Hệ thống SCADA: Giới thiệu, ứng dụng và lợi ích trong công nghiệp tự động hóa

“Scada” một thuật ngữ xuất hiện rất phổ biến trong công nghiệp điện nói chung và các nhà máy sản xuất riêng. Sự phát triển của hệ thống Scada giúp cho việc giám sát và thu thập dữ liệu trở nên đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều

Trong bài viết ngày hôm nay, hãy cùng Lidinco tìm hiểu xem hệ thống Scada là gì? Có những loại phần mềm Scada nào và các thông tin liên quan nhé

Hệ thống Scada là gì?

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) dịch sang tiếng việt là kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu. Đúng với tên gọi của mình, SCADA là một hệ thống cho phép bạn sử dụng phần mềm để điều khiển từ xa, kiểm soát các quy trình trong công nghiệp, dữ liệu được cung cấp theo thời gian thực để đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời nếu có trục trặc trong hệ thống

Các hệ thống SCADA thường được cung cấp cho các tổ chức lớn và là một trong những hệ thống điều khiển công nghiệp phổ biến và mạnh mẽ nhất. Một điểm mạnh khác giúp hệ thống SCADA được sử dụng rộng rãi là do nó có thể được sử dụng trong quy trình công nghiệp của nhiều ngành nghề khác nhau

Một hệ thống SCADA cấu tạo gồm hai thành phần là phần cứng và phần mềm

• Phần cứng: đóng vai trò thu thập và cung cấp dữ liệu vào các hệ thống điều khiển hiện trường, chuyển tiếp dữ liệu đến các hệ thống khác, xử lý hiện thị dữ liệu trên giao diện người-máy (HMI) một cách kịp thời
• Phần mềm: cho phép bạn lập trình điều khiển các máy móc trong hệ thống như van tiết lưu, bơm, động cơ… Ngoài ra, phần mềm cũng cho phép bạn lập trình các lệnh điều khiển như đóng, cắt trong hệ thống

Cấu trúc hệ thống scada 

Hệ thống SCADA bao gồm các thành phần được triển khai tại hiện trường để thu thập dữ liệu theo thời gian thực cũng như các hệ thống liên quan để cho phép thu thập dữ liệu và tăng cường tự động hóa công nghiệp . 

Dưới đây là các thành phần chính của một hệ thống SCADA:

Cấu trúc hệ thống Scada
 

Cảm biến và cơ cấu vận hành - cảm biến thuộc nhóm thiết bị đầu vào giúp thu nhận tín hiệu từ bên ngoài đưa vào hệ thống. Nói một cách đơn giản, cảm biến có chức năng giống như thước đo hoặc đồng hồ đo, hiển thị trạng thái của máy; bộ truyền động hoạt động giống như một công tắc, nút xoay hoặc van điều khiển có thể được sử dụng để điều khiển thiết bị. Cả cảm biến và bộ truyền động đều được điều khiển và giám sát bởi bộ điều khiển tại hiện trường của hệ thống SCADA.

Giao tiếp người và máy HMI (Human Machine Interface) – nói cho dễ hiểu là một thiết bị đầu vào/đầu ra để kết nối người vận hành với trình điều khiển của máy, HMI trình bày thông tin cho người vận hành bằng đồ họa để điều khiển và hành động. HMI được liên kết với cơ sở dữ liệu cung cấp tất cả dữ liệu và thông tin cần thiết về các thông số hệ thống, quy trình bảo trì,.. có thể lập trình tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng

Hệ thống giám sát – còn gọi là trạm giám sát, bao gồm phần mềm và máy chủ giao tiếp giữa các thiết bị tại hiện trường và phần mềm HMI chạy trên các máy trạm của phòng điều khiển. Trạm giám sát bao gồm một PC duy nhất trong các hệ thống SCADA nhỏ hơn. Các hệ thống SCADA lớn hơn, có thể gồm nhiều máy chủ, địa điểm khắc phục l và các ứng dụng phần mềm phân tán.

Thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa RTU (Remote Terminal Units) - là một phần của thiết bị điện tử được điều khiển bằng phần cứng và bộ vi xử lý. RTU nhận dữ liệu từ các cảm biến và gửi đến hệ thống giám sát, sau đó nhận thông báo từ hệ thống chính để điều khiển cảm biến và thiết bị được kết nối.

