TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
---------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

SCADA
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN HẠ ÁP
SỬ DỤNG PLC S7 300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN
WINCC

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Đinh Văn Nam
Cán bộ phản biện

: ThS. Phạm Hoàng Nam

Sinh viên thực hiện

: Tô Thế Quyền

MSSV

: 135D5103010002

Lớp

: 54K1 - CNKT Điện, Điện tử

Vinh, tháng 01 năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
……., ngày …... tháng .. năm 2018
Giáo viên hướng dẫn


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………., ngày…..tháng …, năm 2018
Giáo viên phản biện


MỤC LỤC
CHƯƠNG I..................................................................................................................7
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA...........................................................................7
1.1. Khái niệm chung về SCADA................................................................................7
1.1.1. Định nghĩa...........................................................................................................7
1.1.2. Chức năng và vai trò............................................................................................7
1.1.3. Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ.........................................8
1.1.4. Kết cấu của một hệ SCADA................................................................................8
1.1.5. Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA:............................................................9
1.1.6. Truyền tin trong hệ SCADA................................................................................9
1.1.7. Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam..................................9
1.1.8. Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA.........................................................10
1.1.9. Ứng dụng SCADA trên lưới điện.......................................................................11
1.2. Lợi ích của việc sử dụng SCADA trạm.............................................................13
1.2.1. Lợi ích khi thiết kế và xây dựng trạm................................................................13
1.2.2. Lợi ích khi vận hành..........................................................................................13
1.2.3. Lợi ích trong bảo trì hệ thống.............................................................................14
1.2.4. Tăng cường tính tin cậy của hệ thống................................................................14
1.3. Tổ chức của SCADA trạm..................................................................................14
1.3.1. Tổ chức của SCADA.........................................................................................14

1.3.2. Lựa chọn hệ điều hành.......................................................................................15
1.3.3. Triển khai xây dựng bộ phần mềm cho SCADA trạm........................................17
1.4. Trạm điện và SCADA trạm................................................................................17
1.4.1. SCADA trong hệ thống điện lực........................................................................17
1.4.2. Các loại hình SCADA trong hệ thống điện........................................................18
CHƯƠNG II............................................................................................................... 21
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC..............................................21
2.1. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình......................................................................21
2.2. Những khái niệm cơ bản.....................................................................................22
2.3. Cấu trúc phần cứng của PLC.............................................................................23
2.4. Khái niệm cơ bản về vấn đề lập trình PLC.......................................................24
2.4.1. Giải thích chương trình ladder.......................................................................24
2.4.2. Ngõ vào và ngõ ra..............................................................................................25
2.4.3. Rơ le (-----( )-----).............................................................................................25
2.4.4. Thanh ghi (Register)..........................................................................................26
2.4.5. Bộ đếm............................................................................................................... 27
2.4.6. Bộ định thời gian ( Timer )................................................................................27
2.4.7. Tập lệnh trong PLC............................................................................................28
CHƯƠNG III.............................................................................................................29
TỔNG QUAN VỀ WINCC.......................................................................................29
3.1. Khái niệm chung.................................................................................................29
3.2. Các bước thực hiện một dự án...........................................................................31


3.3.1. Chức năng của Graphic Designer..................................................................36
3.3.2. Cách tạo một trang đồ hoạ.............................................................................36
CHƯƠNG IV.............................................................................................................. 38
THIẾT KÊ HỆ THỐNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG
ĐIỆN HẠ ÁP SỬ DỤNG PLC S7-300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN WINCC
..................................................................................................................................... 38

4.1 Mục tiêu đề ra đối với thiết kế hệ thống SCADA..............................................38
4.2 Tổng hợp tín hiệu cho từng cấp điện áp.............................................................38
4.3. Bù cơng suất phản kháng...................................................................................39
4.3.1. Khái niện bù công suất phản kháng...................................................................39
4.3.2.Tại sao phải bù cơng suất phản kháng.................................................................39
4.3.3 Lợi ích khi nâng cao hệ số cơng suất cosφ..........................................................40
4.3.4 Cách tính cơng suất phản kháng cần bù..............................................................40
4.3.5 Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất phản kháng..........................................40
4.3. Chương trình điều khiển....................................................................................43
4.3.1. Giao diện WinCC...............................................................................................43
4.3.2. Giao diện lập trình PLC.....................................................................................44


LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 8 tuần thực hiện, đến nay đồ án em đã hoàn thành. Việc thực hiện đồ án
tuy gặp nhiều khó khăn do về kiến thức cịn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu và
kinh nghiệm thực tế tuy nhiên với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy cô trong Viện Kỹ
Thuật Và Công Nghệ nói chung cùng các thầy cơ trong ngành Cơng Nghệ Và Kỹ
Thuật Điện - Điện Tử nói riêng và các bạn cùng lớp nên đến nay đồ án của em đã hoàn
thành đúng tiến độ.
Nhân đây, em xin chân thành cám ơn các thầy cô bộ môn kỹ thuật điện và đặc
biệt là thầy Th.S Đinh Văn Nam và các thầy cô giáo bộ môn trong Viện. Và một lần
nửa xin cám ơn tất cả các thầy cô và các bạn giúp đỡ và động viên em trong suốt quá
trình thực hiện đồ án.
Xin trân thành cám ơn.
Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Tô Thế Quyền



