SCADA LÀ GÌ? ỨNG DỤNG CỦA SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP

SCADA là gì?

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa SCADA là một hệ thống phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp:

• Kiểm soát các quy trình 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… thông qua phần mềm giao diện người – máy (HMI)
• Ghi lại các sự kiện vào một tệp nhật ký

Hệ thống SCADA rất quan trọng đối với các tổ chức công nghiệp vì chúng giúp duy trì hiệu quả, xử lý dữ liệu để đưa ra những quyết định thông minh hơn và truyền đạt các vấn đề của hệ thống để giúp giảm thiểu thời gian chết.

Cấu trúc SCADA cơ bản bắt đầu với bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) hoặc các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU). PLC và RTU là các máy tính giao tiếp với một loạt đối tượng như máy móc trong 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 để đưa ra các quyết định quan trọng.

Ví dụ: Hệ thống SCADA nhanh chóng thông báo cho người vận hành rằng một lô sản phẩm có tỷ lệ lỗi cao. Người vận hành tạm dừng hoạt động và xem dữ liệu hệ thống SCADA qua HMI để xác định nguyên nhân của vấn đề. Họ xem xét dữ liệu và phát hiện ra rằng máy 4 đã bị trục trặc. Hệ thống SCADA giúp người vận hành giải quyết vấn đề và ngăn chặn việc mất thêm sản phẩm.

Những doanh nghiệp nào cần sử dụng SCADA?

Hệ thống SCADA được sử dụng bởi các tổ chức công nghiệp để kiểm soát, duy trì hiệu quả, phân phối dữ liệu cho các quyết định thông minh hơn và truyền đạt các vấn đề của hệ thống, giúp giảm thiểu thời gian chết. Hệ thống SCADA hoạt động tốt trong nhiều loại hình doanh nghiệp khác nhau vì chúng có thể linh hoạt ứng dụng vào các cấu hình từ đơn giản đến phức tạp. Hệ thống SCADA là xương sống của nhiều ngành công nghiệp hiện đại, bao gồm:

• Năng lượng
• Đồ ăn và đồ uống
• Chế tạo
• Dầu khí
• Tái chế
• Vận tải
• Nước, nước thải
• Và nhiều ngành công nghiệp khác

Hầu như ở bất cứ nơi bạn cũng có thể thấy hệ thống SCADA đang hoạt động. Chẳng hạn như duy trì hệ thống lạnh tại siêu thị, đảm bảo sản xuất và an toàn tại nhà máy lọc dầu, đạt được tiêu chuẩn chất lượng tại nhà máy xử lý nước thải hoặc thậm chí theo dõi sử dụng năng lượng của bạn ở nhà.

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

Sự ra đời của SCADA

Để hiểu nguồn gốc của SCADA, chúng ta phải hiểu những vấn đề mà các tổ chức công nghiệp đang cố gắng giải quyết. Trước khi khái niệm SCADA được giới thiệu vào giữa thế kỷ 20, nhiều tầng sản xuất, nhà máy công nghiệp và các trang web điều khiển từ xa đã dựa vào nhân viên để điều khiển, giám sát thiết bị bằng tay.

Khi các tầng công nghiệp và các trang web điều khiển từ xa bắt đầu mở rộng quy mô, cần giải pháp để kiểm soát thiết bị trong khoảng cách xa. Các tổ chức công nghiệp bắt đầu sử dụng rơle và bộ hẹn giờ để cung cấp một số mức độ kiểm soát giám sát mà không cần phải cử người đến các địa điểm từ xa để tương tác với từng thiết bị.

Rơle và bộ hẹn giờ giải quyết nhiều vấn đề bằng cách cung cấp chức năng tự động hóa hạn chế. Rơle và bộ hẹn giờ rất khó để cấu hình lại, tìm lỗi và các bảng điều khiển chiếm không gian trên giá đỡ. Do đó khi các tổ chức tiếp tục mở rộng quy mô thì không thể đáp ứng hết mọi nhu cầu và cần có một hệ thống kiểm soát và giám sát hoàn toàn tự động và hiệu quả hơn.

Vào đầu những năm 1950, máy tính được phát triển và sử dụng lần đầu tiền cho mục đích điều khiển công nghiệp. Điều khiển giám sát bắt đầu trở nên phổ biến trong các công ty tiện ích chính, đường ống dẫn dầu, khí đốt và các thị trường công nghiệp khác vào thời điểm đó. Vào những năm 1960, phép đo từ xa được thiết lập để theo dõi, cho phép liên lạc tự động truyền các phép đo và dữ liệu khác từ các điểm điều khiển từ xa đến thiết bị giám sát. Thuật ngữ “SCADA” được đặt ra vào đầu những năm 1970, đồng thời sự gia tăng của bộ vi xử lý và PLC trong thập kỷ đó đã làm tăng khả năng giám sát, kiểm soát các quy trình tự động của các doanh nghiệp hơn bao giờ hết.

