Hệ thống SCADA là gì Các phần mềm bên trong sẽ hoạt động và thu thập dữ liệu như thế nào? Đây là câu hỏi được rất nhiều doanh nghiệp cân nhắc để chuỗi vận hành hoạt động được trơn tru hơn. Hãy cùng Viindoo tìm hiểu về hệ thống SCADA và cơ chế hoạt động qua bài viết dưới đây.
1. Hệ thống SCADA là gì?
SCADA là viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition. Vậy phần mềm SCADA là gì? Đây là hệ thống có vai trò điều khiển và thu thập nguồn dữ liệu. Nhờ đó, con người có thể giám sát các hoạt động và quy trình từ xa. Hay nói cách khác, SCADA là hệ thống các phần mềm và phần cứng hỗ trợ cho doanh nghiệp trong quá trình vận hành, giám sát tiến độ sản xuất.
SCADA điều khiển và thu thập nguồn dữ liệu
Hệ thống SCADA đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc duy trì tính hiệu quả trong quá trình đưa ra quyết định của doanh nghiệp, giúp giảm thiểu downtime (thời gian chết) trong quá trình truyền đạt vấn đề. Điều này là nhờ SCADA có tính năng hỗ trợ việc xử lý dữ liệu dễ dàng và thông minh hơn.
Kiến trúc của SCADA cơ bản bao gồm bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU). Cụ thể, cả hai đều đóng vai trò là máy tính giao tiếp với HMI (Human-Machine Interfaces - “giao diện người máy”), máy của nhà máy, thiết bị đầu cuối và cảm biến. Sau đó, phần mềm SCADA sẽ định tuyến dữ liệu từ các đối tượng này đến máy tính và tiến hành xử lý, phân tích và hiển thị dữ liệu. Khi ấy, nhân viên và người vận hành có thể phân tích các nguồn thông tin và đưa ra các quyết định.
2. Cấu tạo của SCADA
Hệ thống SCADA sẽ bao gồm các phần mềm và phần cứng cơ bản đảm bảo quá trình hoạt động. Cụ thể, bạn hãy cùng Viindoo tìm hiểu về các bộ phần của hệ SCADA.
- Trạm giám sát trung tâm: Bao gồm một hay nhiều máy chủ trung tâm kết nối với nhau, tạo ra một nền tảng hệ thống gọi là central host computer server. Tại trạm điều khiển này, hệ thống sẽ kết nối cùng giao diện người-máy HMI (Human Machine Interface) và các phần mềm.
- Trạm điều khiển, thu thập dữ liệu trung gian: Đây là thiết bị đầu cuối từ xa có tên RTU (Remote Terminal Units) hoặc là bộ lập trình PLC (Programmable Logic Controllers) dùng để giao tiếp giữa các thiết bị chấp hành như cảm biến, đóng cắt các van chấp hành và thiết bị điều khiển.
- Hệ thống truyền thông Hệ thống này sẽ chứa các mạng và thiết bị truyền thông công nghiệp. Thêm vào đó, bộ xử lý này còn bao gồm các thiết bị chuyển đổi dùng để điều khiển và đưa dữ liệu cấp trường đến máy chủ.
- Thiết bị cấp trường: Các thiết bị này sẽ bao gồm bộ cảm biến, thiết bị đo và chuyển đổi.
SCADA bao gồm các phần mềm và phần cứng
3. Cơ chế thu thập dữ liệu của hệ thống SCADA System
Ở bước đầu tiên, thông tin sẽ được quét bởi RTU từ những thiết bị kết nối khác. Khoảng thời gian quá trình này thực hiện được xem là thời gian quét bên trong. RTU sẽ được quét với tốc độ chậm hơn bởi các máy chủ để thu thập thông tin và dữ liệu.
Để thực hiện việc thu thập dữ liệu này, máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống RTU, cho phép RTU ra tín hiệu điều khiển các thiết bị khác làm nhiệm vụ.
Hệ thống SCADA có cơ chế thu thập dữ liệu
4. Ứng dụng của hệ SCADA
Sau khi tìm hiểu SCADA là gì, doanh nghiệp cần biết về các ứng dụng của hệ thống này. SCADA được sử dụng bởi nhiều doanh nghiệp và nhà máy lớn nhỏ, đến các tập đoàn sản xuất có quy mô toàn cầu.
Lý do là bởi công việc giám sát đóng vai trò vô cùng quan trọng trong tất cả khía cạnh của quá trình tự động hóa sản xuất doanh nghiệp. SCADA cho phép chúng ta thu thập những dữ liệu hữu ích và giám sát các dữ liệu đó, từ đó tối ưu chi phí sản xuất và bảo trì.
SCADA giúp nhà quản lý theo dõi quy trình
Ở các doanh nghiệp lớn nhỏ, SCADA được sử dụng để theo dõi và giám sát quá trình điều khiển. Tuy nhiên, các lĩnh vực khác nhau sẽ có yêu cầu không giống nhau. Cụ thể, hệ thống SCADA của các công ty dầu khí sẽ khác với nhà máy điện.