LỜI MỞ ĐẦU
Với su hướng cơng nghiệp hóa hiện đất nước thì ứng dụng cơng nghệ mới vào
sản xuất và cơng tác quản lí ngày càng được mở rộng và áp dụng ngày càng rộng rãi
hơn. Và ngành kỹ thuật điện cũng thế các hệ thống quản lí bằng các phần mềm cũng
được mở rộng.
SCADA là hệ thống quản lí thu nhập dữ liệu, giám sát và điều khiển từ xa hết sức
hiện đại mà nước đang dần áp dụng vào hệ thông điện nước ta.
Và ngay bây giờ tôi xin giới thiệu đến các bạn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và
ứng dụng SCADA vào hệ thống điện ở Việt Nam chúng ta.
Do hạn chế về kinh nghiệm thực tiễn, nguồn tài liệu hạn chế và kiến thức thực tế
và thời gian nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy và các bạn thơng
cảm bỏ qua và góp ý thêm để đồ án được hồn chỉnh hơn.
Em xin trân thành cám ơn.


CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA
1.1. Khái niệm chung về SCADA
1.1.1. Định nghĩa
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ
liệu, giám sát và điều khiển các q trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và
điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thơng. Nói cách
khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để
thực hiện các chức năng sau:
+ Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
+ Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
+ Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
+ Nhận các lệnh từ người 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.
1.1.2. Chức năng và vai trị
Mỗi hệ thống sản xuất cơng nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý.
Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối
tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công
nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mơ của từng cấp mà
có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện
những dịch vụ sau:
+ Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ
chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự kiện
thao tác, về báo động…)
+ Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập được.
+ Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệu
PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ)
+ Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một
phương thức truyền thơng nào đó để tự động hố việc quản lý giám sát, điều khiển cho
một đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hố là một xu thế
khơng thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc làm tất yếu nếu
chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trị của nó là rất rõ ràng, SCADA
giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắng


về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm
này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận hành điều này góp phần
đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.
1.1.3. Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ
Các hệ thống SCADA được dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy
nước sạch, trạm xử lý nước sạch, hàng hải…
Hệ thống SCADA của ngành điện Việt nam hiện nay được chia thành ba cấp: cấp

quốc gia, cấp Bắc Trung Nam và cấp tỉnh. Khi hệ thống trở thành phức tạp hơn, có thể
sẽ có cấp huyện. Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi và điều khiển các nhà máy phát
điện, các đường dây/trạm 500kV và các đường dây/trạm 220kV lớn. Ba trung tâm điều
độ miền theo dõi và điều khiển các đường dây/trạm 220kV và các đường dây/trạm
110kV lớn trong khu vực mình. Các trung tâm điều độ cấp tỉnh theo dõi và điều khiển
hệ thống phân phối điện trong khu vực của mình.
Các hệ thống SCADA dùng RTU ngày càng được thay thế bởi PLC, trong hệ
SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền cũng đang ngày càng đi
theo xu thế này. Việc xây dựng các hệ thống SCADA dùng PLC sẽ đem lại các lợi thế
sau:
+ Kinh phí sẽ thấp hơn nhiều
+ Các hệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khố, nút ấn… Do đó chúng rất cồng
kềnh, chiếm nhiều diện tích. Ngồi ra cịn rất khó khăn trong việc lắp đặt, kiểm định,
vận hành, giám sát, bảo dưỡng. Tuy nhiên công việc này sẽ rất đơn giản nếu chúng ta
sử dụng hệ SCADA dùng PLC
+ Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cận với cơng nghệ PLC hơn và do đó khả năngthiết
kế, nâng cấp và làm chủ công nghệ dễ dàng hơn
+ Mua thiết bị dễ dàng hơn
+ Dễ bảo dưỡng và thay thế các thiết bị
+ Đặc biệt với hệ SCADA thì việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê, phân tích
hệ thống rất dễ dàng
+ Các hệ thống SCADA sẽ trở nên đơn giản hơn và phổ biến hơn trong tương lai
bởi lẽ các thiết bị trong lĩnh vực tự động hoá đang ngay càng phát triển mạnh.
1.1.4. Kết cấu của một hệ SCADA
Nói một cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC ở phịng điều
khiển trung tâm, các RTU( remote terminal unit) hay PLC(programable logic
controller) ở các trạm xa và thiết bị thông tin để kết nối hai phần trên với nhau.
SCADA tương tự như phần HMI của hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ
phòng điều khiển trung tâm, thu thập dữ liệu, quản lý các số liệu, quản lý báo động,



báo cáo. Các hệ thống SCADA cũ chạy trên môi trường DOS, VMS hay UNIX. Các
hệ thống mới hơn chạy trên nền của Windows, Linux.
1.1.5. Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA:
1.1.5.1. Phần cứng
Tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm khác
nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những phần sau:
+ Máy tính PC với các dịch vụ truyền thơng chuẩn và các chương trình giao diện
đồ hoạ được thiết kế sẵn
+ Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic
Controller)
+ Các transmitter/RTU số thông minh
+ Card mạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thập và điều
khiển.
1.1.5.2. Phần mềm
Phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của
một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và
có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngồi ra, phần
mềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, để
có thể chuuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê,
dạng biểu đồ hay dạng đồ thị.
1.1.6. Truyền tin trong hệ SCADA
Các dạng truyền tin trong hệ SCADA
- Ngồi việc sử dụng các máy tính cơng nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở
phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA
là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống. Vì
vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn các tiêu chuẩn
như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay dị bộ, khoảng cách
địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị trường và máy
chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu trong hệ SCADA

