Giáo Trình SCADA Nghề Điện Tử Công Nghiệp Trình Độ Cao Đẳng Hệ Liên Thông

Giáo trình SCADA cho nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳng hệ liên thông, cung cấp kiến thức chuyên sâu và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Nhàn
• Trường học: Cao đẳng nghề Cần Thơ
• Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình SCADA Nghề Điện Tử Công Nghiệp Trình Độ Cao Đẳng
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC
• 1.1. Chức năng và vai trò
• 1.2. Các lĩnh vực ứng dụng SCADA
• 1.3. Các thành phần của một hệ thống Scada
• 1.4. Các thiết bị chấp hành
• 1.5. Sự khác nhau giữa PLC, DCS và SCADA
• 1.6. Phần mềm WinCC
• 1.7. Các đặc điểm chính của WinCC
• 1.8. Giao diện làm việc
• 2. BÀI 2: TRUYỀN THÔNG
• 2.1. Đặc tính điện học
• 2.2. Giao diện cơ học
• 2.3. Số trạm tham gia
• 2.4. Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn
• 2.5. Cấu hình mạng
• 2.6. Chuẩn truyền thông RS485
• 2.7. Lắp đặt truyền thông RS485
• 3. BÀI 3: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-200
• 3.1. Yêu cầu công việc
• 3.2. Cách thực hiện
• 3.3. Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-200
• 3.4. Tạo biến dùng PC Access
• 3.5. Thiết kế giao diện Wincc
• 3.6. Tạo file ảnh
• 3.7. Tạo thuộc tính cho ảnh
• 3.8. Chạy giao diện WinCC
• 3.9. Các bước thực hiện
• 3.10. Nội dung thực hành
• 4. BÀI 4: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-300
• 4.1. Yêu cầu công việc
• 4.2. Cách thực hiện
• 4.3. Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-300
• 4.4. Thiết kế giao diện Wincc
• 4.5. Tạo file ảnh
• 4.6. Tạo thuộc tính cho ảnh
• 4.7. Chạy giao diện WinCC
• 4.8. Các bước thực hiện
• 4.9. Nội dung thực hành
• 5. BÀI 5: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-1500
• 5.1. Yêu cầu công việc
• 5.2. Cách thực hiện
• 5.3. Tạo project mới
• 5.4. Lấy phần cứng PLC
• 5.5. Add WINCC Professtional V15
• 5.6. Tạo kết nối ethernet giữa PLC và WINCC
• 5.7. Khai báo biến PLC và WINCC
• 5.8. Thiết kế màn hình điều khiển trên WINCC
• 5.9. Viết code PLC
• 5.10. Chạy mô phỏng
• 5.11. Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi
• 5.12. Download code cho PLC thực tế
• 5.13. Vận hành kiểm tra hoạt động với bảng điều khiển và WINCC
• 5.14. Các bước thực hiện
• 5.15. Nội dung thực hành
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình SCADA Nghề Điện Tử Công Nghiệp

Giáo trình SCADA Nghề Điện Tử Công Nghiệp Trình Độ Cao Đẳng được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản và chuyên sâu về hệ thống SCADA. Mô đun này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ về SCADA mà còn trang bị cho họ những kỹ năng cần thiết để vận hành và bảo trì hệ thống. Nội dung giáo trình được thiết kế đơn giản, dễ hiểu, phù hợp với nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp điện tử.

1.1. Khái niệm và vai trò của SCADA trong công nghiệp

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quản lý.

1.2. Các thành phần chính của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA bao gồm ba phần chính: máy tính trung tâm, thiết bị đầu cuối từ xa (RTU hoặc PLC) và hệ thống truyền thông. Mỗi phần đều có chức năng riêng biệt, hỗ trợ cho việc giám sát và điều khiển hệ thống.

II. Thách thức trong việc triển khai hệ thống SCADA

Việc triển khai hệ thống SCADA trong ngành điện tử công nghiệp gặp nhiều thách thức. Những thách thức này bao gồm việc tích hợp công nghệ mới, đào tạo nhân lực và đảm bảo an toàn thông tin. Để vượt qua những khó khăn này, cần có kế hoạch chi tiết và sự hỗ trợ từ các chuyên gia trong lĩnh vực.

2.1. Khó khăn trong việc tích hợp công nghệ mới

Nhiều doanh nghiệp gặp khó khăn trong việc tích hợp các công nghệ mới vào hệ thống SCADA hiện tại. Điều này đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian và nguồn lực.

2.2. Đào tạo nhân lực cho hệ thống SCADA

Đào tạo nhân lực là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống SCADA hoạt động hiệu quả. Cần có các chương trình đào tạo chuyên sâu để nâng cao kỹ năng cho nhân viên.

III. Phương pháp triển khai hệ thống SCADA hiệu quả

Để triển khai hệ thống SCADA một cách hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và linh hoạt. Việc lựa chọn phần mềm phù hợp, thiết lập cấu trúc mạng và đào tạo nhân viên là những yếu tố then chốt.

3.1. Lựa chọn phần mềm SCADA phù hợp

Việc lựa chọn phần mềm SCADA như WinCC là rất quan trọng. Phần mềm này cung cấp nhiều tính năng mạnh mẽ, giúp dễ dàng quản lý và điều khiển hệ thống.

3.2. Thiết lập cấu trúc mạng cho SCADA

Cấu trúc mạng cần được thiết lập một cách hợp lý để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao cho hệ thống SCADA. Việc sử dụng các giao thức truyền thông hiện đại sẽ giúp cải thiện khả năng kết nối.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống SCADA trong ngành điện tử

Hệ thống SCADA đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ngành điện tử công nghiệp. Từ việc giám sát quy trình sản xuất đến quản lý năng lượng, SCADA giúp tối ưu hóa hoạt động và giảm thiểu rủi ro.

4.1. Giám sát quy trình sản xuất

SCADA cho phép giám sát quy trình sản xuất theo thời gian thực, giúp phát hiện và xử lý sự cố kịp thời, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.2. Quản lý năng lượng hiệu quả

Hệ thống SCADA giúp quản lý và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, giảm thiểu lãng phí và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống SCADA trong giáo dục

Hệ thống SCADA sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong giáo dục nghề nghiệp. Việc cập nhật kiến thức và công nghệ mới sẽ giúp sinh viên sẵn sàng hơn cho thị trường lao động.

5.1. Tương lai của SCADA trong giáo dục nghề nghiệp

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống SCADA sẽ ngày càng trở nên phổ biến trong giáo dục nghề nghiệp, giúp sinh viên tiếp cận với các công nghệ tiên tiến.

5.2. Cập nhật kiến thức và công nghệ mới

Cần thường xuyên cập nhật kiến thức và công nghệ mới để đảm bảo rằng giáo trình SCADA luôn phù hợp với nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp.

Nội dung chính

TỔNG QUAN HỌC THUẬT VÀ PHÂN TÍCH NỘI DUNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN SCADA (MÃ MÔ ĐUN: MĐ 12)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun SCADA (Mã mô đun: MĐ 12) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình khung đào tạo nghề Điện tử công nghiệp trình độ Cao đẳng hệ liên thông, được Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ xây dựng và ban hành vào năm 2021. Tài liệu do nhóm tác giả gồm ThS. Nguyễn Thanh Nhàn (Chủ biên) và ThS. Nguyễn Tuấn Khanh biên soạn, với tổng thời lượng phân bổ là 60 giờ học.

+-----------------------------------------------------------------------+
|                CƠ CẤU THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN SCADA (MĐ 12)                 |
|                            Tổng số: 60 giờ                            |
+-----------------------------------+-----------------------------------+
| Lý thuyết: 30 giờ (50%)           | Thực hành, thảo luận: 27 giờ (45%)|
+-----------------------------------+-----------------------------------+
| Kiểm tra định kỳ: 3 giờ (5%)      | Tích hợp 5 bài học chuyên đề      |
+-----------------------------------+-----------------------------------+

Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun MĐ 12 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở cùng các mô đun chuyên ngành tiên quyết bao gồm: Lập trình PLC, Kỹ thuật cảm biến và Điều khiển điện - khí nén.

Mục tiêu học tập (Learning Outcomes) của giáo trình được xác định trên ba phương diện:

• Về kiến thức: Cung cấp nguyên lý hoạt động của hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition); mô tả cấu tạo, chức năng các thiết bị đầu cuối, thiết bị chấp hành, trạm phân tán RTU (Remote Terminal Unit) và bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller); phân tích các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp (RS-232, RS-485, Industrial Ethernet) và cấu trúc phân tầng SCADA/DCS.
• Về kỹ năng: Hình thành năng lực cấu hình phần cứng, thiết lập liên kết truyền thông, tạo bảng biến (Tag Management), thiết kế giao diện đồ họa người - máy (HMI) bằng phần mềm Siemens WinCC, lập trình xử lý sự kiện qua C-Action/VBScript, đồng thời thực hiện kết nối, nạp chương trình và vận hành giám sát thực tế trên ba dòng PLC Siemens: S7-200, S7-300 và S7-1500.
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong công nghiệp, khả năng vận hành độc lập và phối hợp nhóm, tuân thủ quy trình an toàn điện - thiết bị tại phòng thực hành.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp lý thuyết - thực nghiệm, phân định rõ ràng các bước hướng dẫn thao tác phần mềm, sơ đồ kết nối cáp vật lý và cung cấp ví dụ ứng dụng cụ thể kèm hệ thống câu hỏi kiểm tra đánh giá định kỳ.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        TIẾN TRÌNH 5 CHỦ ĐỀ CHUYÊN MÔN                             |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| Bài 1: Tổng quan SCADA & WinCC  --> Nền tảng hệ thống, Tag, HMI, C-Action         |
| Bài 2: Truyền thông Công nghiệp --> Tín hiệu điện, cáp nối, chuẩn RS-232, RS-485   |
| Bài 3: Kết nối PLC S7-200       --> Step7 Micro/WIN, OPC PC Access, C-Action      |
| Bài 4: Kết nối PLC S7-300       --> Cấu hình phần cứng, liên kết WinCC Explorer   |
| Bài 5: Kết nối PLC S7-1500      --> TIA Portal V15, WinCC Pro, Industrial Ethernet|
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 5 bài học chuyên đề được sắp xếp theo trình tự tăng dần về độ phức tạp công nghệ:

• Bài 1: Tổng quan về SCADA và phần mềm WinCC (12 giờ: 8 LT - 4 TH): Giới thiệu khái niệm hệ thống SCADA, so sánh chức năng giữa PLC, DCS (Distributed Control System) và SCADA; phân tích kiến trúc phần cứng và phần mềm dạng Client/Server; trình bày các công cụ lõi của Siemens WinCC (WinCC 7 / tích hợp PCS7) như Tag Management (phân loại Internal Tag và External Tag), Graphics Designer, Alarm Logging, Report Designer, Global Script; phương pháp lập trình sự kiện bằng ngôn ngữ ANSI-C (C-Action) và VBScript. Bài học minh họa qua đồ án mẫu: Thiết kế giao diện giám sát hệ thống tưới nước tự động.
• Bài 2: Truyền thông (4 giờ: 2 LT - 2 TH): Trình bày các thông số kỹ thuật của mạng công nghiệp; phân tích đặc tính điện học, giao diện cơ học chuẩn RS-232 (đầu nối DB-9, DB-25, chức năng các chân TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, RI, GND, khoảng cách truyền tối đa 15m, tốc độ 19.2 kBd); khảo sát chuẩn truyền thông công nghiệp đa điểm RS-485 (EIA/TIA-485) dùng phương pháp truyền vi sai điện áp đối xứng giữa hai dây dẫn A và B (điện áp $-7\text{V}$ đến $+12\text{V}$, hỗ trợ 32 trạm tải tiêu chuẩn hoặc 256 trạm qua Repeater, khoảng cách 1200m, tốc độ tối đa 10 Mbps); quy định phương pháp chặn đầu cuối (Active Bus Terminator trở kháng $100,\Omega - 120,\Omega$, mạch lọc RC) và sơ đồ mạch 2 dây (Half-duplex), 4 dây (Full-duplex).
• Bài 3: Kết nối WinCC với PLC S7-200 (16 giờ: 8 LT - 7 TH - 1 KT): Hướng dẫn viết chương trình logic trên phần mềm Step7 Micro/WIN; thiết lập biến trung gian qua phần mềm máy chủ PC Access (chuẩn giao tiếp OPC - OLE for Process Control); cấu hình kênh driver OPC.chn trong WinCC; tạo liên kết biến điều khiển/giám sát địa chỉ bit I0.0, M0.0, Q0.0; lập trình mã nguồn C-Action gán hàm SetTagBit cho các đối tượng đồ họa nút nhấn và đèn báo trạng thái.
• Bài 4: Kết nối WinCC với PLC S7-300 (12 giờ: 4 LT - 7 TH - 1 KT): Quy trình viết chương trình điều khiển logic cho họ vi điều khiển S7-300; tạo bảng biến quá trình External Tag kết nối trực tiếp driver Siemens S7 Protocol Suite; thiết kế giao diện HMI động, cấu hình thuộc tính chuyển màu và nhấp nháy (Flashing Background) cho thiết bị chấp hành.
• Bài 5: Kết nối WinCC với PLC S7-1500 (16 giờ: 8 LT - 7 TH - 1 KT): Hướng dẫn làm việc trên nền tảng TIA Portal; thêm phần cứng PLC S7-1500 và gói phần mềm WinCC Professional V15; thiết lập đường truyền mạng Industrial Ethernet; khai báo biến kết nối hệ thống; giải quyết bài toán điều khiển đảo chiều quay thuận - nghịch động cơ không đồng bộ 3 pha; chạy mô phỏng (Simulation), kết nối ngoại vi và nạp chương trình xuống thiết bị thực tế.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|             BẢNG ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT SO SÁNH CHUẨN TRUYỀN THÔNG                 |
+--------------------------+-----------------------+----------------------------+
| Thông số kỹ thuật        | Chuẩn RS-232 (EIA-232)| Chuẩn RS-485 (EIA-485)     |
+--------------------------+-----------------------+----------------------------+
| Kiểu truyền tín hiệu     | Bất đối xứng (Single) | Vi sai đối xứng (A - B)    |
| Điện áp làm việc logic 0 | +3V đến +15V (hoặc 12V)| V_AB: +1.5V đến +6V        |
| Điện áp làm việc logic 1 | -15V đến -3V          | V_AB: -6V đến -1.5V        |
| Số trạm kết nối trên bus | 02 trạm (Điểm - Điểm) | 32 tải đơn vị (tới 256)    |
| Khoảng cách tối đa       | 15 m (không modem)    | 1200 m                     |
| Tốc độ truyền dẫn tối đa | 19.2 kBd              | 10 Mbps                    |
| Cấu hình đường dây       | DB-9 / DB-25          | 2 dây (Half) / 4 dây (Full)|
| Trở kháng phối hợp bus   | 3 kOhm - 7 kOhm       | 100 Ohm - 120 Ohm          |
+--------------------------+-----------------------+----------------------------+

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Lý thuyết điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu tập trung: Mô hình phân bổ chức năng giữa phòng điều khiển trung tâm (SCADA Server/Client) và thiết bị hiện trường (RTU/PLC), phân định ranh giới chức năng giữa SCADA (tập trung) và DCS (phân tán).
2. Nguyên lý truyền dẫn tín hiệu vật lý: Phân tích đặc tính điện áp vi sai khử nhiễu đồng pha (Common-mode noise), hiện tượng phản xạ sóng trên đường truyền dài, kỹ thuật phối hợp trở kháng đầu cuối (Terminator).
3. Cơ chế truyền thông phần mềm chuẩn hóa: Chuẩn trao đổi dữ liệu mở OPC (OLE for Process Control), kiến trúc kênh truyền thông driver trực tiếp (Native Drivers) và quản lý dữ liệu đa luồng qua ODBC/SQL Server.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Cài đặt phần mềm WinCC, cấu hình Tag Simulator, thiết lập cấu hình mạng công nghiệp, lập trình giải thuật PLC (Ladder logic), cấu hình trạm máy chủ OPC PC Access, viết mã lệnh nhúng C-Action (GetTagFloat, SetTagBit, GetTagBit).
• Kỹ năng phân tích: Khảo sát lưu đồ công nghệ, định danh số lượng I/O và biến trung gian, phân tích nguyên nhân lỗi truyền thông nối tiếp và xung đột địa chỉ trạm trên bus.
• Năng lực thực nghiệm: Thực hiện đấu nối cơ học cổng cáp DB-9/DB-25, thi công mạng bus RS-485 2 dây/4 dây, vận hành bàn thực hành điều khiển động cơ 3 pha phối hợp giữa PLC và màn hình máy tính.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp lý thuyết gắn liền với quy trình thực hành kỹ thuật. Cấu trúc mỗi bài học được tiêu chuẩn hóa theo cấu đồ 4 giai đoạn:

[Phân tích yêu cầu công nghệ] 
[Khai báo phần cứng & Lập trình PLC] 
[Cấu hình Tag & Thiết kế giao diện WinCC] 
[Chạy mô phỏng Runtime & Nạp thiết bị thực tế]

Hệ thống bài tập và quy trình thực hành

Tài liệu cung cấp các bài tập tình huống kỹ thuật cụ thể:

• Dự án hệ thống tưới cây tự động (Bài 1): Hướng dẫn phân tích các đầu vào/đầu ra công nghệ gồm cảm biến độ ẩm đất, thiết bị đo mức nước bồn chứa, van cấp nước bể, van tưới và máy bơm; thiết lập các biến nội bộ Tank, MinTank, Vale1, On và viết script kiểm soát mức ngưỡng.
• Quy trình kết nối qua OPC Server (Bài 3): Quy chuẩn trình tự 5 bước: Khởi tạo Project trên Microwin $\rightarrow$ Cấu hình biến trong PC Access $\rightarrow$ Khởi tạo project Single-User trong WinCC Explorer $\rightarrow$ Khai báo driver OPC.chn $\rightarrow$ Thiết kế đối tượng đồ họa và gán hàm điều khiển.
• Dự án điều khiển đảo chiều quay động cơ 3 pha (Bài 5): Tích hợp toàn diện trên phần mềm TIA Portal V15 kết nối PLC S7-1500 qua chuẩn mạng Ethernet công nghiệp.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập

Tiêu chuẩn đánh giá của mô đun được định lượng rõ ràng qua hai hình thức:

1. Đánh giá lý thuyết: Sử dụng bài kiểm tra viết hoặc trắc nghiệm khách quan nhằm đo lường mức độ tiếp thu khái niệm hệ thống SCADA, thông số đặc tính điện học các chuẩn truyền thông, kiến trúc phân tầng thiết bị.
2. Đánh giá kỹ năng thực hành: Đánh giá trực tiếp trên sản phẩm bài tập thực hành theo các tiêu chí: tính chính xác trong khai báo biến, tốc độ thiết kế giao diện HMI, khả năng biên dịch không phát sinh lỗi mã nguồn C-Action, sự phối hợp điều khiển đồng bộ giữa WinCC và phần cứng PLC thực tế.
3. Lịch trình kiểm tra định kỳ: Phân bổ 3 bài kiểm tra thực hành chính thức (thời lượng 1 giờ/bài) đặt tại cuối các Bài 3, Bài 4 và Bài 5.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Chương trình khung chuẩn hóa năm 2021: Nội dung biên soạn theo khung chương trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp của Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ, cập nhật sát với nhu cầu sử dụng thực tế tại các doanh nghiệp tự động hóa.
• Tính kế thừa và bao quát các thế hệ PLC Siemens: Giáo trình xây dựng lộ trình thực hành đi từ dòng PLC cỡ nhỏ truyền thống (S7-200 lập trình qua Step7 Micro/WIN), dòng PLC tầm trung phổ biến trong công nghiệp (S7-300 qua Simatic Manager) đến dòng PLC thế hệ mới hiệu năng cao (S7-1500 vận hành trên môi trường đồng nhất TIA Portal V15 và WinCC Professional).
• Trình bày chi tiết giao thức OPC trung gian: Cung cấp hướng dẫn từng bước về việc sử dụng phần mềm PC Access như một trạm OPC Server giúp giải quyết bài toán giao tiếp giữa phần mềm SCADA tầng trên với phần cứng PLC thế hệ cũ.
• Tích hợp đầy đủ thông số kỹ thuật vật lý: Không chỉ dừng lại ở giao diện phần mềm, giáo trình dành riêng Bài 2 để phân tích chuyên sâu về phần cứng truyền thông, sơ đồ chân kết nối DB-9/DB-25, điện áp ngưỡng vi sai, các phương pháp dập sóng phản xạ bằng điện trở cuối bus ($100,\Omega - 120,\Omega$) và mạch lọc RC.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                           ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG TÀI LIỆU                          |
+--------------------+----------------------------------------------------------+
| Sinh viên          | Hệ Cao đẳng, Cao đẳng liên thông ngành Điện tử công      |
|                    | nghiệp, Tự động hóa xí nghiệp, Cơ điện tử.              |
+--------------------+----------------------------------------------------------+
| Giảng viên         | Làm giáo trình giảng dạy chính thức mô đun MĐ 12; xây    |
|                    | dựng đề cương bài giảng và barem kiểm tra thực hành.     |
+--------------------+----------------------------------------------------------+
| Kỹ sư / Tự học     | Tài liệu tra cứu phương thức kết nối WinCC với PLC S7    |
|                    | và cấu hình chuẩn truyền thông RS-485 trong nhà máy.     |
+--------------------+----------------------------------------------------------+

• Sinh viên: Phục vụ học viên học liên thông hoặc chính quy trình độ Cao đẳng nghề Điện tử công nghiệp, Công nghệ kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở về kỹ thuật điện tử, vi xử lý, kỹ thuật đo lường cảm biến, khí nén thủy lực và nắm vững kỹ thuật lập trình PLC cơ bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng tài liệu làm khung bài giảng chuẩn 60 giờ, tổ chức các bài tập thí nghiệm tại xưởng thực hành PLC - SCADA và thiết lập ngân hàng câu hỏi đánh giá kết thúc mô đun.
• Cán bộ kỹ thuật và người tự học: Dùng làm tài liệu tham khảo quy trình cài đặt phần mềm WinCC, tra cứu sơ đồ chân cổng kết nối RS-232/RS-485 và cú pháp hàm C-Action điều khiển tag trong công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên theo học hệ Cao đẳng liên thông ngành Điện tử công nghiệp theo khung chương trình ban hành năm 2021 của Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ, đồng thời phù hợp với người học chuyên ngành Tự động hóa và Cơ điện tử.

2. Cần trang bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các học phần kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên môn nghề gồm: Lập trình PLC, Kỹ thuật cảm biến, và Điều khiển điện khí nén.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu SCADA thuần lý thuyết là gì?

Giáo trình phân bổ đến 45% thời lượng cho thực hành (27 giờ thực hành trên tổng số 60 giờ), hướng dẫn chi tiết từng bước thao tác giao diện phần mềm (WinCC, Step7 Micro/WIN, TIA Portal), có hình ảnh trích xuất từ phần mềm thực tế và bao quát kết nối qua 3 dòng PLC: S7-200, S7-300 và S7-1500.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học có thể sử dụng công cụ mô phỏng phần mềm có sẵn được hướng dẫn trong giáo trình như công cụ Tag Simulator của WinCC và tính năng PLCSIM để chạy thử nghiệm các giao diện HMI, thực hành viết script C-Action kiểm tra giải thuật trước khi nạp xuống thiết bị phần cứng thật.

5. Giáo trình có tích hợp các phần mềm và chuẩn truyền thông nào?

Giáo trình tích hợp phần mềm Siemens WinCC (WinCC 7, WinCC Professional V15), Step7 Micro/WIN, Siemens PC Access; bao quát các chuẩn truyền thông vật lý RS-232, RS-485, chuẩn mạng Industrial Ethernet và chuẩn giao tiếp OPC.

---

Kết luận

Giáo trình mô đun SCADA (MĐ 12) của Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ cung cấp hệ thống tri thức hoàn chỉnh về kỹ thuật điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu công nghiệp. Với cấu trúc 60 giờ phân bổ khoa học giữa lý thuyết hệ thống, truyền thông công nghiệp và thực hành ứng dụng trên các nền tảng PLC Siemens (S7-200, S7-300, S7-1500), tài liệu thiết lập một lộ trình học tập chặt chẽ từ cấu hình thông số vật lý đến lập trình giao diện người - máy HMI chuyên nghiệp. Đây là tài liệu đào tạo có giá trị ứng dụng thực tiễn cao dành cho hệ thống các trường đào tạo nghề kỹ thuật công nghiệp hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Mô đun SCADA là một trong những mô đun chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử công nghiệp trình độ Cao đẳng hệ liên thông. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết.

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 01 MĐ 12-01: Tổng quan về SCADA và phần mềm WINCC Bài 02 MĐ 12-02: Truyền thông Bài 03 MĐ 12-03: Kết nối Wincc với PLC S7-200 Bài 04 MĐ 12-04: Kết nối Wincc với PLC S7-300 Bài 05 MĐ 12-05: Kết nối Wincc với PLC S7-1500 Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy, cô, để nhóm biên soạn sẽ điều chỉnh hoàn thiện hơn. Cần Thơ , ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1.

Chủ biên Nguyễn Thanh Nhàn 2. Nguyễn Tuấn Khanh 2 MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN.1 LỜI GIỚI THIỆU. 3 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC. Chức năng và vai trò.

Các lĩnh vực ứng dụng SCADA. Các thành phần của một hệ thống Scada. Các thiết bị chấp hành. Sự khác nhau giữa PLC, DCS và SCADA.

Phần mềm WinCC. Các đặc điểm chính của WinCC. Giao diện làm việc.22 BÀI 2: TRUYỀN THÔNG. Đặc tính điện học.

Giao diện cơ học. Đặc tính điện học. Số trạm tham gia. Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn.

Cấu hình mạng. Chuẩn truyền thông RS485. Lắp đặt truyền thông RS485.33 BÀI 03: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-200. Yêu cầu công việc.

Cách thực hiện. Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-200. Tạo biến dùng PC Access.3 Thiết kế giao diện Wincc. Tạo file ảnh.

Tạo thuộc tính cho ảnh. Chạy giao diện WinCC. Các bước thực hiện. Nội dung thực hành.54 BÀI 04: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-300.

Yêu cầu công việc. Cách thực hiện. Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-300. Thiết kế giao diện Wincc.

Tạo file ảnh. Tạo thuộc tính cho ảnh. Chạy giao diện WinCC. Các bước thực hiện.

Nội dung thực hành.75 BÀI 05: KẾT NỐI WINCC VỚI PLC S7-1500. Yêu cầu công việc.78 Để tìm hiểu cách kết nối WINCC với PLC s7-1500, chúng ta thực hiện điều khiển thuận nghich động cơ 3 pha theo yêu cầu như sau:. Cách thực hiện. Tạo project mới.

Lấy phần cứng PLC. Add WINCC Professtional V15. Tạo kết nối ethernet giữa PLC và WINCC. Khai báo biến PLC và WINCC.

Thiết kế màn hình điều khiển trên WINCC. Viết code PLC. Chạy mô phỏng. Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi.

Download code cho PLC thực tế. Vận hành kiểm tra hoạt động với bảng điều khiển và WINCC. Các bước thực hiện. Nội dung thực hành.113 TÀI LIỆU THAM KHẢO.116 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: SCADA Mã mô đun: MĐ 12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun được bố trí học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên môn nghề PLC, kỹ thuật cảm biến, điều khiển điện khí nén - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc - Vai trò và ý nghĩa của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề trong chương trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp.

Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: + Giúp sinh viên nắm được hoạt động của hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition); + Trình bày được cấu tạo của một số thiết bị đầu cuối sử dụng trong hệ thống SCADA; + Nhận định các chuẩn truyền thông sử dụng trong hệ thống SCADA; + Nâng cao kỹ năng phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển tự động. - Kỹ năng: + Thao tác điều khiển được hệ thống SCADA trong công nghiệp; + Thi công được hệ thống SCADA đạt yêu cầu kỹ thuật; + Sửa chữa được những hư hỏng cơ bản của hệ thống SCADA - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, chủ động và sáng tạo trong học tập, an toàn cho người và thiết bị; + Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an toàn; + Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong quá trình học tập và sản xuất. Nội dung của mô đun: Thời gian Số Thực hành, Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, bài tra tập 1 Bài 1: Tổng quan về SCADA 12 8 4 0 và phần mềm WINCC 1. Chức năng và vai trò 1.

Các lĩnh vực ứng dụng SCADA 2. Các thành phần của một hệ 1 1 thống Scada 3. Các thiết bị chấp hành 1 1 4. Sự khác nhau giữa PLC, DCS 1 1 và SCADA 5 5.

