Nghiên cứu thiết kế hệ thu thập dữ liệu và điều khiển

GVHD: Th.s Tống Thị Lý

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.
.......................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
1

1

GVHD: Th.s Tống Thị Lý

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

2

2


GVHD: Th.s Tống Thị Lý

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
3

3


GVHD: Th.s Tống Thị Lý

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Xác nhận của giáo viên phản biện

4

4


LỜI CAM ĐOAN

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan bản Đồ Án: “Nghiên cứu thiết kế hệ thu thập dữ liệu
và điều khiển” do chúng em tự thiết kế dưới và các số liệu và kết quả là hoàn toàn
đúng với thực tế.
Để hoàn thành bản đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi
trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu
nào khác.

5

5


LỜI NÓI ĐẦU

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

LỜI NÓI ĐẦU
---oOo--Trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước đối với nền
công nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng thì lĩnh vực Tự Động Hóa đã và
đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Vì nó nâng cao chất lượng sản phẩm,
thân thiện với môi trường, hạ được giá thành sản phẩm, tính cạnh tranh cao và
đặc biệt là nâng cao tính an toàn cho con người.
Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực như
tin học, điện tử công suất, điện tử … đã trở thành một công cụ vô cùng hiệu quả
được Tự Động Hóa có những bước tiến bộ và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Điển hình là việc ra đời những thiết bị như biến tần để điểu khiển tốc độ của
động cơ không đồng bộ hay bộ PLC được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng
các hệ thống, dây chuyền trong công nghiệp …

Được sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo Tống Thị Lý. Bộ môn Tự động
hóa – Khoa Điện – Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, nhóm sinh viên lớp
ĐIỆN 3 – K6 chúng em đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng đồ án tốt nghiệp với
đề tài “ nghiên cứu hệ thu thập dữ liệu và điều khiển “. Nội dung đồ án tốt nghiệp
gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển
Chương 2:Khảo sát mô hình Y-0044B.
Chương 3:Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển.
Chương 4: Kết luận đáng giá kết quả ,hướng phát triển đề tài
Dưới đây là báo cáo chi tiết về nội dung, kết quả thu được và những hạn
6

6


LỜI NÓI ĐẦU

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

chế của nhóm sau quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian nghiên cứu không nhiều nên
đồ án và báo cáo không thể trách khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm sinh viên
rất mong và trân trọng những ý kiến phê bình đóng góp của các thầy cô và các bạn
sinh viên đề đồ án được hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội,tháng 5 năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện

7

7


MỤC LỤC

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

MỤC LỤC

8

8


MỤC LỤC

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

LỜI CẢM ƠN
---oOo--Trong quá trình thực hiện Đồ án. Chúng em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều
từ cô Tống Thị Lý, từ việc hỗ trợ chúng em về các thiết bị trong mô hình, việc tạo
điều kiện cho chúng em được thử nghiệm trên phòng thực hành, đến việc hướng dẫn
bước khởi đầu cho chúng em trong quá trình tìm hiểu về một giao thức mạng.
Chúng em xin cảm ơn Cô rất nhiều .
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong Khoa Điện, các bạn
trong lớp đã giúp đỡ, trao đổi các thiết bị, các kiến thức về mạch điện, giúp chúng
em hoàn thành bài Đồ án tốt nghiệp này .
Thế nhưng, do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện vẫn chưa được
hoạch định rõ ràng, thế nên trong bài đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Chúng em
rất mong được sự cảm thông và đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn để bài

Đồ án của chúng em được hoàn chỉnh hơn .
Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!
Hà Nội,ngày tháng năm 2015

9

9


MỤC LỤC

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

PLC

Programable
Logic Controller

Thiết bị điều khiển logic khả
trình

HMI

Human- Machine Interface

Giao diện người và máy

PC

Personal Computer

Máy tính cá nhân

WINCC

Window Control Centrel

Màn hình điều khiển trung tâm

RTU

Remote Terminal Unit

Khối điều khiển từ xa

SCADA

Supervisory Control And
Data Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát
và thu thập dữ liệu

GUI

Graphical User Interface

Giao diện người sử

dụng

10

OSI

Open System
Interconnection

Hệ thống mở

TxD

Transfer Data

Chuyển dữ liệu

RxD

Receive Data

Nhận dữ liệu

CRC

Cyclic Redundancy Check

Vòng kiểm tra lỗi

10

MỤC LỤC

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG ĐỀ TÀI

11

11


MỤC LỤC

Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỀ TÀI

12

12


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG THU THẬP
DỮ LIỆU LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

