SCADA là gì? Đối tượng nào cần sử dụng hệ thống SCADA System?

SCADA là gì? Đây là cách viết tắt của cụm từ: “Supervisory Control and Data Acquisition”, dịch ra tiếng việt là “Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu”. Vậy bạn có tự tin về kiến thức của bản thân về hệ thống SCADA? SCADA System thực sự là gì? Cách thức hoạt động như thế nào? Bài viết ngay sau đây, Việt Tuấn sẽ chia sẻ đến bạn đọc những thông tin cần thiết nhất về hệ thống lập trình SCADA. Bạn đọc hãy cùng tìm hiểu!

1. SCADA là gì?

SCADA hay Supervisory Control and Data Acquisition là một phần mềm quản lý hệ thống có vai trò giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ hệ thống linh kiện phần cứng. Trong thời đại ngày nay, SCADA đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp để giám sát và điều hành các hoạt động của dây chuyền sản xuất bao gồm nhiều loại máy móc, khí tài khác nhau.

Hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo dõi và giám sát trong kim tự tháp tự động hóa. 

Để giải thích đơn giản về khái niệm và vai trò của SCADA, bạn đọc có thể tìm hiểu thông qua kim tự tháp tự động hóa được xuất bản trong các tiêu chuẩn ISA-95 và IEC 62264-3. Mô hình kim tự tháp này mô tả cách thức mà các hệ thống phần mềm, phần cứng tương tác và hỗ trợ nhau trong quá trình hoạt động. 

Trong mô hình này, bạn có thể quan sát hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo dõi và giám sát. Ở bên trên SCADA System, bạn sẽ có tất cả các thông tin dữ liệu về hạ tầng hệ thống để thiết lập kinh doanh, hoạch định kế hoạch và chuẩn bị hậu cần. Và ở phía dưới hệ thống SCADA là tất cả các hệ thống cảm biến, thiết bị thực thi. 

Có thể giải thích ngắn gọn thì hệ thống SCADA là cầu nối giữa hai thành phần chính của công nghiệp hiện nay là IT (information technology – công nghệ thông tin) và OT (operational technology – công nghệ vận hành).

Hệ thống SCADA là tất cả các thiết bị hoạt động như PLC, cảm biến, v.v. Công việc của SCADA thực sự là điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị này. Nhưng đồng thời cũng gửi và nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP phía trên.

2. Các thành phần chính của hệ thống SCADA là gì?

Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm các phần chính như:

2.1 Trạm điều khiển giám sát trung tâm  

Trạm điều khiển giám sát trung tâm bao gồm một hay nhiều thiết bị Workstation hay máy chủ trung tâm (Central Host Computer Server). Ngoài ra trạm điều khiển giám sát trung tâm sẽ bao gồm cả thiết bị HMI (Human – Machine Interface)

Thành phần này sẽ đóng vai trò quản lý tài nguyên phần cứng, cung cấp các báo cáo và hiển thị quá trình xử lý dữ liệu. Dựa trên các báo cáo thu được về hiệu suất, các vấn đề xảy ra, nhân viên vận hành sẽ đưa ra các điều chỉnh cài đặt để điều khiển các quá trình hoạt động của cả hệ thống.

Đọc thêm: Máy trạm (Workstation) là gì?

2.2 Trạm thu thập dữ liệu trung gian

Trạm thu thập dữ liệu trung gian là tập hợp các thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) và các bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controllers). Vai trò của các thiết bị này là giao tiếp với các thiết bị chấp hành (hệ thống cảm biến, hộp điều khiển đóng cắt nguồn điện và hệ thống van khóa nước) để thu thập dữ liệu về tình trạng, hiệu suất hay các vấn đề phát sinh trong quá trình hoạt động. Sau đó trạm thu thập dữ liệu trung gian sẽ chuyển dữ liệu thu thập thành các báo cáo cho trạm quản lý trung tâm, đồng thời làm cầu nối trung gian để truyền tải tác vụ yêu cầu từ trung tâm giám sát đến các thiết bị chấp hành.

Tìm hiểu thêm: Thiết bị đầu cuối là gì?

