Thiết Kế Hệ Thống Scada Chuyên Nghiệp Để Tối Ưu Hóa Quá Trình Sản Xuất

Thiết kế hệ thống scada đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hoá quá trình sản xuất và giám sát trong các ngành công nghiệp hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đã trở thành công cụ không thể thiếu để quản lý, kiểm soát và giám sát các hệ thống tự động trong các nhà máy, nhà máy sản xuất và cơ sở hạ tầng quan trọng. Qua việc tích hợp các thiết bị cảm biến và điều khiển, thiết kế hệ thống SCADA mang lại khả năng theo dõi và điều khiển từ xa, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động, giảm thiểu sự cố và tăng cường đáng kể hiệu quả sản xuất. Hãy khám phá những lợi ích và cách thiết kế hệ thống SCADA chuyên nghiệp trong bài viết dưới đây.

SCADA là gì? Thiết kế hệ thống SCADA như thế nào?

SCADA, viết tắt của Supervisory Control and Data Acquisition (Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu), là một hệ thống bao gồm các thành phần phần cứng và phần mềm được sử dụng để giám sát và kiểm soát các quy trình công nghiệp. Với việc thiết kế hệ thống SCADA, các nhà sản xuất có thể thu thập và phân tích dữ liệu sản xuất theo thời gian thực, giám sát và quản lý các cảnh báo, cũng như lập trình các phản ứng điều khiển tự động được kích hoạt bởi các sự kiện hoặc thông số hệ thống nhất định.

Hệ thống SCADA cung cấp khả năng tương tác với các thiết bị cảm biến và điều khiển, cho phép giám sát từ xa và quản lý các quy trình sản xuất. Thông qua giao diện người dùng trực quan, nhà sản xuất có thể theo dõi các thông số quan trọng, như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, và đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được. Đồng thời, hệ thống SCADA cũng hỗ trợ việc cảnh báo sự cố, giúp nhà sản xuất nhanh chóng phát hiện và xử lý các vấn đề trục trặc trong quá trình sản xuất.

=> Xem thêm: Phần mềm scada là gì

Với sự phát triển của công nghệ và sự gia tăng nhu cầu về hiệu suất và tự động hóa, thiết kế hệ thống SCADA đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và tối ưu hóa quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp hiện đại.

Chức năng của Hệ Thống SCADA

Hệ thống SCADA có những chức năng cốt lõi sau:

• Giám sát và phân tích dữ liệu: SCADA giúp giám sát các quy trình và máy móc công nghiệp tự động, thu thập và phân tích dữ liệu. Điều này cho phép nhà sản xuất có cái nhìn toàn diện về hoạt động của hệ thống và dữ liệu sản xuất.
• Thông báo và báo động: Hệ thống SCADA cung cấp chức năng thông báo hoạt động và báo động, giúp nhận biết và đưa ra các cảnh báo sự cố hoặc tình huống ngoại lệ. Điều này giúp người vận hành có thể phản ứng kịp thời và xử lý các vấn đề xảy ra.
• Báo cáo: SCADA cung cấp khả năng tạo báo cáo về các thông số hoạt động, dữ liệu sản xuất và hiệu suất hệ thống. Những báo cáo này giúp nhà sản xuất hiểu rõ hơn về quá trình sản xuất và tạo ra các thông tin quan trọng để ra quyết định và cải thiện hoạt động.

Để thực hiện những chức năng này, SCADA tích hợp với các cảm biến và thiết bị đo lường khác, bao gồm cả kỹ thuật số và tương tự, để thu thập dữ liệu. Dữ liệu thu thập được sau đó được truyền đến thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc bộ điều khiển logic khả trình (PLC) để chuyển đổi thành thông tin có thể sử dụng. Cuối cùng, thông tin này được truyền đến giao diện người-máy (HMI) hoặc các loại màn hình khác để người vận hành phân tích và tương tác.

