-1-
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH


Cán bộ hướng dẫn khoa học:
PGS.TS NGUYỄN MỘNG HÙNG
Cán bộ nhận xét 1:

Cán bộ nhận xét 2:

Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày , tháng 12, năm 2008.

-2-
Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam
Trường Đại Học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

Họ và tên học viên: Lê Khánh Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 24/03/1980 Nơi sinh: Đồng Nai
Chuyên nghành: Tự Động Hóa
Khóa: 2006-2008

I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng hệ thống SCADA trong công nghệ sản xuất thép
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1:
VII. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2


PGS.TS NGUYỄN MỘNG HÙNG
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sỹ đã được Hội Đồng Chuyên Nghành thông qua.
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH

TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH


-3-

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt qúa trình nghiên cứu và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự động
viên, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Nguyễn Mộng Hùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc về sự giúp đỡ qúy báu này.

Tôi xin cảm ơn tất cả các thầy cô trong Bộ Môn Điều Khiển Tự Động, các thầy cô
đã dạy dỗ và giúp em có được kiến thức cần thiết để hoàn thành các học phần cao học,
cảm ơn Thầy TS Trương Đình Châu, thầy đã dạy cho tôi môn học SCADA, để tôi có được
những kiến thức như ngày hôm nay và cụ thể là qua những kết qủa Luận văn này đã phần
nào thể hiện.

Đặt biệt, tôi xin cảm ơn lãnh đạo Công Ty Thép Tấm Lá Phú Mỹ đã giúp đỡ, tạo điều kiện
cho tôi hoàn thành sản phẩm này, bên cạnh đó là sự trợ giúp, động viên to lớn về mặt vật
chất cũng như tinh thần của gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.


TP.HCM, tháng 12 năm 2008
Học Viên
Lê Khánh






-4-
MỤC LỤC LUẬN VĂN
*****

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất thép
1.1. Kỹ thuật sản xuất thép
1.2. Công nghệ sản xuất thép băng và thép lá cán nguội
Chương 2: Tổng quan về hệ thống scada hiện đại
2.1. Tổng quan về hệ thống scada hiện đại
2.1.1. Hệ thống SCADA
2.1.2. Các thành phần của hệ thống SCADA
2.1.3. Cơ chế thu thập dữ liệu
2.1.4. Xử lý dữ liệu
2.2. Cấu trúc hệ thống SCADA hiện đại
2.2.1. Cấu trúc phần cứng
2.2.2. Luồng thông tin trong hệ thống SCADA hiện đại
2.2.3. Cấu trúc phần mềm
2.2.4. Phần mềm điều khiển
2.2.5. Codesys cho MES
2.3. Chức năng, nhiệm vụ của các cấp trong hệ thống SCADA hiện đại
2.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của cấp chấp hành
2.3.2. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển (RTUs)
2.3.3. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát (MTUs)
2.3.4. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất (MES)


-5-
2.3.5. Chức năng, nhiệm vụ của cấp hệ thống dự án nguồn doanh nghiệp (ERP)
2.4. Mối liên hệ giữa các cấp trong hệ thống SCADA hiện đại
2.4.1. Mối liên hệ giữa cấp chấp hành và cấp điều khiển (RTUs)
2.4.2. Mối liên hệ giữa RTUs và cấp điều khiển giám sát (MTUs)
2.4.3. Mối liên hệ giữa MTUs và cấp điều hành sản xuất (MES)
2.4.4. Mối liên hệ giữa MES và cấp hệ thống dự án nguồn doanh nghiệp (ERP)
2.5. Quản lý và lưu trữ dữ liệu trong hệ thống scada

