Mạng SCADA giám sát và thu thập số liệu điện năng

Luận Văn Tốt Nghiệp

MỞ ĐẦU
Điều khi ển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một ph ần không
thể thiếu được trong một hệ th ống tự động hoá hiện đại. Từ những năm gần
đây, sự tiến bộ trong lĩnh vự c truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mền
đã thực sự đem lại nhiều kh ả n ăng mới, giải pháp mới. Chưa bao giờ, việc tạo
dựng các ứng dụ ng SCADA lại đơn giản như bây giờ. Nếu như trước đây,
ngành điện cần phải có nh ững panel điều khiển bằng cả một bức tường với chi
chít những đèn báo, cơng tắc, đồ ng hồ và vài người đứng xem xét, theo dõi
mạng lưới cung cấp điện: nơi non tải, hay những sự cố đứt dây, ch ập mạch thì
nay với giải pháp dùng hệ SCADA, ta chỉ dùng tay tác động vào “chuột” thì các
thơng số ở vùng nào mu ốn theo dõi sẽ hiện lên.Việc điều điện áp, cắt tải hay
mở rộng cửa xả nước để tăng cơng su ất phát điện đó cịn được truyền đến các
nhà máy phát điện khác để cùng tham gia hòa đ iện lên trên mạng lưới điện
quốc gia.Với sự tiến bộ như vậy, em đã chọn đề tài này để củng cố nhiều kiến
thức. Và từ đó có nhiều khả năng để xây dự ng nên các giải pháp SCADA mà
trọng tâm của việc xây dựng các giải pháp này trong thời điểm hiện nay là dùng
công cụ phần mềm thiết kế giao di ện và tích hợp hệ thống.Vì vậy trong đề tài
về phần mềm em chọn phần mềm SCADA là WinCC. Còn các thiết bị bao gồm
các bộ đo điện năng là Mach 30, PLC S7- 300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU
226, các contactor, các relay, và tải là các bóng đèn và động cơ không đồng bộ
ba pha. Trừ động cơ ra tất cả các thiết bị trên được gắn trên panel.
Và với nhiệm vụ của đề tài là tìm hiểu về WinCC, Simatic S7-200/300,
chuẩn truyền thông Modbus, chuẩn truyền thông Ducati (hỗ trợ cho việc truy ền
thơng giữa máy tính với Mach 30), thiết kế hệ SCADA-giám sát và thu thập số
liệu điện năng. Nên trong luận văn này ở chương một em giới thiệu về SCADA
và HMI. Và vì hệ thống SCADA một phần phát triển trên cơ sở của sự phát
triển mạng máy tính và truyền thơng cơng nghiệp nên em giới thiệu khái quát về
mạng công nghiệp ở chương hai. Và trong chương ba giới thiệu về PLC S7-200,
PLC S7-300. Thêm vào đó trong chương bốn giới thiệu về Mach 30. Cuối cùng

trong chương năm giới thiệu về WinCC.
Vì th ời gian thực hiện đề tài có h ạn nên trong luận v ăn này khơng trách
khỏi những sai sót. Kính mong q thầy cơ và độc giả nhiệt tình bỏ qua.
Tp.HCM, ngày 12/1/2002
Sinh viên thực hiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

MỤC LỤC

Trang

Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI................................................... 1
I
Khái niệm về SCADA và HMI........................................................................ 1
II Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA............................................. 3
III Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA.......................... 4
IV Phân loại hệ thống SCADA.............................................................................. 5
V Tiêu chuẩn đánh giá............................................................................................. 6
VI SCADA lên WEB................................................................................................. 9
VII Nhìn về tương lai.................................................................................................... 9
Chương 2
MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP............................... 11
I
Khái niệm.............................................................................................................. 11
1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp........................................ 11
2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN............................................... 12
II Cơ sở kỹ thuật...................................................................................................... 16

1 Khái niệm về thời gian thực........................................................................... 16
2 Kiến trúc giao thức............................................................................................. 17
3 Chuẩn truyền dẫn................................................................................................ 35
III Modbus................................................................................................................... 43
1 Cơ chế giao tiếp................................................................................................... 44
2 Chế độ truyền dẫn............................................................................................... 46
3 Cấu trúc bức điện................................................................................................ 47
4 Bảo toàn dữ liệu.................................................................................................. 51
5 Modbus Plus......................................................................................................... 52
IV Lập trình cổng COM(RS-485)....................................................................... 53
V Cáp chuyển đổi RS-232/485........................................................................... 58
Chương 3
PLC.............................................................................................................. 61
A.Giới thiệu VỀ PLC................................................................................................. 61
I Khái niệm về PLC.............................................................................................. 61
II Đặc điểm bộ điều khiển lập trình................................................................... 61
III Cấu trúc.................................................................................................................. 65
IV Cổng truyền thông.............................................................................................. 66
V Ưu nhược điểm của PLC................................................................................... 67
VI Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC................................................ 68
B.PLC SIEMENS S7-200......................................................................................... 70
I Giới thiệu............................................................................................................... 70
II Bộ nhớ...................................................................................................................... 70
III Tập lệnh PLC S7-200........................................................................................ 72
IV Bảng sự kiện ngắt và thứ tự ưu tiên............................................................. 76
V Vùng nhớ đặc biệt................................................................................................ 77
VI Giới thiệu về SIEMENS SIMATIC S7-200 (CPU 226)......................78
C.PLC Siemems S7-300............................................................................................ 80
I Thiết bị điều khiển logic khả trình............................................................... 80

