SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông
1. KHÁI NIỆM
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. 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:
* 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.
2. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG SCADA
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chính là: MTU, RTU và thành phần truyền thông.
2.1. MTU ( Master Terminal Unit)
MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực tế nó thường là một hệ máy tính công nghiệp. MTU giao tiếp với người điều hành và RTU thông qua khối truyền thông. Ngoài ra MTU còn được kết nối với các thiết bị ngoại vi như monitor, máy in và có thể kết nối với mạng truyền thông.
Nhiệm vụ của MTU bao gồm:
* Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận lệnh từ người điều hành.
* Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hành RTU.
* Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trình cũng như trạng thái của các thiết bị lên màn hình giúp cho người điều hành giám sát và điều khiển.
* Lưu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống thông tin khác.
2.2. RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận dữ liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động của các thiết bị hiện trường. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu.
Thông thường các RTU lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó và đợi yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu. Tuy nhiên, ngày nay các RTU hiện đại có các máy tính và PLC có thể thực hiện điều khiển trực tiếp qua các địa điểm từ xa mà không cần định hướng của MTU.
2.3. Khối truyền thông
Là môi trường truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng và phần mềm.
Phần cứng: là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết bị thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây_ wireless), các trạm lặp (trong trường hợp truyền đi xa).
Phần mềm: đó là các giao thức truyền thông (protocol), các ngôn ngữ lập trình được dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông. Các giao thức có thể là giao thức mở như TCP\IP (Transmission Control Protocol and Internet Protocol) hoặc các giao thức riêng. Những luồng thông tin được tổ chức theo mô hình 7 lớp ISO/OSI. Mô hình OSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông tin với các giao thức. Truyền thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nó nhờ vào sự nhận dạng mã trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này được biên dịch và được CPU điều khiển thích hợp tác động tại chỗ.
3. HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI
Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin. 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, INTHENET và cả mạng Internet. Hầu hết các phần mềm SCADA ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet. Mặt khác, trong hệ thống SCADA ngày nay có các PLC có khả năng đảm nhận việc giám sát và điều khiển tại các điểm cục bộ. Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ thống SCADA.
3.1. Cấu trúc hệ thống
Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới được xây dựng theo cấu trúc phân bố, trong đó máy chủ được phân bố trên một số các bộ xử lý được nối với nhau thông qua mạng cục bộ (LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất định như: thu thập và xử lý, xây dựng hiển thị, tạo báo cáo… và một số bộ xử lý dùng để dự phòng.
Hệ thống được thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client – Server.
Với:
* IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu (Data Input/Output Modules).
* MMI: module giao tiếp giữa người và máy (Man- Machine Interface).
* HDC: module lưu trữ dữ liệu thu thập được trong quá khứ (Historical for Data Collection Storage).
* GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN (Gateway for Inter-LAN Comunication).
* APPS: module tính toán và xử lý ứng dụng (Aplication Calculation and Processing Module).
3.2. Các đặc tính chính của hệ thống
Các hệ thống SCADA hiện nay có các đặc tính sau:
* Đồ họa hoàn toàn trong quá trình giám sát và điều khiển.
* Có hệ thống lưu trữ dữ liệu (History) và hiển thị đồ thị quá trình, có khả năng hiển thị đa tín hiệu.
* Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện (Alarm/ Event System).
* Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và giao thức TCP/IP.
* Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp.
* Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao diện công nghiệp khác.
* Khả năng tích hợp tín hiệu Video động.
* Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng như giữa các Server và Client.
3.3. Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy
Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bị các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit), hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và bàn phím, các nút điều khiển được thay thế bằng các biểu tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác động bằng mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn hình cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho người điều hành có khả năng:
* Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.
* Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật.
* Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống.
* Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng như nhận biết dữ liệu (Ví dụ: các màu khác nhau cho các trạng thái khác nhau).
Ngoài ra các VDU chạy trên môi trường Windows hay Windows-X còn giúp điều hành viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.
Về các RTU, không còn là những thiết bị thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thu thập và lưu giữ dữ liệu vùng. Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển được thực hiện tại các RTU.
Nhiều loại thiết bị có thể được nối vào các RTU như: PLC, máy đo lưu lượng, thiết bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa… Các RTU có thể được kết nối theo kiểu phân bố hoặc kiểu phân cấp. Dữ liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ.
Về cơ sở dữ liệu, các dữ liệu được lưu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa được tính toán mà còn là các thông số bảo vệ, các sự kiện, các mẫu tin cũng như các cảnh báo. Do tính chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng được phân bố. Cơ sở dữ liệu cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin (Managerment Information System) và hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Ngoài ra, các dữ liệu có thể được bảo mật bằng các password.
* Theo dõi Fanpage Vietnam Automation để đọc những bài viết khác!!!