Hệ thống quản lý thiết bị điện SCADA là gì? Tìm hiểu về SCADA

Nếu như vài năm trước đây, hệ thống quản lý thiết bị SCADA là một cái khái niệm còn rất xa lạ thì trong những năm trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với tiện ích nó mang lại thì SCADA đã không còn quá xa lạ. Vậy bạn thật sự hiểu rõ SCADA chưa? Nếu chưa thì cùng tìm hiểu nhé.

SCADA là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh "Supervisory Control And Data Acquisition", nghĩa là hệ điều khiển giám sát và thu thập số liệu sản xuất.

SCADA là một công cụ tự động hóa công nghiệp, dùng kĩ thuật vi tính PLC/RTU, để trợ giúp việc điều hành kĩ thuật ở các cấp trực ban điều hành của sản xuất công nghiệp: từ cấp phân xưởng, xí nghiệp (hay trạm điện), đến các cấp cao nhất của một công ty.





Chức năng mỗi cấp SCADA là cung cấp những dịch vụ chuẩn sau:

a) Thu thập từ xa

Thu qua đường truyền số liệu các số liệu về sản xuất, và tổ chức việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu lịch sử về sản xuất, về sự kiện thao tác về báo động,...).

b) Dùng các cơ sở số liệu đó để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám sát hệ sản xuất

Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất (trang màn hình trang đồ thị, trang sự kiện, trang báo động, trang báo cáo sản xuất,...).

Điều khiển từ xa quá trình sản xuất (đóng / cắt các máy cắt, tăng / giảm nấc phân áp,...).

c) Thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài (đọc viết số liệu PLC/RTU, gởi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, về thao tác hệ)

Nhìn chung SCADA là một hệ kết hợp phần cứng - phần mềm vi tính để tự động hóa việc quản lí giám sát điều khiển cho một đối tượng sản xuất công nghiệp.

Tùy yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hóa ấy, có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một số trong những nhiệm vụ tự động hóa sau:

Thu thập giám sát từ xa về đối tượng.

Điều khiển đóng/cắt từ xa lên đối tượng.

Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng.

Thông tin từ xa với các đối tượng và các cấp quản lí.

Các chức năng đó mỗi thứ đều có những yêu cầu đặc biệt đối với các bộ phần cứng, phần mềm chuyên trách của SCADA. Cụ thể là:

Phần đo - giám sát xa cần bảo đảm thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn đủ những số liệu cần cho quản lí kĩ thuật.

Phần điều khiển thao tác xa phải bảo đảm được việc kiểm tra "ĐÓNG" an toàn, đúng đắn.

Đối với việc "ĐÓNG" lưới cao áp phải có thiết bị điện thực hiện hòa đồng bộ lên thanh cái cao áp kiểu tự động. Bên cạnh SCADA cần phải có "ĐÓNG / CẮT" bằng tay.

Phần điều chỉnh tự động từ xa cần phân định và quy định trong nhiệm vụ điều chỉnh điện áp, tần số ở trạm phát điện, trong nhiệm vụ điều áp của Tap changer ở trạm điện, hệ SCADA phải đảm nhiệm đến đâu.

Phần truyền tin xa phải quy định rõ các nhiệm vụ truyền số liệu hiện trường và nhất là nhiệm vụ thủ tục truyền số liệu với các cấp SCADA điều độ.

Nguồn: Sưu tầm

Tổng hợp tài liệu tự động hóa: HMI và SCADA

Hệ SCADA ra đời vào những năm 80 của thế kỷ trước trên cơ sở ứng dụng thành tựu kỹ thuật của: tin học - mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Giống như các từ viết tắt khác, khái niệm SCADA ( Supervisory Control And Acquisition) cũng được hiểu và sử dụng dưới nhiều ý nghĩa khác nhau. 

Ví dụ, khi nói tới SCADA, có bạn sẽ liên tưởng tới một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ đơn giản là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về trung tâm để xử lý ( qua modem GPRS/3G, qua cáp quang,...), ví dụ như các hệ thống khai thác dầu khí và phân phối năng lượng điện... Với cách hiểu này, thì bài toán truyền thông được đặt lên hàng đầu.