2.6. I/O Driver v OPC trong hệ thống SCADA
2.6.1. I/O Driver
2.6.2. OPC-OLE trong điều khiển qúa trình
2.7. Vai trò của người sử dụng
2.7.1. Người vận hành trực tuyến
2.7.2. Người điều hành sản xuất
Chương 3: Các gói giải pháp toàn diện của Wonderware
3.1. Đặt vấn đề
3.2. Tổng quan về Wonderware
3.2.1. Một số sản phẩm modules chính
3.2.2. Một số gói giải pháp trọn bộ
3.2.3. Truyền thông trong hệ thống SCADA
3.3. Các gói giải pháp toàn diện của Wonderware
3.3.1. Geo-SCADA
3.3.2. Gói giải pháp phần mềm MES & EMI
3.3.3. Gói giải pháp dành riêng cho các doanh nghiệp sản xuất thép


-6-
3.3.4. Ứng dụng gói giải pháp dành riêng cho các doanh nghiệp sản xuất thép tại
nhà máy sản xuất Nucor tại California _ Hoa Kỳ
Chương 4: ng dụng của SCADA tại Công Ty Sản Xuất Thép
Tấm Lá Phú Mỹ
4.1. Các công đoạn sản xuất
4.1.1. Dây chuyền tẩy rửa
4.1.2. Dây chuyền cán nguội đảo chiều
4.1.3. Phân xưởng lò ủ
4.1.4. Dây chuyền cán và là nắn
4.1.5. Dây chuyền cuộn lại
4.1.6. Kiểm tra và thử nghiệm

4.2. Các đối tượng điều khiển
4.2.1. Valves
4.2.2. Motors
4.2.3. Bộ Điều Khiển PID
Chương 5: Mô hình thực nghiệm (CRM_COLD REVERSING
MILL)
5.1. Xây dựng cấu trúc hệ thống (CRM)
5.1.1. Cấu trúc phần cứng của mô hình
5.1.2. Chức năng nhiệm vụ của các cấp
5.1.3. Phân tích quan hệ giữa các cấp trong hệ thống
5.2. Tổ chức qúa trình trao đổi dữ liệu (CRM)
5.2.1. Yêu cầu đặt ra


-7-
5.2.1. Trao đổi dữ liệu giữa cấp cảm biến/cơ cấu chấp hành với cấp điều khiển
cục bộ
5.2.2. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển với cấp điều khiển giám sát
5.2.3. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển giám sát với cấp điều hành sản xuất
5.2.4. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều hành sản xuất với cấp hệ thống dự án
nguồn doanh nghiệp
5.3. Xây dựng hệ thống phần mềm
5.3.1. Tổng quan hệ thống phần mềm
5.3.2. Xây dựng giao diện quản lý hệ thống
5.3.3. Xây dựng server dữ liệu thời gian thực (Realtime Data Server)
5.3.4. Chương trình kết nối dữ liệu thời gian thực
5.3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu quan hệ (Database Server)
5.3.6. Chương trình điều khiển thiết bò ngõ vào/ra
5.3.7. Chương trình giám sát, điều khiển trung tâm
5.3.8. Xây dựng webserver

5.3.9. Giao diện điều hành từ xa qua mạng Internet
Chương 6: Kết luận
6.1. Các kết qủa đạt được
6.1.1. Kết qủa sau qúa trình nghiên cứu
6.1.2. Kết qủa sau khi xây dựng giải pháp hệ thống công nghệ sản xuất thép
6.1.3. Kết qủa sau khi xây dựng phần mềm
6.2. Khả năng ứng dụng của luận văn
6.3. Hướng phát triển
TÀI LIỆU THAM KHẢO


-8-
Danh Mục Các Chữ Viết Tắt
ADO: ActiveX Data Object
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line
ANSI: American National Standard Institute
ASCII: American Standard Code for Information Interchange
AS-i: Actuator Sensor Interface
ASP: Active Server Page
ATM: Asynchronous Transfer Mode
CAN: Controller Area Network
COM: Component Object Model
CSDL: Cơ sở dữ liệu
CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
DCOM: Distributed Component Object Model
DDE: Dynamic Data Exchange
DDEML: Dynamic Data Exchange Management Library
DHTML: Dynamic HyperText Markup Language
DLL: Dynamic Link Library
ERP: Enterprise Resource Planning

