Hệ thống Scada là gì
Hệ thống Scada gồm phần mềm và phần cứng để giám sát, điều chỉnh các quy trình công nghiệp bằng giao tiếp với máy móc trong khi phân tích dữ liệu thời gian thực
Hệ thống Scada đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động và đảm bảo hiệu suất tối ưu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Thành phần của Scada
Cảm biến và bộ truyền động
Cảm biến
- Cảm biến là các tính năng cơ bản của thiết bị hoặc hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện đầu vào từ các quy trình công nghiệp.
- Về bản chất, cảm biến hoạt động như mắt và tai của hệ thống Scada, thu thập dữ liệu từ thế giới vật lý và chuyển đổi thành tín hiệu số mà hệ thống có thể diễn giải.
- Hãy coi cảm biến như một thước đo hoặc đồng hồ cung cấp phản hồi theo thời gian thực về trạng thái và hiệu suất của máy móc hoặc quy trình.
Bộ truyền động
- Mặt khác, bộ truyền động là các tính năng chính của thiết bị hoặc hệ thống chịu trách nhiệm kiểm soát các cơ chế của quy trình công nghiệp.
- Trong khi cảm biến thu thập dữ liệu, bộ truyền động thực hiện hành động dựa trên dữ liệu đó để điều chỉnh hoặc thao tác quy trình.
- Bộ truyền động hoạt động như bàn tay và bàn chân của hệ thống Scada, cho phép hệ thống tương tác và tác động đến môi trường vật lý.
- Các ví dụ phổ biến về bộ truyền động bao gồm công tắc, mặt số, van điều khiển và động cơ.
Nói một cách đơn giản, cảm biến cung cấp thông tin về trạng thái của hệ thống, trong khi bộ truyền động cho phép hệ thống phản hồi và điều chỉnh dựa trên thông tin đó.
Cùng nhau cảm biến và bộ truyền động tạo thành một vòng phản hồi quan trọng cho phép hệ thống Scada giám sát, phân tích và kiểm soát các quy trình công nghiệp theo thời gian thực.
Bộ điều khiển
Bộ điều khiển đóng vai trò là cầu nối giữa các cảm biến, bộ truyền động và hệ thống Scada trung tâm.
Các bộ điều khiển này giao tiếp trực tiếp với các cảm biến và bộ truyền động.
Vì vậy tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa các thành phần vật lý của quy trình công nghiệp và hệ thống điều khiển giám sát.
Bộ điều khiển cục bộ (LCU)
- Bộ điều khiển cục bộ là bộ điều khiển trường thường nằm gần các cảm biến và bộ truyền động mà chúng điều khiển.
- LCU chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu đó tại chỗ và gửi lệnh điều khiển đến bộ truyền động dựa trên logic hoặc thuật toán được xác định trước.
- Bằng cách hoạt động ở rìa mạng, LCU giúp giảm độ trễ và cải thiện khả năng phản hồi trong việc kiểm soát các quy trình công nghiệp.
Bộ điều khiển đầu cuối từ xa (RTU)
- Bộ điều khiển đầu cuối từ xa, còn được gọi là RTU, là bộ điều khiển trường được thiết kế để giao tiếp với các cảm biến nhằm thu thập dữ liệu đo từ xa từ các vị trí xa.
- RTU hoạt động như bộ tập trung dữ liệu, thu thập thông tin từ nhiều cảm biến phân bố trên một khu vực địa lý rộng lớn và truyền dữ liệu này đến hệ thống Scada trung tâm để phân tích và ra quyết định.
- RTU đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng phạm vi của hệ thống Scada đến các địa điểm ở xa, nơi sự can thiệp trực tiếp của con người có thể là khó khăn hoặc không thể thực hiện.
Đơn vị đo từ xa (RTU)
Đơn vị đo từ xa (RTU) là thành phần thiết yếu của hệ thống Scada, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu thập và truyền dữ liệu liền mạch từ các vị trí xa xôi đến trung tâm điều khiển trung tâm.
