Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Chơng 1
Giới thiệu về hệ thống SCADA
1.1. Khái niệm
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một
hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá
trình từ xa. Ngời vận hành có thể nhận biết và điều khiển
hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền
thông. Nói cách khác, SCADA thờng đợc dùng để chỉ tất cả các
hệ thống máy tính đợc thiết kế để thực hiện các chức năng
sau:
Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc
các cảm biến.
Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập
đợc.
Hiển thị các dữ liệu thu thập đợc và kết quả đã xử lý.
Nhận các lệnh từ ngời điều hành và gửi các lệnh đó đến
các thiết bị của nhà máy.
Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một
cách kịp thời và chính xác.
1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chính là:
MTU, RTU và thành phần truyền thông.
1.2.1. MTU (Master Terminal Unit)
MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực
tế nó thờng là một hệ máy tính công nghiệp. MTU giao tiếp với
ngời điều hành và RTU thông qua khối truyền thông. Ngoài ra
MTU còn đợc kết nối với các thiết bị ngoại vi nh monitor, máy in
và có thể kết nối với mạng truyền thông.
Nhiệm vụ của MTU bao gồm:

Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận lệnh từ ngời
điều hành.
Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hành RTU.
1


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA





Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trình cũng nh
trạng thái của các thiết bị lên màn hình giúp cho ngời
điều hành giám sát và điều khiển.
Lu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống
thông
tin
khác.

1.2.2 RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu nhận thông tin từ xa, thờng đặt tại nơi làm việc
để thu nhận dữ liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trờng nh
các valve, các cảm biến, các đồng hồ đo gửi đến MTU để
xử lý và thông báo cho ngời điều hành biết trạng thái hoạt
động của các thiết bị hiện trờng. Mặt khác, nó nhận lệnh hay
tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động của các thiết bị
theo
yêu
cầu.

Thông thờng các RTU lu giữ thông tin thu thập đợc trong bộ nhớ
của nó và đợi yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu. Tuy nhiên,
ngày nay các RTU hiện đại có các máy tính và PLC có thể thực
hiện điều khiển trực tiếp qua các địa điểm từ xa mà không
cần định hớng của MTU.
1.2.3. Khối truyền thông
Là môi trờng truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau,
bao gồm phần cứng và phần mềm.
Phần cứng: là các thiết bị kết nối nh modem, hộp nối, cáp
truyền và các thiết bị thu phát vô tuyến (trong hệ thống không
dây_ wireless), các trạm lặp (trong trờng hợp truyền đi xa).
Phần mềm: đó là các giao thức truyền thông (protocol),
các ngôn ngữ lập trình đợc dùng để các thiết bị có thể giao
tiếp với nhau.
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức
truyền thông. Các giao thức có thể là giao thức mở nh TCP\IP
(Transmission Control Protocol and Internet Protocol) hoặc các
giao thức riêng. Những luồng thông tin đợc tổ chức theo mô
hình 7 lớp ISO/OSI. Mô hình OSI đợc sử dụng để đặt tiêu
chuẩn cho cách trao đổi thông tin với các giao thức. Truyền
thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nó nhờ vào sự nhận
2


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

dạng mã trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này đợc biên dịch và đợc
CPU điều khiển thích hợp tác động tại chỗ.
1.3. Hệ thống SCADA hiện đại
Cùng với sự phát triển vợt bậc của công nghệ viễn thông và

