GIÁO TRÌNH hệ THỐNG điều KHIỂN GIÁM sát và THU THẬP dữ LIỆU TRONG hệ THỐNG điện SCADA CHƯƠNG 3 cấu TRÚC PHẦN mềm hệ THỐNG SCADA

CHƯƠNG 3
CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ
THỐNG SCADA


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Chương này sẽ tập trung cụ thể vào các phần mềm của hệ
thống SCADA và giao thức truyền thông được sử dụng trong hệ
thống, cụ thể giới thiệu các nội dung sau:
- Các thành phần của một hệ thống SCADA.
- Các gói phần mềm SCADA.
- Các giao thức sử dụng trong hệ thống SCADA.
- Phát hiện lỗi.


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.2 THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG SCADA
3.2.1 Các đặc điểm chính của phần mềm một hệ thống SCADA
như sau
1) Giao diện người sử dụng:
Bàn phím.
Chuột.
Màn hình cảm ứng.
2) Trang đờ họa hiển thị:
Giao diện
Giới hạn số trang đồ họa.
Độ phân giải: lên tới 1280 x1024
triệu màu.

3) Cảnh báo (Alarm)

4) Đồ thị (Trend);
5) Giao diện RTU (hoặc
PLC);
6) Khả năng mở rộng;
7) Truy cập dữ liệu;
8) Cơ sở dữ liệu;
9) Mạng truyền thông;
10) Phát hiện lỗi và dự
phòng.


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.2.2 Các thành phần của một hệ thớng SCADA

Hình 3.1 Thành phần cơ bản của một hệ thống SCADA


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3 GÓI PHẦN MỀM CỦA HỆ THỐNG SCADA
3.3.1 Giới thiệu chung
Hiệu suất và năng suất của một hệ thống SCADA đối với
đối tượng đang sử dụng nó là rất quan trọng, điều này phụ thuộc
nhiều vào khả năng mở rộng của hệ thống theo các yêu cầu trong
tương lai.
Hệ thống phải dễ dàng trong nâng cấp và chỉnh sửa theo
các yêu cầu thực tế của đối tượng, để làm được điều này phụ

thuộc rất nhiều vào cấu hình phần mềm của hệ thớng.
Có hai phương pháp chính để thiết kế:
Hệ thớng SCADA.
Phương pháp tập trung

Phương pháp phân tán.


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3.1.1 Phương pháp tập trung: Nghĩa là một máy tính thực hiện
toàn bộ việc giám sát và thu thập dữ liệu dựa trên cơ sở dữ liệu bên
trong máy tính đó.
Những hạn chế của
phương pháp này là:
- Giá thành đầu tư ban
đầu rất lớn đối với các hệ
thống nhỏ.
- Khả năng mở rộng nhà
máy bị hạn chế.
- Hệ thớng dự phịng rất
tớn kém bởi vì tồn bộ hệ
thớng phải được nhân đơi.
- Nhân viên bảo dưỡng,
bảo trì phải u cầu có trình
độ cao.
Hình 3.2. Hệ thống tập trung


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3.1.2 Phương pháp phân tán: Nghĩa là hệ thống SCADA sẽ được điều
khiển bởi nhiều trạm máy tính nhỏ. Trên hình bên giới thiệu hệ thống phân tán

Hạn Chế:
-Truyền thông giữa các máy
tính là khơng phải đơn giản;
-Truyền dữ liệu và cơ sở dữ
liệu phải được nhân đơi đới
với tồn bộ các máy tính;
-Khơng có cách tiếp cận để
thu thập dữ liệu trực tiếp từ
các thiết bị trường (ví dụ nếu
có 2 trạm vận hành yêu cầu
cùng một dữ liệu, các RTU
phải được hỏi 2 lần).

Hình 3.3. Hệ thống phân tán


Chương 3: CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

Hệ thống SCADA theo phương pháp chủ khách

Một hệ thống chủ khách được
hiểu như sau:
Một máy chủ (server) là thiết
bị mà cung cấp toàn bộ dịch vụ
cho các máy khác trên hệ thống
mạng. Tất cả các máy khách

(Client) muốn sử dụng dịch vụ
thì cần phải yêu cầu lệnh từ
máy chủ.