như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc có các loại truyền sóng
Radio, vơ tuyến; các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ RTU, GPS. Tuỳ theo
mơ hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát
huy hết tính năng tác dụng của nó.
1.1.7. Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam
Q trình phát triển của cơng nghệ điều khiển hệ thống điện: Từ những năm
1970, hệ thống máy tính đã được ứng dụng rộng rãi trong các trung tâm điều độ hệ


thống điện lớn trên thế giới. Lúc đầu, hệ thống máy tính phục vụ việc quản lý kỹ thuật,
quản lý các dữ liệu, các thiết bị trên hệ thống điện và phục vụ việc tính tốn các bài
tốn rời rạc, đơn lẻ. Dầncác phần mềm chuyên dụng phục vụ quản lý, điều hành hệ
thống điện được ra đời.
Vào đầu những năm 1980, hầu hết các trung tâm điều khiển của các hệ thống
điện lớn trên thế giới đã được trang bị “Hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát điều
khiển” gọi tắt là SCADA. Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA là thu nhận tự
động, xử lý các dữ liệu, hiển thị trên màn hình bảng sơ đồ các tín hiệu thời gian thực
của các phần tử trên hệ thống điện như: tần số, điện áp các điểm nút, thông số vận
hành (công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, nhiệt độ, áp lực
dầu…) của các thiết bị (máy phát điện, máy biến áp, đường dây điện…). Nó hiển thị
trạng thái làm việc của tất cả các thiết bị đóng cắt, tăng giảm nấc phân áp của máy biến
áp… giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện điều khiển từ xa, theo dõi, giám sát
sự làm việc của toàn bộ hệ thống điện.
1.1.8. Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA
Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông số
kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng chng,
cịi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc và nhấp
nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện có những hành động ứng
xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc đưa các
thiết bị dự phịng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vẫn làm

việc ở trạng thái ổn định và kinh tế. Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết bị trên
hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều được lưu trữ tự động
theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng ms, có thể truy xuất khi cần thiết dưới
dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố được chính xác.
Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều hành có thể thực hiện các thao tác,
điều khiển các thiết bị từ xa như khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện, thay đổi
cơng suất theo u cầu, đóng cắt các thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp của các máy biến
áp… Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực, tiến tới có thể xố bỏ chế độ người
trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy. Các thiết bị làm việc hoàn toàn tự động,
được điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ. Từ thập kỷ 90 trở lại đây, các hệ thống
tích hợp thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát được ứng dụng và phát triển rộng rãi.
Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nó được trang bị thêm nhiều phần
mềm ứng dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấy các dữ liệu thời gian thực của hệ
thống, đưa vào tính tốn và cho ra kết quả bằng các lệnh điều khiển trực tiếp lên một
phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đưa ra các khuyến cáo cụ thể cho các kỹ sư điều


hành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của hệ thống điện được ổn định, an toàn và
kinh tế nhất.
Các phần mềm ứng dụng thông thường đi kèm là:
+ Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control).
+ Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch).
+ Phân tích chế độ đột biến (CA: Contingency Analysis).
+ Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation).
+ Tính tốn trào lưu cơng suất (DLF: Dispatch Load Flow).
+ Tối ưu hố trào lưu cơng suất (OPF: Optimal Power Flow).
+ Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast).
+ Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning).
1.1.9. Ứng dụng SCADA trên lưới điện
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng của các hệ thống thông

tin đo lường điều khiển xa ngày càng rộng. Xét trong phạm vi một nhà máy điện, đó là
hệ thống tự động hoá nhà máy, đối với trạm biến áp là hệ thống tự động hoá trạm
(Substation Automation System - SAS). Từ năm 1994 cùng với việc xây dựng hệ
thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia ra đời với phần trung tâm của
nó là hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Sau đó lưới điện
phân phối của các công ty Điện lực cũng từng bước được áp dụng hệ thống
SCADA/EMS (Energy Management System), mở ra một triển vọng vận hành HTĐ an
toàn, liên tục và kinh tế.


Hình 1.1: Hệ thống SCADA trên lưới điện
1.1.9.1. Ngun lí làm việc
Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA như sau:
* Thu thập dữ liệu:
- Dữ liệu từ các trạm biến áp và các nhà máy điện được chia làm ba loại chính:
- Dữ liệu trạng thái: trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các khoá
điều khiển từ xa/tại chỗ v.v... Các cảnh báo của các bảo vệ.
- Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp, dịng
điện, vị trí nấc biến áp v.v...
- Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện năng kWh, kvarh v.v...
* Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào số của
RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và điện áp
được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các
cổng đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu được số hố và thơng qua kênh
truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều độ.
- Điều khiển:
Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của trung tâm điều độ thông qua kênh
truyền gửi đến RTU (hoặc SAS), các lệnh điều khiển có thể là:
+ Lệnh đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa (open/close).
+ Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/Lower)

+ Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint)
- Giám sát: Dữ liệu thu thập từ các trạm về trung tâm điều khiển sẽ được máy
tính xử lý:
+ Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các dạng đồ thị xu hướng.


