Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát SCADA

  1. Giới thiệu tổng quan

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa.

giám sát SCADA

          Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:

SCADA 2

  • Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
  • Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
  • Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
  • Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.
  • Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác.

SCADA 3

Các hệ thống SCADA ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên một phạm vi rộng lớn hơn, có thể lên đến hàng ngàn hay thậm chí là cả hàng chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và các mạng truyền thông như mạng Profibus, WAN, LAN, Inthernet và cả mạng Internet. Hầu hết các phần mềm SCADA ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet.

  1. Cấu trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống SCADA

Trong hệ thống điều khiển giám sát, các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Còn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm – điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền thông.

SCADA 4

Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành.

  • Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các phần mềm điều khiển tương ứng.
  • Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
  • Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm – điểm, bus cảm biến, bus chấp hành, bus trường, bus hệ thống.
  • Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.

SCADA 5

Để đánh giá toàn diện của một hệ thống SCADA ta cần phân tích những tiêu chuẩn sau:

  • Tính năng thời gian thực và trao đổi thông tin, hỗ trợ mở rộng các phần mềm.
  • Mở rộng hệ thống, chuẩn hóa giao diện quá trình, khả năng xử lý sự cố và lưu giữ thông tin.
  • Khả năng sử dụng các phần mềm hỗ trợ để xây dựng giao diện.
  • Khả năng kết nối dữ liệu từ các mô đun mở rộng, các cảm biến, cơ cấu chấp hành.
  • Phân loại

          Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:

  • Hệ thống SCADA mờ: Đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ phận giám sát. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tính đơn giản nên giá thành thấp.
  • Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây là hệ thống SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất. Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận hành để xử lý kịp thời. Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển dừng hoạt động của tất cả máy móc.
  • Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý. Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.
  • Hệ thống SCADA mạng: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau. Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều nhóm máy móc tạo nên dây chuyền sản xuất.

Qua mạng truyền thông, hệ thống được kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị ở xa.

  1. Mô hình phân cấp

          Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mô hình phân cấp chức năng.

  • Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên điều khiển.
  • Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các bộ chấp hành. Máy tính đảm nhận việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay,… Đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật.

SCADA 6

  • Cấp điều khiển giám sát: Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức. Việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển và giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài máy tính thông thường.

          Thông thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và giám sát. Tuy nhiên biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) sẽ giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp.

5/5 (2 Reviews)