Phần mềm WinCC 3 3 5. Các đặc điểm chính của WinCC 5. Giao diện làm việc 6. Thực hành 4 4 2 Bài 2: Truyền thông 4 2 2 0 1.

Đặc tính điện học 1. Giao diện cơ học 2. Đặc tính điện học 2. Số trạm tham gia 2.

Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn 2. Cấu hình mạng 2. Chuẩn truyền thông RS485 2. Lắp đặt truyền thông RS485 3.

Thực hành 2 2 3 Bài 3: Kết nối Wincc với PLC 16 8 7 1 S7-200 1. Các bước thực hiện 7 7 2. Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-200 2. Tạo biến dùng PC Access 2.

Thiết kế giao diện Wincc 2. Tạo file ảnh 2. Tạo thuộc tính cho ảnh 2. Chạy giao diện WinCC 3.

Các bước thực hiện 3. Nội dung thực hành Kiểm tra 1 1 4 Bài 4: Kết nối Wincc với PLC 12 4 7 1 S7-300 1. Các bước thực hiện 3 3 2. Viết chương trình điều khiển 6 trên PLC S7-300 2.

Thiết kế giao diện Wincc 2. Tạo file ảnh 2. Tạo thuộc tính cho ảnh 2. Chạy giao diện WinCC 3.

Các bước thực hiện 3. Nội dung thực hành Kiểm tra 1 1 5 Bài 5: Kết nối Wincc với PLC 16 8 7 1 S7-1500 1. Các bước thực hiện 7 7 2. Tạo project mới 2.

Lấy phần cứng PLC 2. Add WINCC Professtional V15 2. Tạo kết nối ethernet giữa PLC và WINCC. Khai báo biến PLC và WINCC 2.

Thiết kế màn hình điều khiển trên WINCC 2. Viết code PLC 2. Chạy mô phỏng 2. Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 2.

Download code cho PLC thực tế 2. Vận hành kiểm tra hoạt động với bảng điều khiển và WINCC 3. Các bước thực hiện 3. Nội dung thực hành Kiểm tra 1 1 Cộng 60 30 27 3 7 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC Mã bài: MĐ 12-01 Giới thiệu: Trong tự động hóa người ta thường phải xậy dựng những hệ thống có tính tự động cao có khả năng tự động thực hiện các chức năng cơ bản như: Điều khiển (Control) Hiển thị (Display) Cảnh báo (Alarm) Lưu trữ (Archieve) In ấn, thông báo (Report) Và gọi là một hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition System - hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) Để xây dựng như vậy cần phải có những phần mềm chuyên dụng và ở Việt Nam hiện nay có một số phần mềm được sử dụng như WinCC, Fix-Intellution, Wonderware, Scitect, Plantscape (HoneyWell).

Trong đó WinCC của Siemens được đánh giá cao nhất và thông dụng nhất. Mục tiêu: - Hiểu được SCADA là gì - Trình bày được các thành phần của hệ thống SCADA - Trình bày được các phương pháp kết nối SCADA bằng phần mềm ứng dụng - Thực hiện được một số kết nối hệ thống SCADA bằng phần mềm cụ thể - Cài đặt được WinCC - Xử lý sự cố và lỗi trong WinCC - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung chính: 1. Khái niệm SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

Điều khiển ở đây là điều khiển một cách giám sát. SCADA khác với các hệ thống điều khiển DCS ở chỗ, các hệ DCS là một hệ thống điều khiển phân tán trên mạng diện rộng và cơ chế điều khiển được giao cho cả các phần tử cấp dưới, trong khi hệ thống SCADA thiên về giám sát và thu thập dữ liệu trên mạng tập trung, mọi thao tác lên hệ đều dưới sự điều khiển của trung tâm. Chức năng và vai trò Mỗi hệ thống sản xuất công 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 mô của từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung môi 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). 8 Nhìn chung SCADA là mộ sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo mộ phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tượng công nghiệp.

Các lĩnh vực ứng dụng SCADA Hệ thống SCADA ứng dụng hiệu quả nhất trong vấn đề tự động hoá điều khiển quá trình liên tục và phân bố. Công nghệ dầu khí.