RTU giao tiếp với các cảm biến để thu thập dữ liệu đo từ xa, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hoặc các biến quy trình khác và truyền dữ liệu này qua mạng truyền thông đến hệ thống Scada chính để giám sát và phân tích.
RTU đóng vai trò là điểm liên kết quan trọng trong cấu trúc Scada, cho phép các doanh nghiệp thu thập dữ liệu thời gian thực từ các tài sản phân tán, giám sát các điều kiện môi trường.
Ngoài ra có thể phát hiện các bất thường hoặc sai lệch so với điểm đặt và khởi tạo các hành động kiểm soát phù hợp khi cần thiết.
Bằng cách tận dụng RTU, các doanh nghiệp có thể mở rộng khả năng giám sát và kiểm soát của mình vượt ra ngoài các cơ sở cục bộ để bao gồm một mạng lưới cơ sở hạ tầng và thiết bị rộng hơn.
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC)
Bộ điều khiển logic lập trình, thường được gọi là PLC, đóng vai trò là trung tâm thần kinh của hệ thống Scada.
PLC có giao diện kết nối với bộ truyền động để điều chỉnh và giám sát các quy trình công nghiệp.
Sử dụng dữ liệu đo từ xa hiện tại do RTU thu thập và tuân thủ các tiêu chuẩn quy trình được xác định trước, PLC thực hiện logic điều khiển để đưa ra các điều chỉnh và quyết định theo thời gian thực.
Hãy coi PLC như bộ não đằng sau hoạt động, điều phối các hành động dựa trên dữ liệu đầu vào và các thông số vận hành để đảm bảo hiệu suất quy trình tối ưu.
Máy tính giám sát
Máy tính giám sát nắm quyền chỉ huy trong việc giám sát tất cả các quy trình Scada.
Máy tính hoạt động như các trung tâm chỉ huy thu thập dữ liệu từ các thiết bị hiện trường và đưa ra lệnh để điều khiển các hoạt động công nghiệp.
Các máy tính này đóng vai trò là trung tâm nơi các luồng dữ liệu hội tụ.
Điều này cho phép người vận hành theo dõi các biến quy trình, phân tích xu hướng và đưa ra quyết định chính xác.
Bằng cách tận dụng máy tính giám sát Scada, các doanh nghiệp có thể hợp lý hóa việc quản lý dữ liệu.
Do đó nâng cao khả năng hiển thị hoạt động và thúc đẩy các chiến lược kiểm soát chủ động để tối ưu hóa các quy trình công nghiệp.
Phần mềm HMI
Phần mềm giao diện người-máy (HMI) đóng vai trò quan trọng trong việc hợp nhất và trình bày dữ liệu có nguồn gốc từ các thiết bị Scada tại hiện trường.
Phần mềm HMI cung cấp cho người vận hành một nền tảng toàn diện để trực quan hóa, diễn giải và có khả năng sửa đổi trạng thái của các quy trình do Scada kiểm soát.
Thông qua giao diện đồ họa trực quan và màn hình tương tác, phần mềm HMI thu hẹp khoảng cách giữa người vận hành và hệ thống công nghiệp.
Vì vậy giúp người dùng hiểu được các tập dữ liệu phức tạp, theo dõi các chỉ số hiệu suất chính và can thiệp khi cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động và tuân thủ.
Cơ sở hạ tầng truyền thông
Cơ sở hạ tầng truyền thông tạo thành xương sống của các hệ thống Scada, tạo điều kiện kết nối liền mạch giữa các hệ thống kiểm soát giám sát và thiết bị tại hiện trường.
Cơ sở hạ tầng này hỗ trợ việc trao đổi các luồng dữ liệu, lệnh và vòng phản hồi cần thiết để giám sát và kiểm soát các quy trình công nghiệp một cách hiệu quả.