Ethernet: Là kiểu mạng cục bộ LAN, được chuẩn hóa trong IEEE 802.3
Fast Ethernet: Là phát triển tiếp theo của Ethernet, được chuẩn hóa trong IEEE 802.3u
FDDI: Fibre Distributed Data Interface
FDL: Fieldbus Data Link (Lớp liên kết dữ liệu ở Profibus)
FMS: Fieldbus Message Specification
FTP: File Transfer Protocol – Giao thức truyền tải tập tin
GPS: Global Position System
HMI: Human Machine Interface
HTTP: HyperText Transfer Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn bản
HTML: HyperText Markup Language


-9-
Hub: Là thiết bò dùng để kết nối mạng LAN
ID: Identify
IDL: Interface Definition language
IEC 61131-5: Chuẩn truyền thông giữa các PLC với nhau và PLC với thiết bò cấp trường.
IEC 1158-2: Là chuẩn truyền thông của Profibus
PA IEEE 802: Là chuẩn truyền thông mạng LAN.
IEEE 802.3: Là chuẩn truyền thông cho mạng Ethernet
IEC/ISA DLL: International Electrotechnical Commission/The International Society of
Measurement and Control - Data Link Layer
IIS: Internet Information Service
Industrial Ethernet: Mạng Ethernet công nghiệp
IP: Internet Protocol
IPX/SPX: Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange (cho Foundation
Fielbus)
ISP: Internet Service Provider
JSP: JavaServer Pages hay Java Scripting Preprocessor
LAN: Local Area Network

LLC: Logical Link Control
MAC: Medium Access Control
MAP: Manufactoring Massage ProtocoL
MES: Manufacturing Execution Sysem
Modem: Modulator - Demodulator
MTUs: Master Terminal Unit
NetDDE: Network Dynamic Data Exchange
NTSC: National Television System Committee (USA)
ODBC: Open Database Connectivity
OLE: Object Linking and Embedding


-10-
OLE DB: Object Linking and Embedding Database
OPC: OLE for Process Control
OPC-AE: OLE for Process Control - Alarms & Events
OPC-DA: OLE for Process Control - Data Access
OPC-DX: OLE for Process Control - Data eXchange
OPC-HAD: OLE for Process Control - Historical Data Access
OPC XML-DA:OLE for Process Control - XML Data Access
OSI: Open Systems Interconnection
PAL: Phase Alternating lines (Chuẩn của châu Âu và châu Úc)
PC: Personal Computer
PID: Proportional Integral Derivative
PHP: Hypertext Preprocessor
PLC: Programmable Logic Controller
Profibus - DP: Decentralize Periphery - fast data exchange
Profibus - PA: Process Automation - intrinsically safe environment
Profibus - FMS: Fieldbus Message Specification - peer to peer communication
Radio: Sóng Radio

RJ45: Registered Jack 45
RS232: Chuẩn truyền thông nối tiếp
RS422: Chuẩn truyền thông nối tiếp với khoảng cách và tốc độ cao hơn
RS485: Chuẩn truyền thông nối tiếp chỉ dùng một đường dẫn
RTUs: Remote Terminal Units
SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition
SDI: Single Document Interface
SOAP: Simple Object Access Protocol
SQL Server: Structured Query Language - Server
SQL: Structured Query Language
TCP: Transmission Control Protocol – Giao thức kiểm soát truyền dẫn


-11-
TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol
TDMA: Time Division Multiple Access
TSAP: Transport Service Access Point
UDP: User Datagram Protocol – Giao thức sơ đồ dữ liệu người dùng
USB: Universal Serial Bus
WAN: Wide Area Network
XML: Extensible Markup Language
XML-DA: Extensible Markup Language Data Access 10BASE2: Cáp đồng trục mỏng,
chiều dài tối đa 200m
10BASE5: Cáp đồng trục dày, chiều dài tối đa 500m
10BASE-T: Cáp vặn xoắn, chiều dài tối đa 100m.
10BASE-F: Cáp quang, chiều dài tối đa 2000m













