Hệ thống SCADA là gì ?
SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa. Theo định nghĩa trên thì SCADA là một hệ thống các yếu tố phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp:
- Kiểm soát các quy trình công nghiệp tại local hoặc tại các địa điểm từ xa
- Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực
- Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ và nhiều thứ khác thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI)
- Ghi sự kiện vào một file nhật ký hoặc CSDL.
Các hệ thống SCADA rất quan trọng đối với các tổ chức công nghiệp vì chúng giúp duy trì hiệu quả, xử lý dữ liệu cho các quyết định thông minh hơn và truyền đạt các vấn đề của hệ thống để giúp giảm thiểu downtime .
Vì sao cần phải đầu tư hệ thống giám sát SCADA và IoT
Kiến trúc SCADA cơ bản bắt đầu bằng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU). PLC và RTU là các máy vi tính giao tiếp với một loạt các đối tượng như máy nhà máy, HMI, cảm biến và thiết bị đầu cuối, sau đó định tuyến thông tin từ các đối tượng đó đến máy tính bằng phần mềm SCADA. Phần mềm SCADA xử lý, phân phối và hiển thị dữ liệu, giúp người vận hành và các nhân viên khác phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định quan trọng.
Ví dụ, hệ thống SCADA nhanh chóng thông báo cho nhà điều hành rằng một lô sản phẩm đang có tỷ lệ lỗi cao. Nhà điều hành tạm dừng hoạt động và xem dữ liệu hệ thống SCADA thông qua HMI để xác định nguyên nhân của sự cố. Nhà điều hành xem xét dữ liệu và phát hiện ra rằng Máy 4 bị trục trặc. Khả năng của hệ thống SCADA để thông báo cho người vận hành về một vấn đề giúp anh ta giải quyết vấn đề đó và ngăn ngừa việc mất thêm sản phẩm.
Kiến trúc SCADA cơ bản
Mọi hệ thống SCADA đều có bốn thành phần chính sau:
- Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành.
- Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành.
- Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
- Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI (Human Machine Interface).
Cơ chế thu thập dữ liệu của SCADA
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 bị chấp hành nối với chúng. 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 bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.
[et_bloom_locked optin_id=optin_6]
Ai cần sử dụng hệ thống SCADA?
Các hệ thống SCADA được sử dụng bởi các tổ chức công nghiệp và các công ty trong khu vực công và tư nhân để kiểm soát và duy trì hiệu quả, phân phối dữ liệu cho các quyết định thông minh hơn và truyền đạt các vấn đề hệ thống để giúp giảm thiểu downtime . Các hệ thống SCADA hoạt động tốt trong nhiều loại hình doanh nghiệp khác nhau vì chúng có thể bao gồm từ các cấu hình đơn giản đến các cài đặt lớn, phức tạp. Các hệ thống SCADA là xương sống của nhiều ngành công nghiệp hiện đại, bao gồm:
|
|
|
Hầu như bất cứ nơi nào bạn nhìn vào thế giới ngày nay, có một số loại hệ thống SCADA chạy phía sau hậu trường: SCADA quản lý tòa nhà, SCADA quản lý hệ thống làm lạnh tại siêu thị local , đảm bảo sản xuất và an toàn tại nhà máy lọc dầu, đạt tiêu chuẩn chất lượng tại nhà máy xử lý nước thải hoặc thậm chí theo dõi sử dụng năng lượng của bạn ở nhà, để đưa ra một vài ví dụ.
Các hệ thống SCADA hiệu quả có thể giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc. Nhiều nghiên cứu trường hợp đã được công bố nêu bật những lợi ích và tiết kiệm của việc sử dụng giải pháp phần mềm SCADA hiện đại như WinCC, Win CC OA, Advantech WebAccess.