Luận Văn Tốt Nghiệp

II Ngơn ngữ lập trình............................................................................................... 87
III Tổ chức bộ nhớ CPU......................................................................................... 88
IV Giới thiệu về CPU 314IFM............................................................................ 90
Chương IV
MACH 30........................................................................................... 98
I Giới thiệu............................................................................................................... 98
1. Các tính năng của MACH 30
99
2. Các thông số của MACH 30
99
3 Công suất trung bình...................................................................................... 99
4. Hệ số dạng THDF
99
5 Các giá trị đo được hiển thị sẵn............................................................... 100
6. . .Mạng nối kết các thiết bị và máy tính
101
7 Ứng dụng......................................................................................................... 102
II Cách sử dụng MACH 30........................................................................... 102
1 Các menu và các phím chức năng.......................................................... 102
2 Cách kết nối nguồn cung cấp................................................................... 103
3 Cách kết nối MACH 30 với tải............................................................... 103
4 Cogeneration.................................................................................................. 104
5 Hai ngõ vào analog...................................................................................... 105
6 Bốn ngõ ra cực thu hở................................................................................. 106
7 Các thông số trong menu đặt cấu hình................................................. 107
III Giao thức truyền thơng của Ducati........................................................ 108
1 Giới thiệu......................................................................................................... 108

2 Ứng dụng......................................................................................................... 108
3 Diễn tả............................................................................................................... 108
4 Frame yêu cầu dữ liệu................................................................................. 111
5 Những frame lệnh......................................................................................... 119
Chương 5
SIMATIC WINCC CONTROL CENTER............................... 124
A.Giới thiệu................................................................................................................. 124
I Control Center trong hệ thống WinCC................................................. 124
II Project................................................................................................................ 133
B.Cách lập trình WinCC......................................................................................... 136
I Khái niệm........................................................................................................ 136
1 Cấu trúc............................................................................................................ 136
2 Giao diện của WinCC................................................................................. 136
II Cách lập trình................................................................................................... 138
1 Khái niệm về tag của WinCC................................................................... 138
2 Driver của WinCC........................................................................................ 139
3 Tạo picture...................................................................................................... 139
4 Cách tạo thư viện liên kết động............................................................... 140
5 Sử dụng tập tin liên kết động................................................................... 143


Luận Văn Tốt Nghiệp

BÁO CÁO KẾT QUẢ THI CƠNG VÀ HƯỚNG
PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1.Kết quả thi công
Thu thập tốt dữ liệu từ các bộ đo Mach 30 về máy tính thơng qua bộ
chuyển đổi RS -232/485 và phần mềm WinCC và đồng thời từ máy tính thơng
qua phần mềm này đã điều khiển được các ngõ ra của Mach 30
Vì WinCC có hỗ trợ Driver cho PLC S7-300 nên việc kết nối giữa máy

tính với S7- 300 CPU 314IFM rất dễ dàng nên em đă kết nối thành công trong
việc đọ c dữ liệu cũng như điều khiển . Cịn S7- 200 thì WinCC khơng hỗ trợ
nên em viết chương trình con riêng và viết theo frame truyền của Ducati cho
PLC S7-200 và WinCC. Kết quả đã kết nối thành cơng
WinCC có hỗ trợ trong vi ệc lưu trữ xử lý dữ liệu (ví d ụ như các giá trị
đo và các thông tin báo động)và nên em đã tìm hiểu được các thức mà WinCC
lưu d ữ li ệu và có thể đọc các dữ liệu mà WinCC thu thập được từ Mach 30
cũng như PLC S7-220 và S7-300 từ các phần mềm khác như Excel, Access,
ISQL…Và em đã thực hiện trên các phần mềm này thành công trong việc đọc
và xử lý dữ liệu đó
Cụ thể:
Đây là hình chụp panel:


Luận Văn Tốt Nghiệp

Kết quả thu thập được từ Mach30 các giá trị:tần số, điện áp tương đương
ba pha, áp dây 1-2, áp dây 2-3, áp dây 3-1:

Đồ thị U12(t),U23(t),U31(t):


Luận Văn Tốt Nghiệp


Luận Văn Tốt Nghiệp


Luận Văn Tốt Nghiệp

2.Hướng phát triển của đề tài
Đề tài này một phần khẳng định tính năng mở, độ linh hoạt trong hệ
thống SCADA tứ c là có thể dùng mạng truy ền thông dựa theo giao thức
Modbus và chuẩn RS-485 này có thể ghép nối nhi ều thiết bị (có hỗ trợ giao
thức và chuẩn này) thuộc các hãng khác nhau. Hơn nữa với sự hỗ trợ mạnh về
cơ sở dữ liệu của như khả năng tích hợp của WinCC nên ta có thể ghép nố i với
các hệ th ống khác và có kh ả năng m ở rộng đến cấp quản lý, chứ không nhất
thiết là ở cấp chấp hành và cấp điều khiển. Vì v ậy h ệ thống SCADA này có
khả năng mở rộng và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: khu công nghiệp, khách
sạn, nhà hàng, bảo tàng, trung tâm thương mại, hệ thống chuyển mạch ATS, hệ
thống kho chứa và phân phối xăng dầu,…


Luận Văn Tốt Nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO
WinCC Configuration Manual(Volume1/Volume2) –Edition February 1999
(Siemens)
WinCC Getting Started Manual -Edition August 1997 (Siemens)
Tự động hố với SIMATIC S7-300 (Nguyễn Đỗn Phước-Phan Xn
Minh-Vũ Văn Hà )
Tự động hố với SIMATIC S7-200 (Nguyễn Đỗn Phước-Phan Xn
Minh)
Tạp chí Tự Động Hố Ngày Nay(Automation Today)
Mạng Truyền Thơng Cơng Nghiệp (Hoàng Minh Sơn)
SIMATIC Loadable Driver for Point-to-Point CPs: MODBUS Protocol, S7
is master/slave manual Edition 2(Siemens)
SIMATIC Data Highway Reference Manual (Siemens)
SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation
Manual(Siemens)

