Phần mềm SCADA là gì? Tìm hiểu về SCADA

Phần mềm Scada là gì? Hệ thống SCADA, là cái tên không quá xa lạ với mọi người bởi có thể bắt gặp nó ở bất cứ ngành công nghiệp nào. Tuy nhiên, hệ thống SCADA là gì, thành phần, cơ chế làm việc như thế nào không hẳn ai cũng nắm rõ…

1. Phần mềm SCADA là gì? 

SCADA, là viết tắt của cụm từ Tiếng Anh Supervisory Control And Data Acquisition. Được hiểu là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu theo nghĩa truyền thống. Hệ thống này nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa.

Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA, mặc dù những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.

Vậy  phần mềm SCADA là một hệ thống các yếu tố phần mềm và phần cứng giúp:

• Kiểm soát các quy trình công nghiệp tại local hoặc tại các địa điểm từ xa.
• Theo dõi, thu nhập 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. Bởi 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.

Kiến trúc phần mềm SCADA cơ bản bắt đầu bằng các bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc các thiết bị đầu cuối từ xa (RTUs). 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 có phần mềm SCADA. Và phần mềm này sẽ xử lý, phân phối và hiển thị dữ liệu, giúp các nhà khai thác và các nhân viên khác phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định quan trọng.

Ví dụ: “Hệ thống  phần mềm SCADA nhanh chóng thông báo cho một điều hành viên rằng một lô sản phẩm đang hiển thị tỷ lệ lỗi cao. Điều hành viên tạm dừng hoạt động và xem dữ liệu trên hệ thống SCADA thông qua HMI để xác định nguyên nhân của vấn đề. Họ xem xét dữ liệu và phát hiện ra rằng Máy 4 đã hỏng hóc. Và Hệ thống SCADA đã thông báo cho điều hành viên sự cố giúp anh ta giải quyết vấn đề kịp thời ngăn chặn việc mất thêm sản phẩm.”

2. Phần mềm SCADA có lợi ích gì?

Hệ thống phần mềm 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. Đối với các 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. Cụ thể như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải, xử lý nước và rác thải, v.v…

Hệ thống  phần mềm Scada nhận được sự ưa chuộng bởi các tính năng siêu việt:

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.

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.

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.

Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống phần mềm 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.

3. 4 Thành phần chính của hệ thống phần mềm SCADA

Một hệ thống cơ bản gồm nhiều thành phần, trong đó có bốn thành phần chính mà tất cả các hệ thống SCADA cơ bản đều có:

– Trạm điều khiển giám sát trung tâm

Là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server).

– Giao diện người – máy HMI

(Human – Machine Interface)

Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.

– Trạm thu thập dữ liệu trung gian

Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units)

hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllers)

có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van 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

Toàn bộ các thiết bị được kết nối thông qua một hệ thống mạng cục bộ LAN. Hệ thống SCADA tại trung tâm sẽ kết nối với các RTU ở các trạm biến áp sử dụng giao thức truyền tin IEC 870-5-101 master. Đồng thời kết nối với Hệ thống SCADA /EMS của Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia bằng giao thức ICCP.

*Lưu ý: Thiết bị đầu cuối tại các trạm

Thiết bị đầu cuối tại trạm có thể là thiết bị RTU – (RTU là gì?) hoặc một hệ thống tư động hóa trạm hoặc có thể là một máy tính công nghiệp. Chúng thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ các thông số vận hành của trạm. Trong trường hợp sử dụng thiết bị đầu cuối RTU, tại mỗi trạm gồm các thiết bị chính như sau:

• Tủ thiết bị đầu cuối RTU chứa các đầu vào số, đầu ra số, đầu vào tín hiệu tương tự, các cổng giao diện tín hiệu nối tiếp để kết nối đến các IED
• Tủ giao diện giám sát SIC
• Các modern V.24/V.28, V35 để kết nối các RTU hoặc các hệ thống tự động hóa đến đường truyền viễn thông
• Các thiết bị ngoại vi khác

4. Cơ chế thu thập dữ liệu của hệ thống 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.

5. Ai cần dùng 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. Chúng được ứng dụng để kiểm soát và duy trì hiệu quả, phân phối dữ liệu cho các quyết định thông minh hơn. 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 phần mềm SCADA chạy phía sau hậu trường: quản lý tòa nhà, quản lý hệ thống làm lạnh tại siêu thị địa phương, 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 phần mềm SCADA hiệu quả có thể giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc. Nhiều nghiên cứu đã được công bố nêu bật những lợi ích và tiết kiệm của việc sử dụng giải pháp quản lý này như WinCC, Win CC OA, Advantech WebAccess.

6. Xu hướng phát triển của SCADA trong tương lai

Xu hướng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng trở nên “mix and match” (tạm dịch là lựa chọn và kết nối khác nhau nhưng đều hỗ trợ cho nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất).

Vào giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị vào/ra (I/O) thu thập dữ liệu cũ. Nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết nối phù hợp với khoảng cách truyền dẫn như RS-485. Tuy nhiên điều này lại hạn chế việc lựa chọn thiết bị khi yêu cấu thay đổi.

Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng dịch chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và DNP 3.0 đã ngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các nhà cung cấp giải pháp cho các hệ phần mềm SCADA.

Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã đồng loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP.

Hiện nay, các hệ phần mềm SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công nghệ chuẩn truyền thông. Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay thế các chuẩn cũ hơn.

Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và thông tin phần mềm Wonderware và công ty tự động hóa Rockwell thế hệ tiếp theo có thể là chuẩn OPC-UA. Do có nhiều ưu điểm từ việc hỗ trợ của công nghệ thông tin do sử dụng ngôn ngữ XML (Extensible Markup Language), các dịch vụ web và các công nghệ web hiện đại khác.

Phần mềm SCADA là gì? tìm hiểu về SCADA hy vọng bài viết trên từ Thuận Nhật đã giúp quý vị hiểu hơn về các thông tin này.

>>Tham khảo: Mô hình hệ thống SCADA