-12-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Thực tế hiện nay cho thấy hầu hết các nhà máy đều được ứng dụng các dây chuyền
tự động hóa như các nhà máy luyện kim, sản xuất thép, lọc dầu, xi măng, dược khoa, ….
Nhiều nhà máy nước ngoài có quy mô, công suất lớn hơn ở Việt Nam nên cũng cùng một
thiết bò nhưng khi sử dụng tại nước ta lại không phù hợp, hoặc có những nhà máy tại Việt
Nam áp dụng công nghệ bán tự động, điều khiển cơ khí, chỉ có những khâu quan trọng
quyết đònh đến chất lượng sản phẩm thì phải ứng dụng tự động hóa. Ví dụ trong công
nghiệp chế biến bia, khâu chiết và đóng chai cần phải tự động hóa. Trong công nghiệp may
mặc, trước kia chỉ sản xuất đơn chiếc, nay sản xuất theo dây chuyền, khi áp dụng tự động
hóa sẽ xác đònh rõ sản phẩm bò lỗi và lỗi của ai, ngày giờ nào thông qua việc sử dụng hệ
thống SCADA, hệ thống này liên kết các thiết bò hiện trường lại và đưa về trung tâm điều
khiển. Phần mềm điều khiển trung tâm có thể ghi nhận dữ liệu, điều khiển qúa trình, cung
cấp dữ liệu cho các phần mềm ứng dụng quản lý khác.
Vậy nên vấn đề ứng dụng hệ thống SCADA vào qúa trình quản lý và điều khiển tự
động trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đang rất được quan tâm ở Việt Nam cũng như
trên thế giới, với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin thì trọng tâm của công
việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn phần mềm thiết kế giao diện và kế
tiếp là các giải pháp tích hợp hệ thống các sản phẩm phù hợp nhu cầu sử dụng trong nước.
Học viên đã tìm hiểu và nhận thấy viện nghiên cứu về lónh vực SCADA trước đây ở

nước ta hiện nay đa phần chỉ tập trung vào các phần mềm phổ thông, mà cụ thể là dùng
Win CC để thiết kế giao diện. Việc lựa chọn phần mềm này có nhược điểm là chỉ thích hợp
với những hệ thống có quy mô vừa và nhỏ, trong khi đó ở các nước phát triển thường sử


-13-
dụng các phần mềm chuyên dụng nên rất phù hợp với những nhà máy có quy mô lớn và
đáp ứng được nhu cầu mở rộng sản xuất sau này.
Nếu nhìn về tương lai thì những công nghệ mới trong SCADA sẽ tập trung vào:
- Web Technology, Active X, Java, …
- OPC được xem như một Module thứ ba, để thực thi giao tiếp nội giữa Client &
Server modules.
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Việc nghiên cứu, tìm hiểu bản chất của hệ thống SCADA, để từ đó cho ra đời các
giải pháp phần mềm toàn diện cho mọi lónh vực thật sự xứng đáng để được quan tâmở môi
trường Việt Nam cũng như toàn cầu.
Nghiên cứu, phân tích
° Nghiên cứu và tìm hiểu cấu trúc hệ thống SCADA hiện đại,
° Phân tích các thành phần trong hệ thống SCADA hiện đại,
° Phân tích các phương thức trao đổi dữ liệu giữa các cấp trong hệ thống SCADA hiện
đại.
Ứng dụng
° Xây dựng cấu trúc hệ thống SCADA cho quy trình sản xuất thép,
° Tổ chức các phương thức trao đổi dữ liệu giữa các cấp,
° Xây dựng các giải pháp phần mềm: Phần mềm đọc tín hiệu vào ra, phần mềm điều
khiển các thiết bò của hệ thống, phần mềm quản lý_giám sát_điều khiển trung tâm,
° Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu,
° Giải pháp Internet.
Xây dựng mô hình thực nghiệm