+ Đối với dữ liệu trạng thái (máy cắt, dao cách ly, cảnh báo v.v...) khi phát hiện ra
có sự thay đổi trạng thái hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng âm thanh và dịng
thơng báo để lơi kéo sự chú ý của người vận hành.
+ Đối với dữ liệu giá trị đo xa, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với
các ngưỡng dưới và ngưỡng trên (đã được định trước), nếu giá trị đo được bị vi phạm
thì hệ thống sẽ phát cảnh báo cho người vận hành.
1.1.9.2. Các chức năng SCADA
- Thu thập dữ liệu
- Điều khiển giám sát
- Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn
- Điều khiển cảnh báo và sự kiện
- Ghi nhận trình tự các sự kiện
- Lưu trữ và khơi phục dữ liệu q khứ
- Phân tích dữ liệu sự cố
- Phân tích kết dây và trạng thái hệ thống
- Xu hướng của dữ liệu động và dữ liệu quá khứ
- Tạo báo cáo, thường lệ và đặc biệt
- Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt
- Thơng tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ.
1.1.9.3. Các chức năng EMS trong lưới truyền tải
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) cung cấp cho Trung tâm Điều độ phương
tiện để điều khiển và vận hành một cách tối ưu HTĐ. Các chức năng chính của bộ
chương trình EMS đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và kinh tế. Các chương trình ứng
dụng bao gồm:

* Thiết lập trạng thái kết dây và đánh giá trạng thái.


- Phân tích đột biến (bao gồm cả tự động lựa chọn trường hợp đột biến),
- Trào lưu công suất cho kỹ sư điều hành.
- Vận hành kinh tế trong điều kiện có ràng buộc.
- Phần mềm huy động thủy điện.
- Tự động điều khiển phát điện (AGC).
- Trào lưu công suất tối ưu.
- Dự báo phụ tải.
- Phối hợp thuỷ-nhiệt điện.
- Huy động tổ máy.
Các chương trình trên được hỗ trợ cho cả chế độ thời gian thực và chế độ nghiên
cứu. Do tính chất quan trọng của hệ thống SCADA/EMS mà hầu hết các thiết bị đều
có cấu hình kép. Tương tự như đối với lưới truyền tải, để quản lý vận hành lưới điện
phân phối cao áp người ta sử dụng hệ thống SCADA/DMS. Trong đó DMS
(Distribution Management System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA
phục vụ quản lý lưới điện phân phối. Ngoài ra để phục vụ cho quản lý vận hành lưới
trung thế phân phối cịn có hệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS (Distribution
Automation System).
1.2. Lợi ích của việc sử dụng SCADA trạm
SCADA trạm sẽ mang lại những lợi ích to lớn khi thiết kế, xây dựng, vận hành,
bảo trì và nâng cấp trạm khi cần mở rộng. Đặc biệt nó tăng cường thêm chất lượng
giám sát, vận hành và nâng cao tính tin cậy của hệ thống trạm. Các lợi ích mà SCADA
trạm mang lại gồm:
1.2.1. Lợi ích khi thiết kế và xây dựng trạm
+ Giảm bớt số lượng các thiết bị dự phòng.
+ Giảm thiểu hạ tầng cơ sở của trạm bao gồm: đường cáp tín hiệu/ống dẫn dây,
các tủ bảng đo lường, tủ bảng điều khiển và diện tích nhà điều hành trạm
+ Dễ dàng nâng cấp, mở rộng hệ thống điều trạm

1.2.2. Lợi ích khi vận hành
+ Tự động ghi nhận các hoạt động ghi nhận các hoạt động điều hành trạm của
người trực trạm cũng như các lệnh điều hành của cấp trên.


+ Có cơ sở dữ liệu vận hành để dùng trong việc vận hành, phân tích, tính tốn với
hệ thống, điều khiển thời gian thực.
+ Giảm được số lượng nhân công vận hành trạm, hơn nữa trên cơ sở hệ thống
trạm được tự động hố hồn tồn điều này sẽ tránh được đáng kể những sai sót do
người cơng nhân vận hành trạm.
1.2.3. Lợi ích trong bảo trì hệ thống
+ Có cơ sở dữ liệu về lịch sử vận hành, lịch sử thao tác trạm, các báo động, thông
tin về sự cố ln có sẵn trên hệ thống.
+ Các thiết bị đo có thể được trực tiếp lập trình về các thơng số cấu hình, chẩn
đốn, chỉnh định hệ thống…
+ Dễ dàng lập kế hoạch bảo trì thiết bị thơng qua việc phân tích cơ sở số liệu tình
trạng hoạt động của thiết bị. Chi phí bảo trì sẽ giảm do có số liệu cụ thể về hệ thống.
+ Sơ đồ trạm được quản lý bằng máy tính nên rất dễ dàng trong việc xem xét
cũng như cập nhật các thay đổi mà khơng mất nhiều chi phí.
1.2.4. Tăng cường tính tin cậy của hệ thống
+ Giao diện người - máy thân thiện với giải thích rõ ràng cùng cơ chế kiểm tra
hoạt động sẽ giảm tối thiểu khả năng tháo tác nhầm, thao tác sai của người trực trạm.
+ Tăng số lượng, chất lượng và độ tin cậy của việc thu thập số liệu.
+ Cung cấp nhanh chóng và chính xác về lịch sử thao tác cũng như lịch sử vận
hành trạm để có thể đưa ra nhanh chóng những quyết định khi hệ thống có sự cố xảy ra
hay là khi cần nâng cấp, bảo trì hệ thống.
+ Trên cơ sở có các cảnh báo sớm sẽ khiến cho việc bảo trì đúng thời hạn sẽ giảm
thiểu đáng kể các rủi ro hỏng hóc mang lại.
+ Do việc thu thập số liệu thời gian thực nên cho phép thực hiện nhanh chóng
xác định và xử lý tình trạng quá tải. Những khu vực bị quá tải này sẽ được nhanh