=> Tham khảo thêm: Phần mềm scada miễn phí

Hệ thống SCADA cũng cho phép khả năng tự động hóa điều khiển các quy trình công nghiệp và máy móc, điều này giúp giảm bớt sự phức tạp của việc điều khiển thủ công bởi con người. Thông qua việc sử dụng cảm biến và thiết bị đo lường, hệ thống SCADA có khả năng phát hiện các thông số bất thường hoặc cảnh báo và tự động phản ứng với chức năng điều khiển đã được lập trình. Ví dụ: nếu có cảnh báo áp suất cao trên một đường ống, hệ thống SCADA sẽ kích hoạt phản ứng lập trình để mở van giảm áp và đưa áp suất về mức bình thường.

Thiết kế hệ thống SCADA

Thực tế, hệ thống SCADA rất phức tạp. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, nó đã được cải tiến và tích hợp giao diện vận hành trực tiếp… Điều này giúp các doanh nghiệp tăng hiệu quả trong quá trình điều hành và rút ngắn thời gian sản xuất.

Thiết kế hệ thống SCADA được chia thành các nhóm cụ thể với các chức năng khác nhau, nhưng chúng hỗ trợ lẫn nhau.

• Hệ thống giám sát: Với nhiệm vụ giám sát và thu thập dữ liệu bằng một bộ vi xử lý. Vì chúng có cấu hình nhỏ, nên phù hợp cho việc kiểm soát và giám sát dây chuyền sản xuất, thực hiện các công đoạn chi tiết.
• Hệ thống giám sát mạng: Thiết kế hệ thống SCADA có tích hợp giám sát thông qua mạng. Điều này được thực hiện bằng cách kết nối vào mạng lưới. Chức năng của nó là giám sát và sao lưu dữ liệu từ các máy tính kết nối và kết nối với hệ thống truyền thông từ xưởng đến văn phòng quản lý. Nhờ khả năng kết nối và giám sát từ xa, nó giúp các doanh nghiệp quản lý xưởng một cách dễ dàng mà không cần phải có mặt trực tiếp. Điều này là một ưu điểm nổi bật trong thiết kế hệ thống SCADA, vì nó có thể điều khiển một nhóm máy móc trong một dây chuyền sản xuất.
• Hệ thống SCADA Bind: Nhiệm vụ của nó là thu thập thông tin dữ liệu và gửi về bộ điều khiển và xử lý. Trong nhóm này, chức năng giám sát được loại bỏ. Điều này cho phép điều khiển và xử lý linh hoạt từng cụm máy hoặc điều khiển riêng lẻ (thủ công) từng thiết bị.
• SCADA xử lý đồ họa: Hai chức năng chính của nhóm này là giám sát và thu thập dữ liệu trong thời gian thực. Nó có khả năng mô phỏng lại quá trình hoạt động của hệ thống sản xuất dựa trên dữ liệu đã được lưu trước đó. Điều này đảm bảo kiểm soát kịp thời khi xảy ra sự cố bằng cách phát tín hiệu.

Thiết kế hệ thống SCADA không chỉ đơn thuần là thu thập thông tin và dữ liệu, mà còn có khả năng chuyển hướng thông tin ngược lại. Sự trao đổi hai chiều giúp hệ thống giám sát có thể kiểm soát và điều chỉnh các giá trị thông số một cách cập nhật và phù hợp với từng công đoạn. Thiết kế hệ thống SCADA vô cùng quan trọng với cấu trúc phân tầng rõ ràng và hợp lý.

Thiết kế cấu trúc phân tầng hệ thống SCADA

Để mô tả chi tiết và rõ ràng hơn, việc phân tầng hệ thống SCADA sẽ mang lại một cái nhìn tổng quát hơn.

• Tầng quản lý:
• Tầng kế hoạch (MES):
• Tầng giám sát (SCADA):
• Tầng điều khiển:
• Tầng thiết bị hiện trường:

Cấp điều khiển giám sát: thực hiện các thuật toán điều khiển như điều khiển phối hợp theo trình tự hoặc theo công thức. Nhiệm vụ của cấp này là hỗ trợ người sử dụng trong việc giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất ngờ.