-14-
° Xây dựng cấu trúc phần cứng mô hình,
° Tổ chức phương thức trao đổi dữ liệu giữa các cấp trong mô hình,
° Xây dựng giải pháp phần mềm cho mô hình: Phần mềm đọc các ngõ vào/ra, phần
mềm điều khiển các thiết bò của mô hình, phần mềm quản lý_giám sát_điều khiển,
° Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu,
° Xây dựng WebServer.
1.3. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Một lónh vực đang phát triển mạnh mẽ đã và đang rất cần được ứng dụng các thành
quả của công nghệ điều khiển hiện đại, đó là lónh vực sản xuất thép. Nhận thấy đây là một
trong những lónh vực chủ lực của nền công nghiệp Việt Nam, học viên nghiên cứu, ứng
dụng hệ thống SCADA để ứng dụng có hiệu quả vào trong lónh cực sản xuất thép, nhằm
đáp ứng nhu cầu cấp thiết ở Việt Nam ở hiện tại và cả tương lai sau này.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trong luận văn này sẽ trình bày ứng dụng của hệ thống SCADA để ứng dụng có
hiệu qủa vào qúa trình quản lý và điều khiển tự động công nghệ sản xuất thép ở Việt Nam,
tìm hiểu mức độ phát triển hiện tại của SCADA trên thế giới và Việt Nam, riêng ở Việt
Nam thì có xét đến ưu nhược điểm giữa các công ty trong việc ứng dụng hệ thống, nêu bật
hai tiêu chí qúa trình quản lý và điều khiển tự động ứng với việc đưa SCADA lên Web. Hệ
thống mới đã được cải tạo, nâng cấp sẽ đáp ứng yêu cầu giảm chi phí nhân công, tăng năng
suất đồng thới nâng cao khả năng tin cậy và tích hợp hệ thống.
Sau đó, mô hình này sẽ được dùng để áp dụng vào dây chuyền công nghệ thực tế,
các phương thức điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu sẽ được nghiên cứu ứng dụng,
cuối cùng, tất cả các phương thức sẽ được áp dụng và kiểm chứng kết qủa điều khiển thời


-15-
gian thực trên mô hình thực tế là công đoạn cán nguội đảo chiều của công nghệ sản xuất
thép.











CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
2.1.1. Hệ thống SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghóa truyền
thống là một hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người
trong qúa trình giám sát và điều khiển từ xa
Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA,
mặc dù những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.
2.1.2. Các thành phần của hệ thống scada


-16-
Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản sau:
- Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Gồm một hay nhiều máy chủ trung tâm
(Central Host Computer Server).
- Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Gồm các khối tiết bò vào/ra đầu cuối RTU
(Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable
Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bò chấp hành như: cảm biến cấp
trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các valve chấp hành, ….

- Hệ thống truyền thông: Bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bò
viễn thông và các thiết bò dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các
khối điều khiển và máy chủ, hệ thống truyền thông.
- Giao diện người-máy HMI (Human-Machine Interface): Là các thiết bò hiển thò
quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ
thống.
2.1.3. Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá
trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bò chấp hành nối với các RTU này.
Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong, các máy chủ
quét các RTU với tốc độ chậm hơn để thu thập dữ liệu từ các RTU này, để điều khiển,
các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín
hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bò chấp hành thực thi nhiệm vụ.
2.1.4. Xử lý dữ liệu


-17-
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (Analog), dạng số
(Digital) hay dạng xung (Pulse), giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bò đầu cuối là
một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thò toàn bộ hệ
thống điều khiển giám sát hoặc các tiết bò trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được
hiển thò dưới dạng hình ảnh tónh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA
thường hiển thò quá trình thay đổi dữ liệu này trong màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới
dạng đồ thò.
Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống
xảy ra sự cố, nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lý
sau:
+ Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: Trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng
bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn đònh, dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của

RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi
hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
+ Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết
kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các
RTU đôi hoặc hai máy chủ,… Do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ được đưa vào sử dụng
khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động Offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa,
kiểm tra,…).
2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
2.2.1. Cấu trúc phần cứng


-18-
Có hai lớp cơ bản nổi bật trong hệ SCADA là: ”Lớp Client _ Client Layer” phục
vụ cho tương tác người – máy và “Lớp quản lý dữ liện _ Data Server Layer” làm nhiệm
vụ xử lý hầu hết các hoạt động điều khiển dữ liệu tiến trình, lớp quản lý dữ liệu giao
tiếp với các thiết bò ở cấp trường thông qua các bộ điều khiển tiến trình. Các bộ điều
khiển tiến trình như PLC được kết nối đến lớp quản lý dữ liệu một cách trực tiếp hoặc
thông qua mạng hoặc các bus trường là các sản phẩm độc quyền (Siemens H1) hoặc
không độc quyền (Profibus), lớp quản lý dữ liệu gồm các Data Servers liên kết với
nhau và nối với các trạm Client thông qua mạng Ethernet LAN.

SITE MAP |
Hình 2.1: Cấu trúc phần cứng điển hình

Cấu trúc phần cứng của hệ thống SCADA hiện đại cho nhà máy sản xuất công
nghiệp tiêu biểu được biểu diễn như hình vẽ sau:



-19-


Hình 2.2: Cấu trúc phần cứng hệ thống SCADA
Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và yêu cầu
cao hơn về độ nhạy, thời gian phản ứng, mỗi chức năng ở cấp trên đều 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 can 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 hóa nói
chung cũng như hệ thống truyền thông nói riêng của moat công ty.
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp truyền thông trong hệ thống, từ
cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “Bus” thường được dùng thay cho
“Mạng”, bởi vì các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu
Bus.


-20-
Mô hình phân cấp chức năng sẽ giúp ích cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn
thiết bò, trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có thể hơi khác so với trình bày
ở nay, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc hệ thống cụ thể, trong trường hợp
ứng dụng đơn giản, như điều khiển thiết bò đơn giản thì việc phân chia nhiều cấp là
không cần thiết. Ngược lại, việc tự động hóa mộ nhà máy lớn, hiện đại như điện
nguyên tử, dầu khí, thì ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi
tất cả các tiến trình công nghệ.
2.2.2. Luồng thông tin trong hệ thống scada hiện đại
Luồng thông tin trong hệ thống SCADA hiện đại được biểu diễn như hình 2.3 sau:

Hình: Luồng thông tin trong hệ thống SCADA hiện đại
2.2.3. Cấu trúc phần mềm
Các sản phẩm phần mềm đa nhiệm và dựa trên cơ sở dữ liệu thời gian thực
(RTDB_Realtime DataBase) của một hay nhiều Servers, các servers làm nhiệm vụ thu
thập dữ liệu và xử lý (ví dụ: Điều khiển tuần tự, kiểm tra cảnh báo, tính toán, đăng

nhập – đăng xuất và thực thi) theo bảng liệt kê thông số, điển hình bởi kết nối như hình
2.5 sau:


-21-


Hình 2.5: Cấu trúc tổng quát phần mềm hệ thống SCADA
Tuy nhiên, phần mềm này cho phép hiển thò các nhiệm vụ đặc biệt như dữ liệu
lòch sử, đăng xuất–đăng nhập dữ liệu, xử lý cảnh báo, hình vẽ trên đây mô tả kiến trúc
phần mềm hệ SCADA tổng quát.
Sản phẩn phần mềm cho hệ thống SCADA là hoạt động đa nhiệm và dựa trên cơ
sở dữ liệu thời gian thực (Real-Time DataBase) được đặt trên một hay nhiều máy
Server. Những máy Server này có khả năng đáp ứng cho việc thu thập dữ liệu và các
tham số điều khiển như: gọi vòng các bộ điều khiển, kiểm tra các cảnh báo, tính toán
và ghi nhận dữ liệu. Một cấu trúc phần mềm SCADA tiêu biểu được kết nối theo các
khối như hình vẽ trên.
Dữ liệu lấy từ phần cứng thông qua các I/O Driver (tùy thuộc loại phần cứng)
hay thông qua OPC Server, dữ liệu sau khi lấy từ phần cứng về là dữ liệu thô, sau đó dữ


