Tìm hiểu SCADA, DCS và ứng dụng trong công nghiệp

Đầu tư và sử dụng một cách hiệu quả các hệ thống điều khiển hiện đại sẽ góp phần không nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Bài viết này làm rõ bản chất và đề cập tới vấn đề ứng dụng của các hệ SCADA và DCS..Các ứng dụng điều khiển trong thực tế Trong một hệ thống sản xuất công nghiệp hay dân dụng các ứng dụng điều khiển có thể được phân chia thành ba loại sau:...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hiểu SCADA, DCS và ứng dụng trong công nghiệpSCADA, DCS và ứngdụng trong công nghiệpTs. Phạm Quang ĐăngTrung tâm NCTK Công nghệ cao, ĐHBK Hà nộiĐầu tư và sử dụng một cách hiệu quả các hệ thống điều khiểnhiện đại sẽ góp phần không nhỏ vào việc nâng cao hiệu quảsản xuất, giảm chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnhtranh của sản phẩm trên thị trường. Bài viết này làm rõ bảnchất và đề cập tới vấn đề ứng dụng của các hệ SCADA vàDCS.Các ứng dụng điều khiển trong thực tếTrong một hệ thống sản xuất công nghiệp hay dân dụng cácứng dụng điều khiển có thể được phân chia thành ba loại sau:- Điều khiển logic tuần tự (sequence logic control)- Điều khiển điều chỉnh (regulatory control)- Giám sát – vận hành và thu thập số liệu (SCADA)Tùy theo tính chất của quá trình các yêu cầu về các ứng dụngnày có thể khác nhau. Có quá trình gồm chủ yếu là ứng dụngđiều khiển logic như trong các phân xưởng lắp ráp nhưngcũng có quá trình gồm chủ yếu là các ứng dụng điều khiểnđiều chỉnh như trong các nhà máy hóa chất nơi quá trình sảnxuất là liên tục. Riêng yêu cầu về giám sát - vận hành là tồntại trong hầu hết nếu không muốn nói là tất cả các hệ thống, ítnhất là cho tới thời điểm hiện nay.Các hệ thống điều khiển được xây dựng trong thực tế phảiđáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất hay thiết bị sử dụngnó. Cụ thể là nó phải đáp ứng yêu cầu của về cả ba loại ứngdụng điều khiển nêu trên. Có hai cách để thực hiện điều nàynhư sau:- Cách thứ nhất là thực hiện mỗi ứng dụng này bằng một hệthống riêng biệt. Theo đó ứng dụng điều khiển logic sẽ đượcthực hiện bằng các PLC, ứng dụng điều khiển điều chỉnh sẽđược thực hiện bởi các controller và ứng dụng SCADA sẽđược thực hiện bởi một hệ SCADA riêng biệt. Nhiều nhàmáy cỡ nhỏ và vừa đã được xây dựng theo cách thức này- Cách thứ hai là sử dụng một hệ thống điều khiển và giámsát tích hợp thực hiện cả ba ứng dụng này. Mỗi một ứng dụngsẽ như một chức năng của hệ thống điều khiển. Các hệ thốngđiều khiển sản xuất hiện đại đều được xây dựng theo cáchnày và người ta gọi hệ thống như vậy là “Hệ thống điều khiểnvà giám sát tích hợp (Integrated Control and MonitoringSystem - ICMS)”.Trong hai cách này thì cách thực hiện thứ hai cho phép sửdụng tối thiểu các thiết bị đo và cơ cấu chấp hành do một tínhiệu đo được có thể được sử dụng cho cả ba ứng dụng nênngày càng được phổ biến và được sử dụng cho các nhà máyhiện đại ở các quy mô khác nhau.SCADA và các lưu ý khi xây dựng ứng dụng SCADANhư đã nói ở trên, SCADA là một dạng của ứng dụng chứkhông phải là công nghệ. Ứng dụng SCADA tồn tại ở nhiềuhệ thống khác nhau từ quy mô một máy sản xuất tới quy môcủa nhà máy và hơn nữa trên các vùng địa lý rộng lớn nhưcác hệ giám sát và thu thập số liệu khí tượng thủy văn, hệgiám sát và vận hành hệ thống truyền tải điện năng. Đặc điểmcủa SCADA là gắn liền với người vận hành và trong chutrình xử lý thông tin của SCADA bao giờ cũng có sự thamgia trực tiếp của con người. Hệ SCADA không phải là hệđiều khiển đầy đủ mà nó tập trung vào mức giám - sát vậnhành.Cho dù được xây dựng thành một hệ thống riêng biệt hayđược tích hợp như một chức năng trong một hệ điều khiểntích hợp thì SCADA bao giờ cũng bao gồm bốn thành phần:1)Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU), 2) Mạng truyềnthông, 3) Trạm chủ trung tâm (MTU) và 4) Người vận hành,trong đó ba thành phần đầu hợp thành hệ SCADA. Do vậykhi phát triển ứng dụng SCADA các kỹ sư cũng cần lưu ý tớitất cảcácthànhphầnnày.- Thiếtbị đầucuốihiện trường (RTU)RTU thực hiện chức năng giao tiếp giữa hệ SCADA và quátrình cần giám sát vận hành thông qua các cảm biến và cơcấu chấp hành. RTU có thể là một hệ vi xử lý được thiết kếriêng cho mục đích, yêu cầu của hệ SCADA nói chungnhưng cũng có thể sử dụng các PLC hoặc các Controller.Trong các hệ thống điều khiển giám sát tích hợp vai trò củaRTU sẽ được các PLC hoặc Controller đảm nhiệm. Ở đây dữliệu quá trình thu thập được ngoài việc sử dụng cho các ứngdụng điều khiển logic và điều khiển điều chỉnh còn được sửdụng để giám sát-vận hành. Chúng ta cũng có thể gặp các hệthống điều khiển tích hợp sử dụng các cảm biến thông minhvà cơ cấu chấp hành thông minh. Trong những trường hợpnhư vậy vai trò của RTU được tích hợp trên bản thân các cảmbiến và cơ cấu chấp hành, các PLC, Controller lúc này cũngchỉ đóng vai trò trung chuyển dữ liệu cho ứng dụng SCADA.- Trạm chủ trung tâmTrạm chủ trung tâm thực hiện chức năng giao tiếp giữa ngườivận hành và hệ SCADA. Nó thực hiện việc nhận dữ liệu từcác RTU, hiển thị các dữ liệu này và nhận các lệnh vận hànhtừ người vận hành rồi chuyển tới RTU. Ngoài chức năng cơbản này, trạm chủ trung tâm hiện đại còn thực hiện một sốchức năng khác liên quan tới quản lý, bảo trì và tối ưu hóaquá trình như thiết lập truyền thông, liên kết truyền thông,chuẩn đoán, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống,…Trạm chủ trung tâm còn được gọi là thiết bị đầu cuổi trungtâm (Master Terminal Unit, viết tắt là MTU) nhưng tên gọi“trạm chủ trung tâm” là phù hợp hơn với các hệ SCADA hiệnđại. Trong các hệ SCADA hiện đại trạm chủ trung tâmthường bao gồm một hoặc nhiều máy trạm, máy chủ được nốimạng với nhau và phối hợp với nhau để thực hiện các chứcnăng, nhiệm vụ của trạm chủ trung tâm.- Mạng truyền thông Mạng truyền thông sử dụng để kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các RTU và MTU. Mạng truyền thông cũng được sử dụngđể kết nối các phần tử trong MTU. Trong một hệ SCADA cóthể sử dụng một hoặc nhiều loại mạng truyền thông khácnhau tùy theo tính chất và đặc điểm của mỗi ứng dụngSCADA.- Người vận hànhTrong một ứng dụng SCADA bao giờ cũng có người vậnhành do vậy việc thiết kế và xây dựng một hệ SCADA ngoàicác yếu tố về chuyê ...