Dự án SCADA

Hệ thống SCADA có tên Tiếng Anh đầy đủ là Supervisory Control And Acquisition, được hiểu là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

Ví dụ, hệ thống SCADA có thể thông báo cho người điều hành rằng một lô sản phẩm đang có tỷ lệ lỗi cao. Qua thông báo này, nhà điều hành sẽ tạm dừng hoạt động và thông qua HMI để xem xét dữ liệu hệ thống nhằm mục đích xác nhận nguyên nhân sự cố. Như vậy, hệ thống SCADA thông báo cho người vận hành một vấn đề giúp họ có thể ngăn ngừa và khắc phục và giải quyết các vấn đề đó.

Hệ thống SCADA bao gồm các yếu tố phần mềm và phần cứng, cho phép doanh nghiệp có thể:

• Kiểm soát các công trình tại chỗ hoặc từ xa.
• Theo dõi, thu thập và tiến hành xử lý dữ liệu theo thời gian thực tế.
• Thông quan phần mềm giao diện người – máy (HMI), hệ thống SCADA có thể tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ và nhiều thứ khác.
• Ghi sự kiện vào CSDL hoặc File nhật ký.

SCADA là gì

SCADA đã phát triển từ việc cung cấp khả năng giám sát và điều khiển sang cung cấp phép đo từ xa theo thời gian thực. Dưới đây là các cột mốc quan trọng trong việc tích hợp hệ thống Scada đã phát triển qua những thế hệ khác nhau.

Thế hệ thứ nhất – Monolithic

Khái niệm về SCADA ra đời từ nỗ lực của các tổ chức công nghiệp nhằm giải quyết vấn đề dựa vào người vận hành để giám sát và điều khiển thiết bị theo cách thủ công bằng nút bấm, công tắc chọn và quay số tương tự. Do đó, các sàn công nghiệp và các địa điểm từ xa bắt đầu phát triển các hệ thống SCADA để giám sát và kiểm soát các quy trình thông qua các máy tính lớn. Vào thời điểm này, các hệ thống SCADA là các hệ thống độc lập sử dụng các giao thức truyền thông độc quyền nghiêm ngặt không thể kết nối với bất kỳ hệ thống nào khác.

Thế hệ thứ 2 – Distributed

Vào khoảng những năm 80 và 90, công nghệ LAN (Local Area Networking) đã được đưa vào hệ thống SCADA. Với mạng LAN, các hệ thống SCADA được kết nối trên các máy tính nhỏ hơn với các cập nhật thông tin gần như theo thời gian thực.

Với phần mềm HMI dựa trên mạng LAN và PC, hệ thống chỉ huy được phân phối trên nhiều trạm, trong đó mỗi trạm chịu trách nhiệm cho một nhiệm vụ cụ thể. Do đó, các hệ thống SCADA phân tán tiết kiệm chi phí hơn và yêu cầu ít người vận hành hơn so với thế hệ trước. Vào thời điểm này, các giao thức mạng vẫn là độc quyền và không có khả năng giao tiếp với các hệ thống khác của các nhà cung cấp khác nhau.

Thế hệ thứ 3 – Networked

Vào những năm 2000, SCADA đã triển khai cấu trúc hệ thống mở với một giao thức truyền thông được tiêu chuẩn hóa không dành riêng cho nhà cung cấp. Do đó, các hệ thống SCADA có thể được thu nhỏ thành các thành phần và giao thức đơn giản hơn, phổ biến cho khả năng tương tác và hợp lý hóa các kết nối

Khả năng kết nối thông qua mạng đã cung cấp quyền truy cập vào các hệ thống SCADA từ các địa điểm khác nhau trên toàn cầu. Với mạng điều khiển quy trình (PCN) bao gồm nhiều mạng LAN khác nhau, các hệ thống SCADA quy mô lớn sẽ tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với các thiết lập truyền thống.

Thế hệ thứ 4 – Internet of Things (IoT)

Hệ thống SCADA của thế hệ thứ 4 chính là thế hệ mà chúng ta đang xây dựng hiện nay. Nó là một phần của cuộc cách mạng công nghệ 4.0. Ở đó, cả Internet of Things và truyền thông dữ liệu phi tập trung đều trở nên quan trọng.

Hệ thống SCADA cho phép người dùng hoặc người vận hành xem và kiểm soát dữ liệu từ mọi nơi thông qua Internet trong thời gian thực hoặc theo đám mây. Thông tin về nhà máy có thể được truy cập thông qua các trình duyệt trên Internet như Google Chrome thể hiện giao diện người dùng đồ họa (GUI) của một phần mềm HMI cụ thể. Điều đó cho thấy hệ thống SCADA có khả năng mở rộng và linh hoạt nhất cho các tổ chức công nghiệp.