Bộ điều khiển logic lập trình PLC (Programmable Logic Controllers) - là thiết bị có thay thế cho RTU được kết nối với các cảm biến để thu thập và truyền dữ liệu đầu vào/đầu ra. PLC có những lợi thế nhất định so với RTU như tính linh hoạt, khả năng cấu hình đa dạng hơn

Cơ sở hạ tầng truyền thông – Hệ thống SCADA sử dụng nhiều phương pháp kết nối khác nhau như kết nối dây trực tiếp, vô tuyến hoặc kết hợp tùy theo yêu cầu. Các hệ thống có phạm vi hoạt động lớn trải rộng như các ngành tiện ích và công nghiệp chế biến cũng sử dụng mạng quang như SONET/SDH.

Lập trình SCADA – việc này được thực hiện thông qua giao diện tiêu chuẩn được sử dụng để tạo bản đồ và sơ đồ cung cấp thông tin quan trọng trong trường hợp xảy ra sự kiện hoặc lỗi quy trình. Lập trình được thực hiện bằng cách sử dụng C hoặc ngôn ngữ thích hợp khác bằng giao diện chuẩn.

Ứng dụng của Scada trong hệ thống điện

SCADA sử dụng hệ thống để tự động hóa các quy trình công nghiệp phức tạp. Do đó, hệ thống này đặc biệt phù hợp với các ngành công nghiệp lớn, cần hệ thống điều khiển từ xa tức thời với độ chính xác cao.

Một số ví dụ công nghiệp phổ biến về tự động hóa công nghiệp SCADA như sau:

• Sản xuất và phân phối điện
• Hoạt động lọc dầu và khí đốt
• Cơ sở hạ tầng viễn thông
• Cơ sở hạ tầng giao thông và vận tải biển
• Chế tạo và gia công công nghiệp khác
• Chế biến thực phẩm, đồ uống
• Sản xuất hóa chất

Và cơ sở hạ tầng tiện ích, bao gồm cả nước và kiểm soát chất thải.

Với SCADA, các quy trình này có thể được giám sát chặt chẽ và điều chỉnh để cải thiện hiệu suất theo thời gian.

Phần mềm Scada là gì?

Phần mềm SCADA là phần mềm được sử dụng để lập sơ đồ, điều khiển và giám sát quá trình hoạt động tự động của hệ thống SCADA. Phần mềm SCADA thường được cài đặt trên các máy tính hoặc máy chủ và kết nối với các thiết bị, cảm biến và máy móc trong hệ thống để thu thập thông tin và điều khiển quá trình.

Các phần mềm SCADA cung cấp giao diện người dùng cho nhân viên quản lý và điều khiển hệ thống. Nó cho phép người dùng xem dữ liệu thời gian thực, tạo biểu đồ, báo cáo, cảnh báo và thực hiện các chức năng điều khiển như bật/tắt thiết bị, điều chỉnh thông số và quản lý quá trình sản xuất. 

Phần mềm SCADA được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất trên toàn thế giới, các phần mềm có thể tùy chỉnh để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng hệ thống SCADA. Dưới đây hãy cũng Lidinco tìm hiểu một số phần mềm đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường

Các phần mềm Scada phổ biến

Phần mềm Scada từ các thương hiệu

Scada Omron

Omron là nhà sản xuất thiết bị và vật tư công nghiệp tự động hóa hàng đầu mà chắc chắn bất kỳ anh em điện - tự động hóa nào cũng đã từng nghe qua. Về lĩnh vực này, Omron cũng cung cấp cho bạn một phần mềm SCADA vô cùng mạnh mẽ mang tên CX-Supervisor 
CX-Supervisor phần mềm được thiết kế để giám sát và điều khiển các quy trình tự động trong nhiều ngành sản xuất khác nhau như điện lực, nước, các ngành công nghiệp sản xuất…

Scada Mitsubishi PLC

Mitsubishi Electric cũng mang đến cho bạn một loạt các phần mềm SCADA mạnh mẽ có thể sử dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề khác nhau như

