Báo cáo SCADA hệ THỐNG SCADA và ỨNG DỤNG

Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
BÁO CÁO
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
*
*
*
ĐỀ TÀI
HỆ THỐNG SCADA VÀ ỨNG DỤNG
Giáo viên: Nguyễn Thị Cẩm Lai
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hữu Điền
Nguyễn Trọng Đạo
Phạm Văn Tùng
Nguyễn Viết Phùng
Ninh Xuân Đạt
Mai Văn Trường
Nguyễn Văn Dương
Hoàng Đức Tâm
Hà Nội tháng 4 năm 2014
HỆ THỐNG SCADA VÀ ỨNG DỤNG
1
oo0oo
**
*
**
LỜI NÓI ĐẦU
Trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, xu thế công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước là một xu hướng phát
triển chung. Đối với các nước Châu Âu thì quá trình công nghiệp hóa đã diễn ra rất sớm, các nước này đã có những
bước phát triển khoa học kĩ thuật sớm và áp dụng những kết quả đó và quá trình công nghiệp hóa thành công. Nước
ta tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng mục tiêu hiện đại hóa đất nước đã được đề ra và thực hiện khẩn chương, khi
hiện đại hóa thì các lĩnh vực như cơ khí, nhu cầu về năng lượng, các ngành kĩ thuật và ngành công nghệ thông tin sẽ

phát triển mạnh mẻ. Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước sẽ dẫn đến việc chuyên môn hóa trong sản xuất các mặt
hàng phục vụ cho đời sống và sản xuất hằng ngày. Khi đó nhiều nhà máy nhiều xí nghiệp nhiều công ty sẽ ra đời, các
công ty này sẽ ngày càng phát triển và lớn mạnh vì vậy quy mô sản xuất và số lượng sản xuất sẽ tăng lên, khi đó
không thể tránh khỏi việc liên kết trao đổi hợp tác giữa các ngành có liên quan với nhau để sản xuất ra sản phẩm đáp
ứng nhu cầu của con người. Trong một dây truyền sản xuất lớn hiện đại sẽ bao gồm yếu tố như thiết bị cơ khí, mạng
lưới điện, kĩ thuật thông tin… Để có thể vận hành lâu dài và hiệu quả thì phải đòi hỏi sự quản lí chính xác kịp thời,
để giải quyết vấn đề đó thì sử dụng SCADA để quản lí và giám sát là rất hiệu quả, mang lại sự thuận lợi và tăng năng
xuất trong sản xuất. SCADA là sự lựa chọn đúng đắn hợp lí trong việc điều khiển và giám sát hệ thống lớn phức tạp,
đòi hỏi hoạt động an toàn chính xác. SCADA là một công cụ hữu ích và đúng đắn cho một hệ thống lớn đòi hỏi quá
trình vận hành và giám sát quy trình sản xuất hợp lí chính xác và kịp thời, đồng thời còn có thể can thiệp làm thay
đổi hay cách li những công đoạn bị lỗi, bị sự cố để tiến hành sữa chữa khi các công việc khác nằm trong một quy
trình chung vẫn có thể hoạt động bình thường mà hiệu quả chất lượng sản phẩm vẫn đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật
khắc khe đã đặt ra. Đưa hệ thống SCADA vào việc vận hành và giám sát hoạt động của các quy trình sản xuất lớn đã
góp phần đem lại hiệu quả kinh tế cao, nâng cao năng suất, hiệu quả trong công việc sản xuất giảm nhiều được chi
phí trong việc thê nhân công, khắc phục cũng như phát hiện các sự cố nhanh chóng kịp thời, đồng thời có thể xử lí
nhanh thông qua hệ thống điện được liên kết trong hệ thống mà người giám sát có thể can thiệp từ xa mà không cần
đến trực tiếp cơ cấu chấp hành như máy móc, van, bơm, động cơ… Nhờ việc sử dụng hệ thống SCADA trong sản
xuất mà khả năng an toàn trong sản xuất của các nhà máy lớn được đảm bảo, hoạt động sản xuất luôn duy trì ở mức
độ cao nhất, giảm thiểu tai nạn và các xử cố bất ngờ xuống thấp nhất để quá trình sản xuất được diễn ra liên tục,
nhưng các thiết bị vẫn luôn trong điều kiện làm việc tốt nhất, sản phẩm luôn đạt được chất lượng đặt ra đáp ứng được
các yêu cầu khắc khe của con người đặt ra.
CHƯƠNG 1
Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
SCADA
1.1. Khái niệm hệ thống điều khiển giám sát
1.1.1. Định nghĩa.
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói
một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển
2
tự động thông thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ

liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface). SCADA thường được dùng để chỉ
tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
- Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
- Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
- Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đóđến các thiết bị của nhà máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác.
1.1.2. Chức năng và vai trò.
Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu
thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ
thống sản xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có những
yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện những dịch vụ sau:
- Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ
sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự kiện thao tác, về báo động…).
- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập được.
- Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu
từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ).
- Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một phương thức truyền thông nào đó để
tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một
đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp
dụng bài toán SCADA là một việc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của nó là rất
rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắn về hệ, đồng
thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề
nhân lực, về vận hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý
là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền
thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt
bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng
và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm
thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.

1.2. Phân loại hệ thống SCADA:
Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính vớicác chức năng:
- SCADA độc lập / SCADA nối mạng
3
- SCADA không có khả năng đồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực.
Hệ thống SCADA mờ (Blind): đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ phận giám sát. Nhiệm vụ chủ yếu
của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tính đơn giản nên giá thành thấp.
Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: đây là hệ thống SCADA có khả năng giám sát và thu
thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trìnhhoạt động của
hệ thống sản xuất. Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo
cho người vận hành để xử lý kịp thời. Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển dừng hoạt động của tất cả máy
móc.
Hệ thống SCADA độc lập: đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệuvới một bộ vi xử lý. Hệ này chỉ
có thể điều khiển được một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.
Hệ thống SCADA mạng: đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi xử lý. Các máy
tính giám sát được nối mạng với nhau. Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều nhóm máy móc tạo nên dây
chuyền sản xuất. Qua mạng truyền thông, hệ thống được kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận
quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt
động của các thiết bị ở xa.
1.3. Những chuẩn đánh giá một hệ SCADA:
Để đánh giá một hệ thống điều khiển và giám sát SCADA ta cần phải phân tích các đặc điểm của hệ thống
theo một số các tiêu chuẩn sau: khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện xây dựng các màn
hình giao diện. Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn, khả năng truy cập và cách kết nối dữ liệu
từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, sensor, module vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus
trường). Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao
đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo
cáo (Reporting). Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, đối với nền Windows: hỗ trợ sử dụng mô
hình phần mềm ActiveX-Control và OPC, giá thành tổng thể của hệ thống.
1.4. Cấu trúc chung của một hệ SCADA.
4