2.3 Hệ thống truyền thông

Hệ thống truyền thông đóng vai trò khá quan trọng để thiết lập đường truyền thông suốt giữa các trạm kiểm soát, thu thập dữ liệu. Hệ thống truyền thông bao gồm hệ thống mạng công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển mạch, định tuyến để truyền tải dữ liệu cấp trường đến các khối thiết bị chấp hành và máy chủ quản lý trung tâm

Toàn bộ các thiết bị được kết nối thông qua hệ thống mạng nội bộ LAN. Hệ thống SCADA sẽ kết nối với các RTU ở các trạm biến áp thông qua 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 thông qua giao thức ICCP.

3. Cách thức hoạt động của hệ thống SCADA

Về mặt vật lý, hệ thống SCADA sẽ có hình thức giống như một chiếc màn hình. Để giám sát một hệ thống dây chuyền sản xuất đa thiết bị, quản trị viên sẽ phải làm việc và tương tác trên nhiều màn hình. Về cơ bản quản trị viên đang sử dụng giao diện HMI (human-machine interfaces). Đóng vai trò làm cầu nối giữa người vận hành và hệ thống máy móc thông qua một giao diện đồ họa trực quan.

Trong quá khứ HMI có một thiết kế khá đơn giản và thô cứng với những nút bấm điều khiển, hệ thống đèn tín hiệu. Cho đến bây giờ khi công nghệ phát triển mạnh mẽ, chúng ta đã và đang được sử dụng những giao diện HMI nhỏ gọn, cảm ứng, hiện đại với khả năng thiết lập từ xa để quản lý hệ thống mọi lúc mọi nơi.

4. Các phiên bản trước của cấu trúc hệ thống SCADA

Để phát triển như ngày hôm nay, hệ thống SCADA đã trải qua rất nhiều sự thay đổi, cải tiến về cấu trúc hệ thống. Một số phiên bản cấu trúc của hệ thống SCADA bao gồm:

4.1 Cấu trúc Monolithic

Monolithic là các hệ thống SCADA đầu tiên chỉ có duy nhất một trạm giám sát. Đây là giai đoạn mà thiết bị PC và mạng viễn thông chưa tồn tại. Chức năng của các hệ thống ban đầu này chỉ giới hạn ở việc quản lý các cảm biến giám sát.

4.2 Cấu trúc Distributed

Cấu trúc Distributed được ra đời trong bối cảnh mạng cục bộ LAN đã ra đời và phát triển mạnh mẽ. Với hệ thống mạng cục bộ, quản trị viên có thể kết nối nhiều trạm điều khiển và trạm giám sát để thực hiện các tác vụ liên lạc, giao tiếp và thu thập dữ liệu. Hệ thống SCADA thế hệ thứ hai vẫn tồn tại cho đến ngày nay, tuy nhiên khá hiếm.

Đọc thêm: Mạng LAN là gì? Kết nối, công dụng và ứng dụng của mạng LAN

4.3 Cấu trúc Networked

Khi công nghệ và giao thức mạng phát triển vượt bậc, khái niệm mạng diện rộng (WAN – Wide Area Networks) trở nên phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống SCADA diện rộng. Các hệ thống SCADA giờ đây không chỉ triển khai tại một nhà máy, xí nghiệp duy nhất mà còn có thể được thiết lập giữa nhiều nhà máy cách xa nhau về mặt địa lý. 

Quản trị viên có thể truy cập vào hệ thống ở bất cứ đâu, mọi lúc mọi nơi ngay.

Xem thêm: Sự khác biệt giữa cổng WAN và LAN, những khác biệt cơ bản

4.4 Internet of things (IoT)

Thế hệ thứ 4 của hệ thống SCADA và là mô hình phổ biến trong thời đại công nghệ 4.0, IoT mang đến khả năng tự do kết nối, truyền tải dữ liệu linh hoạt trong cấu trúc của hệ thống SCADA.