công nghệ thông tin. Các hệ thống SCADA ngày nay cho phép
thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên một phạm vi rộng
lớn hơn, có thể lên đến hàng ngàn hay thậm chí là cả hàng
chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy
cao nhờ vào các giao thức mở và các mạng truyền thông nh
mạng PROFIBUS, WAN, LAN, INTHENET và cả mạng Internet. Hầu
hết các phần mềm SCADA ngày nay đều có hỗ trợ kết nối
Internet. Mặt khác, trong hệ thống SCADA ngày nay có các PLC
có khả năng đảm nhận việc giám sát và điều khiển tại các
điểm cục bộ. Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ
thống SCADA.
1.3.1. Cấu trúc hệ thống hiện đại
Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới đợc xây dựng
theo cấu trúc phân bố, trong đó máy chủ đợc phân bố trên
một số các bộ xử lý đợc nối với nhau thông qua mạng cục bộ
(LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất định
nh: thu thập và xử lý, xây dựng hiển thị, tạo báo cáo và một
số bộ xử lý dùng để dự phòng.
Hệ thống đợc thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client
Server.
Với:
IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu (Data Input/Output
Modules).
MMI: module giao tiếp giữa ngời và máy (Man- Machine
Interface).
HDC: module lu trữ dữ liệu thu thập đợc trong quá khứ
(Historical for Data Collection Storage).
GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN (Gateway for InterLAN Comunication).
3



Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

APPS: module tính toán và xử lý ứng dụng (Aplication
Calculation and Processing Module).
1.3.2. Các đặc tính chính của hệ thống
Các hệ thống SCADA hiện nay có các đặc tính sau:
Đồ họa hoàn toàn trong quá trình giám sát và điều
khiển.
Có hệ thống lu trữ dữ liệu (History) và hiển thị đồ
thị quá trình, có khả năng hiển thị đa tín hiệu.
Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện (Alarm/ Event
System).
Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và
giao thức TCP/IP.
Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp.
Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao
diện công nghiệp khác.
Khả năng tích hợp tín hiệu Video động.
Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng nh
giữa các Server và Client.


1.3.3. Đặc điểm về giao tiếp giữa ngời và máy
Về phần giao tiếp giữa ngời và máy, các hệ thống SCADA
ngày nay đợc trang bị các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video
Display Unit), hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá
trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và
bàn phím, các nút điều khiển đợc thay thế bằng các biểu tợng
(Icon) trên màn hình. Chúng đợc tác động bằng mouse, bàn

phím hay có thể chỉ tay lên biểu tợng trên màn hình đối với
các
màn
hình
cảm
ứng.
Các thiết bị đó giúp cho ngời điều hành có khả năng:

Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.

Nhanh chóng xem đợc chi tiết các thông tin đợc cập
nhật.

Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình
hệ thống.

4


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân
biệt trạng thái cũng nh nhận biết dữ liệu (Ví dụ: các
màu khác nhau cho các trạng thái khác nhau).
Ngoài ra các VDU chạy trên môii trờng Windows hay
Windows-X còn giúp điều hành viên có thể: Xem trên cùng một
VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập đợc các dữ liệu nằm rải
rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác
nhau.
Về các RTU, không còn là những thiết bị thụ động nữa

mà chúng làm nhiệm vụ thu thập và lu giữ dữ liệu vùng. Nhiều
mức xử lý dữ liệu và điều khiển đợc thực hiện tại các RTU.
Nhiều loại thiết bị có thể đợc nối vào các RTU nh: PLC,
máy đo lu lợng, thiết bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn
chứa Các RTU có thể đợc kết nối theo kiểu phân bố hoặc
kiểu phân cấp. Dữ liệu của các RTU đợc xử lý tại trạm chủ.
Về cơ sở dữ liệu, các dữ liệu đợc lu trữ không chỉ là dữ
liệu đo đạc từ xa đợc tính toán mà còn là các thông số bảo vệ,
các sự kiện, các mẫu tin cũng nh các cảnh báo. Do tính chất
phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng đợc phân bố. Cơ
sở dữ liệu cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin
(Managerment Information System) và hệ thống thông tin địa
lý GIS (Geographic Information System). Ngoài ra, các dữ liệu
có thể đợc bảo mật bằng các password.