Hình 1-1. Cấu trúc chung của một hệ SCADA
Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình được minh họa trên hình vẽ. Các
cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Trong khi
đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hànhvà máy. Các thiết bị có thể được ghép
nối trực tiếp điểm-điểm, hoặc thông qua mạng truyền thông.
Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng đưa ra có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự
theo các chuẩn điện học thông dụng khác nhau (1 10V, 0 5V, 4 20mA, 0 20mA, v.v ). Trước khi có thể xử lý trong
máy tính số, các tín hiệu đo cần được chuyển đổi, thích ứng với chuẩn giao diện vào/ra của máy tính. Bên cạnh đó, ta
cũng cần các biện pháp cách ly điện học để tránh sự ảnh hưởng xấu lẫn nhau giữa các thiết bị. Đó chính là các chức
năng của các module vào/ra (I/O).
Tóm lại, một hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức năng chính sau đây:
- Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu.
- Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển chuyên dụng, bộ điều khiển khả trình
PLC (programmable logic controller), thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (compactdigital controller) và máy tính cá nhân
cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng.
- Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận
hành, giám sátvà điều khiển cao cấp.
- Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống.
- Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
1.5. Các thành phần chức năng cơ bản của một hệ SCADA.
Xét một cách tổng quát, một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu bao gồm những thành phần chức năng
cơ bản như liệt kê dưới đây:
1.5.1.Phần cứng:
Cấu tạo chung
Trong hệ thống SCADA, RTU, Gateway là thiết bị đầu cuối thu thập dữ liệu, mã hóatheo giao thức chuẩn và truyền
dữ liệu về trung tâm.RTU bao gồm cổng truyền thông tin về trung tâm điều khiển, các kênh vào ra (IO) như:Đo
lường, cảm biến, chỉ thị trạng thái, điều khiển. RTU cũng có thể thu thập tín hiệu từcác thiết bị thông minh khác
(IED).
- RTU là thiết bị chuyên dụng có cấu trúc modun khá linh hoạt, mỗi modun có một khối xử lý và các khối tín hiệu
vào/ra, thuận lợi cho việc thu thập các tín hiệu hiện có và tínhiệu mở rộng.Mỗi khối xử lý có hệ điều hành đa nhiệm

thời gian thực cho phép có thể làm việc độc lập nên các modun có thể được bố trí phân tán tại các tủ thiết bị trong
trạm (RTU phân tán) hoặc nhiều modun có thể được liên kết với nhau để tích hợp thành 1 RTU tập trung.
Việc cài đặt cấu hình của RTU có thể thực hiện bằng công cụ chạy trên môi trường Windows. Cùng với sự phát triển
của công nghệ và để tiết kiệm chi phí đầu tư, đối với cáctrạm/nhà máy mới xây dựng công nghệ sử dụng cổng
Gateway để cung cấp số liệuSCADA về các trung tâm điều độ đã được áp dụng. Đây là công nghệ sử dụng việcghép
5
nối hệ thống điều khiển trạm/nhà máy (SAS/DCS) có các giao thức truyền tinkhác nhau với hệ thống SCADA thông
qua cổng Gateway sau khi dữ liệu đã được mãhoá lại theo giao thức chuẩn. Cổng truyền thông của RTU thường sử
dụng phương thức truyền tin nối tiếp thông qua giao diện RS232, RS485 hoặc RS422.
Các loại dữ liệu.
Đối với hệ thống SCADA/EMS của ĐĐQG có 4 loại dữ liệu cơ bản.Dữ liệu đầu vào tương tự (Analog Input-
AI).Mỗi kênh AI được mã hóa bằng 16 bit để đo các đại lượng vật lý như: Công suất, dòngđiện, điện áp, vị trí
chuyển nấc MBA Các đại lượng này được biến đổi thành một đại lượng điện trung gian như U, I, sau đó sẽ được
đưa vào RTU qua card Analog. Trong hệ thống SCADA đang sử dụng tại ĐĐQG, đại lượng trung gian được sử dụng
là dòng điện. Vì có ưu điểm lớn là không bị suy hao trên mạch đo khi bộ biến đổi (BBĐ) đặt cách xa RTU do đó kết
quả đo được tại RTU phản ánh đúng giá trị thực tế.
Dữ liệu đầu vào số (Digital Input-DI). Được mã hóa bằng 1 hoặc 2 bit để hiển thị các loại cảnh báo, trạng thái các
thiết bị như: Tín hiệu cảnh báo của các bảo vệ so lệch, khoảng cách, quá dòng ; Tín hiệu trạng thái máy cắt, dao
cách ly, nối đất Để ghép nối và cách ly điện giữa RTU và hệ thống điều khiển Trạm, nhà máy điện, người ta sử
dụng Rơle trung gian có điện áp phù hợp với điện áp tín hiệu tương ứng. Dữ liệu đầu ra tương tự (Analog Output-
AOT). Tương tự như dữ liệu đầu vào tương tự, AOT được mã hóa bằng 16 bit để điều chỉnh các đại lượng biến đổi
liên tục. Lệnh điều chỉnh gửi từ các trung tâm điều độ tới RTU biến đổi D/A thành tín hiệu dòng điện (mA) và đi tác
động tới cơ cấu chấp hành. Đối với hệ thống SCADA đang sử dụng tại điều độ quốc gia, dữ liệu AOT được sử dụng
để điều chỉnh P, Q của các tổ máy phát. Dữ liệu đầu Ra số (Digital Output-DOT). Tương tự như dữ liệu đầu vào số,
sử dụng 1 hoặc 2 bit để điều khiển vị trí các thiết bịtrong hệ thống điện như: Vị trí máy cắt, dao cách ly, tiếp địa Để
ghép và cách ly giữa RTU với hệ thống điều khiển của Trạm người ta sử dụng Rơle trung gian có điện áp phù hợp
với điện áp ra của Card DOT, dòng điện của tiếp điểm phụ Rơle phải đủ lớn theo yêu cầu của cơ cấu chấp hành.
- Thiết bị thu thập dữ liệu: PLC, RTU, PC, I/O, các đầu đo
- Hệ thống truyền thông: Mạng truyền thông, các bộ dồn kênh/phân kênh, Modem, các bộ thu phát.
- Trạm quản lý dữ liệu: Máy chủ (PC, Workstation), các bộ tập trung dữ liệu (Data concentrator, PLC, PC)

- Trạm vận hành (Operator Station)
1.5.2. Phần mềm:
Các phần mềm được nhóm vào 4 nhóm: Thu nhận dữ liệu, Giao tiếp người máy,Quản lý SCADA và ứng
dụng SCADA.
- Thu nhận dữ liệu - Hệ thống thu nhận dữ liệu tập hợp dữ liệu gửi lệnh điều khiển và duy trì các đường kết nối tới
RTU và các hệ SCADA khác
Thu nhận dữ liệu RTU - RTU Data Acquisition (RDA)
Thu nhận dữ liệu từ hệ thống khác- Computer-to-Computer Remote(CCR)
Giám sát điều khiển - Supervisory Control (SCS)
Tính toán - Calculations (CAL)
6
- Giao tiếp người máy- Hệ thống giao tiếp người máy cung cấp các thao tác hệthống cùng với thể hiện dữ liệu và
điều khiển các thiết bị. Các giao tiếp thực hiệnqua màn hình, bàn phím và các thiết bị in. Hệ thống này cũng cung
cấp console dểcấu hình và bảo trì hệ thống.
Giao tiếp Console - Console Interface (CIS)
Hiển thị - Display Retrieval and Update (DRU)
Dữ liệu vào - Data Entry (DES)
Ghi - Logging (LOG)
Biểu đồ xu thế - Trending (TRN)
Chuyển đổi Console - Console Switching (CCS)
- Quản lý SCADA- Hệ thống quản lý SCADA bao gồm một số hệ thống con hỗnhợp dùng bởi các hệ thống khác. Đó
là khởi động, khởi động lại, cảnh báo, kiểmsoát lỗi, và các chức năng quản lý khác
Startup/Restart Initialization (INI)
Cảnh báo - Alarms (ALL)
Hệ thống tính toán lỗi - System Error Accounting (SEA)
Quản lý - Executive (EXC)
- Các ứng dụng SCADA- Hệ thống các ứng dụng SCADA bao gồm các hàm thựchiện trình bày dữ liệu ở mức cao
Tính toán thời gian thực - RAS Real-Time Calculations (RTC)
Mapboard (MBD)
Load Shed Restore (LSR)