1.1 Giới thiệu về hệ thống SCADA
1.1.1 Khái niệm

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần không thể
thiếu được trong một hệ thống tự động hóa hiện đại. Từ những năm gần đây, tiến
bộ trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm đã thực
sự đem lại nhiều khả năng mới, giải pháp mới.
Giống như nhiều từ viết tắt có tính chất truyền thống khác, khái niệm
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) cũng được hiểu với những
ý nghĩa hơi khác nhau, tùy theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian.
Có thể, khi nói tới SCADA người ta chỉ liên tưởng tới một hệ thống mạng
và thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải
về một khu trung tâm để xử lý. Các hệ thống ứng dụng trong công nghiệp khai
thác dầu khí và phân phối năng lượng là những ví dụ tiêu biểu. Theo cách hiểu
này, vấn đề truyền thông được đặt lên hàng đầu.
Trong nhiều trường hợp, các khái niệm SCADA và “None SCADA” lại
được dùng để phân biệt các giải pháp điều khiển giám sát dùng công cụ phần
mềm chuyên dụng (ví dụ FIX, InTouch, WinCC, Lockout,…) hay phần mềm phổ
thông (Access, Excel, Visual Basic, Delphi, Jbuilder,…) ở đây, công nghệ phần
mềm là vấn đề quan tâm chủ yếu.
Nói một cách khái quát, một hệ SCADA không có gì khác là một hệ thống
điều khiển giám sát, tức là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quan sát và
điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường. Đương
nhiên, để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có hệ thống truy nhập
(không chỉ thu thập) và truyền tải dữ liệu, cũng như cần phải có giao diện người –
máy (Human – machine Interface, HMI). Tùy theo trọng tâm của nhiệm vụ mà
người ta có thể có những cách nhìn khác nhau.
1.1.2 Phân loại

Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:

13

13


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

•

SCADA độc lập

•

SCADA nối mạng.

•

SCADA không có khả năng đồ họa

•

SCADA có khả năng xử lí đồ họa thông tin thời gian thực

Trong đó hai hệ SCADA cơ bản:
-Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ
liệu với một bộ vi xử lí. 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 lí. 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.
1.1.3 Những chuẩn đánh giá

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 họa có sẵn, khả năng truy
cập và cách kết nối dữ liệu từ quá trình kĩ 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 hóa 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.

14

14


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1.4 Cấu trúc chung

Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình
được minh họa trên hình 1.1. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là
giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kĩ thuật. Trong khi đó, hệ
thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và máy.
Các thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm – điểm, hoặc thông qua mạng
truyền thông.

Hình 1.1: Cấu trúc chung của một hệ SCADA

Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng ta 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:
15

15


CHƯƠNG 1
•

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

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 (compact digital 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 sát và 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.

1.1.5 Các thành phần chức năng cơ bản của một hệ SCADA.

Xét một các tổng quát, một hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu bao
gồm những thành phần chức năng cơ bản như liệt kê dưới đây:

1.1.5.1 Phần cứng.
•

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, PC, PLC)

•

Trạm vận hành (Operator Station)

1.1.5.2 Phần mềm.
•

Giao diện vào/ra (phần mềm giao diện quá trình), dưới các dạng I/O
Drivers.

16

16

CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

•

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 trình tự, điều khiển công
thức...

Hình 1.2: Các thành phần phần mềm trong một hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

1.1.6 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 ở 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
17

17


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

hành sản xuất) trên giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức
năng tổng thể cho các công ty sản xuất chuyên nghiệp.
1.1.6.1 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 số các 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. Các thiết bị
thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thông tin, trước khi đưa lên cấp điều
khiển.
1.1.6.2 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 đó được người
đứng máy trực tiếp đảm nhiệm qua việc theo dõi các công cụ đo lương, 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.

18

18


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.3: Mô hình phân cấp chức năng.

1.1.6.3 Cấp điều khiển giám sát.
Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình
kĩ thuật. Khi đa số các chức năng như điều khiển, đo lường, 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 một số trường
hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối
hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dược
phẩm, hóa 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 tiện lợi 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 hóa 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
19

19


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

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.
1.1.7 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 thập và điều khiển 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 cấp trên về
mặt sản xuất nhưng cũng thuộc sự giám sát – điều khiển vật lý 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 lý được trợ giúp tự

động hóa 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 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 ’ien hay giảm chỉ tiêu đóng cắt các đối tượng của
mình, qua hệ truyền tin gửi lệnh đó đến cấp SCADA có ’ien 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 ’ien 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: 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: Dùng các dữ liệu trên để cung cấp các dịch vụ về điều khiển,
giám sát hệ sản xuất.
-Thứ ba: 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…)
20
20


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-Thứ tư: Điều khiển từ xa quá trình sản xuất (đóng cắt các máy móc thiết
bị, ’ien giảm nấc phân áp …)
-Thứ năm: 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 hóa việc quản lý giám sát điều khiển cho một đối tượng sản xuất công
nghiệp. Tùy theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hóa ta có thể xây dựng hệ
SCADA thực hiện một số những nhiệm vụ tự động hóa như: thu thập giám sát từ
xa về đối tượng, điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng, điều chỉnh tự động từ xa
với các đối tượng và các cấp quản lý.
Ngày nay, hầu hết các hệ SCADA còn có khả năng ’ien kết 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 …
1.1.8 Phần mềm điều khiển giám sát.