1.4. Mạng SIMATIC
1.4.1. Mạng con (subnet)
Subnet là toàn bộ các thành phần vật lý cần thiết để xây
dựng thành một đờng truyền dữ liệu cũng nh các thủ tục cần
thiết
cần
thiết
để
chuyển
dữ
liệu.
1.4.2. Các lĩnh vực ứng dụng của các subnet
SIMATIC cung cấp các mạng truyền thông thích hợp cho các
yêu cầu khác nhau:

- Industrial Ethernet
- PROFIBUS
- MPI
- Giao tiếp AS
5


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Cấp quản lý/quản trị (Management Level):
ở cấp quản trị, các công việc giám sát đợc xử lý ảnh hởng
đến toàn bộ các công việc (các chức năng quản trị). Chúng
bao gồm lu giữ các giá trị quá trình, tối u hóa và phân tích
các chức năng xử lý, cũng nh xuất các kết quả thành các báo
cáo. Dữ liệu cần cho các báo cáo này đợc thu thập từ nhiều chỗ
và đã đợc xử lý. Từ cấp quản lý, có thể truy cập các chỗ khác. Số
trạm có thể lớn hơn 1000.
Cấp cell
ở cấp cell, các chức năng tự động hóa và tối u hóa đợc xử
lý tự động. ở cấp này các PLC, PC và HMI (Human Machine
Interfaace) đợc nối kết lại với nhau.
Cấp field
Cấp field là nối kết giữa những nơi lắp đặt máy móc và
các PLC. Các thiết bị trờng (field device) đo lờng, báo hiệu và
phát các lệnh từ cấp cell đến các máy móc. Thờng thì chuyển
các khối dữ liệu nhỏ. ở cấp này thì thờng sắp xếp truyền
thông phân cấp, nghĩa là nhiều thiết bị trờng truyền thông
với một master.
Cấp Actuator/Sensor
ở cấp này thì master truyền thông với các actuator và

sensor đợc nối vào subnet. Đặc tính chính của nó là thời gian
đáp ứng nhanh với số bit dữ liệu nhỏ.
1.4.3. Các subnet trong SIMATIC
SIMATIC cung cấp các subnet sau đây mà chúng đạt đợc
các yêu cầu của các cấp hệ thống tự động khác nhau (cấp quản
trị, cấp cell, cấp trờng và cấp actuator/sensor).
MPI (Multipoint Interface)
MPI là một subnet cho một phủ nhỏ và một số ít các trạm
cho cấp cell và cấp field. MPI là giao tiếp đa điểm trong các
hệ thống SIMATIC S7. Nó đợc thiết kế nh giao tiếp thiết bị lập
6


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

trình và dùng để nối mạng một số ít CPU nhằm để trao đổi
các khối dữ liệu nhỏ.
PROFIBUS
PROFIBUS là mạng cho cấp cell và field trong hệ thống
truyền thông mở của SIMATIC. Có hai phiên bản PROFIBUS:
PROFIBUS-DP fieldbus (DP= Distributed I/O) để trao đổi
dữ liệu tuần hoàn tốc độ cao, và PROFIBUS PA (PA= Process
Actumation) cho các ứng dụng vốn có sẵn an toàn.
PROFIBUS FDL (Fieldbus Data Link) hoặc PROFIBUS FMS
(Fieldbus Message Specification) trong cấp cell để trao đổi dữ
liệu tốc độ cao với các cộng sự truyền thông có quyền bng
nhau.
Industrial Ethernet
Industrial Ethernet là mạng cho cấp quản trị và cấp cell
trong hệ truyền thông mở SIMATIC. Industrial Ethernet thích

hợp cho việc trao đổi dữ liệu có lợng dữ liệu lớn.
Giao tiếp AS
Giao tiếp AS hay giao tiếp actuator/sensor (đợc viết tắt là
AS-I hay ASI) là hệ subnet cho các cấp quá trình thấp nhất
trong các hệ thống tự động. Nó đợc thiết kế đặc biệt cho kết
nối giữa các sensor và actuator nhị phân. Lợng dữ liệu bị giới
hạn ở 4 bit cho một trạm slave.
1.5. Các ứng dụng của hệ thống SCADA
Ngày nay hệ thống SCADA đợc ứng dụng rộng rãi trong
hầu hết các lĩnh vực công nghiệp. Đặc biệt trong một số lĩnh
vực sau:
Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông, các nhà máy
sản xuất xi-măng, nhà máy điện, các nhà máy chế biến
thực phẩm, nớc giải khát.
Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và
hàng hoá tại các sân bay, bến cảng.
Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu,
dẫn khí.
7


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA cho nhà máy nớc, xử lý chất thải, các
kho xăng dầu.
Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lới điện.
Ngoài ra, hệ thống SCADA còn đợc ứng dụng để giám sát
và điều khiển trong các nhà máy hạt nhân và trong các ngành
kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành công nghiệp công
nghệ cao khác.



1.6. Những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế giao diện
ngờimáy
Giao diện ngời máy
công
nghiệp
(Human

Machine Interface, HMI) là hệ
thống thiết bị và phần mềm
hỗ trợ con ngời theo dõi quá
trình các diễn biến của kỹ
thuật, trạng thái, và các thng số làm việc của các thiết bị trong
hệ thống, qua đó có thể thực hiện các thao tác vận hành và
can thiệp tới hệ thống điều khiển - tự động hoá phía dới.
Giao diện ngời - máy là cửa sổ để ngời vận hành nhìn
vào chi tiết vận hành của cả hệ thống máy móc bên dới mà chỉ
qua những giác quan thông thờng không thể nắm bắt đợc.
Giao diện ngờimáy cũng là một trong những thành phần
chính của hệ thống SCADA. Thiết bị giao diện ngời-máy đợc
sử dụng trong tự động hoá công nghiệp đợc chia làm hai loại
chính: các thiết bị HMI chuyên dụng và máy tính cá nhân. Có
thể nói, sử dụng loại thiết bị nào thì vai trò quan trọng nhất
cũng đều nằm ở phần mềm. Ngày nay, hầu hết phần mềm
giao diện ngời-máy đợc xây dựng dựa trên các kỹ thuật đồ hoạ
hiện đại.
Phần mềm giao diện ngời-máy có thể đợc xây dựng theo
phơng pháp cơ bản: Lập trình với một ngôn ngữ thông dụng
(ví dụ sử dụng Visual Basic, Visual C++, Visual CĐ, Delphi, )

hoặc sử dụng một công cụ phần mềm SCADA/HMI chuyên dụng
(WINCC, iFIX, InTouch, ). Đối với các dự án qui mô nhỏ, những
ngời có kinh nghiệm lập trình muốn tiết kiệm chi phí thờng
8


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

đi theo cách thứ nhất. Song đối với qui mô vừa và lớn, nơi mà
tính hiệu quả đợc đặt lên hàng đầu, thì vai trò của công cụ
phần mềm SCADA/HMI chuyên dụng là không thể thiếu đợc.
Các công cụ chuyên dụng hỗ trợ phát triển một ứng dụng HMI
bằng cách soạn thảo hay cấu hình thay vì phải lập trình, vì
thế cho phép rút ngắn tối đa thời gian thiết kế và thi công.
Bên cạnh chất lợng của các hệ thống đo lờng, hệ thống
điều khiển tự động và hệ thống chấp hành thì chất lợng của
hệ thống HMI cũng có ảnh hởng quyết định tới khả năng vận
hành an toàn, tin cậy và hiệu quả của cả dây chuyền sản
xuất. Nhng dù cho đợc phát triển bằng phơng pháp nào, công cụ
nào thì chất lợng của một phần mềm HMI đều phụ thuộc một
cách quyết định vào thiết kế.
1.6.1. Yêu cầu chung
Thiết kế cho một sản phẩm dùng đợc thì không khó nhng
thiết kế cho một sản phẩm có chất lợng, đợc khách hàng chấp
nhận là một việc hoàn toàn không dễ. Vấn đề nằm ở nhiều
mặt. Trớc hết thiết kế HMI là một công việc đòi hỏi hiểu biết
kiến thức liên ngành: điều khiển tự động, qui trình công
nghệ, mỹ thuật công nghiệp và tâm lý học công nghiệp và
công nghệ phần mềm. Giao diện ngời-máy công nghiệp có
những yêu cầu cao, phần mềm HMI thờng do các kỹ s điều