Meter Error Monitor (MEM)
- Giao diện vào/ra (phần mềm giao diện quá trình), dưới dạng các I/O Drivers, 5
- I/O-Servers (DDE,OPC, ).
- Giao diện người-máy
- Cơ sở dữ liệu quá trình
- Hệ thống cảnh báo, báo động
- Lập báo cáo tự động
- Điều khiển cao cấp: Điều khiển mẻ, điều khiển trìnhtự, điều khiển công
thức
7
Hình 1- 2. Các thành phần phần mềm trong một hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
1.5.3 Cáp truyền thông
Có rất nhiều loại cáp truyền thông được sử dụng trong hệ thống SCADA.Thông tin trong ngành Điện lực
được truyền tải thông qua các hình thức sau:
- Các kênh cao tần theo tuyến đường dây tải điện PLC (Power Line Carrier).Sử dụng các đường dây điện lực, dây
chống sét hoặc các đường cáp đặt cách ly trong chúng để tạo kênh cao tần truyền tin. Việc sử dụng đường dây điện
lực để truyền thông tin cao tần được thực hiện theo các sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha
– Dây pha, Dây pha của lộ này – Dây pha của lộ khác. Việc sử dụng đường dây chống sét (DCS) truyền tin được
thực hiện theo các sơ đồ: DCS – DCS, DCS – Dây đất, hai DCS – Dây đất.Các đường cáp đặt cách ly trong đường
dây điện lực hoặc trong dây chống sét cũng được thực hiện theo các sơ đồ tương tự.
- Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thường sử dụng loại cáp đối xứng hoặc
cáp đồng trục.
- Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1÷ 10cm.
- Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 ÷ 50cm.
- Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc đặt theo đường đây truyền tải điện.
- Các kênh thuê của ngành bưu điện.
Hiện nay trong ngành Điện lực, hình thức truyền tin cao tần theo đường dây tải điện, vô tuyến chuyển tiếp và
kênh cáp quang được sử dụng rộng rãi hơn cả. trong các kênh truyền thông dùng cáp quang có nhiều ưu việc hơn cả.
một số đặc điểm chung của các loại cáp cần chú ý đó là nhiễu tín hiệu điện và nhiễu sóng radio.Các loại nhiễu này là
nhân tố quan trọng hàng đầu cần được chú ý khi thiết kế và lắp đặt một hệ thống truyền thông. Chúng được sinh ra

một cách ngẫu nhiên từ các tín hiệu không mong muốn trong thiết kế. nó có thể xâm nhập vào đường cáp hoặc
đường dây bằngnhiều cách. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào người thiết kế ban đầu phải có những biện pháp để
giảm tối thiểu các tín hiệu nhiễu. bởi vậy các hệ thống SCADA thường sử dụng đường truyền có điện áp nhỏ là
đường truyền có thể chịu đựng được các tín hiệu nhiễu.Việc sử dụng các cáp xoắn đôi là một yêu cầu tối thiểu của
các hệ thống điều khiển nói chung và hệ thống SCADA nói riêng. Sử dụng một cặp dây dẫn tốt cùng với việc lắp đặt
8
theo đúng yêu cầu kỹ thuật sẽ giảm được tối đa các tín hiệu nhiễu.Cáp quang cũng là một trong những loại cáp được
sử dụng phổ biến vì khả năng chống nhiễu của nó. Hiện tại hầu hết các hệ thống đều sử dụng cáp quang sợi thủy tinh
nhưng trong một số lĩnh vực công nghiệp, các cáp quang sợi nhựa được sử dụng nhiều hơn.Trong tương lai, các hệ
thống truyền thông dữ liệu sẽ được tách ra thành hệ thống radio, hệ thống cáp quang và hệ thống tia hồng ngoại. các
hệ thống truyền thông có yêu cầu sử dụng đến năng lượng sẽ bị xóa bỏ.
1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN
Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) được dùng để chia sẽ toàn bộ tài nguyên thông tin. Do vậy, có thể
sử dụng mạng LAN để các trạm nằm trong mạng SCADA có thể chí sẽ thông tin được với nhau khi chúng được kết
nối qua các phương tiên truyền thông. Phương thức kết nối là tôpô (topology) mạng. Tôpô mạng là sự sắp xếp hình
học của các nút và cáp nối trong mạng cục bộ. các tôpô mạng đều thuộc hai loại: tập trung và phân tán.Trong tôpô
mạng tập trung, như mạng hình sao, có một máy tính trung tâm điều khiển việcthâm nhập mạng. kiểu thiết kế này
đảm bảo an toàn dữ liệu và sự quản lý trung tâm đối vớicác nội dung và các hoạt động của toàn mạng. trong tôpô
phân tán như mạng Bus hoặc mạng vòng tròn, không có máy trung tâm, mà từng trạm công tác có thể thâm nhập vào
mạng một cách độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công tác khác.
Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vi một khu vực hạn chế được nối
với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt, sao cho những người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các
thiết bị ngoại vi và sử dụng các chương trình cũng như các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tính dành riêng gọi
là máy dịch vụ tệp. khác nhau nhiều về quy mô và mức độ phức tạp, mạng cục bộ LAN có thể chỉ liên kết vài ba máy
tính cá nhân và một thiết bị ngoại vi dùng chung đắt tiền, như máy in laser chẳng hạn. các hệ thống phức tạp hơn thì
có các máy tính trung tâm (máy dịch vụ tệp) và cho phép những người dùng tiến hành thông tin với nhau thông qua
thư điện tử để phân phối các chương trình nhiều người sử dụng, thâm nhập vào cơ sở dữ liệu dùng chung.Ethernet là
phần cứng, định ước và tiêu chuẩn ghép nối của một loại mạng cục bộ, do hãng Xerox Corporation đưa ra đầu tiên,
có khả năng liên kết đến 1024 nút trong bộ mạng Bus. Do sử dụng tốc độ cao trong kỹ thuật truyền tin dải tần cơ bản
(kênh đơn), Ethernet cho phép truyền dữ liệu dạng dãy với tốc độ 10 megabit mỗi giây, với thông lượng thực tế từ 2