SIMATIC S7-300 Programmable Controller Integrated Functions CPU 312
IFM/314 IFM Manual (Siemens)
SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual (Siemens)
Các Kỹ Xảo Lập Trình Với Visual Basic Và Borland Delphi (Lê Hữu Đạt)
Kỹ Thuật Lập Trình C (Phạm Văn At)
Tin Học II (Đặng Thành Tín)
Serial Port Complete (Jan Alexlson)
Kỹ Thuật Ghép Nối Máy Tính (Ngơ Diên Tập)
Các Luận Văn Tốt Nghiệp của các khoá trước trong bộ mơn ĐKTĐ
Luận Văn Tốt Nghiệp

Chương 1
I.Khái niệm về SCADA và HMI
Thị trường tiêu thụ hàng hoá luôn đòi hỏi không ngừng nâng cao
chất lượng, giảm giá thành, đổi mới kết cấu, mẫu mã sản phẩm. Nhu cầu
đó đặt ra yêu cầu tìm kiếm một phương thức sản xuất mới để tạo nên các
dây chuyền sản xuất tự động cho phép nhanh chóng thay đổi mẫu mã, loại
sản phẩm. Dây chuyền tự động “cứng” gồm nhiều thiết bị tự động chuyên
dùng đòi hỏi vốn đầu tư lớn, nhiều thời gian để thiết kế và chế tạo, trong
lúc quy trình công nghệ luôn cải tiến, nhu cầu đối với chất lượng và quy
cách của sản phẩm luôn thay đổi. Bởi vậy nhu cầu mền hoá hay linh hoạt


dây chuyền sản xuất ngày càng tăng. Các dây chuyền sản xuất có khả
năng thay đổi nhanh chóng lại không tốn nhiều công suất để chuyển sang
sản xuất sản phẩm mới, sang một quy trình công nghệ mới. Để đáp ứng
được nhu cầu trên, yêu cầu phải có một hệ thống sản xuất mới. Hệ thống
sản xuất tự động linh hoạt hay gọi tắt là hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)
áp dụng thành tựu khoa học và kỹ thuật về tin học, kỹ thuật điều khiển số,
điều khiển người máy. Đặt biệt là mô hình sản xuất tự động Workcell –tế

bào sản xuất tự động –là đơn vị cơ bản có khả năng làm việc độc lập
hoàn toàn với các bộ phận khác trong nhà máy, nó đảm đương việc thực
hiện hoàn tất một công đoạn trong quy trình sản xuất. Một workcell hiện đại
còn có thể biến đổi chức năng làm việc để phù hợp với nhu cầu mới
cũng như kết nối với các workcell khác để tạo nên dây chuyền sản xuất linh
hoạt. Dây chuyền công nghiệp dùng người máy được điều khiển bằng máy
tính điện tử cùng với các thiết bị gia công điều khiển số dạng NC và CNC
tạo ra khả năng dễ dàng thay đổi quy trình làm việc, sự thuyên chuyển công
việc có thể thực hiện chủ yếu chỉ bằng sự thay đổi chương trình cho máy
tính . Các thiết bị này thay thế dần các máy tự động “cứng” .Hệ thống sản
xuất linh hoạt bao gồm nhiều vấn đề phức tạp như: cấu trúc tổ chức, quản
lý các phần tử cơ bản trong hệ thống đến việc đánh giá lợi ích, các vấn
đề xã hội mà hệ thống sản xuất gây ra. Hệ thống điều khiển giám sát
và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phương thức tiên tiến điều khiển hệ
thống sản xuất tự động trong công nghiệp và phương thức điều khiển SCADA
có thể được ứng dụng vào việc giám sát và điều khiển tế bào sản xuất
workcell. Vậy ta sẽ giới thiệu sơ lược về hệ thống SCADA

Hệ SCADA ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng
kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 1


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Giống như nhiều từ viết tắt có tính truyền thống khác, khái niệm
SCADA ( Supervisory Control And Acquisition) cũng được hiểu với những ý
nghóa khác nhau, tuỳ theo lónh 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 tuý 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, Lookout,…) hay phần
mềm phổ thông (Acess, Excel, Visual Basic, Delphi, Jbuilder,…). Ở đây, công
nghệ phần mềm là vấn đề quan tâm chủ yếu
Nói một cách tổng 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 thông thường.
Đương nhiên, để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có một hệ
thống truy cập ( không chỉ thu thập! ) và truyền tải dữ liệu, cũng như cần
phải có giao diện người -máy (Human - Machine Interface, HMI). Tuỳ theo trọng
tâm của nhiệm vụ mà người ta có những cách nhìn khác nhau. Tuy nhiên
một hệ SCADA thường phải có đủ những thành phần sau đây :

+Giao diện người – máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím
thao tác,…) +Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp
+Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các
PLC, các module vào/ra , cho các hệ thống bus trường +Cơ sở
dữ liệu quá trình
+Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức(Messaging ) và xử lý
sự cố (Alarm). Hỗ trợ lập báo cáo (Reporting)
Hay nói một cách tổng quát hơn, hệ SCADA bao gồm

các thành phần chính như sau:
+Trạm điều khiển trung tâm (Master Station ): Có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ,
xử lý số liệu và đưa ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở

+Hệ thống trạm cơ sở (Operation Station ): là các trạm được đặt
tại hiện trường có nhiệm vụ thu thập, xử lý số liệu trong một
phạm vi nhất định và gửi các số liệu về trạm trung tâm đồng
thời thực hiện các lệnh điều khiển từ trạm trung tâm