khiển, tự động hoá hoặc tin học công nghiệp thiết kế và thi
công. Chất lợng của một phần mềm HMI công nghiệp, quan
trọng nhất là phù hợp với mục đích sử dụng, thể hiện ở những
yêu cầu chung nh sau:
- Tính đơn giản, dễ sử dụng (easy-to-use): Hiệu quả và
độ tin cậy của việc vận hành hệ thống phụ thuộc rất nhiều
vào tính chất đơn giản, dễ sử dụng của phần mềm HMI. Tính
đơn giản là một trong những nguyên tắc tối cao của mỗi hệ
thống kỹ thuật.
- Tính bền vững, khó gây nỗi: Phần mềm không cho
phép một thao tác đơn giản của ngời vận hành có thể gây ra
lỗi trầm trọng trong hệ thống (ví dụ chỉ nháy một phím nhỏ
9


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

mà đã vô tình có thể dừng ngay hệ thống, hay nhập một giá
trị đặt lớn hơn giá trị ngỡng mà không có thông báo gì).
- Tính thông tin cao: Tính thông tin đợc hiểu là lợng thông
tin hữu ích một ngời vận hành thu nhận đợc trên một đơn vị
diện tích biểu diễn trong một đơn vị thời gian. Tính thông
tin có tính quyết định tới thời gian phản ứng và hiệu quả vận
hành hệ thống. Tính thông tin không những phụ thuộc vào
dạng biểu diễn (hình ảnh, lời viết, con số, âm thanh ), mà
còn phụ thuộc vào nội dung thông tin đợc biểu diễn (trạng thái
logic hay giá trị thực, giá trị mờ hay giá trị rõ, lợng thông tin
nhiều hay ít,) và hình thức biểu diễn (mầu sắc, kích cỡ,
hiệu ứng ). Vấn đề khó nhất ở chỗ làm sao để thoả hiệp
giữa những yếu tố nêu trên. Ví dụ, chữ to thì khả năng thu

nhận thông tin nhanh hơn nhng lợng thông tin đợc biểu diễn lại
ít, một giá trị rõ biểu diễn thông tin đầy đủ hơn nhng khả
năng thu nhận kém hơn một giá trị mờ.
- Tính nhất quán: Các kỹ thuật sử dụng phần tử tơng tác,
phơng pháp biểu diễn thông tin, các qui tắc trong thao tác vận
hành phải nhất quán trong mỗi trang màn hình và trong toàn
hệ thống. Ví dụ, thông báo báo động thể hiện bằng mầu đỏ
thì có nghĩa là ở mọi chỗ, mọi thời điểm cũng phải nh vậy,
một phím bấm có nghĩa là ra lệnh thì không thể dùng cho
việc chỉ hiển thị thông tin.
- Đẹp, nhã nhặn: Cuối cùng thì một phần mềm giao diện
ngời-máy cũng phải đẹp thì mới coi là có chất lợng. Cái đẹp
ảnh hởng đến tâm lý của ngời vận hành, nó làm cho ngời ta
dễ chịu hơn và thao tác vận hành chính xác hơn, nhng cũng
có thể làm cho ngời ta bị thu hút quá vào cái đẹp màn hình
đồ hoạ mà mất tập chung vào cng việc chính là thao tác vận
hành. Cái đẹp chỉ là phơng tiện để đạt mục đích vận hành
hiệu quả, chứ khng phải là mục tiêu. Vì thế cái đẹp ở đây
phải là nhã nhặn, chứ không đợc phép mầu mè, loè loẹt. Một
trang màn hình phải đẹp nh một bản vẽ kiến trúc chứ không
phải đẹp nh một bức hội hoạ.
1.6.2. Phân cấp màn hình
10