đến 3 megabit mỗi giây. Ethernet dùng kỹ thuật thâm nhập nhiều mối bằng cảm nhận sogs mang có dò xung đột
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) để đề phòng trục trặc cho mạng khi có hai thiết bị
đồng thời cùng cố thâm nhập mạng.
1.5.5. Thiết bị MODEM
MODEM (Modulator/Demodulator) là một thiết bị biến đổi các tín hiệu số do cổng nối tiếp của máy tính phát
ra thành các tín hiệu dạng tương tự được điều biến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại. ngược lại, nó cũng biến
những tín hiệu tương tự nhận được thành các tín hiệu số tương đương. Trong điện toán cá nhân, người ta thường
dùng MODEM để trao đổi các chương trình và dữ liệu với máy tính khác và để truy cập các dịchvụ thông tin trực
tuyến như Dow Jones News/Retrieval Service.
MODEM là danh từ rút gọn của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến). việc điều biến này là cần
thiết vì các đường dây điện thoại được thiết kết để xử lý tiếng nốicon người, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300
Hz đến 3000 Hz trong những cuộc nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng trầm đến giọng thanh). Tốc độ truyền
dữ liệu của một MODEM được tính bằng đơn vị bit mỗi giây hay là bps (về kỹ thuật), không phải là baut, mặc dù hai
thuật ngữ này được dùng lẫn lộn.
Chọn MODEM tương đối đơn giản: chọn loại tốc độ chậm (300 hoặc 1200 bps) hoặc loại tốc độ nhanh (2400
bps). Tuy nhiên, hiện nay có nhiều khả năng chon MODEM hơn.
9
Các giao thức về điều biến chi phối tốc độ phát và thu dữ liệu. ở Mỹ, hầu như tất cả tốc độ cao nhất (từ 9600
bps trở lên) thì sử dụng các giao thức điều biến sở hữu riêng, cho nên phải dùng các modem cùng nhãn hiệu cho cả
hai đầu đường truyền. hiện tại loại MODEM 9600 bps sử dụng giao thức CCITT V. 32, còn loại MODEM 14.400
bps thì dùng tiêu chuẩn CCITT V. 32 bis. Cả hai đều tương thích ngược với mọi loại MODEM bất kì nào, ngay cả
trường hợp nó được chế tạo bởi một hãng sản xuất khác.Có hai loại tiêu chuẩn thông dụng đối với giao thức kiểm lỗi
nhằm hạn chế các sai lỗi do tạp âm và các can nhiễu khác trong hệ thống điện thoại: đó là MNP – 4 và CCITT V. 42.
Đối với loại giao thức nén dữ liệu, có hai tiêu chuẩn hàng đầu là V. 42 bis và MNP
Việc nén dữ liệu yêu cầu phải có kiểm lỗi, nen các MODEM nén dữ liệu bao giờ cũng có các tiêu chuẩn kiểm
lỗi; nói chung, một MODEM phải có đủ bốn giao thức kiểm lỗi và nén dữ liệu (MNP – 4, MNP – 5, V. 42 và V. 42
bis) hoặc không có gì cả.Thông thường trong hệ thống SCADA, các thiết bị đầu cuối RTU được đặt ở vị trí xa so với
trung tâm điều khiển từ 10m đến hàng nghìn km. một trong những cách tiết kiệmchi phí nhất để liên kết PC với RTU
với một khoảng cách dài là sử dụng cách kết nối điện thoại dialup thông qua thiết bị MODEM.Các MODEM được
đặt tại các chế độ tự động trả lời và RTU có thể quay số vào máy tính hoặc máy PC có thể quay RTU. Các phần mềm

để làm điều này có sẵn từ nhà sảnxuất RTU. các MODEM có thể được mua bất kỳ ở cửa hàng máy tính tại địa
phương.
1.6. Mô hình phân cấp.
Theo mô hình phân cấp chức năng càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn
và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên
các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông
tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều. Thông thường, người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ
thống điều khiển và giám sát. Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sảnxuất) trên giúp
ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp.
1.6.1. Cấp chấp hành.
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần
thiết. Thực tế, đa sốcác thiết bị cảm biến (sensor) hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho
việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy. Cácthiết bị thông minh1 cũng có thể đảm nhận
việc xử lý thô thông tin, trước khi đưa lên cấp điều khiển.
1.6.2. Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật
toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành. Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đóđược
người đứng máy trực tiếp đảm nhiệm qua việc theo dõi các công cụ đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để
thực hiện những thao tác cần thiết như ấn nút đóng/mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay v.v Trong một hệ thống
điều khiển tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó được thay thế bằng máy tính.
10
Hình 1- 3. Mô hình phân cấp chức năng
1.6.3. Cấp điều khiển giám sát
Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức năng
như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều
khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý
những tình huống bất thường. Ngoài ra, trong mộtsố trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao
cấp như điều khiểnphối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dược phẩm, hoá
chất). Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển giám sát thường không đòi hỏi phương
tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ,

termimal, ).
Như ta sẽ thấy, phân cấp chức năng như trên sẽ tiệnlợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Trong
thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có thể khác một chút so với trình bày ở đây, tùy thuộc vào mức độ tự động
hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể. Trong những trường hợp ứng dụng đơn giản như điều khiển trang thiết bị dân dụng
(máy giặt, máy lạnh, điều hòa độ ẩm, ), sự phân chia nhiều cấp có thể hoàn toàn không cần thiết. Ngược lại, trong
tự động hóa một nhà máy lớn hiện đại như điện nguyên tử, sản xuất xi măng, lọc dầu, ta có thể chia nhỏ hơn nữa các
cấp chức năng để tiện theo dõi.
1.7. Chức năng nhiệm vụ của từng cấp.
Một hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức phân nhiệm thành nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có
nhiệm vụ đo lường, thu thậpvà điều khiển riêng lên những đối tượng trong hệ thống. Các đối tượng máy móc thường
lắp đặt trong địa phương của cấp quản lý phân xưởng xí nghiệp cấp dưới đồng thời cũng có một đặc điểm nữa là một
đối tượng tuy thuộc giám sát-điều khiển của cấptrên về mặt sản xuất nhưng cũng thuộc sự giám sát-điều khiển vật lý
11
cụ thể về mặt vận hành chuẩn đoán và bảo dưỡng của các cấp khác thấp hơn. Những điều này là cơ sở chỉ đạo cho
việc tổ chức các cấp SCADA quản lý hệ thống sản xuất ngày nay. Những nguyên tắc chính sau:
Thông thường về tổ chức kết cấu của mỗi cấp quản lýđược trợ giúp tự động hoá bằng một hệ SCADA của
cấp ấy. Cấp SCADA phân xưởng ở cấp dưới thấp sẽ thực hiện việc thu thập số liệu trên máy móc phân xưởng có sự
phân loại rõ máy móc thiết bị nào được quản lý về sản xuất bởi cấp SCADA nào. Các số liệu phân loại này sẽ được
các SCADA truyền tin báo cáo từ cấp dưới lên cấp trên theo nhịp gọi của các SCADA cấp cao hơn một cấp cho đến
cấp cần thu thập dữ liệu, hiển thị, in ấn, sử dụng cho điều khiển sản xuất ở các cấp.
Mỗi cấp sẽ thực hiện bài toán phân tích, tính toán được giao và tính đưa ra các lệnh thao tác thay đổi tăng hay
giảm chỉ tiêu đóng cắt các đối tượng của mình, qua hệ truyền tin gửi lệnh đó đến cấp SCADA có liên quan để thực
hiện. Để giải quyết những bài toán điều khiển phân tích riêng này của mình thì SCADA mỗi cấp thường được trang
bị thêm những phần cứng máy tính, phần mềm phân tích chuyên dụng. Những thiết bị này lấy số liệu hiện hành từ
SCADA cung cấp để giải bài toán đó và xuất ra kết quả cho người vận hành và cho hệ SCADA.
Chức năng của mỗi cấp SCADA cung cấp những dịch vụ sau:
Thứ nhất là thu thập từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức việc lưu giữ trong
nhiều loại cơ sở dữ liệu (số liệu lịch sử về sản xuất, sự kiện thao tác, báo động …)
Thứ hai là dùng các dữ liệu trên để cung cấp các dịch vụ về điều khiển, giám sát hệ sản xuất.
Thứ ba là hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất(trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, trang báo

