Mô hình hệ thống điều khiển SCADA

Các hệ thống giám sát cho phép các thông tin dữ liệu của các quá trình sản xuất hoặc các lắp đặt vật lý được theo dõi và giám sát. Ví dụ, các thông tin được thu thập thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu. Chúng sẽ được xử lý, phân tích, và lưu trữ. Sau đó các thông tin này sẽ được gửi đến người dùng. Các hệ thống này gọi là hệ thống điều khiển SCADA (Supervisory Controland Data Acquisition).

Hệ thống SCADA

Cách thức hoạt động của các hệ thống SCADA hiện đại

Ngày nay, các hệ thống tự động hóa công nghiệp sử dụng máy tính và các công nghệ truyền thông. Chúng được dùng để tự động hóa các quá trình giám sát và điều khiển trong công nghiệp. Nhiệm vụ của những hệ thống này là thu thập dữ liệu trong các môi trường phức tạp. Sau đó các dữ liệu này cần được biểu diễn một cách thân thiện cho người vận hành. Các tài nguyên đồ họa phức tạp (giao diện người – máy) và các nội dung đa phương tiện sẽ hỗ trợ thực hiện nhiệm vụ này.

Sơ đồ mô tả hệ thống điều khiển SCADA

Trong quá trình hoạt động, hệ thống SCADA sẽ liên tục nhận diện các tag thông tin. Đó là các biến số hoặc chữ cái. Chúng có liên quan tới các ứng dụng có thể thực hiện bằng các hàm máy tính hoặc biểu diễn các điểm vào/ra của quá trình điều khiển. Trong trường hợp này, mỗi biến của quá trình thực tế sẽ được thể hiện bằng một kết nối tương ứng. Kết nối này diễn ra giữa bộ điều khiển và hệ thống. Các thông tin dựa vào các giá trị của các tag đã được thu thập và biểu diễn cho người dùng. Ví dụ như nhiệt độ, mức, lưu lượng…

Các thành phần phần cứng của hệ thống giám sát

Một hệ thống giám sát bao gồm 3 thành phần phần cứng chính. Đó là các cảm biến và thiết bị chấp hành; mạng truyền thông và các trạm giám sát trung tâm. Các trạm này còn được gọi là hệ thống máy tính SCADA (SCADA computing system).

Cảm biến và thiết bị chấp hành

Các cảm biến và thiết bị chấp hành được kết nối với các thiết bị được điều khiển. Các hệ thống SCADA sẽ giám sát các thiết bị này. Sau đó chúng sẽ để chuyển đổi các thông số vật lý kể trên thành các tín hiệu số. Tương tự, các số liệu này có thể được đọc từ các trạm xa trung tâm. Các thiết bị chấp hành là các thiết bị thực thi nhiệm vụ trong hệ thống. Nhiệm vụ của chúng là đóng/cắt các thiết bị.

Mạng truyền thông

Là nền tảng để các thông tin chạy từ các PLC/RTU về hệ thống SCADA. Ngoài ra đó còn là việc xem xét các yêu cầu của hệ thống và khoảng cách hệ thống bao phủ. Mạng truyền thông được xây dựng nhờ sự hỗ trợ của cáp Ethernet, cáp quang, các đường truyền thuê bao hoặc quay số cho dữ liệu, các sóng radio…Chi tiết hơn

Trạm giám sát trung tâm

Là các thiết bị chính của các hệ thống SCADA. Các trạm giám sát này chịu trách nhiệm tổng hợp thông tin được tạo ra bởi các trạm. Chúng sẽ hoạt động phù hợp với các sự kiện được thực hiện. Các trạm giám sát trung tâm có thể được tập trung thành một máy tính duy nhất. Hoặc cũng có thể chúng được phân phối tới mạng máy tính. Mục đích là để cho phép thu thập thông tin được chia sẻ trong mạng.

Trung tâm giám sát của hệ thống SCADA

Các thành phần logic của hệ thống SCADA

Trong nội bộ, các hệ thống SCADA thường phân chia các nhiệm vụ thành các khối hoặc các module. Điều này cho phép hệ thống trở nên linh hoạt và có khả năng thực thi các tác vụ một cách mạnh mẽ.

Các nhiệm vụ mà hệ thống có thể thực thi được phân chia

• Phần lõi xử lý của hệ thống
• Truyền thông với các PLC/RTU
• Quản lý các cảnh báo
• Cơ sở dữ liệu quá khứ và cấu hình hệ thống
• Logic lập trình nội bộ (các mã lệnh) và các điều khiển
• Giao diện đồ họa
• Các báo cáo trong hệ thống
• Truyền thông với các trạm SCADA khác
• Truyền thông với các hệ thống bên ngoài/nội bộ
• Các nhiệm vụ khác

Các chế độ truyền thông

Chức năng chính của bất kỳ hệ thống điều khiển SCADA nào cũng là việc trao đổi dữ liệu/thông tin (truyền thông). Các chế độ truyền thông của hệ thống SCADA bao gồm:

Truyền thông với các thiết bị trường

Chế độ này được thực hiện thông qua việc chia sẻ giao thức với các phương pháp có thể là domain công cộng hoặc hạn chế. Chế độ này thường hoạt động khi polling hoặc bị gián đoạn, theo các chỉ định thông thường với cơ chế báo cáo loại trừ (Report by Exception).

Truyền thông theo phương pháp polling (Master/Slave)

Chế độ này diễn ra khi trạm trung tâm (Master). Nó có quyền điều khiển toàn bộ hrrj thống trạm, truy vấn các trạm ở xa (Slave) theo trình tự. Các trạm ở xa chỉ trả lời trạm trung tâm sau khi nhận được yêu cầu từ trạm này. Điều này giúp thu thập dữ liệu đơn giản, không có sự xung đột về truyền dữ liệu trên mạng. Đặc biệt là không cần trạm thông minh ở xa. Nói cách khác, chế độ này có khả năng truyền thông từ trạm trung tâm tới các trạm ở xa.

Truyền thông trên cơ sở ngắt phiên

Nói cách khác, chế độ này được thực hiện khi PLC hoặc RTU giám sát các giá trị đầu vào của nó. Bên cạnh đó là khi kiểm tra các thay đổi kỹ thuật hoặc các giá trị vượt qua các giới hạn đặt trước. Khi đó PLC/RTU sẽ gửi thông tin/dữ liệu về trạm trung tâm. Điều này giúp tránh được việc truyền các dữ liệu không cần thiết. (Vì nó sẽ làm tăng sự chiếm dụng băng thông mạng). Điều này cũng cho phép kiểm tra nhanh các thông tin quan trọng, cũng như việc truyền dữ liệu gữa các trạm ở xa (Slave-to-Slave).

Truyền thông giữa các trạm SCADA

Chế độ này có thể thực hiện với các giao thức được phát triển bởi các nhà sản xuất hệ thống SCADA, hoặc thậm chí bằng các giao thức đã được biết đến. Chúng được thực hiện thông qua các mạng Ethernet TCP/IP, các dường thuê bao riêng hoặc quay số (modem).

Truyền thông với hệ thống khác

Ví dụ như trình tự phối hợp, hoặc các bộ thu thập dữ liệu hoặc các nhà cung cấp, có thể thực hiện với các module riêng, thông qua các cơ sở dữ liệu hoặc các công nghệ khác. Ví dụ như XML và OPC.

Hệ thống điều khiển SCADA rút gọn

->Tìm hiểu thêm: Quá trình phát triển của hệ thống Scada

Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về hệ thống SCADA. Hẹn gặp lại trong những bài viết tiếp theo!

Nguồn: safenergy.com.vn