Thuyết trìnhBáo cáo đồ án môn SCADA

ĐỀ CƯƠNG Real Engineering
SCADA

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN TRẠM BƠM

www.hocthatlamthat.edu.v
n

Nhóm 1

THÀNH VIÊN

Mai Đức Huy
Nguyễn Hữu Tài
Bùi Thanh Thuận
Trịnh Minh Tân
Nguyễn Hữu Thắng
Phan Nhật Tân
Huỳnh Trọng Tiến
Nguyễn Minh Trí
Phạm Trung Hiếu
Nguyễn Khoa Điền

NỘI DUNG CHÍNH Real Engineering

✓ 01 Giới thiệu
✓ 02 Truyền thông
✓ 03 Phần mềm
✓ 04 Phần cứng
✓ 05 Nguyên lý hoạt động

www.hocthatlamthat.edu.v
n

01 Giới thiệu Real Engineering
Tính cấp thiết của hệ thống

www.hocthatlamthat.edu.v
n

Ý tưởng đề tài
Tính ứng dụng của đề tài

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering
n

Ý tưởng đề tài Trạm bơm là hệ thống cơ điện được lắp đặt để
phục vụ nhu cầu sử dụng nước cho các lĩnh vực
RealTEQ Academy | p. 6 như sinh hoạt, sản xuất, nông nghiệp,...

Ngày ngay các hệ thống trạm bơm càng hiện đại
và diễn ra một cách tự động và ít có sự can thiệt
của con người, các hệ thống này được con
người giám sát thông qua các thiết bị thông minh
giúp con người có thể điều khiển từ xa hoặc theo
dõi thơng tin nhằm xử lí khi xảy ra sự cố

Chính vì thế tụi em chọn đề tài hệ thồng trạm
bơm dưới sự hỗ trợ giám sát thông số về áp suất
và lưu lượng và xây dựng hệ thống SCADA để

giám sát và điều khiển từ xa

Tính ứng dụng đề tài

Tuy hệ thống trạm bơm của tụi em chỉ
đơn thuần mang tính chất phục vụ đồ
án nhưng lại có tính ứng dụng cao để
phục vụ nhu cầu về nước cho cuộc
sống.
Hệ thống trạm bơm của tụi em còn
nhiều thiếu sót nhất là về mặt tài
nguyên và thời gian nên vẫn còn hạn
chế nhất định để ứng dụng vào thực tế

RealTEQ Academy | p. 7

02 Truyền thông
Các loại truyền thông được sử dụng.

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering
n

Mạng CANopen
Giao thức modbus
Modbus TCP/IP
Modbus RTU

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering
n

Mạng CANopen là gì? Chức năng:
Giao tiếp: Mạng CANopen cho phép các thiết bị trao
Mạng CANopen là một giao thức mạng dựa trên đổi dữ liệu và thơng tin điều khiển. Nó hỗ trợ các
chuẩn Controller Area Network (CAN) được sử dụng chức năng như đọc, ghi, cấu hình và giám sát các
trong các ứng dụng điều khiển và tự động hóa công thiết bị.
nghiệp. Nó cung cấp một cách linh hoạt để kết nối và Quản lý mạng: CANopen cung cấp cơ chế quản lý
giao tiếp giữa các thiết bị và các thành phần khác mạng linh hoạt, cho phép thêm hoặc xóa thiết bị từ
nhau trong một hệ thống. mạng mà không cần phải tắt mạng hoặc tắt nguồn.
Phát hiện lỗi và gỡ lỗi: Giao thức này hỗ trợ khả
RealTEQ Academy | p. 10 năng phát hiện và xử lý các lỗi trong mạng.
Đồng bộ hóa và Dấu thời gian: CANopen cung
cấp các tính năng đồng bộ hóa và hẹn giờ, cho phép
các thiết bị hoạt động đồng bộ trong một hệ thống.

CANopen Network Client Nodes (nút Khách):
HMI (Human-Machine Interface):
Master Node (nút Chủ): Mô tả: Giao diện người-máy sẽ là
Mô tả: nút chủ trong hệ thống một nút khách, cho phép người
này có thể là một bộ điều khiển dùng tương tác với hệ thống,
tổng quan của trạm bơm, được xem trạng thái của các bơm và
thiết kế để giám sát và điều khiển gửi các lệnh điều khiển.
các hoạt động của các bơm khác
nhau trong trạm. Server Nodes (Nút Mục Tiêu):
Cảm Biến Áp Lực, Cảm Biến Mức Nước,
Slave Nodes (nút Con): Mơ tả: Các cảm biến trong trạm (ví dụ: cảm
Bơm 1, Bơm 2, ...:Mô tả: Mỗi biến áp lực để đo áp lực trong đường ống,
bơm trong trạm sẽ được kết nối cảm biến mức nước để đo mức nước) sẽ
và hoạt động như một nút con hoạt động như các nút mục tiêu. Chúng
CANopen. Chúng sẽ thực hiện cung cấp thông tin về trạng thái của các
các lệnh điều khiển từ nút chủ và thông số đo.

cung cấp thông tin về trạng thái
của bơm.