• Mitsubishi MX4: là phần mềm dựa trên nền tảng web cho phép người vận hành có thể truy cập từ xa và giám sát các thiết bị từ xa. Giao diện dễ sử dụng, hỗ trợ đa ngôn ngữ, tích hợp nhiều chức năng đa dạng dễ sử dụng
• Mitsubishi Works 32: là phầm mềm lập trình SCADA truyền thống của Mitsubishi được sử dụng rộng rãi để điều khiển các hệ thống tự động hóa hiện đại trên toàn thế giới
• Mitsubishi Works64: phần mềm này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất, điện tử, nước và nhiều ngành công nghiệp khác

Scada Siemens

Tiếp tục trong danh sách vẫn là một tên tuổi lớn trong ngành công nghiệp tự động hóa đó chính là Siemens. Nói đến hệ phần mềm SCADA của Siemens thì Simatic Wincc chắc hẳn là một cái tên mà rất nhiều anh em đã từng nghe đến

Để hiểu rõ thêm về phần mềm này mời anh em tham khảo thêm ở bên dưới

Phần mềm Scada phổ biến tại Việt Nam

Simatic Wincc Scada

SIMATIC WinCC là phần mềm SCADA hàng đầu của Siemens và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất, điện, nước và năng lượng. Nó cung cấp một giao diện người dùng thân thiện hiển thị dữ liệu, biểu đồ, báo cáo và đa dạng nút điều khiển
Ngoài ra, SIMATIC WinCC cũng hỗ trợ kết nối với nhiều thiết bị và hệ thống khác như PLC, hệ thống đo lường, cảm biến, thiết bị điều khiển từ các nhà sản xuất khác, đi kèm theo đó là tính bảo mật cao giúp phần mềm này được sử dụng rộng rãi bởi các kỹ sư và nhà máy trên toàn thế giới

Simatic WinCC cũng là phần mềm Scada được tìm kiếm và sử dụng rộng rãi nhất tại Việt Nam

Scada zenon

Zenon là một nền tảng phần mềm của hãng Copadata đến từ Áo giúp việc vận hành kỹ thuật, tự động hóa các thiết bị sản xuất và cơ sở hạ tầng trở nên vô cùng dễ dàng. Dù làm việc trong ngành sản xuất hay ngành năng lượng, phần mềm Scada Zenon đều có thể hỗ trợ bạn đạt được và duy trì các mục tiêu hoạt động của mình

Với chức năng mạnh mẽ Scada Zenon giúp đảm bảo thiết bị chạy ổn định, linh hoạt và hiệu quả. Những người ra quyết định, kỹ sư và người vận hành trong các công ty sản xuất và phân phối năng lượng sử dụng khả năng của nền tảng phần mềm toàn diện này để kết nối tất cả các lĩnh vực liên quan, từ tạo dự án cho đến bảo trì . Kết quả là, hiệu quả tổng thể của thiết bị có thể được tăng lên.

Rapidscada

Rapid SCADA là phần mềm tự động hóa công nghiệp sử dụng mã nguồn mở. Phần mềm cung cấp các công cụ để tạo nhanh chóng các hệ thống giám sát và kiểm soát. Trong trường hợp triển khai trên quy mô lớn, Rapid SCADA được sử dụng làm cốt lõi để phát triển các giải pháp SCADA và MES tùy chỉnh cho khách hàng.

Sử dụng mã nguồn mở là chìa khóa cho tính minh bạch và bảo mật của phần mềm. Mô hình cấp phép cho phép tạo ra các sản phẩm phần mềm mới

Rapid SCADA là sự lựa chọn hoàn hảo để tạo ra các hệ thống tự động hóa công nghiệp phân tán lớn cần chạy nhanh trên máy chủ, máy tính nhúng và trên đám mây. 

Phần mềm Scada Cimon

CIMON-SCADA là một phần mềm chạy trên hệ điều hành Windows được sử dụng để quản lý tự động hóa công nghiệp. Phần mềm SCADA này được tối ưu hóa cho thế hệ IoT, giúp bạn giám sát, điều khiển quy trình kinh doanh của doanh nghiệp bất cứ lúc nào và ở bất kỳ đâu.
Scada Cimon được thiết kế với cấu trúc mở để đáp ứng khả năng sử dụng của đối tượng người dùng khác nhau, điều này giúp thiết lập giao diện dễ dàng hơn. Khả năng tương thích giao tiếp với nhiều thiết bị công nghiệp khác nhau giúp xây dựng một mạng lưới tối ưu, ổn định và khả năng tích hợp đa năng.

