SCADA là gì ? Tổng quan về SCADA từ A

SCADA 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. 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. Cùng chúng tôi tìm hiểu những thông tin liên quan đến SCADA qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Khái quát về SCADA

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory control and data acquisition – SCADA) là một hệ thống phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp:

• Kiểm soát các quy tình công nghiệp tại chỗ hoặc 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 hơn thế nữa thông qua các phần mềm giao diện người – máy (HMI).
• Ghi lại sự kiện vào tệp nhật ký (log file).

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 hệ thống để giúp giảm thiểu thời gian chết.

Kiến trúc 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. Phần mềm SCADA 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.

Ai sẽ là người cần đến SCADA?

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 thời gian chết.

Hệ thống SCADA hoạt động tốt ở nhiều loại hình doanh nghiệp khác nhau vì chúng có thể từ các cấu hình đơn giản đến các cài đặt lớn, phức tạp. Hệ thống SCADA là xương sống của nhiều ngành công nghiệp hiện đại, bao gồm:

• Energy
• Food and beverage
• Manufacturing
• Oil and gas
• Power
• Recycling
• Transportation
• Water and waste water
• And many more

Hầu như bất cứ nơi nào bạn nhìn thấy trong thế giới ngày nay đều có một số loại hệ thống SCADA chạy phía sau, ví dụ như: duy trì hệ thống làm lạnh của siêu thị, đảm bảo an toàn sản xuất tại nhà máy lọc dầu, tiêu chuẩn chất lượng tại nhà máy xử lý nước thải hoặc thậm chí theo dõi sử dụng năng lượng tại nhà của bạn.

Các hệ thống SCADA hiệu quả có thể giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc. Nhiều nghiên cứu điển hình đã được công bố nêu bật những lợi ích và tiết kiệm của việc sử dụng giải pháp phần mềm SCADA hiện đại như Radiflow.

Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy

Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bị các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit). VDU hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và bàn phím, các nút điều khiển được thay thế bằng các biểu tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác động bằng mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn hình cảm ứng.

Các thiết bị đó giúp cho người điều hành có khả năng

* Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.

* Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật.

* Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống.

* Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng như nhận biết dữ liệu.

Ngoài ra các VDU chạy trên môi trường Windows hay Windows-X còn giúp điều hành viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.

Chức năng chung của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số liệu về sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường truyền số liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ.

• Dùng các cơ sở số liệu đó: Để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám sát hệ thống điện
• Hiển thị các trạng thái về quá trình hoạt động của thiết bị điện, hiển thị đồ thị, hiển thị sự kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất.
• Thực hiện điều khiển từ xa quá trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, thay đổi các giá trị của đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị của rơle…
• Thực hiện các dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác
• Một hệ SCADA kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để tự động hóa việc điều khiển giám sát cho một đối tượng trong hệ thống điện .

Thành phần chính của hệ thống

Một hệ thống cơ bản gồm nhiều thành phần, toàn bộ các thiết bị trên 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.

• Máy tính chủ SCADA.
• Máy tính chủ giao diện người dùng MMI (Man Machine Interface).
• Máy tính chủ liên kết dữ liệu ICCP (Inter Control Center Protocol).
• Máy tính chủ Lưu trữ dữ liệu HIS (Historical Information System).
• Máy tính chủ Mô phỏng đào tạo điều độ viên theo thời gian thực DTS (Dispatcher
• Training Simulator) và Hệ thống phát triển DS (Development System).
• Máy tính chủ ứng dụng (Application Serve
• Các Trạm làm việc (Workstation PC).
• Hệ thống hiển thị VPS (Video Projector System).
• Thiết bị tiền xử lý thông tin CFE (Communication Front End Proccessor).
• Thiết bị tập trung Modem.
• Hệ thống thu nhận và phân phối tín hiệu đồng bộ về tinh GPS (Global Position System)

Thiết bị đầu cuối tại trạm

Thiết bị đầu cuối tại trạm có thể là thiết bị RTU hoặc một hệ thống tư động hóa trạm hoặc có thể là một máy tính công nghiệp 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 modem 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

RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận dữ liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động của các thiết bị hiện trường. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu.

RTU: Không thực hiện các chức năng tại chỗ và thông tin lên trung tâm giám sát và điều khiển từ trung tâm. RTU chỉ là một thiết bị giao tiếp giữa hệ thống quản lý mạng và các thiết bị đóng cắt. RTU và các trung tâm điều khiển tạo nên hệ thống SCADA, để giám sát, điều khiển và quản lý hệ thống điện từ xa bởi sự can thiệp của con người.

Các ứng dụng của SCADA

Trong một hệ thống sản xuất công nghiệp hay dân dụng các ứng dụng điều khiển có thể được phân chia thành ba loại sau:

– Điều khiển logic tuần tự (sequence logic control)

– Điều khiển điều chỉnh (regulatory control)

– Giám sát – vận hành và thu thập số liệu (SCADA)

Các hệ thống điều khiển được xây dựng trong thực tế phải đáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất hay thiết bị sử dụng nó. Cụ thể là nó phải đáp ứng yêu cầu của về cả ba loại ứng dụng điều khiển nêu trên.

Có hai cách để thực hiện các ứng dụng

– Thực hiện mỗi ứng dụng này bằng một hệ thống riêng biệt. Theo đó ứng dụng điều khiển logic sẽ được thực hiện bằng các PLC. Ứng dụng điều khiển điều chỉnh sẽ được thực hiện bởi các controller. Ứng dụng SCADA sẽ được thực hiện bởi một hệ SCADA riêng biệt. Nhiều nhà máy cỡ nhỏ và vừa đã được xây dựng theo cách thức này.

– Sử dụng một hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp thực hiện cả ba ứng dụng này. Mỗi một ứng dụng sẽ như một chức năng của hệ thống điều khiển. Các hệ thống điều khiển sản xuất hiện đại đều được xây dựng theo cách này. Người ta gọi hệ thống như vậy là “Hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp (Integrated Control and Monitoring System – ICMS)”.