động, trang báo cáo sản xuất…)
Thứ tư là điều khiển từ xa quá trình sản xuất (đóng cắt các máy móc thiết bị, tăng giảm nấc phân áp …)
Thứ năm là thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài (đọc viết số liệu PLC/RTU (Remote
Teminal Unit), gửi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác hệ) Nhìn chung SCADA là một hệ
kết hợp phần cứng và phần mềm để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển cho một đối tượng sản xuất công
nghiệp. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hoá ta có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một số những
nhiệm vụ tự động hoá như: thu thập giám sát từ xa về đối tượng, điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng, điều chỉnh
tự động từxa với các đối tượng và các cấp quản lý.
Ngày nay, hầu hết các hệ SCADA còn có khả năng liênkết với các hệ thống thương mại có cấp độ cao hơn,
cho phép đọc viết theo cơ sở dữ liệu chuẩn như Oracle, Access, Microsoft SQL …
1.8. Phần mềm điều khiển giám sát
Trong giải pháp điều khiển giám sát, hệ thống truyền thông ở các cấp dưới (bus trường, bus chấp hành-cảm
biến) đã có sẵn. Nếu như mạng máy tính của một công ty cũng đã được trang bị (chủ yếu dùng Ethernet), thì cơ sở hạ
tầng cho việc truyền thông không còn là vấn đề lớn phải giải quyết. Chính vì vậy, trọng tâm của việc xây dựng các
giải pháp SCADA trong thời điểm hiện nay là vấnđề lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ
thống.
1.8.1. Cấu trúc chung của các phần mềm điều khiển giám sát:
12
Hình 1- 4. Cấu trúc chung của phần mềm điều khiển giám sát
1.8.1.1. Cơ sở dữ liệu quá trình
Chức năng: Cơ sở dữ liệu quá trình thực hiện chức năng quản lý, lưu trữ những dữ liệu, thông tin về quá trình, về hệ
thống bao gồm:
- Dữ liệu quá trình
- Dữ liệu tình trạng hệ thống
- Dữ liệu quá khứ
- Dữ liệu cảnh báo
- Dữ liệu vận hành
Đặc điểm của cơ sở dữ liệu quá trình:
Về cơ bản, cơ sở dữ liệu quá trình trong các phần mềm công nghiệp chuyên dụng cũng giống các hệ thống cơ
sở dữ liệu thông thường.

Do yêu cầu về tính ổn định, bảo mật, khả năng lưu trữ, tìm kiếm, nên các cơ sở dữ liệu quá trình trong các
phần mềm công nghiệp thường được xây dựng trên cơ sở một thương phẩm như SQL Server, Sybase, Informix,
Các yêu cầu đặc biệt:
- Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hoàn
- Tính năng thời gian thực
- Quản lý hiệu quả cơ sở dữ liệu lớn liên tục rất nhanh
1.8.1.2. Giao diện người-máy
13
Giao diện người máy thường bao gồm các thành phần cơ bản sau:
- Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng các thiết bị, máy móc
- Lưu đồ công nghệ (phân đoạn, nhóm): Hiển thị các giá trị quá trình, các
hình ảnh động minh họa, các phím điều khiển.
- Biểu đồ chức năng trình tự (SFC)
- Faceplates: Hiển thị và can thiệp chi tiết một vòngđiều khiển (chế độ
điều khiển, các giá trị biến và tham số điều khiển,tình trạng báo động).
- Đồ thị thời gian thực: Hiển thị các giá trị quá trình (tức thời)
- Đồ thị quá khứ: Hiển thị các giá trị lưu trữ
- Các cửa sổ báo động
- Các cửa sổ chỉ dẫn
1.8.1.3. Chức năng cảnh báo/báo động:
Chức năng cảnh báo/ báo động của phần mềm hệ thống cần đảm bảo các chức
năng cơ bản sau:
- Phát hiện tình trạng cảnh báo/báo động
- Các hệ DCS: các trạm điều khiển cục bộ
- Các hệ PLC+SCADA/HMI: các trạm vận hành/trạm chủ
- Gửi cảnh báo/báo động theo
- Phạm vi hệ thống
- Trạm được quyền can thiệp
- Mức ưu tiên, tính cấp thiết
- Lưu trữ dữ liệu cảnh báo/báo động

- Hiển thị cảnh báo/báo động:
- Sắp xếp theo mức ưu tiên, tính cấp thiết
- Sắp xếp theo thời gian xảy ra
- Sắp xếp theo loại cảnh báo/báo động
- Sử dụng màu sắc và hiệu ứng nhấp nháy
14
- Xác nhận cảnh báo/báo động
- Quyền người sử dụng
- Xác nhận theo nhóm hoặc xác nhận theo từng thông báo.
- Xóa cảnh báo/báo động
1.8.2. Phát triển phần mềm điều khiển giám sát
1.8.2.1. Một số hướng phát triển phần mềm
Trong hệ thống điều khiển giám sát, giao diện người– máy(HMI) là một thành phần quan trọng không chỉ ở
cấp điều khiển giám sátmà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát
và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Ở các cấp thấp hơn trong mộthệ thống điều khiển, do đặc điểm kỹ
thuật nên các màn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên
dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn. Tuy nhiên, các màn hình HMI chuyên dụng này thường
được thiết kế chuyên cho một thiết bị điều khiển logic khả trình nhất định. Chẳng hạn, hãng Siemen có các màn hình
OP3, OP73, TD7… hỗ trợ điều khiển giám sát chocác sản phẩm PLC của hãng.
Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và kỹ thuật máytính PC, đặc biệt là sự chiếm lĩnh thị trường của hệ
điều hành Windows NT cùng với các công nghệ của Microsoft đã thúc đẩy sự phát triển của các công cụtạo dựng
phần mềm SCADA theo một hướng mới, sử dụng PC và Windows NT làm nền phát triển và cài đặt. Từ phạm vi
chức năng thuần tuý là thu thập dữ liệu cho việcquan sát, theo dõi quá trình, một hệ SCADA ngày nay có thể đảm
nhiệm vai trò điều khiển cao cấp, điều khiển phối hợp. Phương pháp điều khiển theo mẻ, điều khiển theo công thức
(batch control, recipe control) là những ví dụ tiêu biểu. Hơn nữa, khả năng tích hợp hệ điều khiển giám sát với các
ứng dụng khác như các phần mềm quản lý, tốiưu hóa hệ thống, của toàn công ty cũng trở nên dễ dàng hơn.
Việc phát triển phần mềm điều khiển giám sát có thểtheo nhiều hướng khác nhau. Một trong những hướng
phát triền đó là Lập trình(Programming). Theo hướng này, các phần mềm HMI của hệ thống sẽ được lập trình bằng
các ngôn ngữ bậc cao như C++, Visual basic, Visual C++, hay Visual C# , thông qua một chương trình biên dịch
(Compiler) để tạo ra một HMI chạy độc lập. Vớiviệc lập trình, người thiết kế không bị gò bó trong một ngôn ngữ cố