 Một số trường hợp khác, khái niệm SCADA và "none-SCADA" lại được dùng để phân biệt các bài toán giám sát sử dụng công cụ phần mềm chuyên dụng (FIX, Intouch, WinCC,...) hay phần mềm phổ thông ( Acess, Excel, Visual Basic,...), lúc này bài toán phần mềm được đưa lên đầu để so sánh...

Như đã biết, HMI là một thành phần trong hệ thống SCADA, tuy nhiên HMI không chỉ được dùng ở cấp điều khiển giám sát, mà ngay ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người - máy phục vụ việc quan sát và thao tác vận hành cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc tính kỹ thuật cũng như phạm vi chức năng, ở các cấp gần với quá trình kỹ thuật này, các OP - Operator Panel chuyên dụng chiếm vai trò quan trọng hơn.

Hiện nay, với sự tiến bộ của phần cứng và phần mềm máy tính PC, đã thúc đẩy sự phát triển các công cụ tạo dựng phần mềm SCADA theo một hướng mới, sử dụng PC và Windows làm nền tảng phát triển và cài đặt. Từ chức năng thuần túy là thu thập dữ liệu cho việc quan sát điều khiển, một hệ thống SCADA ngày nay có thể đảm nhiệm vai trò điều khiển cao cấp, điều khiển phối hợp, ví dụ như điều khiển theo mẻ, điều khiển theo công thức.... Hơn thế, khả năng tích hợp hệ thống điều khiển giám sát với các ứng dụng khác trong một hệ thống thông tin, các phần mềm quản lý, tối ưu hệ thống,...của toàn công ty cũng trở nên dễ dàng hơn...

Nhằm đáp ứng được nhu cầu tìm hiểu tài liệu chất lượng chuyên ngành tự động hóa: Chúng tôi chia sẻ tới độc giả tài liệu HMI và SCADA của Siemens. Hy vọng giúp đỡ phần nào cho bạn đọc

Operator Panels (Siemens)

STT	Tên tài liệu	Tác giả	Ngôn ngữ	Loại file	Dung lượng	Địa chỉ Download
1	Sổ tay sử dụng: SIMATIC S7-200 Text Display (TD)	Siemens	EN	pdf	5.7 MB	<Download>
2		Siemens		pdf		<Download>

STT	Tên tài liệu	Tác giả	Ngôn ngữ	Loại file	Dung lượng	Địa chỉ Download
1	Operator control and monitoring with WinCC	Siemens	DE	pdf		<Download>
2	S7-Project	Siemens	DE	pdf		<Download>
3	Operator control and monitoring with WinCC V6	Siemens	DE	pdf		<Download>
4	S7-Project	Siemens	DE	pdf		<Download>
5	Operator control and monitoring with WinCC flexible and the TP177B Color	Siemens	EN	pdf		<Download>
6	Templates	Siemens	EN	pdf		<Download>
7	Sổ tay sử dụng: WinCC flexible 2008 Communication Part 1	Siemens	EN	pdf	3.26 MB	<Download>
8	Sổ tay sử dụng: WinCC flexible 2008 Communication Part 2	Siemens	EN	pdf	3.59 MB	<Download>
9	Sổ tay sử dụng: WinCC flexible 2008 Compact / Standard / Advanced	Siemens	EN	pdf	8.98 MB	<Download>
10	WinCC flexible 2008: Getting Started - First-Time Users	Siemens	EN	pdf	4.13 MB	<Download>
11	Sổ tay sử dụng: WinCC flexible 2008: Runtime	Siemens	EN	pdf	1.15 MB	<Download>
12	WinCC V7.0: System Description	Siemens	EN	pdf	4.67 MB	<Download>
13	Sổ tay hệ thống: WinCC V7.0 SP1 MDM - WinCC: Scripting (VBS, ANSI-C, VBA)	Siemens	EN	pdf	25.22 MB	<Download>

Cảm ơn bạn đọc đã ghé thăm, hãy like hoặc chia sẻ bài viết nếu thấy hữu ích bạn nhé !