chóng bù đắp bằng hệ thống nguồn cấp dự phòng khác; điều này giảm đáng kể thời
gian bị mất điện do sự cố qua tải hệ thống.
1.3. Tổ chức của SCADA trạm
1.3.1. Tổ chức của SCADA
Theo yêu cầu của hệ SCADA, chúng ta nhận thấy SCADA có các đặc điểm sau:
* Hệ thống vừa truyền tin, vừa tiến hành thu thập số liệu, tính tốn, tiến hành
tương tác với người dùng và truyền tin với cấp trên trong tất cả thời gian thực.
* Hệ thống có nhiều tính năng khác nhau. Một số địi hỏi việc tính tốn là rất
nhiều( ví dụ như việc lập các báo cáo, phân tích hệ thống… ) nhưng một số cơng việc
lại địi hỏi tính thời gian chặt chẽ( các hệ thống địi hỏi tính thời gian thực cao như là
các hệ thống thu thập số liệu, truyền tin cấp dưới, cảnh báo, báo động…).


* Một số tính năng hoạt động liên tục(ví dụ như: đo, thu thập thông số hệ thống,
truyền tin…) nhưng một số tính năng lại chỉ hoạt động theo yêu cầu hay định kỳ rồi
nghỉ( ví dụ như trong cơng tác in báo cáo, lập bảng biểu chỉ làm theo yêu cầu của
người dung ).
* Một số tính năng bắt buộc phải có, một số tính năng khác thì lại là tuỳ chọn của
người dùng có thể thêm vào hay bớt đi mà không làm ảnh hướng đến hệ thống. Hệ
SCADA trạm thực hiện trên một máy tính cá nhân PC đơn bộ xử lý, thực hiện đa chức
năng, đa luồng bằng cách phân chia thời gian thực hiện giữa các luồng hoạt động và
thực hiện đa tác vụ, đa xử lý thực sự ở cấp transmitter số. Hệ thống SCADA trạm của
chúng ta được xây dựng từ các đối tượng sau:
- Đối tượng cấp trường đó là các trasmitter số thông minh, các bộ chuyển đổi, các
sensor cảm biến.
- Đối tượng thu thập.
- Đối tượng lập báo cáo( hiển thị và in ấn các báo cáo).
- Đối tượng truyền tin với cấp trên.
- Đối tượng quản lý cơ sở số liệu về lịch sử vận hành, lịch sử sự kiện thao tác, sự
cố…

- Đối tượng thiết kế các trang hiển thị( gồm các thanh tác vụ tasbar, bus bar…).
- Đối tượng thiết kế báo cáo.
- Đối tượng lập cấu hình hệ thống.
1.3.2. Lựa chọn hệ điều hành
Ngày nay kỹ thuật phần cứng của máy tính đã phát triển hết sức mạnh mẽ. Năng
lực của các máy tính thế hệ mới của Intel mà điển hình là dịng chíp xử lý họ Pentium
đã mang lại bước nhảy vọt trong công việc tính tốn, xử lý dữ liệu và phân tích hệ
thống. Giao diện đồ hoạ GUI( Graphical User Interface) càng ngày càng được hoàn
thiện, gần với người sử dụng hơn. Với hệ thống thư viện đồ hoạ khổng lồ của
Microsoft Windows với các giao tiếp đồ hoạ chuẩn đã tạo nên nhiều bước ngặt trong
lĩnh vực thiết kế giao diện.
Do máy tính PC là rất đơn giản, nhỏ gọn và độ tin cậy là tuy khơng bằng các máy
tính cơng nghiệp nhưng với công nghệ điện tử hiện nay các máy PC vẫn đáp ứng tốt
các yêu cầu về xử lý cũng như tính tốn trong các q trình cơng nghiệp. Trước đây
người ta hay dùng trên hệ điều hành truyền thống của Microsoft Windows là MS –
DOS, tuy hệ điều hành DOS là khá đơn giản song ngày nay với quy mô của các trạm
là rất lớn và số công việc phải thực hiện cùng một lúc là rất cao và DOS không đáp
ứng được điều này. Hệ điều hành Windows đã mang lại một sự thay đổi đáng kể. Do
vậy chúng tôi quyết định chọn việc phát triển bộ phần mềm SCADA trạm dựa trên hệ