định, nhớ đó khả năng thực hiện ít hạn chế. Người thiết kế, lập trình được tự do tạo ra HMI phùhợp với yêu cầu của
bài toán thiết kế. Tuy nhiên, để lập trình cho HMI hoạt động ổn định, phù hợp với các chuẩn công nghiệp thì lại là
vấn đề khó khăn, đòi hỏi trình độlập trình chuyên sâu. Đối với các hệ thống lớn, thiết kế theo hướng lập trình tỏ ra
kém hiệu quả.
Một hướng khác trong việc thiết kế các chương trìnhcho hệ thống điều khiển giám sát là Cấu hình
(Configurating). Khi đó, người thiết kế sẽ sử dụng một phần mềm thiết kế chuyên dụng, để tạo ra HMI cho hệ thống.
Việc thiết kế hoàn toàn dựa trên việc cấu hình các thành phần, đối tượng, các ký hiệu đồ họa,xây dựng các action và
script; sử dụng các đối tượng đồ họa đối thoại để thiết lập các tham số… Với phương pháp cấu hình, sẽ không cần
một chương trình biên dịch, bản thân phần mềm thiết kế là một chương trình thông dịch, HMI thiết kế xong có thể
vận hành ngay, thông qua lệnh Run đơn giản. Rõ ràng, thiết kế HMI theo hướng này tỏ ra đơn giản, thân thiện, và
thực sự hiệu quả hơn so với phương pháp lập trình.
1.8.2.2. Một số nguyên tắc thiết kế cơ bản
15
Sử dụng các màu trung tính như màu xám cho các nút/biểu tượng trên màn hình. Và dùng các màu có độ
tương phản cao như vàng, xanh, đỏ cho các nút/ biểu tượng cần chú ý. Màu trung tính có tác dụng không làm phân
tán sự tập trung của vận hành viên trong khi làm việc. Màu sang nâng cao mức độ tập trung của vận hành viên, đặc
biệt trong những trường hợp khẩn cấp.
Cần rất lưu ý khi sử dụng màu sắc trong thiết kế các HMI:
- Chỉ dùng màu sắc khi thật cần thiết.
- Nền: màu tối, ví dụ xám sẫm hoặc xanh lam đậm.
- Máy móc, thiết bị: Sử dụng hình phẳng, màu và độ sáng khác ít so với
nền, cố gắng tránh 3D, tránh các mẫu hoa văn.
- Hình tĩnh (đường ống, máy móc): tránh các màu tươi,chói.
- Tín hiệu trạng thái, hình động: Chọn các màu tươi, chói.
b) Chữ viết
- Hạn chế số font chữ, kiểu chữ, chênh lệch độ lớn.
- Chân phương, tránh các hiệu ứng đặc biệt (3D, lượn sóng, đường viền).
c) Các hình ảnh
- Hầu hết chúng ta sử dụng thị giác nhiều hơn hẳn so với các giác quan khác, do vậy việc sử dụng hình ảnh, biểu
tượng mô tả sẽ là cách tốt nhất mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng. Khi sử dụngcác hình ảnh cần đảm bảo:

- Hỗ trợ phân biệt trạng thái, ví dụ nhấp nháy.
- Nhất quán trong tất cả các màn hình.
- Các số nên chỉnh căn phải, các biến liên quan trực tiếp để gần nhau và cùng cách biểu diễn.
- Biểu diễn các đơn vị vật lý với giá trị số và đơn vị.
d) Bố cục thông tin
Không nên nhồi nhét quá nhiều thông tin lên màn hình, mà chỉ nên để những thông tin cần thiết cho công
việc đang thực thi. Nếu có quá nhiều thông tin không cần thiết, vận hành viên sẽ mất nhiều thời gian để tìm đúng
thông tin đang cần. Đôi khi vận hành viên có thể kích nhầm nút trên màn hình. Do vậy, bố cục thông tin đơn giản là
yếu tố rất quan trọng.
e) Thống kê tần suất sử dụng nút
Thống kê bao nhiêu lần một nút được kích, một page (trình duyệt/trang) được thay đổi, page nào được sử
dụng nhiều nhất. Dựa vào dữ liệu thống kê được để điều chỉnh lại ứng dụng sao cho vận hành viên tốn ít thời
gianhơn cho việc theo dõi và vận hành từ màn hình này sang màn hình khác.
f) Gộp các dữ liệu liên quan
16
Giống như sử dụng bơm làm biểu tượng cho ứng dụng bơm, để tạo sự tiện lợi cho người sử dụng, nên đặt các
yếu tố liên quan đến bơmxung quanh, cạnh biểu tượng này ví dụ như các biểu tượng khởi động/dừng, biểu tượnghiển
thị dòng, nhiệt độ, điện áp, thời gian… Nếu không làm như vậy, có thể vận hành viên sẽ dễ bị nhầm lẫn hoặc chí ít
cũng giảm hiệu quả làm việc của vận hành viên.
CHƯƠNG 2
Các phần mềm SCADA/HMI công nghiệp
17
2.1. Thành phần cơbản của phần mềm SCADA/HMI công nghiệp.
Hiện nay, trên thị trường phần mềm công nghiệp, có sự cạnh tranh của rất nhiều sản phẩm SCADA/HMI
khác nhau. Mỗi sản phẩm có nhữngđặc điểm, thế mạnh riêng, có thể chuyên cho một thiết bị điều khiển của từng
hãng, cũng có thể sử dụng được cho nhiều thiết bị khác nhau ở cấp chấp hành.
Một số phần mềm SCADA/HMI chuyên nghiệp có thể là: WinCC (Siemens), iFIX (Intellution/GEFanuc),
InTouch (Wonderware), Lookout (National Instruments). Xét về mặt tổng thể, một phần mềm SCADA/HMI đều có
hai thành phần cơ bản sau:
• Công cụ phát triển (Development Tool):

- Công cụ cấu hình cơ sở dữ liệu (Database Configuration Tool).
- Trình soạn thảo đồ họa (Graphics Editor)
- Thư viện các đối tượng đồ họa chuẩn + Hỗ trợ nhúng ActiveXControls
- Công cụ phát triển/cài đặt trình điều khiển I/O
- Ngôn ngữ script
- Giao diện với các ngôn ngữ bậc cao (C/C++, VB, )
- Giao diện ODBC (Open Database Connection), DDE
- (Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control)
• Phần mềm chạy (Runtime Engine)
Việc xây dựng các ứng dụng dựa trên các phần mềm hệthống về cơ bản là sự tạo, cấu hình (configurating) và
kết nối các đối tượng với nhau. Bản thân phần mềm thiết kế và các dịch vụ của nó sẽ đảm nhận việc kết nối giữa máy
tính và các PLC khác nhau, hay các bộ điều khiển khác; cũng như đảm bảo kết nối giữa máy tính và các bộ cảm biến,
hoặc giữa máy tính này và máy tính khác, giữa máy tính và cơ sở dữ liệu chung của phần mềm.
2.2. Phần mềm WinCC
WinCC là một hệ thống HMI mạnh mẽ sử dụng trên nền hệ điều hành Microsoft Windows 2000 và Windows
XP. HMI là từ viết tắt của “ Human Machine Interface” – giao diện người máy, đó là giao diện giữa người (điều
hành) và máy móc (các quá trình). Tiến trình tự động (AS= Automation Process)duy trì điều khiển thực tế qua các
quá trình.Truyền thông một mặt được thực hiện giữa WinCC và người vận hành, mặt khác được thực hiện giữa
WinCC và các hệ thống tự động.
WinCC được sử dụng để trực quan hóa các quá trình điều khiển và phát triển giao diện người dùng đồ họa
cho người điều khiển.
18
Hình 2-8. Phần mềm SCADA/HMI WinCC
WinCC cho phép người điều khiển có thể quan sát, theo dõi các tiến trình. Các tiến trình được hiển thị sinh
động trên màn hình điều khiển. Màn hình hiển thị được cập nhật mỗi khi có một sự thay đổi nào đó trong trạng thái
của tiến trình.
WinCC cho phép người điều khiển có thể điều khiển được các quá trình. Ví dụ, người điều khiển có thể thiết
lập một “setpoint” hoặc mở một van từ giao diện người dùng trực quan.
Một Alarm (báo động) sẽ tự động báo vào các thời điểm tiến trình đạt các trạng thái tới hạn. Nếu một giá
trịnh giới hạn định trước bị vượt quá, một message sẽ xuât hiện trên màn hình.

