Tự động hóa SCADA là gì?

Tự động hóa SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là hệ thống giám sát điều khiển, thu thập dữ liệu và kiểm soát các quy trình sản xuất công nghiệp. 

Nó thường được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp chế tạo, điện lực, nước và xử lý nước thải, dầu và khí, sản xuất, và ngành nghề khác. 

Vai trò của SCADA trong tự động hóa

Tự động hóa SCADA đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóa sản xuất. Nó được coi như xương sống của rất nhiều lĩnh vực, ngành công nghiệp hiện đại với các chức năng chính sau:

Thu thập dữ liệu

Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà SCADA có các cảm biến khác nhau làm nhiệm vụ thu thập các thông số theo thời gian thực. Dữ liệu này được sử dụng để theo dõi hiệu suất, tạo báo cáo, phân tích, dự đoán sự cố, đảm bảo hệ thống hoạt động tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn.

Truyền dữ liệu 

SCADA sử dụng wired-network để giao tiếp giữa người dùng và thiết bị, tất cả thông tin được truyền qua internet bằng các giao thức cụ thể. 

Trong tự động hóa SCADA, kênh giao tiếp có thể là tương tự (T202, POTS) hoặc kỹ thuật số (RS485, TCP/IP). Cấu trúc liên kết mạng SCADA cũng bao gồm một số loại xác thực truyền tải độc lập. 

Trình bày thông tin

Thông tin thu từ các cảm biến được hiển thị dưới dạng bảng, hoặc đồ họa hiển thị trên giao diện người dùng và cho phép người dùng truy cập để xem xét, đánh giá và đưa ra quyết định.

Thông báo và điều khiển

SCADA có khả năng đưa ra cảnh báo và thông báo tự động khi có sự cố hoặc khi các thông số vượt quá ngưỡng an toàn. Điều này giúp nhân viên quản lý phản ứng kịp thời để ngăn chặn sự cố hoặc triển khai các biện pháp khẩn cấp.

Tự động hóa quy trình

SCADA có khả năng thực hiện các tác vụ tự động dựa trên dữ liệu và thông tin từ hệ thống, như điều chỉnh các thông số để đảm bảo hoạt động tối ưu, thay đổi quá trình sản xuất theo yêu cầu, và thực hiện các biện pháp tự động khi xảy ra sự cố.

Các thành phần chính của hệ thống SCADA

Cấu trúc của một hệ thống SCADA có các thành phần chính sau:

Trạm thu thập dữ liệu: Bao gồm các thiết bị đo lường như cảm biến, bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ truyền tín hiệu đo và các thiết bị input/output từ xa RTU (Remote Terminal Units), hoặc các khối PLC điều khiển các thiết bị chấp hành.

Hệ thống truyền thông: Gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu từ trạm thu thập dữ liệu về trung tâm xử lý.

Trung tâm điều khiển: Là một hoặc nhiều máy chủ trung tâm có chức năng xử lý điều khiển, là bộ não của toàn hệ thống SCADA.

Giao diện HMI (Human Machine Interface): Là thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành giám sát quá trình hoạt động của hệ thống và tương tác với hệ thống.

Cách thức hoạt động của hệ thống SCADA

• Hoạt động của hệ thống tự động hóa SCADA bắt đầu từ việc thu thập dữ liệu như nhiệt độ, áp suất, mực nước và các thông số khác từ cảm biến, thiết bị điều khiển. Dữ liệu này được gửi đến bộ điều khiển logic lập trình PLC và thiết bị đầu cuối từ xa RTU.
• Dữ liệu từ RTU hoặc PLC sau đó được truyền đến trung tâm xử lý của SCADA thông qua mạng truyền thông theo thời gian thực. 
• Tại trạm trung tâm của hệ thống tự động hóa SCADA, dữ liệu được lưu trữ, xử lý bởi các phần mềm để phân tích, báo cáo và theo dõi hiệu suất.
• Sau khi xử lý dữ liệu, SCADA sẽ tự động thực hiện một số tác vụ đã được lập trình sẵn. Ngoài ra, dữ liệu sẽ được hiển thị trên giao diện người dùng HMI để người điều khiển có thể theo dõi, quản lý, phát hiện sớm các sự cố và có những hành động cần thiết đảm bảo hiệu suất của quá trình sản xuất.

Ứng dụng của SCADA trong các ngành công nghiệp 

Tự động hóa SCADA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Kiểm soát năng lượng

SCADA thường được ứng dụng để điều khiển điểm lưu trữ, bơm hoặc nhà máy lọc dầu hoặc kiểm soát việc phân phối điện từ các nguồn năng lượng khác nhau.

