống điện gió.
4. Ứng dụng của SCADA trong lĩnh vực phân phối điện
Một trong những bài toán điển hình trong lĩnh vực quản lý phân phối điện hạ thế đó là hiện nay có rất nhiều các tủ điện hạ thế lắp đặt ở nhiều nơi trong quận/huyện. Các tủ điện lắp đặt rải rác (50-100 tủ) trong một khu vực có bán kính tầm 3-5km. Trong mỗi tủ điện có các bộ đo điện (Power Meter – PM) để đo các thông số tải. Cần giám sát tập trung các thông số trên các bộ đo điện này ở trung tâm điều độ, và có thể ra lệnh đóng/cắt điện từ xa.
Hình 3. Bên trong tủ điện hạ thế.
Các tủ điện hạ thế nằm ở các vị trí khác nhau trong một khu vực, và thường được đấu nối thành mạch vòng. Tổng quan sơ đồ hệ thống SCADA quản lý các tủ điện hạ thế thông qua mạng Internet.
Hình 4. Tổng quan hệ thống SCADA tủ điện hạ thế
Trong hình trên, thông số điện năng bao gồm U, I, Cosphi được đọc từ các đồng hồ đo điện bởi thiết bị Gateway. Thông số trạng thái có điện/mất điện được đọc trên cổng I/O của chính thiết bị Gateway. Thiết Gateway đóng vai trò như một thiết bị PLC, có thể lập trình theo chuẩn giao thức Modbus để thu thập các thông số điện. Sau đó, Gateway thực hiện 2 việc đó là: (1) lưu trữ tại bộ nhớ của thiết bị và (2) truyền các thông số này lên hệ thống SCADA Server thông qua mạng Internet. Ngược lại, Gateway có thể nhận lệnh điều khiển từ người vận hành để thực hiện đóng/cắt điện bằng cách thay đổi trạng thái của cổng I/O trên nó, từ đó kích hoạt thiết bị đóng/cắt điện thực hiện việc đóng/cắt điện. Đây là thao tác cần hết sức thận trọng bởi vì liên quan trực tiếp đến sự an toàn của con người, ví dụ khi trên lưới đang có công nhân thao tác mà lại đóng điện, thì hậu quả khôn lường.
Môi trường kết nối thông thường là 3G/4G vì các tủ điện có thể nằm ở những vị trí bất kỳ, chi phí đi cáp thông tin kết nối đến tủ thường rất tốn kém.
Hệ thống SCADA Server có nhiệm vụ quan trọng là quản lý các kết nối từ các tủ điện. Số lượng kết nối có thể từ vài chục đến hàng trăm kết nối, tùy vào số lượng tủ đang quản lý. Server còn lưu trữ thông số điện năng, phân tích dữ liệu để đưa ra dự báo, vẽ biểu đồ, cảnh báo bằng tin nhắn đến cho người vận hành.
Máy trạm của người vận hành kết nối với SCADA Servers, hiển thị các thông số điện tức thời tại các tủ điện, xem biểu đồ hoạt động, các sự cố có cảnh báo. Máy trạm có thể ra lệnh điều khiển đóng/cắt điện.
.png)