điều hành của Microsoft Windows với version Windows 2000/Windows XP với các lý
do sau:
- Microsoft Windows XP là một hệ điều hành thuộc vào loại tiên tiến hiện nay, nó
hỗ trợ đa chương trình, đa năng cùng với một hệ thống bảo mật nghiêm ngặt giúp bảo
vệ tài nguyên của hệ thống. Trong khi một hệ SCADA có rất nhiều chức năng, nhiệm
vụ bao gồm: hiển thị đồ hoạ, tạo lập báo cáo, quản lý cơ sở dữ liệu, điều khiển hệ
thống trạm, truyền tin… Nếu chúng ta đưa tất cả các chức năng này vào trong một
chương trình duy nhất sẽ làm chương trình trở nên rất phức tạp, khả năng mắc lỗi là rất
cao. Hơn nữa việc đưa tất cả các tác vụ vào cùng một chương trình sẽ rất khó khăn

trong cơng tác quản lý cũng như trong cơng tác điều khiển hệ thống. Cịn một lý do
nữa là một số chức năng không phải lúc nào cũng được sử dụng một cách thường
xuyên, liên tục vì vậy sẽ khơng tạo nên tính hiệu quả. Bởi vậy cách tốt nhất là chia nhỏ
chương trình ra thành các module nhỏ với các tác vụ độc lập, chức năng riêng biệt
chạy trên một hệ điều hành đa nhiệm hỗ trợ đa năng.
- Microsoft Windows XP có khả năng quản lý bộ nhớ lớn: khả năng đánh địa chỉ
trực tiếp 32bit của Windows cho phép đánh địa chỉ trực tiếp tới 4Gb ô nhớ đủ để đáp
ứng yêu cầu của mọi bộ phần mềm. Người lập trình sẽ khơng bao giờ phải bận tâm với
việc thiếu bộ nhớ.
- Microsoft Windows XP cung cấp cho người dùng một phương thức đồng nhất
để tạo giao tiếp đồ hoạ một cách dễ dàng và thân thiện. Băng cách lập trình thống nhất
khơng phụ thuộc phần cứng, người lập trình sẽ khơng phải bận tâm đến tính tương
thích giữa các hệ thống đồ hoạ khác nhau. DOS là một hệ điều hành dựa trên các dịng
lệnh, khơng hỗ trợ đồ hoạ trong lúc SCADA làm việc phần nhiều lại là đồ hoạ, việc
này khiến người thiết kế hệ thống SCADA phải tự xây dựng các thư viện đồ hoạ cho
chương trình SCADA của mình. Đây là một việc làm rất khó khăn địi hỏi mất nhiều
công sức và tốn kém. Trong khi ấy Windows lại cung cấp một hệ thống các phần tử
GUI chuẩn bao gồm view, dialog box, push button, pop-up menu và nhiều thư viện
khác việc này đã mang lại cho người thiết kế hệ thống rất nhiều trong việc tạo ra các
HMI thân thiện và đẹp mắt mà không mất nhiều thời gian.
- Microsoft Windows XP hỗ trợ mạnh trong các giao tiếp mạng như mạng tồn
cầu Internet, Ethernet cơng nghiệp, các mạng cục bộ LAN, WAN…Nó hỗ trợ sử dụng
modem, giúp cho người lập trình dễ dàng tạo các giao tiếp truyền thông cần thiết với
công sức bỏ ra là ít nhất.
- Microsoft Windows XP hỗ trợ đa phương tiện( multimedia) giúp người lập trình
dễ dàng thêm vào các âm thanh và các hình ảnh chuyển động khiến cho giao diện HMI
gần với thực tế hơn.


- Microsoft Windows XP ngoài việc sử dụng phần cứng của Intel ra chúng ta có

thể sử dụng phần cứng của nhiều hãng phần cứng khác nhau.
1.3.3. Triển khai xây dựng bộ phần mềm cho SCADA trạm
Hệ thống SCADA trạm là một hệ thống khá phức tạp, bao gồm nhiều tính năng,
chức năng và nhiệm vụ khác nhau, được tổ chức dưới dạng một tập hợp các chương
trình hoạt động có liên quan mật thiết với nhau.
1.4. Trạm điện và SCADA trạm
1.4.1. SCADA trong hệ thống điện lực
Các cấp quản lý trong hệ thống điện lực
Mục đích của việc SCADA cho các trạm điện trong hệ thống điện lực Việt Nam
trước tiên nhằm đáp ứng nhu cầu về tự động hố và số hố hệ thống điện Việt Nam.
Nó phản ánh một bước đi tất yếu của việc hiện đại hố hệ thống điện, đồng thời nó
cũng phản ánh trình độ về kinh tế - kỹ thuật của lưới điện Việt Nam.
Bảng1.1: Dưới đây tóm tắt sơ lược những cấp quản lý trong việc phân bổ điện

Qua trên chúng ta nhận thấy một số điều:


- Đối với mạng siêu cao áp, việc tính tốn, xử lý số liệu để từ đó đưa ra các lệnh
điều khiển hệ thống đòi hỏi một yêu cầu nghiêm ngặt về tính chính xác và kịp thời
trong việc ra quyết định. Nhiệm vụ này thuộc về trung tâm điều độ quốc gia A0. Các
trung tâm phân phối điện lưới cấp miền vào khu vực không đảm đương được việc này.
Tuy nhiên một thực tế tồn tại là việc thu thập số liệu và điều khiển thao tác lên hệ
thống lại đặt ở xa thuộc lĩnh vực quản lý của các trạm. Do vậy, các trung tâm điều độ
muốn điều khiển từ xa thì phải dựa và một hệ thống thông tin công nghiệp tốt để nhận
các số liệu từ cấp dưới đưa lên và các lệnh cần thi hành đưa xuống cấp dưới. Việc quản
lý phân phối cung cấp điện ở cấp cao áp thì thường giao cho các trung tâm điều độ
miền nắm giữ. Các trung tâm này cũng tích cực tham gia vào việc giám sát hệ thống và
chia sẻ bớt gánh nặng điều khiển của SCADA điều độ cấp trên.
- Đến các trạm, các trạm này thực hiện toàn bộ các tác vụ thu thập số liệu hệ
thống, điều khiển tải của lưới và thực hiện các thao tác nhằm ổn định hệ thống. Khi

các trạm được tự động hố hồn tồn thì việc giám sát hệ thống và điều khiển lưới lúc
này trở nên rất đơn giản. Khi SCADA điều độ cần điều khiển thao tác xuống một thiết
bị phía cấp dưới như đóng cắt máy cắt nào đó thì nó chỉ cần gửi một bản tin xuống
trạm. Tại trạm thông qua các PLC hay các RTU mà thao tác đó được thực hiện. Hay
ngược lại khi cần dữ liệu về hệ thống và trạm thì SCADA điều độ chỉ cần gửi một bản
tin yêu cầu các trạm gửi số liệu về hệ thống lên.
1.4.2. Các loại hình SCADA trong hệ thống điện
Dựa vào các phân tích bên trên ta đề ra hai loại hình SCADA sau:
- SCADA điều độ
- SCADA trạm
1.4.2.1. SCADA điều độ cấp quốc gia
Đây là một trung tâm mang tính điều độ cấp cao, mang tính huyết mạch của hệ
thống điện Việt Nam. Nó làm nhiệm vụ điều tiết tồn bộ điện năng trên lưới. SCADA
điều độ quốc gia giúp cho việc phân bổ điện năng thông suốt trên khắp ba miền.
SCADA điều độ quốc gia đảm đương các nhiệm vụ sau:
- Thu thập các số đo, các trạng thái, tình hình phụ tải từ các trung tâm điều độ
miền đưa lên.
- Trên cơ sở các số liệu thu được tiến hành phân tích, nhận dạng, đánh giá và đưa
ra các điều khiển tối ưu cho hệ thống về phân bổ cơng suất cũng như ổn định dự phịng
trong lưới.
Thực chất trung tâm SCADA điều độ quốc gia không trực tiếp làm nhiệm vụ thu
thập số liệu về hệ thống và cũng không điều khiển trực tiếp lên hệ thống mà chỉ thơng
qua các trạm phía dưới để thu thập dữ liệu và điều khiền hệ thống thông qua các lệnh
dưới dạng các bản tin.


Hình 1.2: Sơ đồ về cấp SCADA trong hệ thống điện Việt Nam
1.4.2.2. SCADA điều độ cấp miền
Tại các trung tâm điều độ miền, các dữ liệu về hệ thống được các trạm gửi lên,
với những phân tích và đánh giá của mình các trung tâm này đưa ra các quyết định

điều khiển tác động lên lưới nhằm một mục tiêu nhất định là ổn định hệ thống.
SCADA điều độ miền là cấp trung gian giữa SCADA điều độ quốc gia và SCADA
trạm nên nó có một số nhiệm vụ đặc trưng sau:
- Thu thập số liệu từ các SCADA trạm.
- Phân tích biểu đồ phụ tải thu được, tiến hành đánh giá và đưa ra các phương án
điều độ và phân chia phụ tải và ổn định lưới. Các trung tâm điều độ miền đóng vai trị
quan trọng và định hướng cho các SCADA trạm trong việc điều tiết công suất tải và
điều khiển hệ thống.
1.4.2.3. SCADA trạm
Đây là một trung tâm máy tính điều khiển mà tác động trực tiếp đến chất lượng
trong lưới điện vì đây là một nơi mà các tác động điều khiển trực tiếp tác động vào hệ


thống điện. Lưới điện có thể ổn định và bền vững hay không phụ thuộc rất nhiều các
trung tâm SCADA trạm này. Vậy nhiệm vụ của SCADA trạm là phải trực tiếp:
- Thao tác điều khiển lên các thiết bị của hệ thống, các máy biến áp…
- Thu thập và giám sát các thông số về hệ thống.
- Điều khiển đóng/cắt nhằm bảo vệ hệ thống trong trường hợp lưới gặp sự cố như
quá tải, chạm chập…
- Đưa các dữ liệu về báo cáo với SCADA cấp trên phục vụ cho việc phân tích,
đánh giá hệ thống khi cần khắc phục sự cố hay nâng cấp hệ thống. Mạch thu thập số
liệu và điều khiển được thiết kế bằng:
- Một PLC và các module AI/AO, DI/DO.
- Một bộ RTU với các transmitter analog.
- Một bộ các transmitter số thông minh.
SCADA trạm được thiết kế cịn có các bus truyền tin phục vụ cho các tác vụ
truyền thông sau:
- Một bus truyền số liệu, truyền lệnh hiện trường kiểu RS-485 nối các PLC, các
RTU và các transmitter số thông minh với trung tâm điều khiển là các máy tính PC.
Một bus truyền tin theo kiểu RS-323 để giao tiếp truyền thông với SCADA điều