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 2


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

+Mạng lưới truyền tin: Được xây dựng trên cơ sở mạng máy tính
và truyền thông công nghiệp có chức năng đảm bảo thông
tin hai chiều giữa trạm điều khiển trung tâm và các trạm cơ sở
Như ta thấy, HMI là một thành phần trong hệ SCADA, tuy nhiên không
phải chỉ ở cấp điều khiển giám sát, mà ngay ở các cấp thấp hơn
người ta cũng cần giao diện người –máy phục vụ việc quan sát và thao
tác vận hành cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc tính kỹ thuật cũng như
phạm vi chức năng, ở các cấp gần với quá trình kỹ thuật này các OP
(Operator Panel) chuyên dụng chiếm vai trò quan trọng hơn
Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và kỹ thuật máy tính PC,
đặc biệt là sự chiếm lónh thị trường của hệ điều hành Windows NT cùng
với các công nghệ của Microsoft đã thúc đẩy sự phát triển của các

công cụ tạo 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 việc quan 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 thế nữa, khả
năng tích hợp hệ thống điều khiển giám sát với các ứng dụng khác nhau
trong một hệ thống thông tin, các phần mềm quản lý, tối ưu hoá hệ
thống,..của toàn công ty cũng trở nên dễ dàng hơn.

Trong giải pháp điều khiển phân tán, 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 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 vấn đề lựa chọn công cụ
phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.

II.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiện từ các cơ cấu
cảm biến được gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây truyền sản xuất gửi
về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu ) . Máy tính xử lý, kiểm tra trạng
thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được cài
sẵn trong bộ nhớ. Đồng thời, máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật của
hệ thống trên màn hình, cho phép tự động giám sát và điều khiển hệ thống và
phát ra tín hiệu điều khiển đến máy

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 3

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng
giám sát và điều khiển)
Việc điều khiển giám sát ở đây bao hàm hai ý nghóa :
+Con người theo dõi và điều khiển
+Máy tính giám sát và điều khiển
Đối với các hệ thống sản xuất tự động trước đây, việc kiểm
tra giám sát hoàn toàn do con người đảm trách. So với máy tính, tốc
độ xử lý tính toán của con người rất chậm và dễ nhầm lẫn .Việc
tính toán điều khiển của máy tính sẽ tránh được những hậu quả trên.
Những sai sót nhỏ, đơn giản thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính
giám sát và xử lý theo chương trình được đặt sẵn. Đối với những sự
cố lớn máy tính sẽ báo cho người theo dõi biết và tạm dừng hoạt
động của hệ thống để chờ quyết định của người điều hành.
Vì vậy, bên cạnh khả năng hoạt động toàn hệ thống theo một chương trình
định trước, hệ SCADA còn cho phép người vận hành quan sát được trạng thái làm
việc của từng thiết bị tại các trạm cơ sở, đưa ra các cảnh báo, báo động khi hệ
thống có sự cố và thực hiện các lệnh điều khiển can thiệp vào hoạt động của hệ
thống khi có tình huống bất thường hay có sự cố

III.Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA:
1.Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất:
Ngay khi nhận biết được những thông tin về hoạt động của hệ
thống từ các bộ phận cảm biến gửi về, máy tính sẽ phân tích những tín
hiệu đó và so sánh với những tín hiệu chuẩn, với những tín hiệu yêu

cầu từ các tập tin về cấu hình hoạt động của hệ thống sản xuất, hay
các bảng cơ sở dữ liệu về sản phẩm, quy trình sản xuất, các thông số
công nghệ của các máy công tác(dữ liệu tham khảo). Nhờ các bộ
phận cảm biến, các thiết bị đo lường mà trong quá trình sản xuất luôn
thông báo cho người giám sát biết được các thông tin về tiến trình hoạt
động sản xuất, các thông số kỹ thuật ,số lượng sản phẩm...

Việc giám sát ở đây bao hàm hai ý nghóa:
+Máy tính giám sát
+Con người giám sát
Việc theo dõi giám sát chủ yếu là do máy tính, con người chỉ đóng
vai trò phụ, chuyên theo dõi những biến cố lớn nguy hiểm đến hệ thống
sản xuất. Những trục trặc nhỏ hay những sai lệch thường xuyên gặp phải
sẽ được máy tính sửa chữa theo chương trình được cài sẵn

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 4


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

2.Hoạt động theo chương trình điều khiển
Ngoài các chức năng truyền thống là so sánh để điều khiển cơ
cấu tác động, ta còn có thể cho hệ thống hoạt động theo một chương trình
đã lập từ trước. Nhờ có bộ vi xử lý ta có thể lập trình cho hệ thống
hoạt động theo những chu trình phức tạp, máy tính sẽ đọc chương trình và
xuất tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu hoạt động theo chương trình

Việc thay đổi chu trình hoạt động của máy tính hay thay đổi
kích thước mẫu mã sản phẩm chỉ là việc thay đổi chương trình.
Mẫu mã, kích thước được vẽ trên máy tính bằng các phần mềm
chuyên dụng (Cimatron, Pro Engineer..) rồi máy tính sẽ dịch lại theo
mã máy để cho các máy điều khiển số (NC,CNC) hiểu được.