Bằng cách thiết lập các kênh truyền thông mạnh mẽ, các hệ thống Scada có thể thu thập dữ liệu thời gian thực từ các thiết bị tại hiện trường.
Từ đó truyền lệnh điều khiển và duy trì giám sát liên tục đối với các tài sản quan trọng.
Cơ sở hạ tầng truyền thông đóng vai trò là đường dây kết nối cho phép các hệ thống Scada hoạt động gắn kết trên các môi trường phân tán.
Cấu trúc 5 cấp độ của Scada
Cấp độ 0: Cấp độ thực địa
Cấp độ thực địa đóng vai trò là nền tảng của cấu trúc Scada, bao gồm các thiết bị thực địa như cảm biến và bộ truyền động giao tiếp trực tiếp với các quy trình vật lý.
Cảm biến thu thập dữ liệu thời gian thực liên quan đến các quy trình thực địa, trong khi bộ truyền động điều khiển và thao tác các quy trình này dựa trên các lệnh đầu vào.
Ở cấp độ này, dữ liệu được thu thập từ cảm biến và chuyển tiếp đến các thiết bị điều khiển để thực hiện hành động ngay lập tức, tạo thành cơ sở cho các cấp độ điều khiển và giám sát tiếp theo.
Cấp độ 1: Cấp độ điều khiển trực tiếp
Cấp độ điều khiển trực tiếp bao gồm các bộ điều khiển cục bộ, bao gồm bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và đơn vị đầu cuối từ xa (RTU), giao tiếp trực tiếp với các thiết bị thực địa ở cấp độ vận hành.
Các bộ điều khiển này chấp nhận dữ liệu đầu vào từ cảm biến, xử lý dữ liệu này tại địa phương và gửi lệnh điều khiển đến bộ truyền động để điều chỉnh các thông số quy trình.
Bằng cách đóng vai trò là cầu nối giữa các thiết bị thực địa và hệ thống giám sát, cấp độ điều khiển trực tiếp cho phép giám sát và kiểm soát thời gian thực các biến quy trình quan trọng ở quy mô cục bộ.
Cấp độ 2: Cấp độ giám sát nhà máy
Cấp độ giám sát nhà máy bao gồm các hệ thống giám sát cục bộ tổng hợp dữ liệu từ các bộ điều khiển cấp độ ở cấp độ 1 và đưa ra lệnh để kiểm soát hoạt động.
Các hệ thống này hoạt động như các trung tâm tập trung để thu thập dữ liệu, phân tích và ra quyết định.
Vì vậy cung cấp cho người vận hành thông tin chi tiết về hiệu suất quy trình và cho phép họ đưa ra chỉ thị để tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.
Cấp độ giám sát nhà máy đóng vai trò quan trọng trong việc phối hợp các hoạt động ở cấp độ vận hành và đảm bảo tích hợp liền mạch giữa các thiết bị tại hiện trường và các hệ thống kiểm soát cấp cao hơn.
Cấp độ 3: Cấp độ kiểm soát sản xuất
Cấp độ kiểm soát sản xuất bao gồm các hệ thống giám sát toàn hệ thống tổng hợp dữ liệu từ các hệ thống cấp độ 2 để tạo báo cáo và thông tin chi tiết liên tục cho việc lập lịch trình và quản lý sản xuất.
Các hệ thống này cung cấp góc nhìn toàn diện về hiệu suất hoạt động trên nhiều địa điểm hoặc khu vực, tạo điều kiện cho việc ra quyết định hợp lý.
Hơn nữa còn cảnh báo người vận hành về các điều kiện quan trọng và tạo báo cáo toàn diện để lập lịch trình và tối ưu hóa sản xuất.
Bằng cách tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn, cấp độ kiểm soát sản xuất nâng cao khả năng hiển thị, phối hợp và hiệu quả trong các quy trình sản xuất.
Cấp độ 4: Cấp độ lập lịch sản xuất
Cấp độ lập lịch sản xuất tích hợp dữ liệu Scada với các hệ thống kinh doanh để quản lý các quy trình đang diễn ra, tối ưu hóa phân bổ nguồn lực và thúc đẩy quá trình ra quyết định chiến lược.