Khi làm việc với WinCC, các giá trị tiến trình có thể hoặc là được in ra hoặc là được lưu trữ bằng điện tử.
Điều này tao thuận lợi cho việc biên tập tài liệu của các tiến trình và cho phép truy nhập dữ liệu tới các dữ liệu sản
xuất đã qua.
2.2.1. Các đặc điểm đặc trưng của WinCC
WinCC có thể được tích hợp một cách tối ưu vào trong các giải pháp tự động và công nghệ thông tin:
Dữ liệu trong WinCC có thể được trao đổi với các giải pháp IT khác thông qua các giao diện chuẩn, chẳng
hạn như MES vàcác ứng dụng ở mức ERP, hoặc với các chương trình như Excell.
WinCC có các giao diện lập trình được và mở (Open) cho phép bạn kết nối với các chương trình của bạn và
nhờ đó bạn sẽ có khả năng điều khiển tiến trình và dữ liệu của tiến trình.
WinCC có thể được tùy biến một cách tối ưu để tươngthích với các yêu cầu của tiến trình của bạn. WinCC hỗ
trợ một phạm vi rộng cho các khả năng cấu hình, từ các hệ thống đơn người dùng và các hệ thống khách – chủ cho
tới các hệ thống dự phòng, phân tán với nhiều Server.
Cấu hình của chương trình WinCC của bạn có thể đượcthay đổi bất cứ lúc nào – thậm chí ngay sau đó. Điều
này không gây trở ngại gì với các dự án đã có từ trước.
WinCC là một hệ thống HMI tương thích Internet thuận tiện thực thi các giải pháp máy khách nền web cũng
như các giải pháp Thin-Client. Là một phần của giải pháp Siemens TIA (Tự động hóa tích hợp toàn bộ), WinCC làm
19
việc rất hiệu quả với các hệ thống tự động thuộc họ sản phẩm SIMATIC. Các hệ thống tự động của các hãng sảnsuất
khác cũng được hỗ trợ.
2.2.2. Hoạt động của WinCC
2.2.2.1. Cấu trúc của WinCC
WinCC là một hệ thống môđun hóa. Các thành phần cơ bản của nó bao gồm Configuration Software(CS –
Phần mềm cấu hình) and Runtime Software(RT – Phần mềm thời gian thực).
a) Phần mềm cấu hình
Sau khi khởi động WinCC, cửa sổ WinCC Explorer đượcmở ra. WinCC Explorer tạo thành nhân của CS. Cấu
trúc của toàn bộ Projectđược thể hiện trong WinCC Explorer. Bản thân Project cũng được quản lý ở đây.Các trình
soạn thảo đặc biệt có thể được gọi từ WinCC Explorer hỗ trợ cho các mục đích cấu hình. Mỗi trình soạn thảo(Editor)
đượcsử dụng để cấu hình một subsystem(hệ thống con) đặc biệt của WinCC.
Các hệ thống con quan trọng của WinCC bao gồm:
Hình 2-9. Cấu trúc của WinCC

- Graphics System: Được biết đến với tên Graphics Designer, đây là trình soạn thảo được sử dụng để tạo ra các hình
ảnh cho các HMI.
- Alarm Logging: Thực hiện ghi nhật ký các báo động xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống.
- Report System: Được biết đến với tên gọi Report Designer, đây là trình soạn thảo được sử dụng để tạo các Report
Layouts.
- User Administration: Được biết đến với tên gọi UserAdministrator, đây là trình soạn thảo được sử dụng để quản lý
các người dùng.
Mọi dữ liệu cấu hình được lưu trong cơ sở dữ liệu của phần mềm cấu hình (CS – Configuration Software)
b) Phần mềm thực thi (Runtime Software)
20
Runtime Software cho phép người dùng điều hành và giám sát tiến trình. Nó được sử dụng chủ yếu để thực
thi các nhiệm vụ(task) sau:
- Đọc dữ liệu được ghi trong CS database.
- Hiển thị các hình ảnh trên màn hình.
- Truyền thông với các hệ thống tự động.
- Lưu trữ các dữ liệu hiện thời trong thời gian hoạt động, ví dụ như các giá trị tiến trình và các sự kiện thông điệp.
- Điều khiển tiến trình, thông qua các đầu vào setpoint hoặc các công tắc ON và OFF
c) Dữ liệu thực thi
Performance data sẽ được quyết định trực tiếp bởi phần cứng PC được sử dụng và kiểu hệ thống được cấu
hình.
2.2.2.2. Hệ thống đồ họa
a) Nhiệm vụ của hệ thống đồ họa
Trong quá trình cấu hình, hệ thống đồ họa được sử dụng để tạo ra các hình ảnh biểu diễn quá trình sẽ diễn ra
ở chế độ vận hành. Hệ thống đồ họa nắm giữ các nhiệm vụ sau:
- Nó thể hiện các hình ảnh tĩnh và các ảnh có khả năng điều khiển , ví dụ như văn bản, graphics hoặc các nút bấm.
- Nó cập nhật linh hoạt các phần tử hình ảnh, ví dụ như thay đổi chiều dài của một bar trong mối liên hệ với giá trị
quá trình.
- Phản ứng với đầu vào từ phía người điều khiển, ví dụ như click một nút ấn, hoặc nhập một văn bản trong trường
đầu vào.
21