Một số ngành công nghiệp, lĩnh vực đang ưa chuộng ứng dụng SCADA là:
- Lĩnh vực sản xuất
- Năng lượng, dầu khí,...
- Sản xuất đồ uống, thực phẩm
- Xử lý nước, chất thải
- Dược phẩm
5. Lợi ích khi sử dụng hệ SCADA là gì?
Nhiệm vụ chính của phần mềm SCADA là gì và các doanh nghiệp nhận lợi ích như thế nào? Hệ thống sẽ hỗ trợ công ty quản lý, khai thác và kiểm soát hoạt động của các thiết bị bằng việc quản lý, lưu trữ mọi thông tin và máy chủ. Nhờ tính năng ưu việt ấy, hệ thống đã hỗ trợ rất nhiều lĩnh vực và đem lại nhiều lợi ích, cụ thể là:
- Nâng cao năng suất: Hệ thống cung cấp khả năng phân tích dữ liệu từ quy trình sản xuất. Nhờ đó, nhà quản lý có thể tận dụng nguồn thông tin để cải thiện hiệu quả làm việc, kỹ thuật và năng suất.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm: Nhà quản lý sẽ tìm ra được những thiếu sót trong quá trình sản xuất và tìm cách ngăn chặn, khắc phục thông qua việc phân tích dữ liệu.
- Giảm chi phí vận hành và bảo trì: Việc lắp đặt và sử dụng hệ thống SCADA sẽ thay thế được lượng lớn công việc giám sát thủ công, giúp doanh nghiệp giảm thiểu nhân sự dư thừa, tiết kiệm được chi phí cho việc công tác và bảo trì những nhà máy sản xuất ở xa.
- Bảo toàn vốn đầu tư: SCADA cho phép nhà máy đảm bảo hiệu quả mang tính lâu dài cho các quá trình nâng cấp, cho phép chủ đầu tư, chủ doanh nghiệp điều chỉnh và thay đổi quy mô sản xuất phù hợp..
SCADA giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì
6. So sánh hệ thống SCADA và MES
Cả hệ thống SCADA và hệ thống MES đều có những khác biệt riêng. MES hỗ trợ doanh nghiệp các tính năng về quản lý sản xuất. Cụ thể, hệ thống sẽ kiểm soát và theo dõi quá trình hoạt động bên trong nhà máy và nâng cao chất lượng. Thêm vào đó, MES còn cung cấp các giải pháp về quản lý sản xuất và hàng tồn kho như OEE, KPI hoặc quản lý công thức.
MES hỗ trợ các tính năng về quản lý sản xuất
Trong khi đó, SCADA làm việc nhiều hơn với hệ thống máy móc tại chính nhà máy, thu thập và phân phối dữ liệu làm “nguyên liệu đầu vào” cho hệ thống MES. Dựa trên đó, nền tảng MES truyền tất cả thông tin về quy trình và đơn hàng cho nhà quản lý. Nhờ đó, bộ phận điều hành có thể cân nhắc về thời gian thực khi đang tiến hành quá trình sản xuất. Cụ thể, hệ thống MES sẽ cung cấp những dữ liệu sau:
- Tình trạng đặt hàng
- Tình trạng sử dụng trạng thái tài nguyên
- Tình trạng sử dụng trạng thái vật liệu
- Lãng phí
- OEE
- KPI
Những tính năng này SCADA không thể thực hiện được vì SCADA chỉ mang tính chất thu thập thông tin, dữ liệu và giám sát quá trình vận hành. Tuy nhiên, hai hệ thống này kết hợp và bổ trợ với nhau rất hiệu quả.
Hệ thống MES thực hiện truyền tải thông tin
7. Lưu ý khi lựa chọn phần mềm SCADA cho doanh nghiệp
Sau khi tìm hiểu về hệ thống SCADA, bạn sẽ thấy sự tiện ích của cơ chế này. Tuy nhiên, doanh nghiệp cần cân nhắc thật kỹ trước khi triển khai. Bạn hãy cùng Viindoo tìm hiểu một số lưu ý khi lựa chọn phần mềm SCADA.
7.1 Thời hạn sử dụng
Hiện nay, các phần mềm về công nghệ đều phát triển nhanh và ngày một đổi mới. Chính vì vậy, doanh nghiệp cần lưu ý về thời hạn sử dụng của SCADA. Nguyên nhân là vì các phần mềm thường trở nên lỗi thời sau một khoảng thời gian. Hệ thống SCADA trong nhiều năm sử dụng sẽ khác với tiêu chuẩn truyền thông hiện đại.
Bạn cần lưu ý về thời hạn sử dụng của SCADA
7.2 RFI
RFI (Request for Information) là sự hỗ trợ của đơn vị cung cấp trong thời gian doanh nghiệp sử dụng SCADA. Khi đó, doanh nghiệp sẽ được cập nhật liên tục các tính năng, khắc phục lỗi hoặc mở rộng một số chức năng khác.