Hình 3.4 Cấu hình chủ khách


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3.2 Hệ thớng dự phịng
Một ví dụ điển hình của một hệ thớng SCADA, nơi một trong những
thành phần có thể làm gián đoạn hoạt động của tồn bộ hệ thớng được
giới thiệu trên hình 3.5, gọi là hệ thớng SCADA khơng được bảo vệ
tớt.

Hình 3.5 Hệ thống SCADA khơng được bảo vệ tốt


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

Để đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy cho hệ thớng cần
thiết kế một sơ đờ có tính dự phịng như hình 3.6 dưới đây.

Hình 3.6. Sơ đồ sử dụng hai server.


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

Ngoài ra, để hệ thống
được đảm bảo hơn,

người ta thiết kế hai
đường mạng cho hệ
thống, một đường
hoạt động chính và
một đường dự phịng
như hình 3.7.

Hình 3.7. Sơ đồ sử dụng mạng LAN và mạng PLC


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3.3 Thời gian phản hồi
Các yêu cầu về mặt thời gian rất quan trọng đới với hệ
thớng SCADA, do đó thời gian phản hời của nó cần phải được đáp
ứng đúng u cầu:
- Hiển thị các giá trị tương tự và số (thu được từ các RTU) trên
trung tâm điều khiển tại các trạm vận hành: Thời gian đáp ứng lớn
nhất phải từ 1 đến 2 s.
- Yêu cầu điều khiển từ trạm vận hành đến các RTU: 1 s cho các
yêu cầu quan trọng, 3 s cho các yêu cầu ở mức độ khác.
- Xuất hiện cảnh báo (Alarm) trên các trạm vận hành: 1 s.
- Hiển thị các màn hình mới trên màn hình của trạm vận hành: 1 s.
Nhận các đồ thị và hiển thị trên trạm vận hành: 2 s.
Truy cập đến các sự kiện (ở RTU) hoặc các sự kiện quan trọng
khác: 1 ms.


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.3.4 Khả năng mở rộng của hệ thống
Khả năng mở rộng của hệ thớng là rất quan trọng, nó liên
quan đến tương lai sau này của một đới tượng có trang bị SCADA.
Do vậy khi thiết kế nhà đới tượng có trang bị hệ thống SCADA cần
chú ý đến các vấn đề sau:
- Phần cứng có thể được thêm vào phải tương thích với các phần
cứng đang sử dụng.
- Việc cài đặt phần cứng hiện tại của hệ thống SCADA, tủ điều khiển
, nhà điều hành hiển thị sẽ không bị ảnh hưởng khi bổ sung thêm
phần cứng.
Điều này bao gồm các hạng mục như cung cấp điện, tổ chức
hiển thị SCADA …vv.
- Các hệ điều hành sẽ có thể hỗ trợ được các yêu cầu bổ sung mà
không cần sự thay đổi lớn nào;
- Các phần mềm ứng dụng nên không cần sửa đổi trong cách thêm
mới RTU hoặc trạm vận hành tại trung tâm điều khiển.


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4 GIAO THỨC TRONG HỆ THỐNG SCADA
3.4.1 Giới thiệu chung
3.4.2.Giao thức mã chuẩn của Mỹ cho trao đổi thông tin ASCII
3.4.3. Giao thức ModBus
3.4.4. Giao thức Kết nối hệ thống mở OSI
3.4.5. Giao thức TCP/IP
3.4.6. Giao thức Bus trường FB
3.4.7. Giao thức Điều khiển dữ liệu mức cao HDLC.

Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.1 GiỚI THIỆU CHUNG
Giao thức giao tiếp hay còn gọi là Giao thức truyền thông,
Giao thức liên mạng, Giao thức tương tác, Giao thức trao đổi thông tin
(Communication Protocol) - trong công nghệ thông tin gọi tắt là giao
thức (Protocol).
Giao thức truyền thơng là gì?
Trong một hệ thớng mạng là phải làm sao cho các thiết bị có
cấu trúc khơng tương thích có thể truyền thơng cho nhau. Như vậy cần
đưa ra một thủ tục quy định chuẩn cho tất cả các thiết bị khi ḿn
tham gia mạng phải tn theo. Nó được gọi là giao thức truyền thông
(Protocol).