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Một hệ thống HMI công nghiệp bao gồm các thành phần
chính sau đây:
- Các màn hình tổng quan hệ thống (system overview),

tổng quan phân đoạn sản xuất (subsystem, section overview),
tổng hợp công nghệ (unit overview), nhóm máy móc-thiết bị
(group overview).
- Các màn hình đồ hoạ công nghệ mô tả hệ thống, phân
đoạn, máy móc, thiết bị dới dạng lu đồ công nghệ (process
diagram) hoặc đồ hoạ tự do (free graphics).
- Các cửa sổ hiển thị chi tiết từng vòng điều chỉnh, số
liệu giám sát từng điểm vào-ra, giám sát vận hành động cơ dới
dạng lu đồ P&ID hoặc Facepate.
- Các đồ thị thời gian thực (real-time trends) và đồ thị
quá khứ (historical trends) phục vụ hiển thị các giá trị biến quá
trình hiện tại hoặc các số liệu thu thập thống kê trong quá
khứ.
- Các màn hình, cửa sổ thông báo sự kiện (mes-sages,
events) và cảnh báo-báo động (alarms).
- Các màn hình hiển thị tổng quan về tình trạng của
chính hệ thống điều khiển, bao gồm trạng thái hoạt động từng
trạm vận hành, trạm điều khiển, trạm vào-ra, đờng truyền
thông
Đối với một ứng dụng qui mô nhỏ, với số điểm vào-ra từ vài
chục đến vài trăm, số trang màn hình thờng hạn chế ở vài
chục. Song có nhiều ứng dụng qui mô vừa và lớn, số điểm vàora có thể lên đến hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn. Số
trang màn hình trong một hệ thống lớn có thể lên đến vài
trăm, lợng thông tin cũng nh số điểm tơng tác rất lớn, vì thế
việc thiết kế phân cấp màn hình một cách hợp lý là rất quan
trọng.
Một trong những nguyên tắc thiết kế cơ bản cho HMI
công nghiệp là làm sao cho ngời vận hành có thể tới mỗi màn
hình, mỗi điểm tơng tác chỉ tối đa 3 đến 4 thao tác chuyển
từ bất cứ chỗ nào. Điểm tơng tác ở đây đợc hiểu là một phần

tử trên màn hình đồ hoạ mà qua đó ngời sử dụng có thể quan
sát thông tin và sử dụng các phơng tiện vào-ra (bàn phím,
11


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

chuột, màn hình cảm ứng .. ) để thực hiện một mệnh lệnh,
nhập một tham số, mở một cửa sổ hoặc chuyển màn hình.
Khác với các ứng dụng thông thờng trên hệ điều hành Windows,
nơi mà ngời sử dụng có thể kiên trì dò tìm một option nào
đó trong vài phút, qua rất nhiều thao tác, thời gian phản ứng
của một ngời vận hành một hệ thống công nghiệp nhiều khi
không đợc quá vài giây. Phơng pháp tơng tác ở đây chắc
chắn không thể dựa vào các trình đơn giản thả phân cấp dài
lê thê, cũng không thể dựa vào kiểu gõ lệnh dành cho chuyên
gia (nh trong môi trờng DOS, UNIX hoặc MATLAB). Những phần
tử tơng tác chuyển nhanh, đơn giản hơn nhiều chính là
những phím bấm, phím nóng, biểu tợng và trình đơn nổi
nhạy.
1.6.3. Một số nguyên tắc thiết kế đồ hoạ
Trên thế giới có rất nhiều quan điểm và trờng phái trong
cách thiết kế đồ hoạ cho HMI cng nghiệp. Ví dụ, trờng phái
châu Âu thờng chọn nền mầu xám nhạt hoặc xám đậm và
cũng hay sử dụng đồ hoạ 3-D, ngời sử dụng Bắc Mỹ lại thiên về
mầu nền tối hẳn (màu đen hoàn toàn) và đồ hoạ đơn giản 2D, vì thế rất khó có thể đa ra một cuốn sổ tay hớng dẫn cho
việc thiết kế đồ hoạ. Song, qua thực tế và tham khảo một số
tài liệu chuẩn, xin đợc giới thiệu một số nguyên tắc cơ bản.
Trớc hết, trong mỗi hệ thống thì mỗi thông tin cũng nh
mỗi mệnh lệnh có mức độ quan trọng khác nhau, vì thế cách