RealTEQ Academy | p. 11

Giao thức Modbus là gì?

Modbus là một phương pháp truyền thông nối tiếp được sử dụng để truyền thông tin qua đường nối
của các thiết bị điện tử . Các thiết bị cung cấp thông tin gọi là Slave và các thiết bị nhân thông tin gọi là
Master , trong mạng Modbus tiêu chuẩn có 1 Master và nhiều nhất 247 Slave với một Slave là một địa
chỉ ( Adress ) tương ứng với một thiết bị đo lường nào đó . Master có thể đọc dữ liệu từ Slave và cũng
có thể truyền dữ liệu xuống Slave .

Master Modbus là thiết bị Slave Modbus là thiết bị
nào ? nào ?
Master Modbbus là các Slave là các thiết bị đo
thiết bị có khả năng đọc lường hoặc các thiết bị
được dữ liệu từ các thiết bị điều chấp hành như : cảm
Slave . Các Master chính biến nhiệt độ , cảm biến áp
là PLC , PC , DCS …Khi suất , van điều khiển , thiết
cần một một thông tin bị đo công suất điện năng
Master gửi một thông điệp …Khi được Master gọi thì
xuống tất cả các slave các Slave truyền thơng tin
nhưng chỉ có một slave tới Master .
nhận được thông tin .

Hình 2.6 Modbus TCP/IP trong ngành tự động với hệ thống

SCADA

RealTEQ Academy | p. 12

Cách thức hoạt động của Modbus

Hình 2.7 Quy trình làm việc của Modbus trên Server

RealTEQ Academy | p. 13

Tổng quan về Modbus TCP

Modbus TCP: là một giao thức truyền thông dựa trên
giao thức mạng TCP/IP, được sử dụng rộng rãi trong tự
động hóa cơng nghiệp để kết nối và giao tiếp giữa các
thiết bị điều khiển và cảm biến.

1. Giao Thức Truyền Thông:
Modbus TCP sử dụng giao thức mạng TCP/IP, cho phép truyền thông qua
mạng Ethernet.

2. Port Sử Dụng:
Modbus TCP sử dụng cổng TCP 502 cho truyền thông.

3. Địa Chỉ IP và Cổng:
Các thiết bị Modbus TCP có địa chỉ IP duy nhất và cổng để giao tiếp.

4. Định Dạng Dữ Liệu:
Truyền thơng dưới dạng gói tin TCP/IP, sử dụng cú pháp chuẩn.

5. Phạm Vi Truyền Thông:
Có thể truyền thơng qua mạng Ethernet, cho phép kết nối và điều khiển từ xa.

6. Có Thể Kết Nối Nhiều Thiết Bị:
Modbus TCP cho phép kết nối nhiều thiết bị trên cùng một mạng Ethernet.

RealTEQ Academy | p. 14

Phương thức truyền thông Modbus TCP/IP

Modbus TCP làm cho định nghĩa Master-Slave truyền thống thay đổi. Vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng.
Trong mạng TCP, các Slave có thể chủ động truyền thông tin về các thiết bị quản lý trung tâm – Master. Sử dụng
địa chỉ IP trên các Master để quản lý tập trung từ phần mềm.
Modbus TCP/IP được sử dụng trên các mạng TCP/ IP hiện đại, có 2 loại triển khai Modbus TCP:
• Modbus RTU qua TCP, đơn giản chỉ là sử dụng TCP làm lớp vận chuyển cho các thơng điệp RTU.
• Modbus TCP bình thường và có một số thay đổi trong định dạng tin nhắn.
Vì được truyền trên nền TCP/IP nên tốc độ truyền của Modbus TCP/IP cao, đáp ứng realtime. Cao hơn hẳn
Modbus RTU.

Hình 2.8 Kết hợp Modbus TCP/IP và Modbus RTU

RealTEQ Academy | p. 15

Cấu trúc gói dữ liệu TCP/IP

1. Tầng Vật Lý (Physical Layer): Hình 2.9 Cấu trúc gói dữ liệu TCP/IP – Ethernet
Nhiệm Vụ: Định nghĩa các thông số về giao tiếp vật lý,
bao gồm đầu nối, dây cáp, tần số và mức điện áp.
Ví Dụ: Ethernet, Wi-Fi, cổng Ethernet, cáp đồng trục, cáp
quang...

2. Tầng Liên Kết Dữ Liệu (Data Link Layer):

Nhiệm Vụ: Đảm bảo truyền thông tin tin nhắn tin nhắn từ
một điểm đến điểm khác một cách tin cậy trong một
mạng cục bộ.