Trong giải pháp điều khiển giám sát, hệ thống truyền thông ở 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 ’ung Ethernet), thì cơ sở hạ tầng cho
việc truyền thông không còn là vấn đề lớn phải giải quyết. Vì vậy, trọng tâm của
việc xây dựng các giải pháp SCADA trong thời điểm hiện nay là vấn đề lựa chọn
công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.

1.1.8.1 Cấu trúc chung của các phần mềm điều khiển giám sát.

Hình 1.4: Cấu trúc chung của phần mềm điều khiển giám sát.

21

21

CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cơ sở dữ liệu quá trình
Chức năng:
Cơ sở dữ liệu quá trình thực hiện chức năng quản lý, lưu trữ nhưng dữ liệu,
thông tin về quá trình, về hệ thống bao gồm:
1.1.8.2
a.

•

Dữ liệu quá trình.

•

Dữ liệu tình trạng hệ thống

•

Dữ liệu quá khứ

•

Dữ liệu cảnh báo

•

Dữ liệu vận hành

b.

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,…
c.

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.

Giao diện người – máy.
Giao diện người máy thương bao gồm các thành phần cơ bản sau:

d.
•

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 vòng điều khiển (chế độ
điều khiển, các giá trị biến và tham số điều khiển, tình trạng báo động).

22

22


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

•

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.

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:
e.

23

•

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.

•

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.

•

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.
23


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2 Nguyên tắc thiết kế HMI trên WinCC
1.2.1 Các nguyên tắc chung khi thiết kế HMI

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phần mềm cho hệ SCADA như WinCC
(Siemens), Fix-Intellution, Wonderware, Scitect, Plantscape (Honeywell)... Tuy
nhiên, trong giới hạn đồ án chúng em xin giới thiệu phần mềm WinCC sử dụng
cho hệ SCADA trạm vận chuyển gia công và phân loại sản phẩm.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển
chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để
thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như
Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các sản
phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ
hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động
hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên
phần mềm cho PC.
Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn
nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui
mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES
(Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và
ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy
mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới.
Hệ thống WinCC bao gồm các hệ thống con:

24

•

Hệ thống đồ họa (Graphics system)

•

Ghi nhận cảnh báo (Alarm logging)

•

Hệ thống lưu trữ (Archiving System)

•

Hệ thống cảnh báo (Report System)

•

Truyền thông (communication)

•

Quản trị người dùng (user administration)
24


CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.2 Đặc điểm của Simatic-WinCC V7.0
-

-

-

-

-

-

-

-

25

Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: WinCC sử dụng công nghệ phần
mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoff, người
dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà
Microsoft là người dẫn đầu.
Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA: Ngay từ hệ thống WinCC
cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi
động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh (picture), các
cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ
dàng được thiết lập.
Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp: WinCC là một
mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ
thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy
tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc
phân tán với nhiều máy chủ (server)

Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC): Các giao diện
chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình
chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các tính năng
như ActiveX control và OPC server và lient cũng được tích hợp sẵn.
Ngôn ngữ vạn năng: WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình ANSI–
C.
Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ
liệu: Tất cả các mô đun của của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện
lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API). Điều đó có
nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WinCC và các hàm thực
hiện (runtime) vào một chương trình của người sử dụng.
Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến bằng các Wizards: Người thực hiện việc
cài đặt cấu hình hệ thống có một thư viện đầy đủ cùng với các hộp thoại và
Wizards. Tại giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống, các thay đổi có thể thực hiện
trực tuyến (on line).
Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ: Phần mềm WinCC
được thiết kế trên cở sở nhiều ngôn ngữ. Nghĩa là, người dùng có thể chọn
tiếng Anh, Đức, Pháp hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử
dụng. Các ngôn ngữ này cùng có thể thay đổi trực tuyến.
Giao tiếp với hầu hết các loại PLC: WinCC có sẵn các kênh truyền thông để
giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như
thông qua các giao thức chung như Profibus DP, DDE hay OPC. Thêm vào
25