HMI là gì? Cấu tạo, chức năng và ứng dụng của HMI

HMI là một phần không thể thiếu trong ngành tự động hóa công nghiệp. Thiết bị này hiện khá phổ biến trong các nhà máy sản xuất cũng như trên các thiết bị công nghiệp. Để tìm hiểu kỹ hơn về thiết bị thì  hãy để bài viết này chia sẻ dưới đây.

HMI là gì?

HMI là từ viết tắt của Human – Machine – Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện đều được gọi là HMI. Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người. Đặc biệt trong ngành công nghiệp. Nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy.

Màn hình cảm ứng HMI 

Cấu tạo:

Phần cứng HMI bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử… Những chi tiết phần cứng cụ thể và chức năng của chúng bao gồm:
Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày. Ngoài ra màn hình còn dùng để hiển thị các trạng thái cũng như các tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dùng và do người lập trình giao diện cho người dùng.
Các phím bấm
Chip: chính là CPU của màn hình
Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, EPROM/Flash…

Màn hình cảm ứng HMI kết nối với hệ thống

Chức năng của phần mềm

1.Các hàm và lệnh
Phần mềm phát triển
Các công cụ xây dựng HMI.
Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối
Các công cụ mô phỏng
2.Truyền thông
Các giao thức truyền thông: Modbus, CANbus, PPI, MPI, PROFIBUS…
Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB…
Các loại thiết bị HMI bao gồm những gì?
3.Thiết bị HMI truyền thống
Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm
Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy.
Nhược điểm của các thiết bị HMI truyền thống
Thông tin không đầy đủ và chính xác
Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế.
Độ tin cậy và ổn định thấp.
Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng.
Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ.

Thiết bị HMI hiện đại

HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:
HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA.
HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng.

Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác như Mobile HMI dùng Palm, Poket PC.
Các ưu điểm của HMI hiện đại
Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ sung thông tin cần thiết.
Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức.
Khả năng lưu trữ cao.
Tính đầy đủ, kịp thời và chính xác của thông tin.

Ứng dụng của HMI trong công nghiệp

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả các lĩnh vực và tất các khu vực trên thế giới. HMI là một thiết bị không thể thiếu góp phần đẩy nhanh quá trình tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao. Vì vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực. Ví dụ như dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô, xe máy…

Màn hình cảm ứng HMI Fuji Electric TS1070

Quy trình xây dựng hệ thống HMI trong công nghiệp.

Lựa chọn phần cứng
Lựa chọn kích cỡ màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm biến hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa (lưu trình công nghệ…).
Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc.
Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác.
Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.

Màn hình cảm ứng HMI Siemens

Xây dựng giao diện

Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức…
Xây dựng các màn hình.
Gán các biến số (tag) cho các đối tượng.
Sử dụng các đối tượng đặc biệt.
Viết các chương trình script (tùy chọn).
Mô phỏng và gỡ rối chương trình.
Nạp thiết bị xuống HMI.

Những thuật ngữ cơ bản trên HMI

1. Màn hình( Screen ):

• Là thành phần của phần mềm ứng dụng HMI được xây dựng trên công cụ phần mềm phát triển HMI và được nạp xuống thiết bị để chạy.
• Là nơi chứa đựng các đối tượng (Object), các biến số (tags), các chương trình dạng ngữ cảnh (script).

2.Thẻ liên kết: Biến số (Tags):

Gồm các biến số nội tại bên trong hệ điều hành thiết bị HMI, dùng để làm các biến số trung gian cho quá trình tính toán, các biến số quá trình trong các thiết bị trên mạng điều khiển: trong PLC, trong thiết bị đo lường thông minh, trong các thiết bị nhúng nà controller khác…

Thẻ Tags là đối tượng trung gian để liên kết HMI và PLC.

