-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.

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
*****

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

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

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
-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


-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.

- 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


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

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.

° 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