biểu diễn thông tin cũng cần chọn phù hợp để làm lổi bật mức
độ quan trọng của nó. Thông tin và mệnh lệnh quan trọng
nhất cần đợc biểu diễn trên màn hình làm sao thu hút đợc sự
chú ý nhanh nhất, mạnh nhất của ngời vận hành. Các phơng
pháp biểu diễn sau đây đợc sắp xếp theo thứ tự mức độ thu
hút:
Hiệu ứng âm thanh: Còi báo, tiếng beep, lời thng báo.
Hiệu ứng hình ảnh, chữ viết: Nhấp nháy, chuyển động.
Mầu sắc: Màu sáng chói (đỏ, vàng, xanh) có sức thu hút
nhiều hơn mầu chìm nhạt (xám, đen .. )
12


Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Hình ảnh: Hình ảnh to, nét đậm, 3D có tính thu hút
hơn hình ảnh có kích cỡ nhỏ, nét mỏng, 2D.
Chữ viết: Chữ viết càng to, càng đậm càng thu hút sự
chú ý của ngời vận hành.














Chọn mầu sắc:
Màu sắc giúp phân biệt, chứ không phải để làm đẹp,
vì vậy thật tiết kiệm mầu, chỉ sử dụng màu sắc khi thật
cần thiết. Thông thờng 16 màu cơ bản là đủ cho hầu hết
các ứng dụng.
Nền là để làm nổi bật chủ thể, vì vậy màu tối, ví dụ
xám sẫm hặc xanh lam đậm.
Hình ảnh máy móc, thiết bị thờng chỉ có tính chất chỉ
dẫn, mang ít thông tin, vì thế nên sử dụng hình phẳng,
màu và độ sáng khác ít so với nền, cố gắng tránh 3D,
tránh các màu hoa văn. Chỉ riêng trạng thái và các số liệu
đi kèm máy móc, thiết bị mới cần làm nổi bằng các mầu
tơi, chói.
Các hình tĩnh khác thờng chỉ có tác vai trò minh hoạ, nên
tránh các màu tơi, chói, nếu cần có thể sử dụng thêm hiệu
ứng nhấp nháy.
Chữ viết:
Hạn chế số font chữ, kiểu chữ, chênh lệch độ lớn.
Chân phơng, tránh các hiệu ứng đặc biệt: 3D, lợn sóng,
đờng viền
Các số nên chỉnh căn phải, các biến liên quan trực tiếp
để gần nhau và cùng cách biểu diễn.
Biểu diễn các đơn vị vật lý với giá trị số và đơn vị, trừ
trờng hợp mức trong bình chất lỏng hoặc độ mở van có
thể dùng đơn vị phần trăm.
Chọn các hình ảnh động:

13



Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA

Hình ảnh động hỗ trợ phân biệt trạng thái (ví
dụ qua hiệu ứng nhấp nháy), hoặc hỗ trợ nhận biết nhanh
các giá trị tơng đối (mức trong bình lên xuống).

Sử dụng hình ảnh động nhất quán trong tất cả
các màn hình.

Không nên sử dụng hình ảnh động cho các trờng hợp nh biểu diễn lửa cháy, nớc phun bởi những hình ảnh
này hầu nh không mang lại nội dung thông tin.
Tất nhiên những nguyên tắc nêu trên không phải là hoàn
toàn cứng nhắc. Thiết kế giao diện ngời-máy vừa là khoa học,
nhng đồng thời là nghệ thuật, vừa đòi hỏi tính chặt chẽ, nhất
quán, nhng cũng đòi hỏi sự sáng tạo.


1.7. Câu hỏi và bài tập
1.1 Giải thích khái niệm về hệ thống SCADA và nêu các lĩnh
vực ứng dụng của điều khiển SCADA.
1.2 Phân tích cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
1.3 Phân tích Các đặc tính chính của hệ thống SCADA hiện
đại
1.4 Các ứng dụng của hệ thống SCADA
1.5 Phân tích những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế giao
diện ngờimáy
1.6 Phân tích ảnh hởng của mầu sắc và chữ viết trong thiết
kế giao diện ngời máy


14