độ cấp trên.
Trung tâm điều khiển là các máy tính PC, tuỳ theo quy mơ của trạm mà số lượng
máy có thể là nhiều hay ít. Với mỗi trạm tuỳ vào mức độ đòi hỏi về độ tin cậy của việc
điều khiển mà ta có thể lắp các máy dự phịng. Các trạm với quy mơ nhỏ ta có thể chỉ
cần dùng một máy tính PC tốc độ cao, khả năng xử lý nhanh và có dung lượng bộ nhớ
lớn là có thể đảm nhận việc của một trung tâm điều khiển và giám sát. Còn đối với các
trạm lớn và địi hỏi tính an tồn cao thì ta nên dùng một máy chuyên làm nhiệm vụ
điều khiển, một máy PC khác thì làm nhiệm vụ thu thập và giám sát nếu cần thiết có
thể dùng thêm một máy chuyên thực hiện các tác vụ về truyền thông.


CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.1. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình
Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy
sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control). Hệ
thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong
hồn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương
pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng
điều khiển thiết bị dể dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản,
ngồi ra PLC cịn có thể thực hiện được những tác vụ khác như làm tăng khả năng cho
những hoạt động phức tạp.
Bộ nhớ chương trình

Panel lập trình

Đơn vị điều khiển

Bộ nhớ dữ liệu .


Khối ngỏ vào

Mạch giao tiếp cảm biến

Khối ngỏ ra Mạch công suất & cơ cấu tác động

Hình 2.1: Sơ đồ khối bên trong PLC
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ
quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu
điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào
và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động
(actuators) có cơng suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers)
ở ngõ vào, mà khơng cần có các mạch giao tiếp hay rơle trung gian. Tuy nhiên, cần
phải có mạch điện tử cơng suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có cơng
suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà khơng cần có sự
thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều
khiển trong bộ nhớ thơng qua thiết bị lập trình chun dùng. Hơn nữa, chúng cịn có
ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều


khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết
bị rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp như là:
- Khả năng chống nhiễu tốt
- Cấu trúc dạng modul do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul
mở rộng vào/ra ) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng)
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngỏ ra được chuẩn hố
- Ngơn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dể hiểu và dể

sử dụng
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng
- Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển
các máy móc cơng nghiệp và trong điều khiển quá trình.
2.2. Những khái niệm cơ bản
Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kĩ sư hãng General Motors. Vào
năm 1968 họ đã đề ra các chỉ tiêu kĩ thuật nhằm đáp ứng những u cầu điều khiển
trong cơng nghiệp:
- Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển , sử dụng thích hợp trong nhà
máy
- Cấu trúc dạng modul để dễ dàng bảo trì và sửa chữa
- Tin cậy hơn trong mơi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp
- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương
đương
- Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kĩ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu
về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra
thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh logic
đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó là các lệnh
xử lý tốn học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính tốn số liệu số thực 32
bit, xử lý thời gian thực đọc mã mạch, vv...
- Đồng thời sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả như bộ nhớ
lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng hơn. Vào những
năm 1976 PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra bằng kĩ thuật truyền thông,
khoảng 200 mét.
- Các họ PLC của các hãng sản xuất phát triển từ loại hoạt động độc lập chỉ với
20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến các PLC có cấu trúc
modul nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và các chức năng chuyên dùng khác.
+ Xử lý tín hiệu liên tục (analog)



+ Điều khiển động cơ servo, động cơ bước
+ Truyền thông
+ Số lượng ngõ vào/ra
+ Bộ nhớ mở rộng
- Với cấu trúc modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều
khiển dùng PLC với chi phí và cơng sức ít nhất
Chỉ tiêu so sánh
Giá thành từng
Chức năng
Kích thước
vật ly
Tốc độ điều khiển
Khả năng chống
nhiễu
Lắp đặt

Khả năng điều
khiển tác vụ phức
tạp
Để thay đổi điều
khiển
Công tác bảo trì

Rơ - le
Khá thấp

Mạch số
Thấp

Máy tính

Cao

PLC
Thấp

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Chậm
Xuất sắc

Rất nhanh
Tốt

Khá nhanh
Khá tốt

Nhanh
Tốt

Mất nhiều thời
gian lập trình

Lập trình và lắp
đặt đơn giản


Có

Có

Mất thời Mất thời gian
gia thiết kế
thiết kế
lắp đặt
Khơng
Có

Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

Kém-có rất
nhiều cơng
tắc

Kém-nếu IC
được hàn

Kém-có nhiều
mạch điện tử
chuyên dùng


Tốt-các modul
được tiêu chuẩn
hóa

Bảng 2.1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển
- Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm
cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi.
2.3. Cấu trúc phần cứng của PLC
- PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra. Trạng thái
ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnh
logic trên các trạng thái của chúng và thơng qua chương trình trạng thái ngỏ ra được
cập nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngỏ ra trong bộ nhớ đệm được
dùng để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng, như vậy sự hoạt động
của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong.
- Bộ nhớ, chương trình được nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên
dùng.