Cấp độ này đóng vai trò là giao diện giữa kiểm soát hoạt động và quản lý kinh doanh.
Cấp độ 4 tận dụng thông tin chi tiết về Scada để hợp lý hóa quy trình sản xuất, liên kết các hoạt động vận hành với các mục tiêu kinh doanh và nâng cao năng suất chung.
Bằng cách kết hợp dữ liệu Scada vào các hệ thống lập lịch sản xuất và quản lý, các doanh nghiệp có thể đạt được sự hiệp lực giữa hiệu quả hoạt động và kế hoạch chiến lược để tăng trưởng bền vững.
Chức năng của Scada
Thu thập dữ liệu
Thu thập dữ liệu là chức năng nền tảng của hệ thống Scada, đặt nền tảng cho việc giám sát và ra quyết định theo thời gian thực.
Cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc thu thập dữ liệu từ nhiều điểm khác nhau trong quy trình công nghiệp.
Cảm biến giúp nắm bắt thông tin quan trọng về các thông số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, v.v.
Sau đó, dữ liệu này được chuyển tiếp đến bộ điều khiển tại hiện trường, đóng vai trò trung gian giữa cảm biến và máy tính Scada.
Vì vậy tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền thông tin liền mạch.
Thông qua quy trình thu thập dữ liệu được sắp xếp hợp lý, hệ thống Scada đảm bảo rằng người vận hành có thể truy cập dữ liệu kịp thời và chính xác.
Cuối cùng đưa ra quyết định phù hợp và kiểm soát hoạt động.
Điều khiển từ xa
Điều khiển từ xa là chức năng chính của hệ thống Scada, cho phép người vận hành ra lệnh và tác động đến các quy trình công nghiệp từ một vị trí tập trung.
Tận dụng dữ liệu thu thập được từ cảm biến tại hiện trường, hệ thống Scada cho phép điều khiển từ xa các bộ truyền động tại hiện trường.
Từ đó trao quyền cho người vận hành thực hiện các điều chỉnh và can thiệp theo thời gian thực dựa trên thông tin chi tiết về hoạt động.
Cho dù đó là điều chỉnh vị trí van, điều chỉnh tốc độ động cơ hay kích hoạt báo động để phản ứng với các bất thường, khả năng điều khiển từ xa giúp các doanh nghiệp tối ưu hóa hiệu quả quy trình.
Do đó tăng cường các giao thức an toàn và duy trì tính liên tục của hoạt động một cách dễ dàng.
Truyền thông dữ liệu mạng
Truyền thông dữ liệu mạng đóng vai trò là mạch máu duy trì mọi chức năng của Scada.
Vì vậy tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi dữ liệu liền mạch giữa các thiết bị tại hiện trường, bộ điều khiển, máy tính giám sát và bộ truyền động.
Dữ liệu do các cảm biến thu thập được truyền qua các kênh truyền thông đến bộ điều khiển tại hiện trường Scada.
Tại đó dữ liệu được xử lý và phân tích trước khi được chuyển tiếp đến máy tính giám sát để đánh giá thêm.
Tương tự như vậy, các lệnh điều khiển từ xa do máy tính giám sát đưa ra được truyền trở lại bộ truyền động qua mạng.
Do đó cho phép thực hiện các hành động điều khiển nhanh chóng và phản hồi.
Bằng cách thiết lập các liên kết truyền thông mạnh mẽ, các hệ thống Scada đảm bảo rằng dữ liệu chảy liền mạch trên toàn bộ hệ thống phân cấp hoạt động.
Điều này giúp hệ thống giám sát, kiểm soát và ra quyết định theo thời gian thực.
Trình bày dữ liệu
Trình bày dữ liệu là chức năng chính trong hệ thống Scada giúp nâng cao khả năng ra quyết định của người vận hành bằng cách cung cấp các biểu diễn rõ ràng và trực quan về dữ liệu hiện tại và dữ liệu lịch sử.
