Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các SCADA phục cho ngành năng lượng thay thế cho nhập ngoại phần 3 xây dựng một hệ SCADA cho một mạng điện nhỏ hạ áp

Hội liên hiệp KHKT Việt nam
Liên hiệp hội kHKT công trình




Báo cáo tổng kết đề tài trọng điểm cấp nhà nớc
Kc 03 Tự động hóa

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các scada
phục vụ cho ngành năng lợng
thay thế cho nhập ngoại
M số kc 03.11


Chủ nhiệm: PGS Nguyễn trọng quế



Phần 3
xây dựng hệ scada
cho một mạng điện nhỏ hạ áp

6684-3
28/11/2007


Hà nội 2003










ThiÕt kÕ hÖ thèng scada
vµ amr cña l−íi ®iÖn h¹ ¸p


ph−¬ng ¸n 1
MỤC LỤC

Chương 1. Phân tích bài toán 5
1.1. Mở đầu 5
1.1.1. Bài toán chung của toàn hệ thống 5
1.1.2. Tóm tắt bài toán 5
1.1.3. Các giải pháp của các nhà phát triển và cung cấp giải pháp trên thế
giới 10

1.2. Hướng triển khai thực hiện 21
Chương 2. Vấn đề thu thập số liệu 24
2.1. Mở đầu 24
2.2. Phân loại 24
Chương 3. Các phương pháp thu thập dữ liệu 26
3.1. Phân cấp cơ sở dữ liệu và thu thập số liệu 26
3.1.1. Phân cấp cơ sở dữ liệu 28
3.1.2. Mô hình triển khai các cách thu thập số liệu từ các phương pháp thu
thập dữ liệu cơ bản 29

3.2. Phương pháp thu thập số liệu theo chu kỳ 31
3.3. Phương pháp thu thập số liệu theo yêu cầu của người vận hành và quản lí
34

Chương 4. Các vấn đề cần xử lí trong chương trình thu thập số liệu 37
4.1. Bài toán xử lí số liệu tập trung 37
Chương 5. Các yêu cầu của bài toán giao diện người máy 40
5.1. Mở đầu 40
5.1.1. Những yêu cầu đối với hệ của người thiết kế 41
5.1.2. Những yêu cầu đối với hệ của người sử dụng 41
5.2. Xác định các yêu cầu cụ thể của bài toán 42
5.2.1. Hiển thị số liệu và thông số đo lường 43
5.2.2. Hiển thị các số liệu, tín hiệu phục vụ việc điều khiển 45
5.2.3. Nhận lệnh điều khiển từ người vận hành 45
5.2.4. Hiển thị các thông số phục vụ người quản lí khai thác dữ liệu 46
Chương 6. Triển khai chương trình 48
6.1. Xác định phương pháp thiết kế và triển khai 48
6.1.1. Mô hình cơ bản được sử dụng 50
6.1.2. Hiển thị số liệu thông số đo lường dưới hai dạng là dạng bảng và
dạng đồ hoạ. 53

6.1.3. Nhận lệnh điều khiển 54
6.1.4. Giao tiếp với người vận hành và quản lí 55
6.2. Một số ví dụ minh hoạ 55
Chương 7. Vị trí của chương trình 57
Chương 8. Cấu trúc và phương pháp thiết kế 58
Chương 9. Triển khai 59
Chương 10. Yêu cầu của bài toán 61
10.1. Mở đầu 61
10.2. Đặc điểm của hệ thống 64
10.2.1. Cách chương trình xử lí bài toán 67
10.3. Thông tin cấu hình của các RTU 70
10.4. Thông tin cấu hình của Concentrator 70
10.5. Thông tin thành lập hóa đơn 72
10.6. Nhiệm vụ của gói chương trinh cài đặt mạng 74
10.7. Nhiệm vụ của Concentrator 74
10.7.1. Thiết lập và thay đổi các thông số tĩnh 74
10.7.2. Đáp ứng các yêu cầu xây dựng mạng 75
10.7.3. Thực hiện các công việc khởi tạo ban đầu của toàn bộ trạm 75
10.7.4. Quản lí mạng 75
10.7.5. Tạo các hóa đơn 79
10.7.6. Lưu trữ thông tin mất điện 79
10.7.7. Truyền các số liệu thu thập về máy tính trung tâm 79
10.8. Nhiệm vụ của chương trình quản lí trên máy tính trung tâm 80
10.8.1. Quản lí mạng 80
10.8.2. Thu thập số liệu của các RTU từ Concentrator 80
10.8.3. Quản lí cơ sở dữ liệu 80
10.8.4. Giao diện người máy 82
10.8.5. Truyền thông với hệ thống 84
10.9. Nhiệm vụ của các thiết bị cầm tay Handheld 84

10.9.1. Thực hiện việc cài đặt các thông số cho Concentrator 84
10.9.2. Thực hiện việc tải các số liệu trên Concentrator vào thiết bị cầm tay
84

10.9.3. Thực hiện cài đặt thông số cho từng RTU 85
10.9.4. Đọc các thông số hiện tại trên một RTU xác định 85
10.9.5. Thực hiện truyền thông giữa Handheld và máy tính 85
10.10. Khung truyền nhận chung 86
10.10.1. Khung truyền (TX) 86
10.10.2. Khung nhận (RX) 87
10.11. Chi tiết các lệnh 88
10.11.1. Các lệnh thuộc nhóm lệnh hỏi đáp 88
10.11.2. Các lệnh thuộc nhóm lệnh truyền nhận file 97
10.11.3. Nhóm lệnh xây dựng mạng 101





phÇn I. Më ®Çu – Tæng quan hÖ thèng

Chng 1. Phõn tớch bi toỏn


1.1. M u
Mục đích của chơng trình này là giới thiệu chung vấn đề và hớng nghiên cứu
triển khai thực hiện bài toán của chúng tôi. Nội dung của chơng này gồm các
phần sau:
- Bài toán chung tổng quát của toàn bộ hệ thống.
- Giới thiệu bài toán của ta và tóm tắt phạm vi của bài trình bày này.
- Giới thiệu các giải pháp và xu hớng phát triển của các giải pháp cho vấn
đề này của các nhà phát triển và cung cáp giải pháp lớn trên thế giới.
- Đề xuất hớng triển khai thực hiện
1.1.1. Bi toỏn chung ca ton h thng
Một hệ thống quản lý điện năng toàn diện bao gồm 3 cấp: cấp toàn quốc, cấp
trung thế và cấp cấp hạ áp. Trong phạm vi bài này chúng tôi chỉ đề cập đến các
vấn đề liên quan đến lới điện phân phối hạ áp mà không quan tâm đến các vấn
đề của điện lới điện trung áp và cao áp.
1.1.2. Túm tt bi toỏn
Các vấn đề đợc đặt ra cần phải giải quyết trong bài toán này là:
- Hiện đại háo qui trình quản lý vận hành.
- Hiện đại hoá quá trình đọc số điện, tính giá điện.
Hình 1 miêu tả bài toán ở dạng đơn giản nhất. Để dễ dàng hình dung và phù hợp
với xu hớng phát triển của thế giới (xem phần 1.1.3) ta sẽ tạm thời miêu tả hệ
thống theo 4 môđun cơ bản và trên cơ sở đó ta sẽ giải quyết bài toán theo từng
môđun này. Các khía cạnh cơ bản của bài toán là:
a) Lập chơng trìnhthu thập số liệu: bao gồm việc xử lý số liệu và xử lý cho

nhiều thiết bị đầu cuối RTU. Ta có thể xét sự làm việc của môđun này
nh hai quá trình: quá trình thu thập thông tin và quá trình truyền lệnh từ
ngời quản lý, vận hành đến các thiết bị Concentrator hoặc RTU để thực
hiện xử lý. Hai quá trình này có thể đợc tóm tắt nh sau, chi tiết việc
triển khai thực hiện sẽ đợc trình bày trong phần II.
Quá trình thu thập thông tin từ các thiết bị. Thông tin tại các thiết bị đầu
cuối sẽ đợc truyền về tập kết ở thiết bị quản lý điều khiển mà cụ thể là
Concentrator. Khi đã có đủ số liệu hoặc máy tính trung tâm yêu cầu cung
cấp số liệu Concentrator sẽ truyền các dữ liệu cần thiết về máy tính trung
tâm. Máy tính trung tâm nhận đợc số liệu sẽ lu vào cơ sở dữ liệu để
phục vụ cho các bài toán quản lý, vận hành và giao diện ngời máy hay
lập và in các báo biểu.
Quá trình truyền lệnh từ quản lý, vận hành từ máy tính trung tâm. Ngời
vận hành và quản lý khi làm việc có thể yêu cầu hệ thống cung cấp các
thông tin về các thông số làm việc, tình trạng làm việc của các
Concentrator hay các trạm đầu cuối (RTU). Bên cạnh việc yêu cầu cung
cấp thông tin ngời vận hành cũng có thể điều khiển hoạt động của
Concentrator hoặc RTU bằng cách điều khiển trực tiếp. Quá trình này
đợc tiến hành nh sau: Máy tính trung tâm nhận yêu cầu từ ngời vận
hành, sử lý yêu cầu, gửi yêu cầu tới Concentrator, Concentrator thực hiện
kiểm lỗi và sử lý lệnh. Nếu lệnh yêu cầu thực hiện các thao tác trên các
RTU thì Concentrator sẽ truyền lệnh đến các RTU và sau đó chờ kết quả
trả lời.
b) Lập chơng trình hiển thị giao diện ngời - máy: Môđun này nằm giữa hệ
thống mà cụ thể là hệ cơ sở dữ liệu và ngời sử dụng. Mục đích của môđun
này là tạo điều kiện thuận lợi nhất cho ngời vận hành trong quá trình làm
việc. Các công việc chính của môđun này là:
Hiển thị số liệu, thông số đo lờng với nhiều chế độ giao diện cụ thể là
dạng bảng biểu, đồ thị tổng kết, thống kê. Việc hiển thị này có thể diễn ra
ở nhiều hình thức khác nhau, ở nhiều cấp khác nhau.

Hiển thị với chế độ mở cho phép cập nhật thêm thông số hiển thị. Khái
niệm mở sẽ đợc chúng tôi đề cập chi tiết trong phần 1.1.3.2. Hiểu một
cách đơn giản, tính mở của giao diện cho phép ngời thiết kế và sử dụng
thay đổi cách thức biểu diễn của các đối tợng cần giám sát, theo dõi một
cách dễ dàng cho dù chúng không có trong thiết kế ban đầu.
Nhận lệnh điều khiển từ ngời vận hành, sủ lý: Hệ giao diện ngời- máy
hiện nay là một hệ giao tiếp với đầy đủ ý nghĩa của từ này, nó cho phép
ngời vận hành không chỉ xem và giám sát các thông số và tình trạng làm
việc của hệ thống mà hơn thế nó còn là phơng tiện để ngời vận hành
giám sát tác động ngợc lại vào hệ thống, điều khiển hệ thống.
c) Lập chơng trình điều khiển từ xa: Môđun này nhằm hai mục đích, tiến
tới giảm nhân công trong công việc vận hành, hỗ trợ cho xu thế tích hợp toàn
bộ hệ thống, quản lý tập trung. Nhiệm vụ chính của môđun là:
Điều khiền chính xác thiết bị Concentrator và RTU từ xa và tại chỗ.
Xử lý, tính toán số liệu điều khiển, tập trung.
d) Lập chơng trình giám sát hoạt động hệ thống thông số đo điều khiển:
Đây là môđun chơng trình gắn kết chặt chẽ với hệ thống giao diện ngời-
máy thông qua hệ cơ sở dữ liệu chung thống nhất. Môđun chơng trình này
có các nhiệm vụ chính sau:
Giám sát online các thông số điện, hoạt động hệ thống. Việc cập nhật các
thông số của hệ thống phải đảm bảo tính kịp thời chính xác và tin cậy.
Cảnh báo, báo động, lu lại lịch sử các sự cố và tình trạng sự cố. Việc
cảnh báo, báo động là đòi hỏi không thể thiếu của bất cứ một hệ thống
công nghiệp quan trọng nào. Lịch sử các sự cố sẽ giúp cho ngời vận
hành, cải tiến và khắc phục sự cố đợc dễ dàng hơn.

Hình 1: Minh hoạ bài toán
Sơ Đồ Khối H
ệ
Thống SCADA ĐI
ệ
N D
ự
a Trên Công Ngh
ệ
PLC
-Côn
g
tơ điện tử 1 pha: 01
-Công tơ điện tử 3 pha: 02
-Tranducer đo điện áp : 01
-Tranducer đo dòng điện: 01
-Tranducer đo tần số : 01
-Tranducer đo Cos phi : 01
-Tranducer đo công suất: 01

-Công tơ cơ 1 pha : 02
Là m
ộ
t tron
g
các thiết b
ị

Ghi chú:
T

A-RTU No.x
: RTU cuả mạng PLC.
A-RTU No.2
A-RTU No.1
A-RTU No.3
3
f

3
f

1f
Modem
p
rocessin
g

VIEW TREND-
PRINT NOTES ZOOM OPTIONS CANCEL HELP

FIT1001 FIT10 02 FIT2001 FIT2 00 2 FIT3 00 1 FIT 300 2 F IT30 03 F IT30 04
NEW
100
75
50
25
850 950 1050 1150 1250 1350 1450
PEN PLOT
(VIEWTREN.WPG)
A-RTU No.5
A-RTU No.4
A-RTU No.6
V
A
f
A-RTU No.8
A-RTU No.7
A-RTU No.9
C
P
1f
C
Modem
p
rocessin
g

A-RTU No.10
1f
C

MY TNH PHềNG IU KHIN
TRUNG TM
MODEM
MODEM
THIT B QUN Lí, IU KHIN
MNG
CONCENTRATOR
LI I

N H

P 1 PHA 220VAC/3 PHA 380V
M

NG IU KHIN PLC
PHềNG IU
KHIN TRUNG TM
VNG LíI IN H P -
M

NG IU KHIN PLC
1.1.3. Các giải pháp của các nhà phát triển và cung cấp giải pháp trên thế giới
Trong phần 1.1.2 chúng ta đã xét tóm tắt các vấn đề mà bài toán của ta đặt ra,
trong phần này chúng tôi sẽ nêu tóm tắt một số giải pháp cùng xu hướng phát triển
của các giải pháp hiện nay mà các nhà phát triển và cung cấp giải pháp để xúât để
giải quyết cho bài toán tương tự. Các giải pháp được tham khảo chính trong phần
này được lấy từ tài liệu của Siemens và Yokogawa. Chúng ta sẽ lần lượt đ
iểm qua
các vấn đề sau:
- Vấn đề hợp nhất các môđun chương trình.

- Vấn đề hệ thống mở.
- Vấn đề giao diện người máy.
Qua việc tìm hiểu các vấn đề này chúng tôi muốn giải thích lí do cùng phương
pháp luận trong việc giải quyết bài toán của chúng ta theo các môđun chương trình
mà chúng tôi đã đề cập ở phần 1.1.2.
1.1.3.1. Hướng hợp nhất các môđun trong toàn bộ h
ệ thống
Hiện nay xu thế tích hợp toàn bộ hệ thống thành một thể thống nhất đang phát
triển rất mạnh trên thế giới và theo các nhà nghiên cứu trên thế giới nó sẽ trở thành
nền tảng cho các hệ thống công nghiệp trong tương lai. Trong phần này chúng tôi
sẽ giới thiệu một cách sơ lược nhất khái niệm và các ưu điểm của việc tích hợp hệ
thống. Phần này sẽ
được trình bày như sau:
- Đặt vấn đề: định nghĩa và lịch sử phát triển của vấn đề hợp nhất toàn bộ hệ
thống cùng các cách tiếp cận vấn đề (tích hợp hệ thống theo chiều ngang,
tích hợp hệ thống theo chiều dọc).
- Các lợi ích của việc tích hợp hệ thống. Các lợi ích được xem xét trên hai
phương diện, lợi ích cho người sử dụng và lợi ích cho ngườ
i thiết kế, xây
dựng và triển khai hệ thống.

(a) Vấn đề hợp nhất hoá toàn bộ hệ thống
Một hệ thống công nghiệp đầy đủ bao giờ cũng bao gồm ba hệ thống cơ bản đó là:
hệ thống quản lý thông tin (MIS), hệ thống điều khiển phân tán (DCS) và hệ thống
vào ra phân tán và các thiết bị trường (như PLC, cảm biến, ) mà trong phần này
ta sẽ gọi chung là PLC. Việc tích hợp hệ thống là kết hợp các hệ thống con này lại
với nhau thành một chỉnh thể thống nhất. Vi
ệc tích hợp này được tiến hành đồng
thời theo hai cách tiếp cận là: Tích hợp theo chiều ngang và tích hợp theo chiều
dọc. Ta sẽ lần lượt xét các cách tiếp cận này ở các phần (b) và 1.1.3.

(b) Tích hợp theo chiều ngang.
Quá trình phát triển của việc tích hợp hệ thống theo chiều ngang có thể được tóm
tắt qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn cổ điển: là giai đoạn mà các hệ thống con còn nằm rời rạ
c thụ
dộng chờ công việc.











- Giai đoạn hiện nay: là giai đoạn hiện nay khi mà các hệ thống không còn
đứng rời rạc mà đang tiến dần đến xu thế hợp nhất. Các hệ thống con đã bắt
đầu thực hiện các giao tiếp với nhau nhưng tính chất của các giao tiếp này
còn mang nhiều yếu tố đơn lẽ, thông thường.
MIS
PLC DCS PLC

- Giai đoạn tương lai: khi đó các hệ thống con hoàn toàn sát nhập làm một.
Lúc này các hệ thống sẽ “giao tiếp” với nhau chứ không còn phải bắt tay
nhau nữa. Đây cũng chính là mục tiêu và xu hướng phát triển chung của các
nhà phát triển chung của các nhà phát triẻn lớn trên thế giới.
















MIS
PLC
PLC DCS
Tích hợp toàn bộ hệ thống
(c) Tích hợp theo chiều dọc
Đây là xu hướng của các hệ thống công nghiệp trong tương lai nơi mà các hệ
thống con của hệ công nghiệp được tích hợp theo chiều dọc. Hình 2 trình bày
một hệ thống tích hợp theo chiều dọc.

Hình 2: Tích hợp hệ thống theo chiều dọc
Như ta thấy ở Hình 2, các hệ thống điều khiển quá trình, giao diện người máy,
điề
u khiển, vào ra phân tán và thiết bị trường đều được gắn kết bằng các thành
phần liên kết theo chiều dọc thống nhất trên tấ cả các cấp từ cao xuống thấp.
Việc liên kết được thực hiện bằng ba thành phần liên kết xuyên suốt từ trên
xuống dưới là: hệ cơ sở dữ liệu, hệ truyền thông và phần mềm vận hành, khai
thác, quản lý. Ta sẽ xem xét một cách tóm tắt hoạt
động của các hệ này và các
ưu điểm của chúng qua các phần (i), (ii), (iii).
(i) Cơ sở dữ liệu thống nhất.
Thành phần liên kết bằng cơ sở dữ liệu thực chất chính là một hệ thống cơ sở
dữ liệu thống nhất lưu trữ tất cả các cơ sở dữ liệu của hệ thống chẳng hạn:
thông tin cấu hình, thông tin vận hành, cùng vớ
i việc hỗ trợ truy vấn thông tin
thống nhất thông suốt trên tất cả các cấp. Việc truy vấn này có thể chie là truy
Điều khiển quá trình
Giao diện người máy
Điều khiển
Vào ra phân tán
Thiết bị trường
C

ơ
s
ở
d
ữ
li
ệ
u
Truy
ền
th
ô
ng
Ph
ần
m
ềm
vấn xem thông tin nhưng cũng có thể là các truy vấn dạng cập nhật hoặc bổ
sung thông tin.
Lợi điểm chính của hệ cơ sở dữ liệu thống nhất là tính toàn vẹn dữ liệu và tính
năng linh hoạt trong việc khai thác, truy vấn, quản lý hệ thống. Ưu điểm của
việc sử dụng một hệ thống cơ sở dữ liệu chung lien k
ết tất cả các cấp từ trên
xuống dưới thì có nhiều, ở đây chúng tôi chỉ nêu tóm tắt một số ưu điểm cơ
bản.
Các ưu điểm của một hệ thống cơ sở dữ liệu thống nhất liên kết từ trên xuống
dưới là:
- Chỉ cần nhập liệu một lần duy nhất tại một nơ
i duy nhất. Nếu sự nhập
liệu này là hợp lệ thì toàn bộ hệ thống sẽ được cập nhật ngay lập tức hoặc

sau một khoảng thời gian ngắn sự thay đổi này. Ví dụ khi ta muốn thay đổi
thông số cài đặt của một loạt thiết bị cùng dạng thay vì phải cài đặt lại cho
từng thiết bị ta chỉ cần ra lệnh cho hệ thống thay đổi thông số cài đặ
t của
dạng thiết bị nào đó cùng với phạm vi áp dụng (thường là các hàm giới hạn
theo một tiêu chí nào đó: chẳng hạn chỉ áp dụng cho một số hệ thống con
nào đó, chỉ áp dụng trong một khoảng thời gian nào đó) chương trình quản
lý sẽ tự động tiến hành các truy vấn để tìm kiếm các đối tượng thích hợp
trong cơ sở dữ liệu và sau đó hệ thống sẽ
tiến hành thay đổi thông số của
từng thiết bị trong tập hợp các đối tượng tìm được.
- Tính toàn vẹn và bảo mật của hệ thống được thực hiện dễ dàng.
- Dễ dàng trong việc nâng cấp, bảo trì và sửa lỗi . Người thiết kế có thể dễ
dàng thay đổi nâng cấp các mối quan hệ giữa các phần tử trong cơ sở dữ
liệu để nâng cấ
p tính năng của sản phẩm Điều kiện cần chỉ là phải giữ
nguyên hoặc sửa đổi rất ít các tham số đầu vào và đầu ra.
Như ta đã biết phần bổ sung các mối quan hệ hoặc các luật quy định các các
mối quan hệ theo các yêu cầu mới có thể dẫn đến việc tạo ra các sản phẩm với
tính năng mới với một chi phí thấp hơn bao giờ hết.
- Việc truy vấn cơ sở dữ liệu có thể thông suốt từ trên xuống dưới.Người vận
hành ở cấp cao nhất có thể truy v
ấn hầu như tất cả mọi thông tin, từ các
thông tin thống kê , tổng quát chung của toàn hệ thống , đến các thông tin
chi tiết của riêng từng thiết bị đầu cuối. Việc khai thác thiết bị tại chỗ cũng
sẽ trở nên dễ dàng. Người kiểm tra có thể có được tất cả các thông tin từ hệ
thống từ bất cứ một trạm nào của hệ thống nhờ vào việc khai thác hệ
thống
dữ liệu chung thống nhất của toàn hệ thống.
- Việc hỗ trợ giao tiếp giữa các môđun phần cứng và phần mềm khác nhau

cũng sẽ trở nên rõ ràng hơn .
Ta có thể xét một ví dụ: có hai môđun chương trình muốn nối với nhau theo
một giao tiếp nào đó, thông thường thì ta cũng phải thiết kế các môđun giao
tiếp trực tiếp giữa chúng với nhau.Việc này đối v
ới hai môđun thì đơn giản
nhưng vấn đề sẽ trở nên phức tập nếu có rất nhiều môđun và khi đó vấn đề giao
tiếp sẽ là không đơn giản. Ví dụ thêm một môđun vào một hệ thống sẽ có sẵn 3
môđun ta sẽ phải thiết kế tất cả 3 giao tiếp. Tiếp cận theo cách dùng chung cơ
sở dữ liệu và hỗ trợ một phương pháp giao tiế
p chung với cơ sở dữ liệu thì ta
chỉ cần một thiết kế mà thôi. Tất nhiên vấn đề xử lí xẽ có thể làm chậm tốc độ
làm việc của hệ thống. Tuy mhiên với sự phát triển của công nghệ thông tin và
khoa học máy tính, việc chậm trễ này không có vấn đề nữa so với những lợi ích
mà nó đem lại .
(ii) Môđun truyền thông thống nhất
Việc có được môđun truy
ền thông thống nhất sẽ đem lại các lợi điểm sau:
- Đảm bảo việc thống nhất trong truyền thông toàn bộ hệ thống
- Cho pháp đơn giản trong việc vận hành thiết kế.
Tuy nhiên trong tình hình thực tế hiện nay ở nước ta, chúng tôi nhận thấy
không nên cứng nhắc trong việc bắt buộc sử dụng duy nhất một giao thức
truyền thông,việc thống nhất chỉ nên thực hiện tương đối trong phạm vi thích
hợp.
(iii) Phần mềm thống nhất
Việc sử dụng phần mềm thống nhất theo nghĩa hẹp có thể được hiểu như là sử
dụng các ph
ần mềm của riêng một hãng cung cấp.Tuy nhiên ở đây chúng tôi
muốn đề cập đến việc thống nhất phần mềm hiểu theo nghĩa rộng . Đó là việc
thống nhất phần mềm theo các chuẩn thiết kế và khai thác tối đa các môđun
chuẩn thống nhất . Ví dụ :viẹc sử dụng chuẩn giao tiếp như COM, DCOM,

COM+, ActiveX, ADO, DAO, sẽ cho phép người thiết kế xây dựng đượ các
chươ
ng trình một cách nhanh chóng dễ dàng. Việc kết hợp giữa các chương
trình tự phát triển với các nhà sản xuất lớn như Mícoflt, hay các nhà phát triển
phần mềm thứ ba cũng sẽ trở nên dễ dàng. Bên cạnh đó việc đảm bảo tính năng
trong tương thích và hỗ trợ giải pháp cho sự phát triển của sản phẩm cũng
được đảm bảo.
(d) Lợi ích của việc tích hợp toàn bộ hệ th
ống
Ưu điểm của việc tích hợp toàn bộ hệ thống sẽ được xét đến hai phương diện:
phương diện người sử dụng và phương diện người thiết kế, xây dựng và triển
khai hệ thống .
Đứng trên phương diện người sử dụng việc tích hợp toàn bộ hệ thống sẽ mang
lại các lợi ích sau:
- Người dùng sẽ có được một hệ thố
ng dễ thao tác, thống nhất trong thao
tác,vận hành ở tất cả các khâu, hạn chế các thao tác nhàm chán lặp đi lặp lại
bằng các macro hoặc bằng các chuỗi thao tác đã được định sắn .
- Ngưòi dùng sẽ dễ dàng học cách làm việc ở tất cả các khâu. Người vận
hành sẽ dễ dàng hiểu được hệ thống, điều này dẫn đến giảm chi phí huấn luyện
và chuyển giao.
- Người sử dụng hệ thống sẽ có cơ hội có được một hệ giao diện báo cáo
theo một chuẩn thống nhất. Người dùng không còn lo lắng về hệ thống con làm
việc như thế
nào, vì đối với họ, tất cả các hệ thống là một hệ thống nhất, với
một giao diện thống nhất, một cách cư xử thống nhất.
- Có thể hình dung hệ giao diện như một hình chóp, trên đỉnh là các giao
diện đầu cuối nằm tại các trung tâm quản lí và điều khiển toàn miền.Càng
xuống thấp giao diện cấp thấp cũng ít hơn chức năng trong hướng thiết k
ế của

chúng tôi sẽ có cùng một giao diện chung ở tất cả các cấp.
- Hệ thống nhờ kích hợp thành một hệ thống nhất được kiểm tra kí lưỡng sự
làm việc kết hợp giữa các khâu nên tính ổn định và tin cậy của hệ thống sẽ dễ
dàng được đảm bảo.
- Người dùng không cần quan tâm dến vấn đề giao tiếp giữa các hệ thống và
các môđun, vì chúng đã đượ
c tích hợp và kiểm tra lúc thiết kế.
- Dữ liệu chỉ cần nhập một lần duy nhất, sau đó tuỳ theo yêu cầu của bài
toán hệ thống sẽ tự động giải quyết các vấn đề lan truyền và đồng nhất dữ liệu.
Điều này đảm bảo giảm nhẹ công sức vận hành và đồng thời đảm bảo được
tính toàn vẹn của hệ thống .
- Việc ki
ểm tra và khởi động trở nên dễ dàng
Đứng trên phương diện người thiết kế, xây dựng và triển khai hệ thống, việc
tích hợp toàn bộ hệ thống sẽ mang lại các lợi ích sau:
- Đảm bảo tính tương thích cao
- Khả năng sử dụng lại cao
- Tính linh hoạt trong mở rộng, nâng cấp, bổ sung tính năng cho sản phẩm
tiện lợi cho việc bảo trì và phát triển hệ thống.
- Dễ dàng trong việc đào tạo chuyển giao.
(e) Ví dụ một hệ thống bao gồm các môđun được tích hợp thành một
thể thống nhất
Hình 3 trình bày tổng quan một hệ thống với các môđun chương trình cơ
bản ( nguồn lấy từ Siemens).

Hình 3: Mô hình tổng quan một hệ thống với các môđun chương trình
cơ bản
1.1.3.2. H
ướng thiết kế mở của hệ thống
Giá thành luôn luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà sản xuất, sử dụng
và bảo trì. Tính mở của hệ thống được đưa ra chính là giải pháp cho vấn đề này.
Tính mở của hệ thống có thể hiểu là việc cung cấp các sản phảm theo môđun, điều
này cho phép người tiêu dùng khả năng lựa chọn hệ thích hợp với nhu cầu của
NVH.
NVH.
Người vận hành
Người vận hành Người vận hành
Người vận hành
Hệ điều khiển
Hệ giao diện
Hệ điều khiển
quá trình
Mạng
Thiết bị đo
T/bị
điều khiển

M
mình nhất đồng thời cũng đảm bảo sự mở rộng cho tương lai khi mà nhu cầu sản
xuất, khai thác vận hành tăng lên. Tính mở của hệ thống được đánh giá trên hai
khía cạnh là: tính mở của phần mềm và tính mở của phần cứng.
(a) Tính mở của phần mềm
Giá thành của phần mềm được tiếp cận theo các hướng sau:
- Sử dụng các ứng dụng dạ
ng chuẩn, các môđun phn cứng và phần mềm
chuẩn trong việc phát triển và triển khai hệ thống. (ví dụ các thiết bị chuẩn ở
mức vào/ra, các thư viện hàm chuẩn phục vụ cho việc truyền thông, khai
thác dữ liệu, các chuẩn về truyền thông trong công nghiệp, các chuỗi thao
tác qiu định sẵn trong các tình huống công việc thông thường )
- Sử dụng một hệ thống thiết kế, triển khai thống nhất tấ
t cả các môđun. Tất
cả đều được thiết kế tương ứng với một hệ thống cơ sở dữ liệu chung, một
hệ thống cây các đối tượng thống nhất phục vụ cho việc lập trình hướng đối
tượng, khai thác thông tin từ cấp cao nhất là cấp người vận hành quản lý
đến cấp thấp nhất là cấp thiết bị cấp trường.
(b)
Tính mở của phần cứng
Tính mở của phần cứng sẽ được tiếp cận theo hướng môđun hoá từng thiết bị,
từng tính năng của thiết bị hướng đến cho phép cấu hình động bằng phần mềm
các thiết bị thuộc hệ thống.
(c) Ví dụ một hệ thống cấu trúc dạng môđun
Hình 4 biểu diễn cấu trúc dạng môđun c
ủa hệ thống ở Hình 2. Đây cũng chính
là hướng phát triển chính của chúng tôi.

Hình 4: Cấu trúc dạng môđun của hệ thống
1.1.3.3. Vấn đề giao diện người máy
Cùng với sự phat triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi chính đáng của người sử
dụng các hệ thống công nghiệp ngày càng trở nên tiện dụng hơn, có được điều đó
chính là nhờ sự phát triển của hệ giao diệ
n người máy. Giao diện giữa người và
máy đã phat triển qua nhiều thế hệ. Giao diện người máy có rất nhiều chủng loại
khác nhau từ các đồng hồ cơ khí chỉ thị bằng kim hay các đồng hồ số hiển thị LED
cho đến các màn hình đa dụng của máy tính cho phép hiển thị đồ hoạ và đa
phương tiện. Đứng trên phương diện thiết kế và sử dụng ta có thể xem hệ thống
giao diện người máy như là một kim tự tháp (xem hình 5). Số lượng của các thiết
bị giao diện tăng dần từ cao xuống thấp, độ phức tạp và số lượng các tính năng
của các thiết bị giao diện giảm dần từ cao xuống thấp. Ta có thể bắt gặp các giao
diện ở các trạm điều khiển quản lý ở cấp cao nhất, chúng cho phép hiển thị số liệu

Lõi chương trình
HMI
PLC Điều khiển
CSDL Truyền thông
Vào ra phân tán
Thiết bị trường
SCADA
I/O
Cơ sở dữ liệu
Phần mềm
Tru
y
ền thôn
g

thống kê dưới dạng biểu đồ, bảng biểu, cho phép giao tiếp dạng multimedia hay
hiển thị tình trang hoạt động của toàn bộ hệ thống ở thời gian thực (với một chu kỳ
cập nhật xác định). Ta cũng có thể bắt gặp các màn hình hiển thị ở cấp cuối cùng
với các đèn LED báo cáo tình trạng hoạt động của thiết bị ở các thiết bị RTU.

Hình 5: Minh hoạ một hệ giao diện thống nhất
1.2. Hướng triển khai thực hiện
Hiện nay hệ thống của chúng ta rất đa dạng, đa chủng loại và đa chuẩn, việc thiết
kế chuyển đổi sang thống nhất trên tất cả các phương diện là không thực tế vì việc
này sẽ đòi hỏi rất nhiều tiền bạc và công sứ
c và nhất là kinh nghiệm là điều mà
chúng ta rất thiếu. Chính vì vậy chúng tôi đề xuất hướng nghiên cứu mang tính
chất thoả hiệp như sau:
- Trong lĩnh vực phần mềm: chúng tôi triệt để tận dụng các tính năng kế thừa
để phát huy tối đa các ưu điểm của việc hợp nhất. Khai thác tối đa khả năng
dùng chung một hệ cơ sở dữ liệu và các hệ giao diện mang tính thống nhất
và làm cơ sở chính để phát triển hệ thống sau này.
- Trong lĩnh vực phần cứng: chúng tôi sẽ chia việ
c hợp nhất ra thành nhiều
giai đoạn, cụ thể bước đầu tiên chúng tôi sẽ thiét kế các thành phần đệm
mang chức năng giao tiếp nhằm mục đích giao tiếp giữa các chủng loại sản
phẩm đa dạng hiện có với một hệ thống hạ tầng truyền thống và thống nhất
mà chúng tôi phát triển. Điều này sẽ làm giảm được chí phí của việc áp
dụng, vì chúng ta không phả
i thay đổi toàn bộ các thiết bị đầu cuối hiện có.

Phần II. Chương trình thu thập số liệu