Sự phát triển của SCADA

Phiên bản đầu tiên của SCADA bắt đầu với các máy tính lớn. Các mạng như chúng ta biết ngày nay không có sẵn và mỗi hệ thống SCADA tự đứng riêng. Những hệ thống này giờ đây được gọi là hệ thống SCADA nguyên khối.

Trong những năm thập niên 80 và 90, SCADA tiếp tục phát triển nhờ các hệ thống máy tính nhỏ hơn, công nghệ mạng cục bộ (LAN) và phần mềm HMI dựa trên PC. Hệ thống SCADA sớm có thể được kết nối với các hệ thống tương tự khác. Nhiều giao thức LAN được sử dụng trong các hệ thống này là độc quyền. Điều này cho phép các nhà cung cấp kiểm soát cách tối ưu hóa việc truyền dữ liệu. Thật không may, các hệ thống này không có khả năng giao tiếp với các hệ thống từ nhà cung cấp khác. Các hệ thống này được gọi là hệ thống điều khiển phân tán.

Trong những năm 1990 và đầu những năm 2000, dựa trên mô hình hệ thống phân tán, SCADA đã áp dụng một sự thay đổi gia tăng bằng cách áp dụng kiến ​​trúc hệ thống mở và các giao thức truyền thông không dành riêng cho nhà cung cấp. Sự lặp lại này của SCADA, được gọi là hệ thống SCADA nối mạng, tận dụng các công nghệ truyền thông như Ethernet. Hệ thống SCADA được nối mạng cho phép các hệ thống từ các nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau, giảm bớt những hạn chế do các hệ thống SCADA cũ đặt ra và cho phép các tổ chức kết nối nhiều thiết bị hơn vào mạng.

Trong khi các hệ thống SCADA đã trải qua những thay đổi đáng kể, nhiều tổ chức công nghiệp vẫn tiếp tục gặp khó khăn trong việc truy cập dữ liệu công nghiệp từ cấp độ doanh nghiệp. Vào cuối những năm 1990 đến đầu những năm 2000, sự bùng nổ công nghệ đã xảy ra, máy tính cá nhân và công nghệ thông tin đã tăng tốc phát triển. Cơ sở dữ liệu ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) đã trở thành tiêu chuẩn cho cơ sở dữ liệu công nghệ thông tin nhưng không được các nhà phát triển SCADA chấp nhận. Điều này dẫn đến sự rạn nứt giữa các lĩnh vực điều khiển, công nghệ thông tin và công nghệ SCADA đã trở nên lỗi thời theo thời gian.

Các hệ thống SCADA truyền thống vẫn sử dụng công nghệ độc quyền để xử lý dữ liệu. Cho dù đó là sử gia dữ liệu, trình kết nối dữ liệu hay các phương tiện truyền dữ liệu khác, giải pháp này rất lộn xộn và cực kỳ tốn kém. Các hệ thống SCADA hiện đại nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách tận dụng các công cụ điều khiển và công nghệ thông tin tốt nhất.

Hệ thống SCADA hiện đại

Các hệ thống SCADA hiện đại cho phép truy cập dữ liệu thời gian thực từ nhà máy tới mọi nơi trên thế giới. Quyền truy cập thông tin 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 thì sẽ vô cùng khó khăn, thậm chí không thể thu thập đủ dữ liệu để đưa ra các quyết định một cách nhất quán với thông tin đầy đủ.

Ngoài ra, hầu hết SCADA hiện đại đều có khả năng phát triển ứng dụng nhanh chóng (RAD) 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 thông lệ công nghệ thông tin 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 hệ thống SCADA.

Phần mềm SCADA sử dụng sức mạnh của cơ sở dữ liệu SQL mang lại lợi thế rất lớn so với phần mềm SCADA cũ. Thêm vào đó, việc sử dụng cơ sở dữ liệu SQL với hệ thống SCADA giúp tích hợp dễ dàng hơn vào các hệ thống MES và ERP hiện có, cho phép dữ liệu lưu chuyển liền mạch trong toàn bộ tổ chức.

Dữ liệu lịch sử từ hệ thống SCADA cũng có thể được đăng nhập vào cơ sở dữ liệu SQL, cho phép phân tích dữ liệu dễ dàng hơn thông qua xu hướng dữ liệu.