Bản chất của hệ thống SCADA là một nền tảng quản lý tập trung, được thiết kế để điều khiển và giám sát, thu thập dữ liệu liền mạch giữa các thành phần của hệ thống. Sự liên kết giữa các thành phần chịu ảnh hưởng bởi sự phân chia cấp bậc. Tuy nhiên khi mô hình IoT được ra đời đã thay đổi theo hướng phi tập trung, tức mọi thành phần trong hệ thống đều có thể giao tiếp với nhau.

Tìm hiểu thêm thông tin về IoT tại đây

5. Lợi ích của phần mềm SCADA là gì?

Phần mềm SCADA mang tới rất nhiều lợi ích cho các hệ thống máy móc, dây chuyền sản xuất tự động, bao gồm:

• Nâng cao năng suất: nhờ vào các báo cáo dữ liệu về năng suất, tài nguyên tiêu thụ trong quá trình sản xuất, chủ đầu tư hay quản trị viên hoạch có thể hoạch định chiến lược để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải tiến kỹ thuật. Bên cạnh đó các hạn chế hay vấn đề phát sinh cũng được phân tích và đưa ra các giải pháp hợp lý để cải thiện chất lượng sản phẩm.
• Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi áp dụng hệ thống SCADA, doanh nghiệp sẽ tối ưu được chi phí vận hành, giảm tải số lượng nhân công cần sử dụng và chi phí bảo trì định kỳ
• Bảo toàn vốn đầu tư: Hệ thống SCADA là hệ thống đáng để đầu tư lâu dài, được phát triển và cải tiến theo thời gian, khả năng thay đổi linh hoạt tùy vào quy mô sản xuất, tài nguyên hệ thống.

6. Ứng dụng của hệ thống SCADA

SCADA có nhiều ứng dụng khác nhau, từ các đơn vị nhỏ đến các nhà máy lớn và thậm chí cả các doanh nghiệp, tập đoàn có nhiều nhà máy. Những dữ liệu hữu ích về hiệu suất hoạt động, tình trạng thiết bị, sản lượng đầu ra hay các vấn đề phát sinh được thu thập sẽ giúp cải thiện quá trình sản xuất và giảm tải chi phí bảo trì. 

Bên cạnh đó SCADA System cũng cung cấp các báo cáo dữ liệu quan trọng để quản trị viên có thể nắm bắt tài nguyên hiện có của hệ thống, qua đó hoạch định chiến lược, phân tích chiến lượng kinh doanh để đạt được hiệu quả sản xuất cao nhất để phân tích.

Việt Tuấn có thể liệt kê một số lĩnh vực, ngành công nghiệp hiện nay đang sử dụng hệ thống SCADA như:

• Sản xuất thực phẩm, đồ uống
• Nhà máy năng lượng
• Nhà máy xử lý nước, nước thải
• Ngành sản xuất dược phẩm, hóa chất
• Công nghiệp dầu khí
• Nhà máy tái chế

7. Tổng hợp các nhà cung cấp dịch vụ SCADA

Dưới đây, bạn có thể tham khảo một số nhà cung cấp hệ thống SCADA lớn nhất trên thị trường hiện nay:

• FactoryTalk View của Rockwell Automation
• InTouch của Wonderware => Schneider Electric
• Citect SCADA của Schneider Electric
• Experion SCADA của Honeywell
• iFIX của General Electric (GE)
• Ignition của Inductive Automation
• SIMATIC WinCC của Siemens
• MC Works64 của Mitsubishi Electric

8. Tổng kết

Trên đây là toàn bộ thông tin quan trọng bạn cần biết về khái niệm SCADA là gì? Có thể nói Supervisory Control and Data Acquisition là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong bước chuyển mình của nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp sang hướng tự động hóa hoàn toàn. Lợi ích mà SCADA System mang lại bao gồm việc nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tối đa chi phí đầu tư vận hành, nhân công quản lý. Hi vọng rằng bạn đọc đã có đủ kiến thức về hệ thống scada là gì. Đừng quên theo dõi các bài viết mới nhất của chúng tôi trong thời gian sắp tới! Hứa hẹn sẽ có nhiều kiến thức mạng bổ ích đang chờ đón bạn.