Hệ thống SCADA hoạt động bằng cách thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo và điều khiển, xử lý thông tin và hiển thị dữ liệu cho người dùng. Quá trình hoạt động của hệ thống SCADA có thể được mô tả theo các bước như sau:

• Thu thập dữ liệu: Các thiết bị đo và điều khiển gửi các tín hiệu đến hệ thống SCADA để báo cáo các thông số liên quan đến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vị trí, tốc độ, tần suất, điện áp, điện dòng… Các tín hiệu này được thu thập bởi các thiết bị truyền thông và truyền đến phần mềm SCADA.
• Xử lý dữ liệu: Phần mềm SCADA sẽ xử lý dữ liệu thu thập được, kiểm tra tính hợp lệ của các thông số và lưu trữ chúng trong cơ sở dữ liệu.
• Hiển thị dữ liệu: Dữ liệu thu thập và xử lý được hiển thị trên các giao diện đồ họa của phần mềm SCADA. Người dùng có thể xem thông tin về các quy trình và thiết bị được giám sát thông qua các biểu đồ đường, cột, đồ thị thời gian thực.
• Điều khiển các thiết bị: Người dùng có thể sử dụng các phần mềm SCADA để điều khiển các thiết bị đo và điều khiển, bao gồm cả việc bật/tắt, điều chỉnh thông số và thay đổi trạng thái của các thiết bị. Những lệnh điều khiển này được truyền đến các thiết bị đo và điều khiển thông qua các thiết bị truyền thông.
• Báo cáo và cảnh báo: Hệ thống SCADA cung cấp các báo cáo về hoạt động của các quy trình và thiết bị, bao gồm cả thông tin về lỗi và sự cố. Nếu các thông số được giám sát vượt quá ngưỡng an toàn hoặc có sự cố xảy ra, hệ thống sẽ cảnh báo người dùng thông qua các thông báo trực tuyến, tin nhắn, Email hoặc các thiết bị cảnh báo.

Với các chức năng này, hệ thống SCADA giúp người dùng có thể giám sát, điều khiển hoặc quản lý các quy trình công nghiệp một cách hiệu quả và an toàn.

Hệ thống cấu trúc SCADA hoàn chỉnh bao gồm:

• Cấp trường: Cấp trường bao gồm các thiết bị trường như cảm biến, bộ chuyển động và các thiết bị khác. Các thiết bị này giám sát và kiểm soát các quy trình vật lý và được kết nối với RTU hoặc PLC.
• Bộ điều khiển Logic lập trình (PLC) và thiết bị đầu cuối từ xa (RTU): RTU hoặc PLC thu thập dữ liệu từ các thiết bị hiện trường, thực hiện các chức năng điều khiển và xử lý cơ bản, đồng thời truyền dữ liệu đến thiết bị đầu cuối chính (MTU).
• Mạng truyền thông: Mạng truyền thông chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa cấp trường và thiết bị đầu cuối chính. Mạng này có thể sử dụng các công nghệ truyền thông khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của hệ thống, chẳng hạn như truyền thông có dây hoặc không dây.
• Master Terminal Unit (MTU): MTU là trung tâm điều khiển chính của hệ thống SCADA và chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các RTU, thực hiện các chức năng điều khiển và xử lý nâng cao, đồng thời trình bày dữ liệu cho người vận hành thông qua HMI.
• Giao diện người – máy (HMI): HMI là giao diện người dùng đồ họa (GUI), cung cấp cho người vận hành hình ảnh đại diện trực quan của quy trình đang được theo dõi và kiểm soát. Người vận hành có thể tương tác với hệ thống, xem dữ liệu quy trình và đưa ra quyết định điều khiển thông qua HMI.
• Cơ sở dữ liệu: Cơ sở dữ liệu được sử dụng để lưu trữ dữ liệu lịch sử về các thông tin khác do hệ thống SCADA thu thập. Thông tin này có thể được sử dụng để phân tích, báo cáo và ra quyết định.
• Phần mềm: Phần mềm SCADA tích hợp tất cả các thành phần của hệ thống và cung cấp một cái nhìn toàn diện về quá trình được theo dõi và kiểm soát. Phần mềm này cũng cung cấp các công cụ cần thiết để theo dõi, kiểm soát, và phân tích.

Mô tả cấu trúc hệ thống của SCADA

Hệ thống SCADA cho phép các doanh nghiệp kiểm tra, quản lý, thu thập dữ liệu. Đồng thời có khả năng kiểm soát và tương tác với các thiết bị, máy móc như van, máy bơm hoặc lưu trữ mọi thông tin vào tệp tin máy chủ. Nhờ những tính năng vô cùng ưu việt, hệ thống SCADA được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như dầu khí, vận tải, năng lượng, vận tải, xử lý nước và rác thải. Một số ưu thế nổi bật của hệ thống SCADA có thể kể đến như sau:

• Nâng cao năng suất: Thông qua quá trình phân tích các hoạt động, doanh nghiệp có thể tìm cách hạn chế và hạn chế những sai sót trong quá trình sản xuất.
• Cải thiện chất lượng sản phẩm: Việc phát hiện những sai sót trong quá trình sản xuất sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Giảm chi phí vận hành và bảo trì: Khi doanh nghiệp lắp đặt hệ thống SCADA thì việc quản lý giảm sát các thiết bị hiện trường sẽ không cần quá nhiều nhân sự. Nhờ đó mà có thể tiết kiệm được nhiều chi phí trong việc thuê nhân công. Hơn nữa, chi phí bảo trì cũng sẽ được giảm bớt.
• Bảo toàn vốn đầu tư: Khi chủ nhà máy đầu tư quyết định nâng cấp hoạt động sản xuất, họ luôn muốn sự nâng cấp đó có tính sử dụng lâu dài. Một hệ thống SCADA được thiết kế cho phép chủ đầu tư có thể thực hiện thao tác chỉnh sửa, thay đổi theo quy mô sản xuất. Nhờ đó loại bảo được những sai sót, hao hụt theo thời gian.

SCADA được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ các đơn vị nhỏ đến những doanh nghiệp, tập đoàn có nhiều nhà máy. Hoạt động giám sát có thể hữu ích trong mọi khía cạnh của tự động hóa, bởi nó cho phép chúng ta có thể thu thập, xử lý những thông tin hữu ích, Dữ liệu này không chỉ giúp doanh nghiệp giảm chi phí, đồng thời hiệu quả của quá trình sản xuất.

Nhiều ngành công nghiệp đang sử dụng những ứng dụng của hệ thống SCADA để điều khiển các quy trình. Tuy nhiên, mỗi một ngành sẽ lại có những yêu cầu khác nhau về những gì mà SCADA được giám sát và điều khiển.

Chẳng hạn như hệ thống SCADA ngành thủy điện sẽ khác so với hệ thống SCADA ngành dầu khí.

Môi ngành sẽ có những yêu cầu khác nhau đối với hệ thống SCADA mà họ muốn sử dụng. Một công ty lớn có chứa nhiều nhà máy, trong khi các công ty khác chỉ là một nhà máy, thậm chí là chỉ một hệ thống sản xuất.

Có thể kể đến một số lĩnh vực đang sử dụng hệ thống SCADA như: sản xuất, nhà máy năng lượng, ngành dược, thực phẩm và đồ uống, tái chế, công nghiệp dầu khí.

SCADA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

Giao thức mở

Dưới sự phát triển của nhu cầu thị trường, việc sử dụng các giao thức mở là một nhu cầu tất yếu. Xu hướng này làm giảm các chi phí khi tích hợp hệ thống, đồng thời cho phép thu được các dữ liệu ổn định, giảm thời gian thiết kế các ứng dụng liên quan. Tuy nhiên, bản thân doanh nghiệp không chỉ cần xem xét khả năng thích ứng của các giao thức mà còn cần phải tối ưu hóa trong quá trình sử dụng hệ thống SCADA. Do vậy, việc đồng hóa cơ sở dữ liệu giữa các phần mềm với nhau giúp doanh nghiệp được hưởng lợi từ cấu trúc hệ thống mở này.

Tích hợp hệ thống điều hành trong sản xuất MES

MES là hệ thống thông tin kết nối, kiểm soát và giám sát giữa các hoạt động sản xuất tại nhà máy với bộ phận quản lý thông qua việc lấy dữ liệu từ máy móc hoặc các thiết bị kết nối như SCADA, IoT. Hệ thống MES góp phần cải thiện sản lượng sản xuất, quản lý chất lượng và đảm bảo quá trình vận hành.

Dựa trên nền tảng mô hình SCADA, phần mềm MES có thể thúc đẩy quá trình kiểm tra sản phẩm, tối ưu nguồn lực, thu thập dữ liệu, quản lý chất lượng trong nhà máy một cách trực tiếp và theo thời gian thực.