Giao diện người-máy (HMI) đóng vai trò là cổng thông tin để người vận hành tương tác với hệ thống Scada.
Do đó cung cấp màn hình hiển thị trực quan các thông số quy trình chính, xu hướng và số liệu hiệu suất.
HMI cho phép người vận hành theo dõi trạng thái hệ thống, theo dõi các biến vận hành và phản hồi các sự kiện quan trọng theo thời gian thực.
Bằng cách trình bày dữ liệu theo cách thân thiện với người dùng và cung cấp thông tin, HMI trao quyền cho người vận hành đưa ra quyết định chính xác.
Từ đó thực hiện các hành động kiểm soát chủ động để tối ưu hóa hiệu quả quy trình.
Phân tích dữ liệu
Phân tích dữ liệu lịch sử và thời gian thực là chức năng không thể thiếu của hệ thống Scada.
Đây là chức năng cho phép người dùng theo dõi số liệu hiệu suất hiện tại so với xu hướng lịch sử.
Dữ liệu thời gian thực cung cấp cho người vận hành thông tin chi tiết mới nhất về các biến quy trình.
Vì vậy giúp phản hồi ngay lập tức với các điều kiện thay đổi.
Mặt khác, dữ liệu lịch sử cho phép người vận hành phân tích hiệu suất trong quá khứ, xác định các mô hình và dự báo xu hướng trong tương lai.
Bằng cách kết hợp giám sát thời gian thực với phân tích lịch sử, hệ thống Scada cung cấp cho người dùng hiểu biết toàn diện về động lực quy trình.
Từ đó tạo điều kiện cho việc ra quyết định dựa trên dữ liệu và tối ưu hóa hiệu suất.
Quản lý cảnh báo
Quản lý cảnh báo là chức năng quan trọng trong hệ thống Scada, cảnh báo người vận hành về các điều kiện có khả năng quan trọng trong hệ thống.
Có thể cấu hình cảnh báo để thông báo cho người vận hành khi quy trình bị chặn, hệ thống bị lỗi hoặc các khía cạnh khác của hoạt động Scada cần được chú ý.
Cảnh báo đóng vai trò là biện pháp bảo vệ chủ động, nhắc nhở người vận hành thực hiện hành động ngay lập tức để ứng phó với các sự kiện bất thường hoặc sai lệch so với các thông số đã đặt.
Bằng cách quản lý cảnh báo hiệu quả, người vận hành Scadacó thể giảm thiểu rủi ro, ngăn ngừa thời gian chết.
Từ đó đảm bảo hoạt động trơn tru của các quy trình công nghiệp với nhận thức tình huống được nâng cao.
Báo cáo toàn diện
Báo cáo về hoạt động của hệ thống Scadađóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cho các bên liên quan thông tin chi tiết về trạng thái hệ thống, hiệu suất quy trình và các báo cáo tùy chỉnh phù hợp với nhu cầu cụ thể.
Các báo cáo do hệ thống Scada tạo ra cung cấp một bức tranh tổng quan về tình trạng hệ thống, hiệu quả hoạt động và việc tuân thủ các tiêu chuẩn hiệu suất.
Các báo cáo này có thể được tùy chỉnh để giới thiệu các chỉ số hiệu suất chính, xu hướng, bất thường và thông tin chi tiết có thể hành động để cải tiến liên tục.
Bằng cách tận dụng các khả năng báo cáo toàn diện, các doanh nghiệp có thể đánh giá hiệu suất hệ thống, xác định các lĩnh vực cần tối ưu hóa.
Từ đó thúc đẩy quá trình ra quyết định chiến lược dựa trên thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu.
Có thể bạn quan tâm
Liên hệ
Địa chỉ
Tầng 3 Toà nhà VNCC 243A Đê La Thành Str Q. Đống Đa-TP. Hà Nội