3.Kiểm tra và đảm bảo chất lượng
Nhờ các thiết bị cảm ứng, các thiết bị đo lường được gắn trên máy
mà ta có thể đo, kiểm tra sản phẩm, loại bỏ các phế phẩm ngay từ nguyên
nhân hỏng, nhờ đó mà chất lượng sản xuất được nâng cao và giảm bớt chi
phí sản xuất; kịp thời phát hiện, báo động những biến cố xảy ra

4.Quản lý quá trình sản xuất
Các thông tin về hệ thống sản xuất đều được truyền về cho máy tính
giám sát và thống kê, tổng kết quá trình sản xuất: số lượng sản phẩm, số
lượng nguyên vật liệu còn tồn trữ, giúp người quản lý ra quyết định. Đặt
biệt là khả năng liên kết động (DDE-Dynamic Data Exchange) cho phép các
thông tin trên được kết nối, trao đổi cơ sở dữ liệu với các hệ thống SCADA
tương tự khác trên một mạng TCP/IP (Transfer Control Protocol/Intenet Protocol)-một
tập tiêu chuẩn (các giao thức) dùng cho quá trình phát truyền và sửa lỗi đối
với các dữ liệu, cho phép máy tính được ghép mạng Internet sang máy tính
khác). Điều này cho phép các hệ thống có thể truy xuất dữ liệu cũng như
xuất ra tín hiệu điều khiển lẫn nhau.

Hệ thống SCADA còn có khả năng liên kết với các hệ
thống thương mại có cấp độ cao hơn, cho phép đọc /viết theo cơ
sở dữ liệu chuẩn ODBC như Oracle , Access , Microsoft SQL…

IV. Phân loại hệ thống SCADA

Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng trên cơ
bản chúng được chia làm 4 nhóm với những tính năng cơ
bản sau : +SCADA độc lập/SCADA nối mạng

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 5


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

+SCADA không có chức năng đồ hoạ(Blind)/SCADA có khả
năng xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực(real time)
1.Hệ thống SCADA mờ (Blind) :
Là hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu thu được bằng
hình ảnh hoặc đồ thị . Do không có bộ phận giám sát nên
hệ thống rất đơn giản và giá thành thấp
2.Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực (run time) :
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu có khả năng mô
phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất nhờ các tập tin cấu
hình của máy đã được khai báo trước đó. Tập tin cấu hình sẽ ghi lại khả
năng hoạt động của hệ thống, các giới hạn không gian hoạt động, giới
hạn về khả năng, công suất làm việc của máy. Nhờ biết trước khả
năng hoạt động của hệ thống sản xuất mà khi có tín hiệu vượt quá tải
hay có vấn đề đột ngột phát sinh, hệ thống sẽ báo cho người giám sát
biết trước để họ can thiệp vào hoặc tín hiệu vượt quá mức cho phép hệ
thống sẽ lập tức cho máy công tác ngưng hoạt động

3.Hệ thống SCADA độc lập:
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với một bộ xử lý,
thông thường loại hệ thống SCADA này chỉ điều khiển một hoặc hai
máy công cụ hay còn gọi là workcell. Do khả năng điều khiển ít máy
công tác nên hệ thống sản xuất chỉ đáp ứng được cho việc sản
xuất chi tiết, không tạo nên được dây chuyền sản xuất lớn

4.Hệ thống SCADA mạng:
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với nhiều bộ xử lý có nhiều
bộ phận giám sát được kết nối với nhau thông qua mạng. Hệ thống này cho phép
điều khiển phối hợp được nhiều máy công tác hoặc nhiều nhóm workcell tạo nên
một dây chuyền sản xuất tự động. Đồng thời hệ thống có thể kết nối tới nơi
quản lý – nơi ra quyết định sản xuất hay có thể trực tiếp sản xuất theo yêu cầu của
khách hàng từ nơi bán hàng hay phòng thiết kế. Do được kết nối mạng nên chúng
ta có thể điều khiển từ xa các thiết bị công tác mà điều kiện nguy hiểm (như làm
việc ở nơi có môi trường phóng xa, nơi có từ trường mạnh …) không cho phép con
người đến gần

V.Tiêu chuẩn đánh giá
SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 6


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Mục đích trong việc đánh giá và lựa chọn của một người thiết
kế hệ thống không phải là tìm ra giải pháp tốt nhất, mà là một

giải pháp đủ thoả mãn các nhu cầu về mặt kỹ thuật với giá
thành hợp lý, trong phạm vi ngân sách cho phép. Để đánh giá một
giải pháp SCADA, ta cần đặc biệt chú ý đến những yếu tố sau:
+Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các
màn hình giao diện, chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn

+Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá
trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến,
các module vào / ra, qua các thiết bị điều khiển khả trình PLC hay
các hệ thống bus trường) +Tính năng mở rộng của hệ thống

+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, hiệu suất trao đổi thông tin
+Giá thành hệ thống phần mềm bao gồm công cụ phát
triển ( Development Tool ), chương trình chạy (Runtime Engine), tài
liệu sử dụng, công đào tạo và dịch vụ hỗ trợ, bảo trì
Sau đây, ta sẽ đi sâu bàn luận các vấn đề liên quan ba
yếu tố đầu tiên, hay nói cách khác là vấn đề liên quan tới
công nghệ phần mềm. Đó cũng là những khía cạnh làm nổi
bật những đặc tính của các giải pháp SCADA thế hệ mới
Tạo dựng một ứng dụng SCADA tối thiểu đòi hỏi hai phần
việc chính: xây dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ
giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình. Như vậy,
công việc tạo dựng một ứng dụng SCADA trên nguyên tắc sẽ
phức tạp hơn nhiều so với việc lập trình giao diện đồ hoạ trong
các ứng dụng thông thường. Có hai phương pháp để tạo dựng:
Phướng pháp thứ nhất là sử dụng công cụ lập trình phổ thông như
Visual C++, Visual Basic, Jbuilder, Delphi và người lập trình phải tự làm từ đầu,

giống như việc phát triển các ứng dụng thông thường. Không kể đến việc
phải lập trình để kết nối dữ liệu qua các cổng truyền thông, thì công việc
lập trình đồ họa mặc dù có các công cụ hỗ trợ rất mạnh cũng gặp nhiều
khó khăn. Thứ nhất là phương pháp này đòi hỏi mức kiến thức lập trình
khá cao ở người lập trình. Thứ hai, việc lập trình các biểu tượng, ký hiệu đồ
hoạ thường dùng trong kỹ thuật (van, đường ống, bình nước, đồng hồ, núm
xoay…) đòi hỏi nhiều công sức. Để giải quyết vấn đề này, ta có thể sử
dụng các thư viện phần mềm dưới dạng thư viện lớp(class library) hay