3. Kiểu biến:

– Kiểu biến số (Tag type/Data type ):
• Bit: 0/1 (true/false)
• Byte: 0…255
• Word: 2 byte = 0…65025.
• Interger (Nguyên): -32512…+32512
• Long, Float, BCD.
• String: abc.

4. Chương trình script:

• Script toàn cục (global): đoạn mã chương trình Script có tác động đến toàn bộ hệ thống HMI
• Script đối tượng (Object script): là script chỉ tác dụng đến đối tượng đó. Thường là các đoạn mã chương trình viết cho các sự kiện (event) của đối tượng. Ví dụ: Script cho button, với sự kiễn “nhấn nút”.

5. Trend:

Là dạng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của một biến(tag) theo thời gian.
Có 2 loại trend chính: Trend hiện thời và trend quá khứ (history).

6. Cảnh báo Alarm:

Là một loại đối tượng để đưa ra các báo động hay thông báo sự cố cho hệ thống.

7. Bar Graph

Thanh Bargraph thể hiện sự thay đổi liên tục của mực nước, dầu, áp suất

Với những kiến thức cơ bản về HMI hi vọng sẽ giúp ích bạn ít nhiều trong công việc, hãy like hoặc share bài viết nếu thấy hữu ích bạn nhé !

SCADA là gì ? Ứng dụng của SCADA trong công nghiệp

Khái niệm SCADA

SCADA là viết tắt của Supervisory control and data acquisition hay còn gọi là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa.
Chức năng của hệ thống SCADA

Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.
Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác.

Các ứng dụng của SCADA

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:
– Điều khiển logic tuần tự (sequence logic control)
– Điều khiển điều chỉnh (regulatory control)
– Giám sát – vận hành và thu thập số liệu (SCADA)

Các hệ thống điều khiển được xây dựng trong thực tế phải đáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất hay thiết bị sử dụng nó. Cụ thể là nó phải đáp ứng yêu cầu của về cả ba loại ứng dụng điều khiển nêu trên.
Có hai cách để thực hiện các ứng dụng

– Thực hiện mỗi ứng dụng này bằng một hệ thống riêng biệt. Theo đó ứng dụng điều khiển logic sẽ được thực hiện bằng các PLC. Ứng dụng điều khiển điều chỉnh sẽ được thực hiện bởi các controller. Ứng dụng SCADA sẽ được thực hiện bởi một hệ SCADA riêng biệt. Nhiều nhà máy cỡ nhỏ và vừa đã được xây dựng theo cách thức này.

– Sử dụng một hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp thực hiện cả ba ứng dụng này. Mỗi một ứng dụng sẽ như một chức năng của hệ thống điều khiển. Các hệ thống điều khiển sản xuất hiện đại đều được xây dựng theo cách này. Người ta gọi hệ thống như vậy là “Hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp (Integrated Control and Monitoring System – ICMS)”.
Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy

Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bị các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit). VDU hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và bàn phím, các nút điều khiển được thay thế bằng các biểu tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác động bằng mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn hình cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho người điều hành có khả năng

* Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.
* Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật.
* Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống.
* Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng như nhận biết dữ liệu.

Ngoài ra các VDU chạy trên môi trường Windows hay Windows-X còn giúp điều hành viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.
Thiết bị đầu cuối hiện trường RTU

RTU không còn là những thiết bị thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thu thập và lưu giữ dữ liệu vùng. Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển được thực hiện tại các RTU.

Nhiều loại thiết bị có thể được nối vào các RTU như: PLC, máy đo lưu lượng, thiết bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa… Các RTU có thể được kết nối theo kiểu phân bố hoặc kiểu phân cấp. Dữ liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ.
Cơ sở dữ liệu

Các dữ liệu được lưu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa được tính toán mà còn là các thông số bảo vệ, các sự kiện, các mẫu tin cũng như các cảnh báo. Do tính chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng được phân bố. Cơ sở dữ liệu cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin (Managerment Information System) và hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Ngoài ra, các dữ liệu có thể được bảo mật bằng các password.