-22-
liệu được xử lý và cho vào khối dữ liệu thời gian thực, các chức năng ứng dụng trong
SCADA Server lấy dữ liệu thông qua khối dữ liệu thời gian thực này.
Trong SCADA Server cung cấp các khối để giao tiếp với các phần mềm ứng
dụng khác thông qua cơ sở dữ liệu ODBC, trao đổi dữ liệu động DDE hay API/DLL,
SCADA Server cung cấp dữ liệu cho SCADA Client.
2.2.4. Phần mềm điều khiển
Có 2 dạng phần mềm SCADA
- Phần mềm độc quyền: Được xây dựng bởi các công ty phát triển phần mềm hoặc

các nhà sản xuất phần cứng, họ xây dựng sẳn các phần mềm đi kèm với các phần cứng
của họ, và sau đó cung cấp cho khách hàng theo dạng chìa khóa trao tay.
- Phần mềm mở: Do người dùng tự xây dựng bằng các công cụ lập trình phổ biến hay
chuyên dụng:
 Phần mềm lập trình phổ biến: C, C++, C#, VC++, VB, … và các hệ cơ sở dữ liệu như
SQL Server, MSSQL, MSACCESS, Oracle, …
 Phần mềm chuyên dụng: Do các hãng lớn như CiTechnologies, Wonderware,
Advantech, Siemens, … cung cấp.
2.5. Codesys cho MES
2.3. CÁC CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA CÁC CẤP TRONG HỆ
THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
2.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của cấp chấp hành
Cấp chấp hành bao gồm các cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu điều khiển (tín hiệu
liên tục hay tín hiệu số) từ cấp điều khiển. Các cảm biến ghi nhận trạng thái hiện tại
của các thiết bò và phản hồi về các thiết bò điều khiển, các tính iệu chuẩn công nghiệp:
0÷5V; 0÷10V hay 0÷20mA; 4÷20mA, hoặc là các tín hiệu số.
2.3.2. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển (RTUs)


-23-
Cấp điều khiển RTUs có thể là PLC, hay là các bộ điều khiển nhiệt độ, bộ điều
khiển PID, có các chức năng sau:

Chức năng điều khiển: Thu thập dữ liệu từ các thiết bò chấp hành thông qua
các cảm biến ở cấp chấp hành và thực hiện các thuật toán điều khiển thiết bò
theo yêu cầu như thuật toán PID, logic mờ, ….

Chức năng thu thập dữ liệu: Thu thập thông tin, dữ liệu từ các thiết bò thuộc
cấp chấp hành, sau đó gửi những dữ liệu thu thập được lên cấp điều khiển
giám sát.