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 7


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

thư viện thành phần (component library) có sẵn. Đặc biệt, việc sử dụng
các thư viện thành phần như ActiveX –controls hay JavaBeans nâng cao
hiệu suất lập trình một cách đáng kể. Tuy nhiên trong bất cứ trường
hợp nào, việc phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (tức là phải sử
dụng một compiler) là điều không thể tránh khỏi. Do những hạn chế
trên đây, phương pháp lập trình này chỉ nên sử dụng trong các ứng
dụng quy mô nhỏ và ít có yêu cầu phải thay đổi.
Phương pháp thứ hai là sử dụng một công cụ phần mềm chuyên
dụng (ví dụ FIX, InTouch,WinCC,Lookout,…), gọi tắt là phần mềm SCADA.
Các công cụ này có chứa các thư viện thành phần cho việc xây dựng
giao diện người –máy cũng như phần mềm kết nối với các thiết bị cung
cấp dữ liệu thông dụng. Nhiều công cụ định nghóa một ngôn ngữ riêng

(thường gọi là script) phục vụ các mục đích này , tuy nhiên độ phức tạp
của chúng cũng rất khác nhau. Gần nay, xu hướng đơn giản hoá việc tạo
dựng một ứng dụng SCADA thể hiện ở sự kết hợp phương pháp lập trình
hiển thị với sử dụng một ngôn ngữ script thông dụng như Visual Basic for
Application(VBA) và VBScript, tương tự như việc soạn thảo một văn bản. Một
số công cụ còn đi xa hơn nữa, cho phép ta sử dụng các biểu tượng, ký
hiệu đồ hoạ vừa để xây dựng giao diện người – máy vừa để biểu diễn
sự liên quan logic giữa các thành phần của một chương trình dưới dạng
biểu đồ khối chức năng (FBD) quen thuộc, không cần tới một dòng lệnh
kể cả script. Người ta cũng nói đến khái niệm tạo lập cấu hình
(configuring) thay cho lập trình ( programming)

Công nghệ đối tượng thành phần và tính năng mở:
Hiện nay, có lẽ không một phần mềm SCADA nào tự nhận là tiên
tiến mà không đưa từ khóa hướng đối tượng vào danh sách các đặc tính
ưu việt để quảng cáo. Mặc dù trong đại đa số các trường hợp, cách sử
dụng thuật ngữ như vậy mang tính chất lạm dụng, nhưng qua đó ít hay nhiều
ta cũng thấy tầm quan trọng của công nghệ đối tượng. Thực chất các thư
viện phần sẵn có trong những sản phẩm thuộc thế hệ mới thường được
xây dựng trên cơ sở một mô hình đối tượng, đặc biệt phải nói tới mô
hình COM của Microsoft. Việc sử dụng một mô hình đối tượng thành phần
chuẩn công nghiệp như COM mang lại nhiều ưu thế như:

+Nâng cao hiệu suất công việc thiết kế, xây dựng giao diện
người –máy bằng cách sử dụng ActiveX –Controls
+Nâng cao khả năng tương tác và khả năng mở rộng, hay
nói cách khác là tính năng mở rộng của hệ thống

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 8


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

+Thuận lợi trong việc sử dụng một chuẩn giao diện quá trình như OPC
(OLE for Process Control) để kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu
quả thật, hầu hết (nếu không nói đến tất cả ) các phần mềm SCADA
tiên tiến nhất hiện nay điều hỗ trợ COM, cụ thể là đều có ba đặc điểm
nêu trên. Nếu trước đây để tạo dựng được một màn hình giao diện đồ
hoạ, một người lập trình có kinh nghiệm cần trung bình một vài ngày, thì
nay thời gian có thể giảm xuống tới một vài giờ. Sử dụng một công cụ
tích hợp, ta có thể hoàn toàn tập trung vào công việc chính mà không
cần kiến thức chuyên sâu về lập trình. Công nghệ đối tượng thành phần
và các phương pháp không lập trình đã mở ra khả năng này

VI. SCADA lên WEB
Một phép tính cho học sinh phổ thông: để cài đặt một ứng
dụng SCADA lên 10 trạm máy tính quan sát cần bao nhiêu thời
gian? Mười lần thời gian cài lên một máy !?Không, cũng chỉ
bằng một lần! Công nghệ Web cho phép chúng ta làm như vậy
Sử dụng Web làm nền cho các ứng dụng SCADA không chỉ mang lại
hiệu quả về thời gian cài đặt phần mềm mà trước tiên là mở khả
năng mới cho việc tích hợp hệ thống tự động hoá trong một hệ thống
thông tin thống nhất của công ty. Điều khiển giám sát không còn là
chức năng độc quyền của các chuyên viên kỹ thuật. Một giám đốc
điều hành sản xuất, hay một tổng giám đốc công ty đều có thể quan
sát và tham gia điều hành quá trình sản xuất từ phòng làm việc riêng,

chỉ qua màn hình, bàn phím và chuột. Tương tự như các báo cáo về tình
hình sản xuất cũng như các chỉ thị không nhất thiết phải đi theo con
đường giấy tờ hay truyền miệng, mà trực tiếp diễn ra “on-line”