Sản xuất, chế tạo

Trong các sản phẩm sản xuất lớn, hệ thống SCADA được sử dụng để quản lý danh sách các bộ phận sản xuất, tối ưu tự động hóa công nghiệp, giám sát hệ thống và quy trình kiểm tra chất lượng.

Xây dựng

Các doanh nghiệp sử dụng tự động hóa SCADA để điều khiển hệ thống điều hòa không khí, thiết bị làm lạnh và đèn chiếu sáng.

Giao thông vận tải

SCADA được ứng dụng trong dịch vụ giao thông công cộng như điều chỉnh điện của tàu điện, tự động hóa đèn giao tiếp trong hệ thống đường sắt, theo dõi và xác định vị trí xe buýt và xe lửa, kiểm soát các rào cản tại các điểm giao cắt đường sắt hoặc phát hiện các mạng lưới giao thông không theo trật tự.

Vệ sinh và xử lý nước thải

Hệ thống SCADA là giải pháp hữu ích trong lĩnh vực vệ sinh, để giám sát và kiểm soát các trung tâm xử lý nước, các cơ sở thu gom và xử lý nước đã qua xử lý trong điều kiện tốt nhất. 

Ngoài ra, hệ thống tự động hóa SCADA còn được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, khai thác luyện kim, sản xuất dược phẩm và viễn thông,…

Lợi ích và ưu điểm của SCADA 

Tự động hóa SCADA đem lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp như:

• Nâng cao năng suất sản xuất: nhờ khả năng theo dõi và kiểm soát các quá trình sản xuất một cách chính xác và liên tục, doanh nghiệp có thể gia tăng hiệu quả công việc, cải tiến các thiết bị và kỹ thuật vận hành.
• Cải thiện chất lượng sản phẩm: Qua phân tích hoạt động của hệ thống sẽ ngăn chặn và hạn chế sản phẩm lỗi, giảm sai sót xảy ra khi sản xuất.
• Giảm chi phí vận hành và bảo trì: Áp dụng tự động hóa SCADA vào sản xuất doanh nghiệp không cần nhiều nhân sự để quản lý, các chi phí liên quan đến kiểm tra, bảo trì cũng sẽ được giảm bớt.
• Tiết kiệm chi phí đầu tư: Hệ thống SCADA có thể thay đổi, điều chỉnh phù hợp với nhiều quy mô sản xuất, do đó doanh nghiệp có thể áp dụng SCADA cho nhiều quy trình sản xuất khác nhau mà không cần xây mới toàn bộ. 
• Tối ưu hóa quản lý tài nguyên và năng lượng: SCADA quản lý và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, đảm bảo năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả.

Thách thức và hạn chế của SCADA

• Độ bảo mật: Hệ thống SCADA thường phải đối mặt với các rủi ro bảo mật, có thể trở thành mục tiêu cho các cuộc tấn công mạng nếu không được quản lý cẩn thận dẫn đến những rủi ro về dữ liệu và tài sản của doanh nghiệp.
• Hạn chế kỹ thuật và công nghệ: SCADA thường phải tương thích với các thiết bị và giao thức truyền thông khác nhau. Điều này có thể tạo ra thách thức về khả năng tích hợp và tương thích giữa các hệ thống khác nhau.
• Yêu cầu nhân lực trình độ cao: Để quản lý và duy trì hệ thống tự động hóa SCADA hiệu quả yêu cầu nhân viên phải có kiến thức kỹ thuật và chuyên môn cao để xử lý các vấn đề liên quan đến cài đặt, cấu hình, bảo mật và bảo dưỡng hệ thống.

Xu hướng và tiềm năng phát triển của SCADA

Hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng hiện đại với các tiêu chuẩn tự động hóa cao đòi hỏi doanh nghiệp phải đầu tư nhiều hơn vào hệ thống điều khiển và giám sát để gia tăng hiệu quả sản xuất và hạn chế rủi ro. Vì thế, hệ thống tự động hóa SCADA cũng ngày càng được ứng dụng nhiều trong các quy trình sản xuất công nghiệp.

Một số xu hướng phát triển của SCADA có thể là kết hợp với IoT (Internet of Things), trí tuệ nhân tạo (AI), Big Data,... để tạo ra những hệ thống tự động hóa thông minh hơn, linh hoạt hơn, hoạt động đa nền tảng và hiệu suất cao hơn đáp ứng nhu cầu ngày càng phức tạp của các ngành công nghiệp hiện đại. 

Tự động hóa SCADA là hệ thống có khả năng duy trì hiệu quả, xử lý dữ liệu, kịp thời cảnh báo sự cố để doanh nghiệp có giải pháp xử lý kịp thời tránh gián đoạn sản xuất. Do đó SCADA trở thành giải pháp tối ưu giúp doanh nghiệp tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường, nhất là trong bối cảnh công nghiệp 4.0 ngày càng phát triển.