Lợi ích của SCADA
Với cơ chế hoạt động trên, một hệ thống SCADA sẽ cho phép các doanh nghiệp thu thập, quản lý dữ liệu, tương tác và kiểm soát hoạt động của các loại máy móc, thiết bị như van, máy bơm hay các động cơ, cũng như lưu trữ mọi thông tin vào tệp tin máy chủ. Nhờ tính năng ưu việt, hệ thống SCADA đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp hiện đại như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải, xử lý nước và rác thải, v.v. với một số ưu thế nổi bật như:
- Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà quản lý có thể dùng các thông tin này để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải tiến kỹ thuật.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thông qua việc phân tích các hoạt động, nhà quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai sót trong quá trình sản xuất.
- Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống SCADA được lắp đặt, doanh nghiệp sẽ không cần quá nhiều nhân sự cho việc quản lý giám sát các thiết bị hiện trường được đặt ở các vị trí xa. Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng không phải chi trả cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo trì cũng sẽ được giảm bớt.
- Bảo toàn vốn đầu tư: khi các chủ nhà máy đầu tư nâng cấp hoạt động sản xuất, họ cần đảm bảo sự nâng cấp đó có tính sử dụng lâu dài. Một hệ thống SCADA được thiết kế mở sẽ cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa, thay đổi tùy theo quy mô sản xuất, nhờ đó giúp loại bỏ các hao hụt theo thời gian.
Khác nhau giữa SCADA và DCS
DCS là viết tắt của “Hệ thống điều khiển phân tán”. DCS là một hệ thống điều khiển quá trình sử dụng mạng để kết nối các cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị đầu cuối của người vận hành và thiết bị truyền động. Một DCS thường chứa một hoặc nhiều máy tính để điều khiển và chủ yếu sử dụng cả giao thức và kết nối độc quyền để liên lạc.
SCADA có thể được gọi là Giao diện Người-Máy (HMI). Hệ thống SCADA được sử dụng để giám sát hoặc kiểm soát các quá trình hóa học, vật lý hoặc vận chuyển.
DCS được định hướng theo quy trình, điều khiển trạng thái quy trình trong khi SCADA được định hướng thu thập dữ liệu, hướng sự kiện
DCS bao gồm một hoặc nhiều bộ điều khiển được sử dụng để thực hiện các kỹ thuật điều khiển quá trình nâng cao & hệ thống SCADA không thể thực hiện các kỹ thuật điều khiển quá trình nâng cao.
Vòng điều khiển phản hồi của DCS được điều khiển trực tiếp bởi PLC, nhưng phần mềm SCADA giám sát hiệu suất tổng thể của vòng lặp.
DCS là thiết bị điều khiển có khả năng cao hơn so với PLC thông thường. Mặt khác, SCADA chủ yếu là một môi trường phần mềm có thể giao tiếp với PLC và có thể là DCS cũng cho vấn đề đó để giám sát chức năng của các thiết bị đó và thực hiện thu thập dữ liệu và ghi dữ liệu vào một nền tảng giám sát.
Hệ thống SCADA hiện đại
Cho đến nay, SCADA vẫn luôn được cải tiến liên tục và trong những năm gần đây, các chuyên gia dự đoán hệ thống này sẽ phát triển theo các xu hướng chính sau:
Ứng dụng công nghệ Cloud SCADA để tăng hiệu quả quản lý từ xa
Web-Based SCADA
Theo truyền thống SCADA truyền thông là truyền thông nối tiếp điểm-đa điểm qua đường dây thuê bao hoặc hệ thống vô tuyến riêng (ví dụ: RS232, RS485, BEL202). Với sự ra đời của Giao thức Internet (IP), Công nghệ IP đã được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng SCADA.
Internet SCADA hoặc SCADA dựa trên web (Web-base SCADA) sử dụng công nghệ IP trong SCADA và có thể bao gồm từ các IP Tunel, rơle khung, cáp, radio để liên kết các mạng SCADA với văn phòng trung tâm đến các thiết bị địa chỉ IP riêng lẻ hoặc sử dụng các thiết bị hỗ trợ IP hoặc dựa trên web.
Ưu điểm của INTERNET & WEB-BASED SCADA
- Kết nối diện rộng
- Định tuyến
- Phạm vi địa chỉ lớn
- Tích hợp CNTT vào mạng tự động và giám sát
- Tiêu chuẩn hóa tốt
Nhược điểm của INTERNET & WEB-BASED SCADA
- Chi phí về hiệu suất của chuẩn IP
- Bảo vệ an toàn thông tin phức tạp, dễ bị tấn công
Xem thêm : So sánh Cloud SCADA và SCADA truyền thống
[/et_bloom_locked]
Giao thức mở OPC UA (OPC Unified Architecture)
Việc sử dụng các giao thức mở không chỉ là nhu cầu của thị trường, mà đã trở thành xu hướng nhằm làm giảm các chi phí khi tích hợp hệ thống, cho phép thu được các dữ liệu ổn định, và làm giảm thời gian thiết kế các ứng dụng.
Tuy nhiên,doanh nghiệp không chỉ cần xem xét khả năng tương thích của các giao thức, mà còn cần tối ưu hóa chúng khi sử dụng trong hệ thống SCADA. Vì thế, đồng bộ hóa cơ sở dữ liệu giữa các thiết bị và phần mềm được đánh giá là sẽ giúp các doanh nghiệp có nhiều lợi ích hơn từ cấu trúc hệ thống mở.
Việc tích hợp dữ liệu giữa SCADA và các hệ thống khác trong doanh nghiệp như hệ thống hoạch định tài nguyên doanh nghiệp (ERP), chuỗi cung cấp –Supply Chain, và các hệ thống khác, ngày càng trở nên quan trọng. OPC nổi lên như là một nỗ lực tiêu chuẩn hóa các lớp của bộ điều khiển I/O, truy cập dữ liệu – (DA), các sự kiện và cảnh báo (AE), dữ liệu quá khứ (HAD) và các tính năng khác.
Sáng kiến này tập trung vào khả năng tương tác của các hệ thống, và tìm kiếm một tiêu chuẩn chung cho các mô hình riêng lẻ. Với việc sử dụng một tiêu chuẩn chung, phương pháp này có thể áp dụng với bất kỳ hệ điều hành nào, từ đó giúp tạo ra các mô hình dữ liệu lớn hơn trong các hệ thống SCADA, và giúp mở rộng hệ thống tùy theo sự phát triển quy mô doanh nghiệp.
Các hệ thống SCADA hiện đại cho phép dữ liệu thời gian thực từ khu vực sản xuất được truy cập từ bất cứ đâu trên thế giới. Việc truy cập thông tin theo thời gian thực này cho phép chính phủ, doanh nghiệp và cá nhân đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu về cách cải thiện quy trình của họ.
Nếu không có phần mềm SCADA, sẽ vô cùng khó khăn nếu không thể thu thập đủ dữ liệu cho các quyết định được thông tin đầy đủ. Ngoài ra, hầu hết các ứng dụng thiết kế SCADA hiện đại đều có khả năng phát triển ứng dụng (RAD) nhanh chóng cho phép người dùng thiết kế ứng dụng tương đối dễ dàng, ngay cả khi họ không có kiến thức sâu rộng về phát triển phần mềm.
Việc đưa các tiêu chuẩn và thực hành IT hiện đại như SQL và các ứng dụng dựa trên web vào phần mềm SCADA đã cải thiện đáng kể hiệu quả, bảo mật, năng suất và độ tin cậy của các hệ thống SCADA. Phần mềm SCADA sử dụng sức mạnh của cơ sở dữ liệu SQL cung cấp những lợi thế rất lớn so với phần mềm SCADA cổ.
Một lợi thế lớn của việc sử dụng cơ sở dữ liệu SQL với hệ thống SCADA là nó giúp tích hợp dễ dàng hơn vào các hệ thống thực thi sản xuất – MES và ERP hiện có, cho phép dữ liệu chảy liên tục trong toàn bộ tổ chức. Dữ liệu lịch sử từ hệ thống SCADA cũng có thể được ghi vào cơ sở dữ liệu SQL, cho phép phân tích dữ liệu dễ dàng hơn thông qua xu hướng dữ liệu.
Xem thêm : Phương pháp tiếp cận chuyển đổi hệ thống SCADA thành IIoT
Kỳ tiếp theo : Hệ thống An ninh mạng SCADA và những điều cần biết.