Cấp chấp hành: bao gồm các thiết bị như cảm biến, thiết bị đo… Chúng sẽ cung cấp thông tin cho cấp điều khiển, và thông tin này sẽ được xử lý theo cấu trúc lập trình đã được cài đặt trước đó.

Các thao tác này được thực hiện từ máy tính xử lý thông tin giám sát các công cụ đo lường.

Cấp giám sát: chịu trách nhiệm thực hiện các thuật toán điều khiển theo trình tự hoặc theo công thức. Cấp này hỗ trợ người sử dụng trong việc theo dõi vận hành và xử lý các tình huống đột xuất xảy ra.

Khi thiết kế hệ thống scada, cần lưu ý điều gì?

Khi thiết kế giao diện scada cần chú ý những điều sau đây:

• Lựa chọn phần mềm SCADA/HMI phù hợp: Việc lựa chọn phần mềm SCADA cần đáp ứng tiêu chuẩn của bạn và khách hàng, có khả năng giao tiếp dễ dàng với phần cứng, bảo mật cao, năng lực mạnh mẽ, dễ dàng nâng cấp và mở rộng, và được hỗ trợ lâu dài từ nhà cung cấp. Bạn có thể tham khảo 8 gợi ý để lựa chọn phần mềm SCADA phù hợp.
• Xác định chức năng cần thiết của ứng dụng: Trước khi thiết kế và triển khai dự án, cần thỏa thuận với người sử dụng về các chức năng cần có trong dự án như cảnh báo, sự kiện, bảo mật, lịch sử thao tác, báo cáo, các giao diện cụ thể và các thông số cơ bản khác. Cần thỏa thuận về các tiêu chuẩn chung mà ứng dụng cần đáp ứng và tuân thủ trong ngành.
• Đảm bảo tính bảo mật của ứng dụng: Với sự phát triển của công nghệ, người vận hành có thể điều khiển thiết bị từ xa từ một phòng trung tâm hoặc từ xa. Do đó, ứng dụng SCADA cần có tính bảo mật cao để tránh các rủi ro nghiêm trọng như người không được cấp quyền có thể thao tác trên thiết bị hoặc bị phá hoại.
• Xác định nguồn dữ liệu liên kết với ứng dụng: Cần có tư duy logic về cách tổ chức việc truyền và gửi dữ liệu trong hệ thống. Việc tổ chức dữ liệu một cách khoa học sẽ giúp tăng hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Điều này đòi hỏi hiểu biết về kiến trúc mạng và các sản phẩm bổ trợ SCADA như cơ sở dữ liệu, OPC, mạng…
• Thiết kế giao diện sắc nét và rõ ràng: Giao diện của ứng dụng cần được thiết kế sao cho người dùng có thể tiếp nhận nhiều thông tin một cách dễ dàng và ít thao tác nhất. Cần tránh tạo quá nhiều lớp lang và thao tác để truy cập thông tin, vì điều này sẽ giảm hiệu quả vận hành và gây khó khăn cho nhân viên mới.
• Suy nghĩ về khả năng mở rộng trong tương lai: Khi thiết kế hệ thống SCADA, cần tính toán và dự đoán khả năng mở rộng và nâng cấp trong tương lai. Hệ thống cần có khả năng ứng dụng trên các thiết bị từ xa, thiết bị cảm ứng cầm tay và có khả năng mở rộng để đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong tương lai.

Kết bài 

Trên hết, việc thiết kế hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát, điều khiển và tối ưu hoá các quy trình công nghiệp. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống SCADA đã trở thành một công cụ vô cùng quan trọng và cần thiết. Việc lựa chọn phần mềm SCADA phù hợp, đảm bảo tính bảo mật và khả năng mở rộng, cùng việc hiểu rõ yêu cầu và chức năng cần thiết của ứng dụng là những yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế.