Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng cho các khối nổi

Bộ khoa học và công nghệ
Chơng trình nghiên cứu khoa học
và phát triển công nghệ KC 03









đề tài KC 03.01

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ
thống SCADA đặc thù, diện rộng
hoạt động trong điều kiện môi
trờng khắc nghiệt


Báo cáo tổng hợp





8215
12/01/2010

Hà nội 2005

2
Bộ khoa học và công nghệ
Chơng trình nghiên cứu khoa học
và phát triển công nghệ KC 03







đề tài KC 03.01

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ
thống SCADA đặc thù, diện rộng
hoạt động trong điều kiện môi
trờng khắc nghiệt


Báo cáo tổng hợp

Chủ nhiệm đề tài: GS TSKH Cao Tiến Huỳnh
Cơ quan chủ trì: Viện Tự động hoá KTQS
Cơ quan chủ quản: Trung tâm KHKT-CNQS

3
Danh sách cán bộ tham gia đề tài
TT Họ và tên Cơ quan công tác
A. Chủ nhiệm đề tài
1

GS.TSKH. Cao Tiến Huỳnh Viện Tự động hoá KTQS
B. Cán bộ tham gia nghiên cứu
1
KS. Nguyễn Vũ, th kí đề tài Viện Tự động hoá KTQS
2
ThS. Nguyễn Trung Kiên Viện Tự động hoá KTQS
3
KS. Lê Quốc Bình Viện Tự động hoá KTQS
4
ThS. Phạm Tiến Dũng Viện Tự động hoá KTQS
5
ThS. Lê Việt Hồng Viện Tự động hoá KTQS
6
KS. Vũ Minh Khiêm Viện Tự động hoá KTQS
7
KS. Nguyễn Đăng Vĩnh Viện Tự động hoá KTQS
8
KS. Phùng Chí Kiên Viện Tự động hoá KTQS
9
KS. Nguyễn Hữu Quỳnh Viện Tự động hoá KTQS
10
ThS. Phan Quang Hng Viện Tự động hoá KTQS



4
Mục lục
trang
Danh sách cán bộ tham gia đề tài 2
Phần thứ nhất: Những vấn đề tổng quát

I. Tính bức thiết của đề tài.
II. Mục tiêu của đề tài.
III. Nội dung của đề đài.
IV. Triển khai thực hiện đề tài.
V. Những kết quả của đề tài.
5.1 Các kết quả dạng hệ thống và thiết bị.
5.1.1. Hệ thống SCADA đặc thù , diện rộng.
5.1.2. Hệ thống SCADA đăc thù với định hớng ứng dụng trong
Quốc phòng và một số lĩnh vực khác.

5.1.3. Trạm phát hiện, bám sát.
5.1.4. Thit b x lý nh ng.

5.1.5. Thiết bị đầu cuối thông minh.
5.1.6. Trạm chuyển tiếp.
5.1.7. Trạm giám sát và điều khiển cơ động.
5.1.8. Trạm quan sát điều khiển.
5.1.9. Trạm giám sát điều hành điều khiển tổng hợp.
5.2. Các kết quả về mặt học thuật.
5.3. Các kết quả về mặt đào tạo, nâng cao trình độ và kinh nghiệm
cho đội ngũ cán bộ KHCN.


5
VI. áp dụng các kết quả của đề tài.

VII. Hớng phát triển tiếp theo.
Phần thứ hai. Các sản phẩm của đề tài
34

Trạm chuyển tiếp và các thiết bị truyền thông. 35
1.1 Chc nng ca trm chuyn tip
35
1.2 S cu trỳc ca trm chuyn tip
35
1.3 La chn cỏc phn t xõy dng thit b:
36
1.3.1 Phần điều khiển 37
1.3.2 Khi thu phỏt:
37
1.3.3 Khi cung cp ngun:
38
1.4 Cỏc thut toỏn v MODUL phn mm cho trm
chuyn tip:
38
1.4.1 Thut toỏn truyn s liu.
38
1.4.2 Thut toỏn iu hnh chung.
38
1.5 Thit b truyn s liu phc v cho h thng SCADA.
40
1.5.1 Chc nng ca thit b truyn s liu:
40
1.5.2 S cu trỳc ca thit b truyn s liu:
40
1.5.3. Cỏc thut toỏn v modul phn mm truyn s liu.
41
1.6 Thiết bị truyền số liệu qua mạng cáp quang
43
1.6.1. Chức năng của thiết bị

43
1.6.2. Mô tả thiết bị
43
1.6.3. Cỏc thut toỏn v modul phn mm.
45

6
Thiết bị xử lí ảnh.
2.1. Chức năng.
52
2.2 Sơ đồ cấu trúc 53
2.3 Các vấn đề cơ bản về xử lý ảnh.
55
2.3.1. Các khái niệm cơ bản của công nghệ xử lí ảnh.
55
2.3.2. Các công cụ dùng trong xử lý ảnh
57
2.3.3. Phân tích ảnh.
84
Trạm phát hiện bám sát 90
Chức năng và thiết kế hệ thống
90
3.2.Thiết kế chế tạo thiết bị.
94
3.2.1. Đài quan sát.
94
3.2.2. Khối đo góc.
94
3.2.3. Khối điều khiển.
101

3.2.4. Khối xử lí ảnh.
145
Trạm quan sát điều khiển 146
Chức năng
146
Thiết kế, chế tạo các thiết bị. 148
Khối thu thập hình ảnh và truyền số liệu qua đờng cáp
quang.

148
4.2.2. Khối truyền số liệu. 150
4.2.3. Trung tâm xử lý số liệu và điều khiển 151

7
4.2.4. Khối thu thập số liệu
164
Trạm giám sát điều khiển cơ động.




Thiết bị đầu cuối và các cơ cấu chấp hành 230
Thiết bị đầu cuối đa năng.


Thiết bị đầu cuối chuyên dụng và các cơ cấu chấp hành.


Trạm giám sát điều hành điều khiển tổng hợp.

Kết luận.

Phụ lục.


8
Phần thứ nhất
Những vấn đề tổng quát

I. Tính bức thiết của đề tài.
Ngày nay trong nhiều lĩnh vực nh: khai thác biển, giao thông vận
tải, thuỷ lợi, thuỷ văn, năng lợng, phòng chống thiên tai, bảo vệ môi
trờng v.v và đặc biệt là trong các lính vực quốc phòng an ninh, vấn đề
giám sát, điều khiển các đối tợng phức tạp ở xa nhau, nhng có nhiều mốc
liên hệ gián tiếp với nhau, hoạt động phụ thuộc vào nhau, hoạt động của
từng đối tợng riêng lẻ lại ảnh hởng trực tiếp đến kết quả hoạt động chung
của nhiều đối tợng khác và của toàn bộ hệ thống. Hơn thế nữa, các đối
tợng các quá trình đó lại làm việc trong môi trờng dã ngoại khắc nghiệt,
hạ tầng về truyền thông kém, trong lúc đó yêu cầu về tính sống còn của hệ
thống lại rất cao.
Vấn đề đặt ra là phải giám sát và điều khiển từng đối tợng, từng quá
trình theo các yêu cầu đặt ra cho chúng, đồng thời lại phải phối hợp trong
điều khiển các đối tợng đó, nhằm làm cho hoạt động chung của từng nhóm

đối tợng hoặc toàn bộ các bộ đối tợng phục vụ những mục đích chung,
đạt hiệu quả cao nhất cho toàn bộ hệ thống. Giám sát và điều khiển cục bộ,
riêng lẻ từng đối tợng và kiểm soát, giám sát, điều khiển từ trung tâm.
Trong điều kiện nh vậy, độ sống còn của các phân hệ, các hệ thống cục bộ
cho từng đối tợng và quá trình là quan trọng, song độ sống còn của các
mối liên kết để tạo nên hệ thống lớn còn là điều hết sức đáng quan tâm.
Các hệ thống SCADA đặc thù với các yêu cầu đăc biệt cho các lĩnh
vực nêu trên nếu nhập ngoại thì không những phải chịu giá rất đắt (có
những hệ thống phải nhập với giá hàng nhiều triệu USD), mà còn phụ thuộc
nhiều vào nhà cung cấp và còn bị động trong việc bảo trì lâu dài. Việc
nghiên cứu các thành tựu hiện đại của công nghệ tự động hoá, thiết kế chế

9
tạo hệ thống SCADA đặc thù, diện rộng cho các ứng dụng trong các lĩnh
vực của sản xuất và quốc phòng an ninh thực sự là vấn đề cấp thiết.
II. Mục tiêu của đề tài.
Mục tiêu chủ yếu của đề tài là: Nghiên cứu tiếp cận các vấn đề khoa
học công nghệ hiện đại, liên quan đến các hệ thống SCADA diện rộng;
nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống SCADA đặc thù, diện rộng, trong đó
có nhiều đối tợng cần giám sát và điều khiển phân bố trên những vùng
rộng lớn, ở cách xa nhau và cách xa trung tâm, đòi hỏi điều khiển ở chế độ
thời gian thực, hoạt động của các đối tợng, các nhóm đối tợng đòi hỏi có
sự phối hợp nhằm phát huy hiệu quả cao cho toàn hệ thống, trong khi không
có hạ tầng truyền thông hoặc có nhng rất hạn chế; hệ thống hoạt động
trong môi trờng nóng, ẩm, bụi và rung xóc.
Ngoài những yếu tố mang tính đặc thù nêu trên hệ thống còn phải có
tính sống còn cao, phải hoạt động tin cậy trong điều kiện cơ động cho một
số phân hệ thành phần. Thông qua việc thực hiện đề tài nhằm đào tạo, nâng
cao trình độ và kinh nghiệm cho đội ngũ cán bộ KHCN.
III. Nội dung nghiên cứu.

Nội dung chính của đề tài đã đợc Bộ Khoa học công nghệ và Ban
Chủ nhiệm chơng trình KC.03 xác định nh sau:
- Nghiên cứu khảo sát thực tế, thu thập các dữ liệu cần thiết cho
thiết kế hệ thống.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo trạm giám sát điều khiển, có khả
năng ghép nối với các loại kênh truyền: thoại, vô tiuyến, hữu
tuyến, cáp quang.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo trạm giám sát điều khiển cơ động.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đầu cuối thông minh .

10
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo trạm và liên trạm phát hiện và
bám sát trên cơ sở sử dụng các sensor quang điện tử.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị xử lí ảnh phục vụ giám sát
và điều khiển trong SCADA đặc thù.
- Nghiên cứu xây dựng phần mềm cho hệ thống và cho từng
thiết bị thành phần.
iV. Cách tiếp cận, phơng pháp nghiên cứu và triển
khai thực hiện đề tài.
4.1. Cách tiếp cận, phơng pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu tiếp cận các giải pháp KHCN mới nhất có liên quan đến
SCADA, đặc biệt là các hệ SCADA quy mô lớn, trong đó chứa đựng nhiều
yếu tố đặc thù, ngoài các mối liên hệ theo chiều dọc từ trung tâm đến các
trạm và các đầu cuối còn đòi hỏi có các liên hệ giữa các trạm, giữa các đầu
cuối. Nghiên cứu tiếp cận các công nghệ mới có liên quan đến SCADA với
sự đa dạng của các kênh truyền ( thoại, hữu tuyến, vô tuyến, cáp quang
v.v ) với các yêu cầu truyền thông khác nhau trên cơ sở các giải pháp thu
thập dữ liệu, điều khiển và giám sát; áp dụng và phát triển các phơng pháp

và công cụ của lý thuyết hệ thống để phân tích và tổng hợp cấu trúc của hệ
thống tổng thể và cấu trúc của từng hệ thống thành phần từng phân hệ phù
hợp với các yếu tố đặc thù, đáp ứng đợc các yêu cầu giám sát và điều
khiển, đảm bảo độ sống còn, độ tin cậy trong các điều kiện đặc thù và khắc
nghiệt. Xây dựng mô hình hệ thống theo cấu trúc đó. Xác định yêu cầu đối
với các trạm và các đầu cuối, đối với các thiết bị giao diện, ghép nối chuyên
dùng với các modul giám sát, điều khiển, truyền thông theo chiều dọc và
chiều ngang. Trên cơ sở đó thiết kế chế tạo các thiết bị và xây dựng các
phần mền tơng ứng. Các thiết bị đợc thiết kế chế tạo trên cơ sở các linh
kiện, cấu kiện thuộc các thế hệ kỹ thuật và công nghệ cao nh ASIC,
PC104, Encoder độ phân giải cao v.v

11
Tính mới, tính sáng tạo của đề tài là xây dựng đợc cấu trúc của hệ
thống, trong đó khắc phục đợc ảnh hởng của nhiễu, giảm thiểu đợc ảnh
hởng không tốt của yếu tố trễ; nâng cao đợc khả năng giám sát và điều
khiển các đối tợng phân bố trên phạm vi rộng lớn, khắc phục đợc một số
yếu tố bất định, làm tăng hiệu quả của toàn bộ hệ thống.
Tính độc đáo của đề tài là ở chỗ: Tạo ra hệ thống có khả năng giám
sát và điều khiển số lợng lớn các đối tợng phân tán trên phạm vi rộng
trong điều kiện hạ tầng truyền thông rất hạn chế, hoặc cha có hạ tầng
truyền thông; Các phân hệ, các trạm giám sát và điều khiển đợc liên kết
với nhau không chỉ thông qua trung tâm, mà còn có các liên kết trực tiếp,
đảm bảo sự thống nhất, phối hợp cao, có khả năng điều khiển cục bộ, điều
khiển trực tiếp điều khiển vợt cấp với các khả năng linh hoạt trong điều
hành , chỉ huy và điều khiển. Nhờ vậy hệ thống đạt hiệu quả cao.
4.2. Triển khai thực hiện đề tài.

Tổ đề tài và cơ quan chủ trì đề tài đã bám sát mục tiêu yêu cầu của đề
tài, triển khai toàn bộ các nội dung đã đợc Bộ Khoa học và Công nghệ và

Ban chủ nhiệm Chơng trình phê duyệt. Tổ đề tài và cơ quan chủ trì cũng
đã chủ động đa các kết quả của đề tài áp dụng vào thực tế, để từ thực tế
xác định đợc các u, nhợc điểm, làm cơ sở để tiếp tục hoàn thiện các giải
pháp KHCN và các sản phẩm KHCN do đề tài tạo ra. Quá trình nghiên cứu
- thiết kế - chế thử - áp dụng thử đã đợc thực hiện đối với từng sản phẩm,
trong đó, việc áp dụng thử đợc tiến hành ngay từ khi tạo ra các sản phẩm
đầu tiên, không chờ khi hoàn thành xong toàn bộ các thiết bị thành phần và
toàn bộ hệ thống SCADA. Vì vậy, từ các áp dụng thử từng thiết bị thành
phần, đến ứng dụng toàn bộ hệ thống là quá trình liên tục, đã giúp cho đề
tài tạo ra đợc các thiết bị và cho cả hệ SCADA đặc thù, có tính sống còn
cao, có hiệu quả cao.
Trong suốt quá trình thực hiện, đề tài đã chấp hành tốt các quy định
của Bộ Khoa học và công nghệ và Ban Chủ nhiệm chơng trình, đảm bảo

12
đúng tiến độ. Qua các đợt kiểm tra; các đoàn kiểm tra của Bộ Khoa học và
công nghệ và Ban chủ nhiệm đều đánh giá tốt: Đề tài bám sát nội dung yêu
cầu theo đề cơng nghiên cứu và theo hợp đồng thực hiện nghiêm túc,
tạo ra sản phẩm có ý nghĩa về mặt KHCN và có giá trị thực tiễn, đảm bảo
đúng tiến độ.
V. Kết quả đạt đợc.
Bám sát mục tiêu của đề tài và thực hiện đầy đủ các nội dung đã
đợc xác định, đề tài đã đạt đợc kết quả toàn diện. Có thể tóm tắt các kết
quả chính nh sau:
5.1. Các kết quả dạng hệ thống và các thiết bị

5.1.1. Hệ thống SCADA đặc thù , diện rộng. Đây là hệ thống mở, đợc
thiết kế theo các mục sau:
- Thu thập đợc các số liệu từ các trạm phân tán.
- Tập trung số liệu tại các trạm thu thập số liệu theo từng cụm

(trạm trung gian)
- Truyền số liệu từ các trạm trung gian về trung tâm.
- Lu trữ, xử lí số liệu tại trung tâm.
- Truyền số liệu và các lệnh điều khiển cho các trạm điều khiển
theo cụm.
- Xử lí số liệu và điều khiển các cơ cấu chấp hành trực tiếp từ
các trạm điều khiển theo cụm hoặc từ trung tâm thông qua các
thiết bị đầu cuối.
- Tăng cờng khoảng cách địa lí giữa các trạm nhờ các trạm
chuyển tiếp.
Với mục tiêu nh vậy, hệ thống chung đợc thiết kế theo sơ đồ cấu
trúc trên hình 1.

13
Trong đó:
I: Trung tâm giám sát, điều hành, điều khiển tổng hợp
II
1
II
n
: Các trạm cụm thu thập số liệu .
III
1
III
n
: Các trạm cụm thu thập số liệu và điều khiển cơ động
IV: Trạm chuyển tiếp.
V: Các thiết bị đầu cuối dạng thu thập số liệu .
VI: Các thiết bị đầu cuối dạng điều khiển.
Ngoài ra, trong từng trạm có thể trang bị những thiết bị đặc thù khác.

Tuy nhiên, đối với hệ SCADA đặc thù về kết nối thông tin đề tài chọn mạng
3 tầng nh vậy để thể hiện. Trong thực tế, số tầng có thể thay đổi.














I
IV
III
1
II
n
II
1
VI
n
VI
1
V
1

V
n
III
n
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống

14
Trong sơ đồ trên, trung tâm thu thập số liệu, điều hành và điều khiển
là thiết bị nhóm một.
Các trạm thu thập số liệu cụm và các trạm điều khiển cụm là thiết bị
nhóm hai.
Các thiết bị thu thập số liệu và thiết bị điều khiển là các thiết bị nhóm
ba.
Đối với hệ thống phân tán, các trạm cụm sẽ phân bổ xa nhau, các
thiết bị đầu cuối của từng trạm cụm phân bố gần các trạm cụm. Vì vậy,các
đờng truyền số liệu từ các thiết bị đầu cuối tới các trạm cụ thẻ là các
đờng hữu tuyến, có thể là mạng hình sao hoặc mạng nối tiếp, hoặc là
đờng truyền vô tuyến với tần số riêng cho từng trạm cụm. Khi sử dụng
đờng truyền vô tuyến, mỗi mạng riêng của các trạm cụm thực sự là một
mạng đồng cấp với mức độ u tiên khác nhau có thể đặt trớc.
Đờng truyền số liệu từ các trạm cụm về trung tâm có thể là các dạng
sautuỳ theo điều kiện thực tế và chức năng của từng trạm.
- Đờng truyền cáp quang: Tất cả các trạm có nhu cầu truyền
ảnh sẽ đợc trạng bị đờng truyền cáp quang. Khi đó các trạm
này sẽ kết nối với trung tâm thành một mạng đồng cấp, toàn bộ
số liệu sẽ đợc trao đổi trên đờng này.
- Đờng truyền hữu tuyến (cáp đồng): Các trạm sẽ kết nối với
trung tâm thành mạng hình sao, để đảm bảo tốt đờng truyền
số liệu sử dụng chuẩn RS422.
- Đờng truyền thoại: Các trạm sẽ kết nối với trung tâm hoặc

nối với nhau qua tổng đài nội bộ đặt tại trung tâm. Trong
trờng hợp này cần xây dựng phơng pháp đồng bộ thơig gian,
tránh trờng hợp mất liên lạc do các trạm nhắc máy vào cùng
một thời điểm.

15
- Đờng truyền vô tuyến: Toàn bộ trung tâm và các trạm đều sử
dụng một tần số phát, vì vậy các số liệu có thể trao đổi dễ dàng
giữa các trạm. Tuy nhiên cần chú ý chu kỳ thời gian đẻ đảm
bảo không bị nghẽn liên lạc. Đối với các trạm ở xa, thông tin
sẽ đợc truyền qua trạm chuyển tiếp. Trạm chuyển tiếp sẽ liên
lạc với trung tâm qua một tàn số riêng và liên lạc với các trạm
theo tần số chung, vì vậy, về mặt hệ thống có thể coi trạm
chuyển tiếp ng một trạm làm việc và cùng chỉ đợc hoạt động
trên tần số chung trong một chu kỳ thời gian nhất định.
Việc phân bổ chu kỳ thời gian cho các trạm đợc thực hiện từ trung
tâm, có tính đén vị trí địa lí của từng trạm và mức độ u tiên cho từng trạm.
Nh vậy, hệ thống SCADA đợc thiết kế mang tính đặc thù về đờng
truyền số liệu, nó sử dụng thiết bị nội bộ, không sử dụng các tài nguyên
công cộng. Trong những trờng hợp nhất định, các trạm có thể kết nối vào
mạng cáp quang chung, tuy nhiên hầu hết trờng hợp các thiết bị đều hoạt
động phân tán và ở nhngc nơi hạ tầng thông tin không cho phép.
Nh vậy, về mặt mạng truyền số liệu, các trạm có cấu trúc nh
sau:
Các thiết bị chuyên dụng trong hệ thống tạm gọi là các thiết bị xử lí
số liệu và điều khiển. Trong cấc hệ SCADA khác nhau về chức năng, các
thiết bị này sẽ đợc thiết kế, chế tạo để dáp ứng các chức năng riêng, còn về
mạng truyền thông không có gì thay đổi.
Đờng truyền ảnh đợc thiết kế trên mạng cáp quang, đối với các hệ
thống SCADA có mạng cáp quang, đờng truyền số liệu sẽ đợc thiết lập

chung với mạng cáp quang. Trong các trờng hợp khác, đờng truyền vô
tuyến và đờng truyền hữu tuyến sẽ đợc sử dụng tuỳ điều kiện hạ tầng
thực tế.
Các thiết bị đầu cuối phục vụ mục đích thu thập số liệu hay điều
khiển cũng có những đặc thù khác nhau, có thể là một thiết bị tự động hoàn

16
toàn, hoạt động độc lập và cũng có thể là các thiết bị điều khiển phức tạp,
cần có sự can thiệp của con ngời.
Trung tâm và các trạm trong mạng có thể hoạt động theo chế độ chủ
tớ, hoặc theo chế độ đồng cấp. Việc thiết lập chế độ hoạt động trong mạng
đợc thực hiện từ trung tâm.

17
Mạng truyền số liệu trung tâm














Trung tâm xử lý số liệu và

điều khiển
Khối điều khiển
đài quan sát
Khối điều khiển
PC104
RS232
RS422
MSSI
Par
Khối truyền thông
P
C
1
0
4
Cáp Multi COM
MD
T1
MD
T2
MD
VT1
TP1
TĐ1
MD
VT2
TP2
MD
VT1
TĐ2

f2 sang chuyển tiếpf1
RS422
Mạng
HU
B
Monitor
(hình ảnh,
tần số)
PC1
thu thập
VIDEO
out

Card
quang
PC2
điều khiển
VIDEO
in
Card
quang
Mạng
H
ình 2: Cấu trúc trạm trung tâm theo đờng truyền số liệu


18
Tr¹m truyÒn sè liÖu quan s¸t vµ ®iÒu khiÓn

H
×nh 3: CÊu tróc tr¹m quan s¸t vµ ®iÒu khiÓn
Trung t©m xö lý sè liÖu vµ
®iÒu khiÓn
Par
Khèi truyÒn th«ng
P
C
1
0
4
C¸p Multi COM

MD
T

M§
VT
PT
MD
VT
T
P
f1
f3
RS422
PC1
Trén
VIDEO
in
M¹ng
RS422
Sang c¸c tr¹m ph¸t hiÖn
vµ b¸m s¸t
HiÓn thÞ
h×nh ¶nh
Card quang
VI
C¸p ®ång

19
Mạng truyền số liệu trạm cơ động.

H
ình 4: Cấu trúc trạm giám sát và điều khiển cơ động
Trung tâm xử lý số liệu và
điều khiển
Par
Khối truyền thông
P
C
1
0
4
Cáp Multi COM
MD
T
MĐP
T
MD T
P
f1
f4

RS422
PC1
Đến các thiết bị
đầu cuối
Hiển thị
hình ảnh
Card quang
COM

20
Các thiết bị đầu cuối có thể là thiết bị thu thập, có thể là thiết bị điều
khiển, về mặt truyền số liệu đợc xây dựng theo sơ đồ cấu trúc sau:

Khối điều khiển

Trung tâm xử số liệu
CPU
Các đầu vào ra
analog, số

Khối truyền
thông
TP

VT

RS422
H
ình 6: Cấu trúc các thiết bị đầu cuối dạng điều khiển đối tợng
Video out
Trung tâm xử lý số liệu
và điều khiển
Khối thu thập
số liệu
COM
Các đầu
vào
analog,
số

Khối truyền
thông
RS232
TP

VT

Các cổng RS422
Hệ Video

Hiển
thị
Video in
H
ình 5: Cấu trúc các thiết bị đầu cuối dạng thu thập số liệu

21
Trạm chuyển tiếp thực hiện các nhiệm vụ chuyển tiếp đờng truyền vô
tuyến nhằm nâng độ rộng về mặt địa lý của hệ SCADA và có sơ đồ cầu trúc nh
hình sau






Nh vậy. hệ thống SCADA nêu trên có hai phần cơ bản: phần đảm bảo
truyền thông và phần xử lí tín hiệu và điều khiển.
Phần đảm bảo truyền thông về nguyên lý đối với các trạm cùng cấp là
tơng đối giống nhau, đợc điều hành thống nhất từ trạm trung tâm.

Phần xử lí tín hiệu và điều khiển sẽ mang đặc thù của từng trạm. Trên cơ
sở nhu cầu thực tế đề tài tập trung định hớng nghiên cứu thiết kế xây dựng các
hệ thống thiết bị phục vụ phòng không tầm thấp, vì vậy tính đặc thù của nó thể
hiện ở cấu trúc từng trạm và các thiết bị đầu cuối. Thiết kế hệ thống cụ thể sẽ
đợc thể hiện trong phần sau.
5.1.2. Hệ thống SCADA đăc thù với định hớng ứng dụng trong Quốc
phòng và một số lĩnh vực khác.
Hệ thống SCADA đăc thù diện rộng do đề tài thiết kế chế tạo với các trạm
và các thiết bị phân bố theo ba tầng, từ trung tâm tới các trạm trung gian và các
thiết bị đầu cuối, với định hớng ứng dụng trong Quốc phòng và một số lĩnh vực
khác.
Hệ thống đợc thiết kế cho các nhóm hệ thống đặc thù, quan sát, thu thập
hình ảnh và tham số mục tiêu, lu trữ, xử lí số liệu và ra các quyết định tiêu diệt
TP1 MD1
Trung tâm xử lí
số liệu
MD2 TP2
H
ình 7: Sơ đồ cấu trúc trạm chuyển tiếp

22
mục tiêu theo các thuật toán khác nhau. ở một khía cạnh nào đó, đây là một hệ
chuyên gia với các khối thiết bị cụ thể trên Hình 8.
Trong khuôn khổ của đề tài, Bộ Khoa học và công nghệ và Ban Chủ
nhiệm chơng trình KC.03 đã xác định số lợng từng loại thiết bị trong hệ thống
cụ thể là:
- Số lợng các đầu cuối: 02.
- Số lợng các Trạm giám sát- điều khiển: 02.
- Số lợng Trạm chuyển tiếp: 01.
- Số lợng các Trạm giám sát- điều hành- điều khiển tổng hợp: 01.

Các chủng loại kênh thông tin sử dụng trong hệ thống: kênh thoại, kênh
vô tuyến, cáp quang.
Phạm vi hoạt động: Lấy trung tâm (trạm) giám sát-điều hành- điều khiển
tổng hợp làm tâm điểm, hệ thống có thể bao quát các đối tợng trong
phạm vi bán kính 50Km.
Điều kiện môi trờng:
- Đối với các thiết bị phân tán
+ Nhiệt độ: 0 ữ55
0
C.
+ Độ ẩm tơng đối: đến 98%.
+ Rung xóc: Rung 2g, 1KHz- xóc 10g.
- Đối với các trạm trung tâm.
+ Nhiệt độ: 0 ữ40
0
C.
+ Độ ẩm tơng đối: đến 98%.
+ Rung xóc: Rung 2g, 1KHz- xóc 10g.



