Quá trình hình thành và phát triển của hệ thống SCADA

Trong nền công nghiệp tự động hóa hiện nay, SCADA là một hệ thống không thể thiếu. Vậy hệ thống này được phát minh như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết sau đây.

SCADA là gì?

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Hệ thống này hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa. Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA. Mặc dù chúng chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.

Quá trình hình thành và phát triển của hệ thống SCADA

Giai đoạn những năm 1940

Từ những năm 1940, yêu cầu vận hành các thiết bị điện ở các địa điểm khác nhau dẫn đến nhu cầu xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát các thiết bị đó. Cách tiếp cận đầu tiên để xây dựng hệ thống này là sử dụng cặp đôi dây hoặc nhiều cặp đôi dây giữa các địa điểm. Mỗi cặp đôi dây vận hành một thiết bị duy nhất. Điều này làm tăng chi phí. Tuy nhiên đây là sự cần thiết để vận hành các thiết bị thường xuyên. Đồng thời có khả năng khôi phục hệ thống nhanh chóng nếu xảy ra lỗi.

Các tủ điều khiển trong trạm biến áp. Các tín hiệu cảnh báo, tín hiệu điều khiển của các thiết bị trong trạm biến áp được tập trung đến tủ này.

Để tiết kiệm chi phí hơn, vấn đề cần giải quyết là làm thế nào để chỉ sử dụng một đôi dây mà có thể điều khiển nhiều thiết bị. Trong thời gian này, các công ty điện thoại phát triển hệ thống chuyển mạch bước sử dụng nam châm. Công nghệ này được đưa vào đầu tiên trong hệ thống điều khiển giám sát để tăng tính hiệu quả, tiết kiệm chi phí, giảm số lượng đi dây. Do sử dụng chung đôi dây và cần thiết điều khiển thiết bị chính xác, một khung làm việc lựa chọn/kiểm tra/thao tác được đưa ra.

Hệ thống điều khiển giám sát Visicode được phát minh từ những năm 1950

Khi điện thoại kiểu xung phát triển, công ty Westing house liên kết với công ty North Electric đã phát triển hệ thống điều khiển giám sát Visicode dựa trên cách đếm số xung. Mã Visicode sử dụng 2 cửa sổ trễ để tạo xung và đếm số xung. Cửa sổ ngắn sử dụng cho một lựa chọn/kiểm tra một thiết bị. Cửa số lớn sử dụng cho một lựa chọn/kiểm tra cho một nhóm thiết bị. Hàng nghìn thiết bị này đã được sử dụng trong các năm 1950 – 1960.

Năm 1960 – 1970, Công ty Westing house phát triển hệ thống giám sát Solid state gọi là REDAC. Hệ thống này sử dụng khung dữ liệu cố định. Hệ thống này cũng sử dụng lưu đồ lựa chọn/kiểm tra/thao tác. GE cũng phát triển hệ thống tương tự có tên gọi là GETAC.

Để giảm bớt sự vất vả trong việc lưu trữ dữ liệu đọc được mỗi giờ của người trực vận hành, hệ thống tự động lưu trữ dữ liệu đã được đưa ra. Phiên bản đầu tiên của hệ thống này có trước cả hệ thống Solid State và hệ thống đo lường xa. Tuy nhiên, phải đến khi hệ thống Solid state ra đời và sự phát triển của máy tính thì hệ thống này mới được đưa vào sử dụng.

Hệ thống SCADA được phát minh năm 1960

Hệ thống SCADA để thu thập dữ liệu điều khiển giám sát thực sự phát triển sau khi máy tính trở nên phổ biến. Giữa năm 1960, Westing house và GE đã xây dựng bộ xử lý cho hệ thống này. Westing house gọi là PRODAC và GE gọi là GETAC. Do yêu cầu phức tạp, đòi hỏi máy chủ máy chủ phải cung cấp tất cả các chức năng của một hệ thống SCADA. Chức năng chính của máy chủ là quét dữ liệu, giám sát dữ liệu và các trạng thái. Bên cạnh đó là cảnh báo nếu thay đổi, hiển thị dữ liệu, hiển thị dữ liệu trên màn hình, lưu dữ liệu theo chu kỳ. Hầu hết hệ thống SCADA làm việc bằng cách quét liên tục. Máy chủ gửi các yêu cầu dữ liệu đến đầu xa và đầu xa trả lời.

RTU là gì?

Thuật ngữ RTU được sử dụng từ những năm 1960. RTU được cung cấp bởi các nhà sản xuất SCADA. RTU gồm các khối chức năng, có các card mạch in. Nó thường lắp đặt trong một tủ thiết bị, tiện dụng có thể treo tường trong các trạm biến áp xa. Hầu hết RTU hoạt động dựa trên nguyên lý quét liên tục. Chúng có thể đáp ứng nhanh để điều khiển theo sự kiện trong một môi trường nhiều tạp âm. RTU cũng sử dụng lược đồ lựa chọn/kiểm tra/thao tác được sử dụng trong vận hành điều khiển. Trong những năm 1960 -1970, các giao thức truyền thông của RTU được độc quyền bởi các nhà sản xuất RTU.

Tủ lắp đặt thiết bị RTU. Các tín hiệu thu thập, điều khiển sẽ được tập trung đến RTU.

Cấu trúc cơ bản của RTU gồm có bộ giao tiếp truyền thông, bộ điều khiển trung tâm, hệ thống input/output số. Một hệ thống SCADA lớn có thể có hàng trăm RTU.

Kiến trúc hệ thống SCADA. Các thiết bị RTU, IED, PLC, máy chủ SCADA có thể kết nối, trao đổi được với nhau.

Giao diện hệ thống SCADA

Về giao diện, ban đầu hệ thống SCADA sử dụng một bảng điều khiển với các nút bấm để lựa chọn, thao tác các thiết bị. Các thông tin giám sát được hiển thị sử dụng các bộ hiển thị số. Các cảnh báo được được đưa ra theo một danh sách qua máy in. Từ cuối 1960, màn hình CRT được sử dụng cho giao tiếp người/máy. Phiên bản đầu tiên sử dụng các ký tự trắng đen trên CRT. Màn hình CRT được sử dụng để hiển thị dữ liệu và trạng thái. Chúng được biểu diễn dưới dạng bảng, danh sách cảnh báo, xóa các danh sách cảnh báo. Bàn phím được sử dụng thay cho các nút bấm trên bảng điều khiển.

Năm 1970, màn hình CRT màu ra đời. Màn hình này có các ký tự đồ họa cho phép biểu diễn sơ đồ một sợi mạch điện với các khóa, chuyển mạch động. Các giá trị đo lường như điện áp, dòng điện, công suất có thể biểu diễn trên sơ đồ một sợi và được cập nhật thường xuyên. Năm 1980, CRT ảnh màu đầy đủ cho phép vẽ sơ đồ một sợi ở mức tinh xảo hơn. Nó có thể phóng to, thu nhỏ, chi tiết hóa hơn từng chi tiết. Trên sơ đồ này, người vận hành có thể lựa chọn thiết bị, xác nhận lựa chọn thiết bị, thao tác điều khiển thiết bị.

Màn hình giao diện giao tiếp người/ máy. Từ giao diện này người vận hành có thể quan sát các tín hiệu thu thập được. Đồng thời điều khiển thiết bị từ màn hình này.

Tạm kết

Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn rõ hơn về hệ thống SCADA. Đừng quên đón đọc những bài viết tiếp theo để bổ sung thêm nhiều kiến thức bổ ích cho bản thân nhé.