Các mô hình thiết kế hệ thống SCADA

mo hinh scada tren nen tang Cloud

Hệ thống SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất công nghiệp. Đúng như tên gọi của nó, hệ thống này giúp quản lý, điều khiển vận hành, giám sát hệ thống theo thời gian thực.

Vậy có nhưng mô hình nào của hệ thống SCADA và chúng có đặc điểm, ứng dụng như thế nào?

Trong bài viết này, BKAS sẽ giới thiệu một số mô hình của hệ thống SCADA; đặc điểm, ưu điểm và ứng dụng của từng mô hình.

1. Hệ thống SCADA là gì ?

SCADA là từ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm 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 những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu.

Hệ thống SCADA được ứng dụng tại các nhà máy công nghiệp nhằm:

  • Kiểm soát các quy tình công nghiệp tại chỗ hoặc từ xa.
  • Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực.
  • Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ và hơn thế nữa thông qua các phần mềm giao diện người – máy (HMI).
  • Ghi lại sự kiện vào tệp nhật ký (log file).

2. Các mô hình SCADA

Căn cứ phân loại: Để phân loại các mô hình SCADA, BKAS sẽ căn cứ vào vị trí đặt Máy chủ thực hiện chức năng SCADA. Chia thành 3 mô hình như sau:

  • Mô hình SCADA tại chỗ.
  • Mô hình SCADA trên nền tảng Cloud.
  • Mô hình SCADA xây dựng Webserver tại chỗ.

2.1 Mô hình SCADA tại chỗ

Đây là mô hình cơ bản và phổ biến nhất với đặc điểm, hệ thống SCADA này có phòng điều khiển riêng. Trong phòng điều khiển có bố trí hệ thống máy tính chủ, màn hình HMI, thiết bị thông tin, điện đàm liên lạc… và đặc biệt hệ thống này được tổ chức vận hành bởi một nhóm kỹ sư vận hành theo ca kíp.

“Trái tim” của hệ thống là phần mềm SCADA cài đặt tại máy tính chủ, giao tiếp với các PLC, HMI, Gateway, thiết bị IP cấp dưới thông qua các giao thức truyền thông công nghiệp như Modbus TCP, Modbus RTU, PROFINET, IEC61850,…Do truyền thông trực tiếp thông qua các giao thức nên mô hình này có độ tin cậy cao, thời gian đáp ứng nhanh, tốc độ truyền tin qua bus nhanh, và lượng dữ liệu xử lý lớn nên hệ thống này được ứng dụng cho các hệ thống lớn như nhà máy điện, nhà máy sản xuất công nghiệp, các trung tâm điều hành sản xuất,…

Ngoài ra, mô hình SCADA này còn có ưu điểm là tính an toàn thông tin cao, không bị tấn công mạng vì hệ thống chỉ kết nối nội bộ tầng OT, không kết nối với mạng Public.

mo hinh scada tai cho

Hình 1: Mô hình SCADA tại chỗ

2.2 Mô hình SCADA trên nền tảng Cloud

Những năm gần đây với sự phát triển nhanh của mạng máy tính, các kết nối viễn thông 5G/6G, và các nền tảng Cloud ngày càng hoàn thiện đã mở ra nhiều ứng dụng mới, trong đó đã có các hệ thống SCADA/IOT được triển khai trên nền tảng Cloud này.

Mô hình SCADA trên nền tảng Cloud có đặc điểm giao diện điều khiển và giám sát được xây dựng trên nền tảng Cloud của các nhà cung cấp dịch vụ: Amazon, Google, Microsoft… chính vì vậy nó không cần phòng điều khiển, máy tính chủ chạy phần mềm SCADA hay màn hình HMI. Người vận hành theo dõi hệ thống ở bất kỳ đâu thông qua điện thoại, laptop cá nhân bằng cách truy cập trực tiếp tới hệ thống Cloud.

“Vậy các thiết bị điều khiển sẽ giao tiếp với nền tảng Cloud như thế nào ?”. Không giống như mô hình kết nối tại chỗ, mô hình này sử dụng các phương thức truyền tin qua mạng Internet như MQTT, HTTPS, LoraWan.

mo hinh scada tren nen tang Cloud

Hình 2: Mô hình SCADA trên nền tảng Cloud

Kết nối của mô hình này phụ thuộc rất lớn vào kết nối mạng và tốc độ truyền tin chính vì vậy mô hình này hướng tới tính “Giám sát – Tổng hợp – Báo cáo” nhiều hơn; tính năng điều khiển, tính đáp ứng ở mức độ trung bình.

Được ứng dụng cho các hệ thống giám sát năng lượng EMS, hệ thống kiểm soát không khí HVAC, hệ thống quản lý toà nhà BMS, hệ thống nhà thông minh Smart Home…

2.3 Mô hình SCADA xây dựng WebServer tại chỗ

Đây là mô hình biến đổi của Mô hình SCADA trên nền Cloud, nhưng khác nhau ở điểm mấu chốt:

  • Mô hình SCADA trên nền Cloud: xây dựng WebServer bằng nền tảng Cloud của các nhà cung cấp dịch vụ để xây dựng hệ thống SCADA
  • Mô hình SCADA xây dựng WebServer tại chỗ: xây dựng WebServer SCADA trong Máy tính công nghiệp cài đặt phần mềm SCADA hay các IPC Gateway có tính năng Webserver.

Mô hình này cũng không có phòng điều khiển, người vận hành điều khiển và giám sát bằng cách truy cập trực tiếp tới hệ thống WebServer bằng IP tĩnh hoặc tên miền.

Kết nối giữa Máy tính công nghiệp với thiết bị điều khiển là bằng các giao thức truyền thông công nghiệp Modbus TCP, Modbus RTU, PROFINET, IEC61850,…Còn kết nối giữa người vận hành tới hệ thống WebServer bằng điện thoại, laptop qua trình duyệt HTTPS.

mo hinh scada xay dung webserver tai cho

Hình 3: Mô hình SCADA xây dựng WebServer tại chỗ

Ứng dụng của mô hình này cũng tương tự như Mô hình SCADA trên nền tảng Cloud, nhưng dễ thực hiện, dễ triển khai hơn và không cần chí phí dịch vụ Cloud.

Dưới dây là bảng tóm tắt chính về các mô hình.

Tiêu chí Máy chủ tại chỗ Cloud

Webserver tại chỗ

Phòng điều khiển

Không

Không

Hình thức giám sát

Tại chỗ (HMI)

Bất kỳ đâu (Website)

Bất kỳ đâu (Website)

Độ đáp ứng

Cao

Trung bình

Trung bình

Độ tin cậy

Cao

Trung bình

Trung bình

Độ an toàn thông tin

Cao

Trung bình

Trung bình

Mức độ quan trọng của ứng dụng

Cao

Trung bình

Trung bình

Phụ thuộc

Không phụ thuộc

Kết nối Internet

Nhà cung cấp dịch vụ Cloud

Kết nối Internet

Khả năng mở rộng, tổng hợp, báo cáo, quản trị sản xuất

Hạn chế

Đa dạng

Hạn chế

Chi phí đầu tư

Cao Cao

Thấp

Trên đây là bài viết chia sẻ về Các mô hình xây dựng hệ thống SCADA, phân tích các đặc điểm và ứng dụng của chúng. Cảm ơn Quý bạn đọc đã quan tâm theo dõi.

Quý khách hàng có nhu cầu triển khai hệ thống SCADA vui lòng liên hệ.

Xem thêm