RFI là sự hỗ trợ của đơn vị cung cấp cho doanh nghiệp
7.3 Khả năng lưu trữ dữ liệu
Khả năng lưu trữ dữ liệu của phần mềm SCADA là gì? Khả năng ghi chép và lưu trữ dữ liệu của SCADA giúp nhà quản lý phân tích được nhiều yếu tố. Nhờ đó, việc bảo trì và tối ưu hóa dây chuyền sản xuất sẽ đảm bảo hơn. Doanh nghiệp cũng giảm thiểu được nhiều chi phí và rủi ro. .
Đối với các ngành công nghiệp, hệ thống SCADA đóng vai trò rất quan trọng trong việc lưu trữ thông tin. Lĩnh vực dược phẩm hoặc thực phẩm còn đưa ra yêu cầu pháp lý cho việc ghi chép dữ liệu (FDA 21 CFR Phần 11). Bạn có thể tìm hiểu về tiêu chuẩn kiểm soát ISA-88 của SCADA.
SCADA có khả năng lưu trữ thông tin
7.4 Cơ sở dữ liệu
Việc tìm hiểu SCADA là gì và cơ sở dữ liệu của hệ thống là điều quan trọng. Cơ sở dữ liệu của SCADA là nơi lưu trữ mọi thông tin thu thập được, cho phép người quản lý xây dựng báo cáo và phân tích các yếu tố đằng sau.
Cơ sở dữ liệu chính của SCADA là SQL (Structured Query Language) - ngôn ngữ lập trình phổ biến dùng để quản lý dữ liệu. Doanh nghiệp có thể sử dụng SQL để chỉnh sửa, nhập hoặc xuất dữ liệu, đồng thời có thể lưu cơ sở dữ liệu của dưới dạng đám mây hoặc trên máy chủ riêng.
SQL là ngôn ngữ lập trình phổ biến của SCADA
7.5 OPC và OPC UA
Khi áp dụng hệ thống SCADA, doanh nghiệp cần lưu ý đến tính tương thích với nền tảng PLC và RTU. Doanh nghiệp có thể dùng công nghệ máy khách OPC (OLE for process control) để hỗ trợ SCADA kết nối và truy cập dữ liệu từ PLC.
OPC dùng để hỗ trợ SCADA truy cập dữ liệu từ PLC và RTU
PLC được cài đặt với nhiệm vụ trở thành máy chủ OPC. Phần mềm sẽ dịch dữ liệu ra ngôn ngữ phù hợp với các giao thức OPC. Phần lớn, các PLC hiện có trên thị trường đều hỗ trợ OPC. Chính vì vậy, bạn có thể mua SCADA từ các nhà cung cấp khác loại PLC mặc định bạn đang sử dụng.
7.6 Cảnh báo
Phần lớn hệ thống SCADA sẽ có cảnh báo và báo động theo thứ tự và mức độ ưu tiên. Loại cảnh báo này có thể do người dùng hoặc hệ thống xác định. Người dùng sẽ lập trình nếu báo động liên quan đến phần cứng. Hiện tại, cảnh báo do con người lập trình được chia thành hai loại gồm cảnh báo tương tự và cảnh báo rời rạc.
Loại cảnh báo rời rạc hoạt động nhờ trạng thái số của một bit. Ngược lại, báo động tương tự sẽ được kích hoạt thông qua các giá trị vượt quá giới hạn đã xác định. Tuy nhiên, hệ thống SCADA lại khá hạn chế trong việc đặt cảnh báo. Khi sự cố xảy đến, báo động mới được kích hoạt.
7.7 Dữ liệu trực quan
Dữ liệu trực quan của SCADA system là gì? Đây là các màn hình ghi lại quá trình hoạt động trực quan của hệ thống. Nhờ đó, các nhà vận hành có thể dễ dàng theo dõi kiểm soát dữ liệu. Dữ liệu trực quan thường được biểu thị bởi đồ thị hoặc biểu đồ, qua đó giúp người quản lý quan sát được sự thay đổi của các giá trị cụ thể.
Dữ liệu trực quan giúp nhà vận hành dễ kiểm soát
Hệ thống SCADA sử dụng nhiều màu sắc giúp người dùng dễ hình dung. Tuy nhiên, một số tiêu chuẩn mới như ISA-112 và ISA-101 lại cho rằng màu xám giúp HMI có hiệu suất cao hơn.
7.8 Khả năng phân tích dữ liệu
Doanh nghiệp cần lưu ý đến khả năng phân tích dữ liệu của SCADA. Trong thời đại công nghệ 4.0, hệ thống cần nâng cấp hơn nữa để chạy đua với cuộc cách mạng công nghiệp. Phần lớn, SCADA sẽ cung cấp nơi báo cáo, trình bày và sản xuất dữ liệu. Tuy nhiên, nhà vận hành cần phân tích kỹ thông tin để quá trình sản xuất được tối ưu hóa.
SCADA có khả năng phân tích dữ liệu tốt
Việc tìm hiểu SCADA là gì và lợi ích của hệ thống này là điều rất quan trọng với doanh nghiệp. Nhờ cơ chế thu thập dữ liệu và quản lý từ xa, công ty có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất. Viindoo hy vọng các doanh nghiệp đã có thêm thông tin hữu ích về hệ thống SCADA.