Scada Cimon cung cấp các tính năng đa dạng cho mạng và điều khiển từ xa. Nó có hỗ trợ kết nối di động thông qua ODBC và được lập trình bằng SQL để dễ dàng kết nối với bất kỳ cơ sở dữ liệu nào. Phần mềm đồ họa Visual Basic Script tích hợp giúp nâng cao tính linh hoạt của nó

Phần mềm Scada miễn phí

Tuy các phần mềm Scada được giới thiệu bên trên đều rất mạnh mẽ và được cung cấp bởi các nhà cung cấp thiết bị công nghiệp hàng đầu thế giới nhưng chi phí để sử dụng khá đắt đỏ nên người dùng cơ bản hoặc các bạn sinh viên muốn làm quen sẽ gặp nhiều khó khăn
Do đó, ở phần dưới đây Lidinco sẽ giới thiệu cho bạn một số phần mềm Scada miễn phí giúp người dùng có thể dễ dàng tiếp cận hơn

Bảng thống kế này được tham khảo theo một Website lớn về lĩnh vực tự động hóa trên thế giới: automationforum.co 

Cách thiết kế hệ thống Scada

So sánh Scada với các hệ thống khác

Hệ thống Dcs và hệ thống scada

Hệ thống Scada và Hệ thống HMI

Sau khi đã đọc phần cấu trúc của hệ thống SCADA thì chắc bạn cũng đã phần nào hiểu được sự khác nhau giữa Scada và HMI rồi đúng không?

• Scada: là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm nhiều thành phần nhỏ cảm biến, HMI, RTU, PLC… 
• HMI: là một thành phần nhỏ trong hệ thống Scada 

Như vậy có thể nhận thấy sự khác biệt ở đây HMI chỉ là một bộ phận nhỏ trong trong một hệ thống tự động SCADA

Hỏi đáp     

Tài liệu scada

Hiện này, các tài liệu về Scada thường khá chuyên sâu và khó tìm được các bản đầy đủ tiếng việt. Do đó, Lidinco có thể gợi ý bạn một số đầu sách nước ngoài về thiết kế Scada mà bạn có thể tham khảo

- SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition" của Stuart A. Boyer
- Practical SCADA for Industry" của David Bailey và Edwin Wright
- SCADA Basics: A Practical Approach" của Frank Lamb
- SCADA Systems: An Introduction to Industrial Control Systems
- SCADA: A Beginner's Guide" của Stephen Philip Tubbs

Hướng dẫn lập trình Scada

Scada là một hệ thống lớn do đó việc hướng dẫn lập trình Scada khó có thể được viết trong một bài viết tổng hợp như thế này nên trong bài viết này Lidinco chỉ gợi ý một số nguồn tài liệu để bạn có thể dễ dàng tìm kiếm hơn trong quá trình nghiên cứu của mình

- Tài liệu hướng dẫn đến từ các nhà cung cấp như Siemens, Mitsubishi, Omron
- Các diễn đàn (forum) về tự động hóa nổi tiếng tại Việt Nam và quốc tế
- Video hướng dẫn đến từ nguồn tài nguyên vô hạn như Youtube
- Các khóa học trực tuyến: ngoài việc tìm các nguồn tài nguyên miễn phí thì các nguồn có phí luôn là một kênh học hỏi rất tốt với kiến thức được hệ thống bài bản, nếu bạn không có điều kiện học trực tiếp thì có thể tìm đến các khóa học online trên Udemy, Coursera, và LinkedIn Learning
- Tài liệu và sách chuyên ngành: bạn có thể tham khảo các tài liệu Lidinco đề cập ở phần trên

Cách thiết kế hệ thống Scada?
(Đang được cập nhật)

Thiết kế hệ thống HMI scada với tia portal?
(Đang được cập nhật)

Như vậy trong bài viết này, Lidinco đã giới thiệu cho các bạn hệ thống Scada trong tự động hóa công nghiệp. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn có thể các thông tin bổ ích về phần mềm này