Khả năng mở rộng: Có thể mở rộng các RTUs này thành một mạng RTUs,
ngoài ra các RTUs này còn có chức năng nhận lệng điều khiển từ cấp điều
khiển giám sát để điều khiển và xử lý cá thiết bò chấp hành.
2.3.3. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát (MTUs)
Cấp điều khiển giám sát MTUs là cấp trung tâm của hệ thống SCADA bao gồm
các bộ điều khiển PLC, các máy tính, … chứa phần mềm SCADA có chức năng điều
khiển, quản lý, thu thập và lưu trữ tất cả các thông tin dữ liệu và hệ thống cơ sở thời
gian thực (Realtime DataBase).
Khả năng mở rộng: Có thể kết nối nhiều MTUs lại với nhau tạo thành một hệ
thống MTUs theo chuẩn mạng công nghiệp hay mạng LAN (Ethetnet, Token ring,
Token bus, …
2.3.4. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất (MES)
MES là một hệ thống mạng máy tính kết nối theo LAN, WAN. Làm nhiệm vụ quản
lý nguồn tài nguyên của toàn bộ hệ thống, lập chương trình hoạt động, thu thập và lưu trữ
dữ liệu (thu hập dữ liệu qúa trình từ cấp dưới), quản lý lao động, quản lý chất lượng, quản
lý qúa trình, quản lý bảo dưỡng máy móc thiết bò.Các chức năng của MES bao gồm:
° Quản lý và phân phối nguồn tài nguyên


-24-
° Mô tả qúa trình hoạt động và thiết lập chương trình chi tiết
° Quản lý những đơn vò sản xuất nhanh
° Quản lý tài liệu
° Thu thập dữ liệu
° Quản lý lao động
° Quản lý chất lượng sản phẩm
° Quản lý qúa trình hoạt động
° Quản lý công tác bảo trì, bảo dưỡng máy móc, thiết bò
° Theo dõi sản phẩm

° Tiến hành phân tích
2.3.5. Chức năng, nhiệm vụ của cấp ERP
ERP là cấo cao nhất trong hệ thống SCADA hiện đại, cũnfg bao gồm các máy tính
nối mạng LAN, WAN Làm nhiệm vụ phân tích hoạt động kinh doanh, quản lý chiến lược
phát triển, quản lý điều hành kinh tế, quản lý điều hành toàn bộ nhà máy, quản lý nguồn
nhân lực.
2.4. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CÁC CẤP ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ
THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
2.4.1. Mối liên hệ giữa cấp chấp hành và cấp điều khiển (RTUs)
2.4.1.1. Cấu trúc chung
Cấp chấp hành và cấp điếu khiển có cáu cấu trúc như hình sau:





-25-
Tùy vào loại bus sử dụng mà ta có được các cấu trúc và cách nối mạng tương
ứng cho hai cấp này.
4.1.2. Khái niệm bus trường, bus thiết bò
Bus trường (FieldBus) được dùng để kết nối:
 Các thiết bò chấp hành được kết nối với nhau,
 Hoặc các thiết bò chấp hành với các thiết bò chấp hành với thiết bò điều khiển,
 Hoặc nối các thiết bò cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau .
Bus trường làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu qúa trình lên cấp điều khiển để xử
lý và chuyển quyết đònh điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành nên yêu cầu tính
thời gian thực được đặt lên hàng đầu, thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm
vi từ 0.1ms tới vài ms, trong khi đó yêu cầu của lượng thông tin trong một bức điện
chỉ hạn chế trong khoảng một vài byte, chính vì vậy tốc độ truyền thường chỉ cần ở
phạm vi Mbit/s. việc trao đổi thông tin về các biến qúa trình chủ yếu mang tính chất

đònh kỳ, tuần hoàn, chỉ có thông tin cảnh báo là có tính bất thường. Để đảm bảo tính
năng htời gian thực một hệ thống Bus phải có những đặc điểm sau đây:
- Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền thông hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu
trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể.
- Tính tiền đònh: Dự đoán được về thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản
ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm.
- Độ tin cậy, kòp thời: Đảm bảo thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu một cách
tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác đònh.
- Tính bền vững: Có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợo để kgông gây hại
thêm cho toàn bộ hệ thống.
Ở đây học viên chọn PROFIBUS để kết nối, nên chỉ trình bày PROFIBUS
DP, PROFIBUS PA. Ngoài ra, chúng ta còn có thể sử dụng các bus trường khác cho
hai cấp này như:- Modbus,- Foundation Fieldbus, - DeviceNet, - Interbus-S, - AS-I.