23

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA đặc thù định hớng ứng dụng cho
Quốc phòng và một số lĩnh vực khác
Trung tâm Giám sát điều hành
điều khiển tổng hợp
Trạm
Giám sát - Điều khiển
Cơ động
Thiết bị
đầu cuối
thông minh
Trạm
Giám sát -
Điều khiển 1
Trạm
phát hiện- bám sát
Trạm
Giám sát -
Điều khiển 2
Trạm
Giám sát -
Điều khiển n
Trạm chuyển tiếp
Thiết bị

đầu cuối
Trạm
giám sát- bám sát

24
5.1.3. Trạm phát hiện, bám sát.
Chức năng:
- Sục sạo, phát hiện và bám sát mục tiêu
- Đo các tham số góc của mục tiêu.
- Truyền hình ảnh và tham số góc của mục tiêu về trung tâm
- Nhận chỉ thị dẫn đờng của trung tâm để sục sạo phát hiện mục tiêu.
Các đặc tính kỹ thuật:
- Vận tốc góc trong chế độ chuyển hớng: 0-60
0
/s
- Vận tốc góc trong chế độ bám: 0-30
0
/s
- Độ phân giải đo góc tà và góc phơng vị: 0,367 li giác
- Sai số đo góc tối đa: 0,74 li giác.
- Công suất hệ truyền động: 300W
- Nguồn nuôi: AC-220V
- Cổng giao diện: RS232/RS485
- Chế độ điều khiển: tự động / bán tự động
- Hiển thị: hình ảnh và tham số mục tiêu.
- Môi trờng:
+ Nhiệt độ 0 ữ 55
0
C.
+ Độ ẩm: đến 98%.

+ Rung xóc: Rung 2g 1Khz - Xóc 10g.

5.1.4.Thit b x lý nh ng
Chc nng:

25
X lý nh ng nhm xỏc nh ta tng i ca mc tiờu so vi
tõm trc quang ca cỏc h thng phỏt hin bỏm sỏt nhm to tớn hiu phc v
t ng bỏm
Các đặc tính kỹ thuật:
- H thng x lý tớn hiu vo l tớn hiu video composite theo chun
PAL, SECAM, NTSC. Tớn hiu video composite c s húa ri x lý
theo tng frame nh vi tc 25fps vi tớn hiu PAL, SECAM v
30fps vi tớn hiu NTSC.
-
Ch lm vic bỏn t ng: ngi s dng ch th mt mc tiờu cn
bỏm, sau ú thit b s thc hin bỏm t ng theo mc tiờu ú cho n
khi cú ch th mc tiờu khỏc.
- Cỏc thut toỏn c bn ỏp dng:
+ Tỏch bin i tng: nhm xỏc nh cỏc i tng cn x lý l
nhng i tng nhõn to thng cú ng biờn rừ nột, cũn cỏc
i
tng nhiu nh mõy thng khụng cú ng biờn rừ nột, tham s tỏch
biờn c t trc hoc t ng. theo tng phn ca mc tiờu
trờn nn.
+ Lc nhiu: dựng cỏc thut toỏn lc median, hoc thụng di lc nhng
i tng l nhiu thng cú kớch thc quỏ nh hoc quỏ ln so vi
mc tiờu cn bỏm, , tham s lc nhiu c t trc hoc t ng
+ Xỏc
nh c tớnh v phõn loi i tng: trờn c s cỏc i tng ó

c tỏch biờn, thc hin xỏc nh c tớnh i tng nh kớch thc,
ng bao, sỏng, im cú sỏng nh.
+ Xỏc nh mc tiờu: trờn c s cỏc i tng ó c xỏc nh thụng
s v phõn loi, tỡm i tng no cú cỏc thụng s gn ỳng nht vi
thụng s mc tiờu ó c xỏc nh t frame tr
c.