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

- Giao thức cấp cao
Gần với người sử dụng thường được thực hiện bằng phần
mềm, ví dụ:
FTP
HTTP
MMS
- Giao thức cấp thấp
Thường được thực hiện nhờ các thiết bị phần cứng, chẳng
hạn như:
TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol)
dùng trong giao diện vật lý của hệ thống Bus trường (Bus Field)

Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

- Giao thức truyền thơng

Nhiệm vụ của giao thức.
• Cắt thơng tin thành những gói dữ liệu để có thể dễ
dàng đi qua bộ phận truyền tải trung gian.
• Tương tác với phần cứng của Adapter
• Xác định được địa chỉ ng̀n và đích: Máy tính gửi
thông tin đi phải xác định được nơi gửi đến. đích phải nhận được
đâu là thông tin gửi cho mình.


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

Các yêu cầu đối các giao thức :
- Dễ dàng cho các hệ thống xử lý.
- Tính bảo toàn dữ liệu .
- Chuẩn hóa giao thức.
- Tốc đợ truy cập các thơng số cao:
Sau đây sẽ giới một số giao thức thông tin phổ biến.
Giao thức mã chuẩn của Mỹ cho trao đổi thông tin ASCII
Giao thức ModBus
Giao thức Kết nối hệ thống mở OSI
Giao thức TCP/IP
Giao thức Bus trường FB
Giao thức Điều khiển dữ liệu mức cao HDLC.


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.2 GIAO THỨC MÃ CHUẨN ASCII
Giao thức ASCII:
Ưu điểm : Đơn giản nên được sử dụng rộng rãi.
Nhược điểm : Giao thức này là chậm và khó sử dụng với các hệ
thớng lớn với nhiều nút mạng.
Nói chung giao thức ASCII chỉ sử dụng trong các hệ thớng
khơng địi hỏi tớc độ trao đổi thông tin nhanh với một trạm chủ
(Master) và các trạm khách (Slave).
Master
Line Bus
Slavel

Slave2

SlaveN

Hình 3.8. Sơ đờ ghép nới giữa trạm chủ và trạm tớ


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.2.1 Giao thức ASCII cơ bản cho các IED
Các IED sớ có sẵn các cổng ghép nối truyền thông như chuẩn
truyền thông RS232, RS485,…Các chuẩn này được sử dụng trong việc
truyền số liệu giữa các trạm chủ (Master) và các trạm khách (Slave).
Master

Slavel

Slave2

SlaveN

Hình 3.9. Sơ đờ ghép nới Master/Slave theo chuẩn RS232


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

Master

Slave l

Slave 2

Slave n

Hình 3.10. Sơ đờ ghép nới Master/Slave theo chuẩn RS485


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.2.2 Cấu trúc giao thức
- Phương thức hoạt động của giao thức ASCII cơ bản là
hỏi/đáp, chúng được áp dụng trong truyền thông giữa trạm chủ
(PC, PLC) với các IDE, trạm chủ luôn phát tín hiệu một cách
tuần tự.
- Độ dài cực đại của mỗi mã trả lời tối đa 20 ký tự.
- Dùng phương pháp kiểm soát lỗi tổng (Check Sum) để kiểm
tra giá trị các số HEX trong bản tin.

Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.3 GIAO THỨC ModBus
( SV đọc tài liệu)


Chương 3 CẤU TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG SCADA

3.4.4 GIAO THỨC KẾT NỐI HỆ THỐNG MỞ OSI
Mơ hình kết nới hệ thớng mở OSI (Open System
Interconnection), cịn được gọi là mơ hình quy chiếu OSI được tổ
chức tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1983.

Mơ hình này bao gờm 7 lớp, trong đó mỗi lớp được phân
cơng một chức năng riêng nhằm mục đích trao đổi dữ liệu của các
thiết bị khác nhau trong mạng.
Các chức năng của 7 lớp này có thể chia ra làm 2 nhóm như

sau:
Nhóm 1, Kết nối (Interconnection):
Nhóm 2, Trao đổi ứng dụng (Interworking):


Mơ hình OSI

Layered Architecture

25