Đưa SCADA lên Web cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các dịch
vụ bảo trì hệ thống từ xa. Các nhà cung cấp giải pháp tự động
hoá không cần phải trực tiếp đến cơ sở sản xuất, mà có thể theo
dõi toàn bộ diễn biến quá trình kỹ thuật qua một trình duyệt như
Internet Explorer hay Netscape Navigator, trên cơ sở đó có thể chuẩn
đoán, xác định lỗi và đưa ra phương hướng giải quyết thích hợp

VII. Nhìn về tương lai
Điều khiển giám sát hay SCADA không còn là những khái niệm mới
mẻ, những tiến bộ trong công nghệ để thực hiện thì luôn luôn đổi mới. Bên
cạnh các xu hướng mới như việc sử dụng các thiết bị cảm biến và cơ cấu
chấp hành thông minh, mạng truyền thông công nghiệp và mềm hoá các

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 9


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

giải pháp điều khiển, thì các hệ SCADA sẽ chiếm vai trò quan trọng trong
nhiều lónh vực ứng dụng khác nhau.Tầm nhìn cho một công ty trong tương lai
với một hệ thần kinh số (DNS), tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển tự
động, điều khiển giám sát với các hệ thống điều hành sản xuất và

quản lý công ty, có thể sẽ rất nhanh chóng trở thành hiện thực. Đó
chính là hướng chiến lược cho các công ty trên con đường phát triển ở
thời đại kinh tế trí tuệ và xã hội thông tin trong thế kỷ XXI.

SVTH: Lưu Văn Khoa
Luận Văn Tốt Nghieäp

Trang 10


Chương 2
I. Khái niệm
1. Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp
Sự phổ biến của các giải pháp tự động hoá sử dụng hệ thống truyền
thông số là kết quả tổng hợp của các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, kỹ
thuật máy tính, kỹ thuật thông tin và đương nhiên là của cả kỹ thuật tự
động hoá. Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp ( MCN ) là
một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối
tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống
truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở
nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp
trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều
khiển quan sát và các máy tính trên cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công
ty. Về cơ sở kỹ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông
có nhiều điểm tương đồng, tuy nhiên cũng có những điểm khác biệt sau:
•

Mạng viễn thông, có phạm vi địa lý và số lượng thành viên
tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật (cấu
trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực,…)

rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông ( truyền
tải dải rộng / dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển
mạch,…) thường phức tạp hơn so với mạng công nghiệp.

•

Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ
thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông
tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu.
Đối tượng của mạng công nghiệp thuần tuý là các thiết bị công
nghiệp, nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu. Kỹ

thuật truyền thông được dùng trong mạng viễn thông cũng
rất phong phú, trong khi kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế
độ bit nối tiếp là đặc trưng của mạng công nghiệp.
Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc
biệt của mạng máy tính, có thể được so sánh với mạng máy
tính thông thường ở những điểm giống nhau và khác nhau sau:
•

Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung

•

Mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần
(ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản
lý công ty) trong mô hình phân cấp của mạng công nghiệp.

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 11


Luận Văn Tốt Nghiệp
•

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương
thích trong môi trường công nghiệp của mạng truyền thông công
nghiệp cao hơn so với một mạng máy tính thông thường, trong khi đó
mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về bảo mật của thông tin.

•

Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ
như mạng LAN cho một nhóm vài máy, hoặc rất lớn như mạng
Internet. Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng
dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông. Trong khi đó, cho đến
nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập,

phạm vi hoạt động tương đối hẹp.
Vậy, mạng truyền thông công nghiệp có vai trò quan trọng như
thế nào trong các lónh vực đo lường, điều khiển và tự động hoá
ngày nay ? Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là
bus trường để thay thế cách nối điểm-tới – điểm cổ điển giữa
các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi ích như sau:
• Đơn giản hoá cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp
• Giảm đáng kể giá thành dây nối và công lắp đặt hệ thống
•

•
•
•
•

Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin nhờ
truyền thông số
Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống
Đơn giản hóa, tiện lợi hoá việc chuẩn đoán, định vị
lỗi, sự cố của các thiết bị
Nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần
(phần cứng và phần mềm) nhờ các phần mềm chuẩn
Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống, ví
dụ như các ứng dụng điều khiển phân tán, điều khiển giám sát hoặc

chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet.
Trong điều khiển quá trình, các hệ thống bus trường cũng đã dần dần
thay thế các mạch dòng tương tự (current loop) 4-20mA. Ưu thế của giải
pháp dùng mạng công nghiệp không những nằm ở phương diện kỹ thuật,
mà còn ở khía cạnh hiệu quả kinh tế. Chính vì vậy, ứng dụng của nó
rộng rãi trong hầu hết các lónh vực công nghiệp, như điều khiển quá trình,
tự động hoá xí nghiệp, tự động hoá toà nhà, điều khiển giao thông,v.v…
Nói tóm lại, sử dụng mạng truyền thông công nghiệp là không thể thiếu
được trong việc tích hợp các hệ thống tự động hóa hiện đại.

2. Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 12

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng
truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc các
cho công, ty xí nghiệp sản xuất. Với loại mô hình này các chức năng đươc
phân thành nhiều cấp khác nhau, như được minh họa trên hình dưới

Càng ở 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 của cấp dưới, tuy nhiên 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. Có thể coi đây là một mô hình phân cấp chức năng
cho cả hệ thống tự động hoá nói chung cũng như cho hệ thống truyền thông nói
riêng của một công ty.

Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ
thống truyền thông. Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật
ngữ “bus” thường được dùng thay cho “mạng”, với lý do phần lớn các
hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lí hoặc logic kiểu bus
Như ta sẽ thấy, mô hình phân cấp chức năng 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
hơi khác so với trình bày ở đây, tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá và cấu trúc
hệ thống cụ thể. Trong trường hợp ứng dụng đơn giản như điều khiển trang thiết bị
dân dụng (máy giặt, máy lạnh, điều hoà độ ẩm,…), sự phân chia nhiều cấp có thể
hoàn toàn không cần thiết. Ngược lại, trong tự động hoá một nhà máy lớn hiện đại
như điện nguyên tử, sản xuất xi

SVTH: Lưu Vaên Khoa

Trang 13


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

măng, lọc dầu, ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức
năng để tiện theo dõi.
a. Bus trường, bus thiết bị
Bus trường (fieldbus) thực ra là một khái niệm chung được sử dụng
trong các ngành công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối
tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp
điền khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp chấp hành, các
thiết bị trường. Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường,
dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Các thiết bị
có khả năng nối mạng là các bộ vào / ra phân tán (distributed I/O) , các
thiết bị cảm biến ( sensor ), hoăc cơ cấu chấp hành ( actuator) có tích hợp
khả năng xử lý truyền thông. Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối
mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều
khiển , cũng được gọi là bus chấp hành / cảm biến

Trong công nghiệp chế tạo (tự động hoá dây chuyền sản xuất,
gia công, lắp ráp ) hoặc ở một số lónh vực ứng dụng khác như tự
động hoá toà nhà, sản xuất xe hơi, khái niệm bus thiết bị lại được
dùng phổ biến. Có thể nói, bus thiết bị và bus trường có chức năng
tương đương, nhưng do những đặc trưng riêng biệt của hai ngành công

nghiệp, nên một số tính năng cũng rất khác nhau. Tuy nhiên, sự khác
nhau này ngày càng trở nên không rõ rệt, khi mà phạm vi ứng dụng
của cả hai loại đều được mở rộng và đan chéo sang nhau. Trong thực
tế, người ta cũng dùng chung một khái niệm là bus trường.
Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp
điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu
chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng
đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm vi từ 0.1 tới vài mili
giây. Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong một bức điện thường
chỉ hạn chế trong khoảng một vài byte, vì vậy tốc độ truyền thông
thường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn. Việc trao đổi thông tin về
các biến quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ,tuần hoàn, bên cạnh
các thông tin cảnh báo có tính chất bất thường.

Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay
là PROFIBUS , ControlNet, Interbus-S , CAN , WorldFIP , P-NET , Modbus và
gần đây phải kể tới Foundation Fieldbus, DeviceNet, AS-I, EIB và

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 14


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Bitbus là một vài hệ thống bus cảm biến / chấp hành tiêu
biểu có thể nêu ra ở đây.
b. Bus hệ thống , Bus quá trình

Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính
điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi
là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình ( process bus) . Khái niệm sau
thường chỉ được dùng trong lónh vực điều khiển quá trình. Qua bus hệ thống
mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu
quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm giám sát (có thể gián tiếp thông
qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận
mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên. Thông tin không những
được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang. Các trạm kỹ thuật,
trạm thao tác và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua hệ thống bus

. Ngoài ra các máy in báo cáo và dữ liệu lưu trữ cũng được
kết nối qua mạng này
Chú ý, sự phân biệt giữa các khái niệm bus trường và bus hệ thống
không bắt buộc nằm ở sự khác nhau về kiểu bus được sử dụng, mà ở mục
đích sử dụng hay nói cách khác là ở các thiết bị được ghép nối. Trong một
số giải pháp, một kiểu bus duy nhất được dùng cho cả ở hai cấp này

Đối với bus hệ thống, tuỳ theo lónh vực ứng dụng mà đòi hỏi
về tính năng thời gian thực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay
không. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong khoảng một vài
trăm mili giây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều
so với bus trường. Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống
nằm trong phạm vi từ vài trăm kBit / s đến vài Mbit/s
Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối
dễ dàng nhiều loại máy tính, kiểu bus hệ thống thông dụng nhất là
Ethernet cũng như Industrial Ethernet. Bên cạnh đó phải nói đến
PROFIBUS-FMS, Modbus Plus và Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet

c. Mạng xí nghiệp

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối
các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát. Thông
tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các
giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động,

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 15


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất
lượng sản phẩm. Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế,
công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành. Ngoài ra, thông tin cũng
được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều
hành sản xuất, ví dụ hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự
án, sử dụng chung các tài nguyên nối mạng như :máy in , máy chủ,…

Khác với hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu
nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực. Việc trao đổi dữ liệu thường
diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte.
Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và
Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX / SPX.

d. Mạng công ty
Mạng công ty, nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống
truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp. Đặc trưng của mạng

công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện
rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương
pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật. Chức năng của mạng
công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp , cung cấp
dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thư viện
điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp
dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử,v.v… Hình thức tổ chức
ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa dạng, tuỳ
thuộc vào đầu tư của công ty. Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và
mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất và mặt
vật lý nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt.

Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ
thống hạ tầng cơ sở truyền thông của một công ty, vì vậy
đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tin cậy đặc
biệt cao. Fast Ethernet, FDDI , ATM là một vài ví dụ công nghệ
tiên tiến được áp dụng ở đây trong hiện đại và tương lai.
II. Cơ sở kỹ thuật
1. Khái niệm về tính năng thời gian thực

SVTH: Lưu Văn Khoa

Trang 16