Hình 2-10. Hệ thống đồ họa trong WinCC
b) Thành phần của hệ thống đồ họa
Hệ thống đồ họa được hình thành từ các thành phần Cấu hình và các thành phần Runtime:
- Trình thiết kế đồ họa là thành phần cấu hình của hệthống đồ họa. Trình thiết kế đồ họa là trình soạn thảo được sử
dụng để tạo ra các hình ảnh.
- Graphics Runtime là các thành phần vận hành (Runtime) của Hệ thống đồ họa. Graphics Runtime hiển thị các hình
ảnh lên màn hình trong quá trình hoạt động và quản lý tất cả các đầu vào và các đầu ra.
2.2.2.3. Alarm Logging
a) Các nhiệm vụ của hệ thống thông báo
Các thông báo giúp cho người điều khiển biết về cácsự cố và các lỗi của quá trình. Chúng giúp phát hiện sớm
các trạng thái nguyhiểm và tránh được các thời gian chết của máy móc. Trong quá trình cấu hình, nên xác định rõ các
sự kiện sẽ kích hoạt các thông điệp về tiến trình. Ví dụ về một sự kiện có thể là một Bít nào đó trong PLC được lập
lên hoặc một giá trị của quá trình vượt quá giá trị giới hạn đã được định nghĩa từ trước.
b) Các thành phần của hệ thống thông báo
Hệ thống báo hiệu gồm có các thành phần cấu hình vàthành phần Runtime:
- Thành phần cấu hình của hệ thống báo hiệu là trình soạn thảo Alarm Logging. Alarm Logging được sử dụng để
định nghĩa thời điểm và kiểu của một báo động được hiển thị và nội dung của báo động. Trình thiết kế đồ họa cũng
có một đối tượng hiển thị đặc biệt đó là: Alarm Logging Control, được sử dụng để hiển thị các thông điệp.
22
- Alarm Loggin Runtime là thành phần runtime của hệ thống thông điệp. Khi ở runtime, Alarm Logging Runtime
chịu trách nhiệm thực thi các nhiệm vụ giám sát đã được định rõ. Nó cũng điều khiển cách hoạt động của đầu ra của
thông điệp và quản lý sự nhận biết của các thông điệp đó.
Các thông điệp được hiển thị trên WinCC Alarm Control ở dạng bảng.
Hình 2-11. Các thông điệp được hiển thị theo bảng
c) Khối thông điệp
Nội dung của một thông điệp được tổng hợp từ nhiều khối thông điệp. Mỗi khối thông điệp tương ứng với
một cột trong bảng hiển thị của WinCC Alarm Control. Người dùng có thể định ra những khối thông điệp sẽ được
xuất hiện trong thông báo. Có 3 nhóm khối thông điệp chính:
- Các khối hệ thống với dữ liệu hệ thống, ví dụ như: ngày, thời gian, số thông điệp, trạng thái của hệ thống.
- Các khối giá trị tiến trình với các giá trị của tiến trình, ví dụ: các mức đầy bình ở thời điểm hiện tại, nhiệt độ hoặc

tốc độquay của các động cơ.
- Các khối văn bản do người dùng định nghĩa, với phầnvăn bản mang tính chất giải thích, chẳng hạn như văn bản
thông điệp chứa thông tin liên quan đến vị trí và nguyên nhân gây ra lỗi.
d) Các trạng thái cơ bản của thông điệp
Có ba trạng thái cơ bản, đặc trưng của thông điệp đó là:
- Một thông điệp sẽ duy trì ở trạng thái Active của nó cho đến khi sự kiện gây ra thông điệp đó không còn tồn tại
nữa, chẳng hạn như nguyên nhân của thông điệp không còn tồn tại.
- Ngay khi nguyên nhân của thông điệp không còn tồn tại, thông điệp chuyển sang trạng thái Cleared.
- Một thông điệp có thể được cấu hình theo một cách mà người vận hành có thể dễ dàng nhận ra và hiểu được nó và
xử lý nó.Khi người vận hành xác nhận được thông điệp thì thông điệp nhận trạng thái Acknowledged.
e) Các nhóm thông điệp
Trong quá trình cấu hình, các thông điệp có thể được nhóm lại với nhau thành một nhóm thông điệp. Số
lượng thông điệp trong một nhómthông điệp là không hạn chế. Nhóm thông điệp được hình thành khi mà có ít nhất
một trong các thông điệp đơn, đã được xác nhận được xếp vào nhóm (phép Logic OR). Nhóm thông điệp sẽ không
còn nữa khi mà không có bất kỳ một thông điệp nào được xếp trong nhóm.
23
Các nhóm thông điệp có thể được sử dụng để hỗ trợ người vận hành có cái nhìn
tổng quan rõ ràng về hệ thống và đơn giản hóa trongcác trường hợp nào đó.
2.2.2.4. Hệ thống lưu trữ (Archiving System)
a) Nhiệm vụ của hệ thống lưu trữ
Trong quá trình vận hành, nếu muốn hiển thị một tham số của quá trình theo một trình tự thời gian, ví dụ như
theo biểu đồ hay theobảng, khi đó chúng ta cần truy nhập tới các giá trị của tiến trình trong quá khứ. Các giá trị này
được cất trong kho lưu trữ các dữ liệu tiến trình.
Trong thực tế, việc hiển thị theo thời gian rất quan trọng vì nó cho phép người vận hành có thể sớm nhận ra
các sự cố có thể xảy ra vớiquá trình của hệ thống. Ví dụ, trong một chu kỳ, nếu mực chất lỏng trong bình chứahạ
thấp xuống thì có thể phán đoán nguyên nhân là do rò rỉ chất lỏng, nhờ đó phảichú ý theo dõi ngay lập tức và có biện
pháp xử lý kịp thời để tránh phải dừng sản xuất hoặc hạn chết mực thấp nhất những hư hỏng của máy móc.
Truy nhập tới các giá trị của quá trình trong quá khứ một cách độc lập cũng là một lợi ích của hệ thống lưu
trữ. Điều này có thể giúp cho việc xác định những giá trị nào đó đã tăng quá cao tại thời điểm xảy ra vấn đề với hệ
thống sản xuất.

b) Các thành phần của hệ thống lưu trữ
Hệ thống lưu trữ giá trị của quá trình bao gồm các thành phần cấu hình và các thành phần thực thi:
- Thành phần cấu hình của hệ thống lưu trữ là trình soạn thảo Tag Logging. Ở đó, ta có thể cấu hình giá trị của quá
trình và các lưu trữ được nén, định ra các chu kỳ thu thập và lưu trữ, và lựa chọn các giá trị quá trình được lưu trữ.
- Tag Logging Runtime là thành phần thực thi của hệ thống lưu trữ. Tag Logging Runtime chịu trách nhiệm ghi lại
các giá trị quá trình cần được lưu trữ và vùng lưu trữ của giá trị quá trình ở chếđộ thực thi. Tag Logging Runtime
cũng chịu trách nhiệm đọc các giá trị quá trình đã được lưu trữ từ vùng lưu trữ giá trị quá trình, khimà những giá trị
này được yêu cầu, chẳng hạn cho mục đích hiển thị lên trên một số bộ điều khiển.
c) Đầu ra của dữ liệu quá trình
- Dữ liệu quá trình có thể được hiển thị trên một Picture hoặc xuất ra ở dạng báo cáo. Để làm điều này, có ba bộ điều
khiển trên Graphic Controller. WinCC Online Trend Control và WinCC Function TrendControl để phục vụ cho việc
hiển thị ở dạng đồ họa,và WinCC Online Table Control để hiển thị ở dạng bảng.
- Bạn có thể in ra các giá trị của quá trình từ cơ sởdữ liệu lưu trữ như một báo cáo. Bạn cũng có thể chọn giữa dạng
bảng và dạng đồ họa khi xuất ra.
24
Hình 2-12. WinCC Online Trend Control
Hình 2-13. WinCC Function Trend Control
Hình 2-14. WinCC Online Table Control
2.2.2.5. Hệ thống lập báo cáo
a) Nhiệm vụ của hệ thống lập báo cáo
Hệ thống lập báo cáo bao gồm 2 mục quan trọng của việc lập báo cáo:
- Dữ liệu cấu hình trong báo cáo.
- Dữ liệu thực thi trong báo cáo.
25