Hệ thống SCADA là gì?
Supervisory control and data acquisition viết tắt SCADA là một hệ thống bao gồm phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. SCADA có thể:
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 các quyết định chính xác hơn, thông minh hơn và giao tiếp các vấn đề của hệ thống giúp giảm thiểu thời gian xử lý.
Cấu trúc SCADA
Phần cứng SCADA như Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) đóng vai trò là điểm thu thập cục bộ để thu thập thông tin cảm biến, thường trong khi kích hoạt hành động của phần thiết bị được kết nối thông qua logic được lập trình. Trong hệ thống SCADA, thông tin cảm biến được thu thập từ phần cứng này bằng một máy tính thường được gọi là cổng kết nối “gateway”.
Gateway có thể có nhiều dạng khác nhau.
Các máy tính biên gần với nguồn dữ liệu có thể hoạt động như một gateway, xử lý dữ liệu tại chỗ trước khi chuyển đến đám mây hoặc máy chủ trung tâm. Giao diện người máy (HMI) cũng có thể hoạt động như một gateway cung cấp giao diện màn hình cảm ứng để giám sát và điều khiển máy.
Bản thân máy chủ cũng có thể hoạt động như một cổng kết nối cũng như trung tâm điều khiển cho môi trường SCADA.
Sau khi được thu thập, dữ liệu cảm biến đó có thể được thực hiện trực tiếp thông qua việc sử dụng phần mềm SCADA hoặc được lưu lại để xem xét sau này. Phần mềm SCADA có thể giúp giám sát và kiểm soát các quá trình này từ cùng một vị trí với các hành động được thực hiện hoặc từ xa từ một vị trí riêng biệt.
Ứng dụng SCADA
Hệ thống SCADA được sử dụng bởi các tổ chức công nghiệp và các công ty sản xuất 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 của hệ thống để giúp giảm thiểu thời gian chết. Hệ thống SCADA hoạt động tốt trong nhiều loại hình doanh nghiệp khác nhau vì chúng có thể từ cấu hình đơn giản đến lắp đặt lớn, 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
- Vận chuyển
- Xử lý chất thải,…
Hầu như ở bất cứ đâu bạn nhìn vào thế giới ngày nay, đều có một số loại hệ thống SCADA đang hoạt động: duy trì hệ thống kho 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 cho thấy những lợi ích và tiết kiệm của việc sử dụng giải pháp phần mềm SCADA hiện đại như Cimon.
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. 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
SCADA rất quan trọng trong công nghiệp hiện đại
Lịch sử và quá trình phát triển của SCADA
Để hiểu nguồn gốc của SCADA, chúng ta phải hiểu các 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 sàn sản xuất, nhà máy công nghiệp và các trang web từ xa đã dựa vào nhân viên để điều khiển và giám sát thiết bị bằng tay thông qua nút ấn bằng tay. Khi các tầng công nghiệp và điều khiển từ xa bắt đầu mở rộng quy mô, các giải pháp là cần thiết để kiểm soát thiết bị trên một khoảng cách dài. 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 phải gửi người đến các địa điểm từ xa để tương tác với từng thiết bị.
Trong khi rơle và bộ hẹn giờ giải quyết được nhiều vấn đề bằng cách cung cấp chức năng tự động hóa hạn chế, nhiều vấn đề bắt đầu nảy sinh khi các tổ chức tiếp tục mở rộng quy mô. Rơle và bộ hẹn giờ rất khó để cấu hình lại, tìm lỗi và bảng điều khiển chiếm giá đỡ trên giá đỡ của không gian. Một hệ thống kiểm soát và giám sát hoàn toàn tự động và hiệu quả hơn là cần thiết.
Đầu những năm 1950, máy tính được phát triển và sử dụng đầu tiên cho mục đích kiểm soát công nghiệp. Kiểm soát giám sát bắt đầu trở nên phổ biến trong số các tiện ích chính, đường ống dẫn dầu khí và các thị trường công nghiệp khác tại thời điểm đó. Vào những năm 1960, đo từ xa được thành lập để giám sát, cho phép truyền thông tự động truyền các phép đo và dữ liệu khác từ các trang web từ xa đến thiết bị giám sát. Thuật ngữ SCADA được đặt ra vào đầu những năm 1970 và sự gia tăng của các bộ vi xử lý và PLC trong thập kỷ đó đã tăng khả năng giám sát và kiểm soát các quy trình tự động của doanh nghiệp hơn bao giờ hết.\
Trong những năm 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. Các 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 truyền dữ liệu. Thật không may, các hệ thống này không có khả năng giao tiếp với các hệ thống từ các nhà cung cấp khác. Các hệ thống này được gọi là hệ thống SCADA phân tán.
Trong những năm 1990 và đầu những năm 2000, dựa trên mô hình hệ thống phân tán, SCADA đã áp dụng thay đổi gia tăng bằng cách chấp nhận một 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 được nối mạng, đã tận dụng các công nghệ truyền thông như Ethernet. Các hệ thống SCADA được nối mạng cho phép các hệ thống từ các nhà cung cấp khác liên lạc với nhau, giảm bớt các hạn chế do các hệ thống SCADA cũ hơn và cho phép các tổ chức kết nối nhiều thiết bị hơn với mạng.
SCADA ngày nay
Các hệ thống SCADA hiện đại cho phép truy cập dữ liệu thời gian thực từ nhà máy từ mọi nơi trên thế giới. Quyền truy cập thông tin thời gian thực này cho phép các 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 rất khó khăn nếu không muốn nói là không thể thu thập đủ dữ liệu để đưa ra các quyết định một cách nhất quán và đầy đủ thông tin.
Ngoài ra, hầu hết các ứng dụng thiết kế 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 CNTT 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 những lợi thế to lớn so với phần mềm SCADA cũ. Một ưu điểm 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 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 ghi vào cơ sở dữ liệu SQL, cho phép phân tích dữ liệu dễ dàng hơn thông qua xu hướng dữ liệu.