3. Tầng Mạng (Network Layer):
Nhiệm Vụ: Định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau
và kiểm sốt lưu lượng truyền thơng.

4. Tầng Giao Vận (Transport Layer):
Nhiệm Vụ: Đảm bảo giao tiếp đáng tin cậy giữa các thiết
bị đầu cuối trong mạng. Chia nhỏ dữ liệu thành các đoạn
nhỏ và đảm bảo độ tin cậy và sắp xếp chúng.

5. Tầng Ứng Dụng (Application Layer):
Nhiệm Vụ: Cung cấp giao diện và dịch vụ cho ứng dụng
và người dùng cuối. Đây là tầng mà ứng dụng và người
dùng giao tiếp trực tiếp.

RealTEQ Academy | p. 16

Khái niệm Modbus RTU Hình 2.9 Cấu trúc bản tin Modbus RTU

Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng Một bản tin Modbus RTU bao gồm: 1 byte địa
đường truyền vật lý RS-232 hoặc RS-485 và mơ hình dạng chỉ – 1 byte mã hàm – n byte dữ liệu – 2 byte
Master-Slave. Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi CRC như hình ở dưới.
trong nhiều lĩnh vực tự động hóa, cơng nghiệp…. vì những ưu
điểm ổn định – đơn giản – dễ dùng. • Ghi dữ liệu:
Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ
Chức năng và vai trị gói tin Modbus RTU như sau: dài dữ liệu – n byte dữ liệu cần ghi
• Byte địa chỉ: xác định thiết bị mang địa chỉ được nhận dữ Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ

dài dữ liệu
liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu nhận được từ địa chỉ nào Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm
(đối với Master). Địa chỉ này được quy định từ 0 – 254 truyền. cách tính giá trị của Byte CRC 16
• Byte mã hàm: được quy định từ Master, xác định yêu cầu Bit
dữ liệu từ thiết bị Slave. Ví dụ mã 01: đọc dữ liệu lưu trữ
dạng Bit, 03: đọc dữ liệu tức thời dạng Byte, 05: ghi dữ liệu
1 bit vào Slave, 15: ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave.

• Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi
giữa Master và Slave.
• Đọc dữ liệu:
Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu –
n byte dữ liệu đọc được

RealTEQ Academy | p. 17

Cách Modbus RTU thực hiện truyền thơng

Modbus có mơ hình dạng Master – Slave. Mỗi thiết bị trong mạng modbus
được cung cấp một địa chỉ duy nhất. Như các thiết bị đo, cảm biến: cảm biến
lưu lượng, cảm biến áp suất, . Trong frame truyền từ Master đến các Slave có
chứa ID định danh của thiết bị slave (1 đến 247). Tất cả các Slave đều nhận,
nhưng chỉ có thiết bị nào có cùng ID trong frame truyền mới phản hồi về
Master.

Hình 2.10 Truyền thông Master - Slave

RealTEQ Academy | p. 18

Truyền thơng Modbus RTU trong cơng ngh
iệp

Trong nhà máy, có rất nhiều thiết bị cảm biến, đo lường: Cảm
biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ Pt100.
Chưa kể đến các thiết bị công nghiệp nặng khác. Không thể
kéo mỗi dây nguồn, tín hiệu từ trung tâm giám sát, PLC
(Master) tới các thiết bị chức năng đó (Slave).

Giải pháp: Ta chỉ cần kéo dây 4 lõi: 2 cho nguồn, 2 cho tín Hình 2.11 Truyền thông Modbus RTU trong công
hiệu truyền thông Mobus RTU. Như vậy là đủ để cấp nguồn nghiệp
và truyền thơng các tín hiệu ON/OFF, đo lường từ các Slave
về PLC, hay trung tâm giám sát. Với mỗi Slave ta chỉ việc đặt
ID cho chúng. Thực tế rất tiết kiệm chi phí, giám sát theo thời
gian thực, dễ thi công và quản lý.

RealTEQ Academy | p. 19

Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RTU

Ưu
• Khoảng cách tối đđa ilàể1m200m

• Giảm tối thiểu dây kết nối vào PLC => giảm modul PLC
=> giảm chi phí

• Độ ổn định và ít nhiễu so với tín hiệu analog 4-20mA
• Các Modul độc lập nhau nên quản lý dể dàng
• Có thể dùng chung các hãng khác nhau có chuẩn

Modbus RTU.

Nhược
• Tín hiệu khơng nđhainểh m bằng việc dùng trực tiếp như

analog hoặc Digital
• Phù hợp cho điều khiển có thời gian đáp ứng 1s trở

xuống
• Cần PLC hay SCADA có cấu hình đủ mạnh để thực hiện

quản lý nhiều thiết bị đo lường, công nghiệp.

RealTEQ Academy | p. 20