2.1 Khái niệm SCADA

SCADA là viết tắt của cụm từ Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát và Thu thập dữ liệu).

• Supervisory Control: Khả năng ra lệnh điều khiển từ xa (từ phòng trung tâm) xuống các thiết bị chấp hành dưới phân xưởng.

• Data Acquisition: Quá trình thu thập các thông số từ cảm biến (nhiệt độ, áp suất, trạng thái máy) và gửi về trung tâm để xử lý.

Tóm lại: SCADA là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quản lý, giám sát và điều khiển các quy trình công nghiệp từ xa một cách tự động và chính xác.

2.2 Phân loại hệ thống SCADA

Dựa vào quy mô và cấu trúc, chúng ta thường chia SCADA thành 3 loại chính:

1. Hệ thống đơn lẻ (Standalone): Chỉ bao gồm một máy tính kết nối trực tiếp với các trạm PLC/RTU. Phù hợp cho các dây chuyền sản xuất nhỏ.

2. Hệ thống phân tán (Distributed): Gồm nhiều máy tính kết nối mạng với nhau. Một máy làm Server lưu trữ dữ liệu, các máy khác làm Client để vận hành.

3. Hệ thống kết nối qua mạng diện rộng (Networked/Cloud): Cho phép giám sát qua Internet, điều khiển giữa các nhà máy ở các địa lý khác nhau.

2.3 Các chuẩn đánh giá một hệ thống SCADA

Để đánh giá một hệ thống SCADA có tốt hay không, giảng viên thường dựa trên các tiêu chí sau:

• Tính thời gian thực (Real-time): Dữ liệu cập nhật phải tức thời, độ trễ thấp.

• Độ tin cậy và tính sẵn sàng: Hệ thống phải hoạt động liên tục 24/7, có khả năng dự phòng (Redundancy).

• Tính mở (Openness): Có khả năng kết nối với thiết bị của nhiều hãng khác nhau (Siemens, Mitsubishi, ABB...) thông qua các giao thức chuẩn.

• Giao diện người máy (HMI): Trực quan, dễ sử dụng, cảnh báo lỗi (Alarm) rõ ràng.

• Tính bảo mật: Chống lại các sự xâm nhập trái phép vào hệ thống điều khiển nhà máy.

2.4 Cấu trúc hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA điển hình bao gồm các thành phần phân tầng sau:

1. Thiết bị cấp trường (Field Devices): Cảm biến, nút nhấn, động cơ, van...

2. Trạm điều khiển trung gian (RTU/PLC): Đóng vai trò "bộ não" tại chỗ, thu thập tín hiệu từ thiết bị và thực hiện lệnh điều khiển.

3. Hệ thống truyền thông: Mạng công nghiệp (Modbus, Profibus, Ethernet/IP) truyền dữ liệu từ PLC về máy tính.

4. Trạm điều khiển trung tâm (MTU - Master Terminal Unit): Các máy tính cài phần mềm SCADA (WinCC, InTouch, Ignition) để hiển thị và lưu trữ dữ liệu.

5. Giao diện HMI (Human Machine Interface): Các màn hình đồ họa giúp người vận hành giao tiếp với máy móc.

2.5 Bài tập ứng dụng: Xây dựng hệ SCADA điều khiển động cơ KĐB 3 pha

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển một động cơ 3 pha (On/Off, Đảo chiều) từ phòng máy tính.

Bước 1: Lựa chọn thiết bị (Hardware)

• Thiết bị chấp hành: Động cơ 3 pha, Contactor, Rơ le nhiệt.

• Thiết bị điều khiển: PLC S7-1200 (hoặc dòng tương đương có tại phòng Lab của trường).

• Thiết bị giám sát: Máy tính cài phần mềm TIA Portal (WinCC).

Bước 2: Thiết lập kết nối

• Kết nối động cơ với PLC qua Contactor.

• Kết nối PLC với máy tính qua cáp Ethernet (Profinet).

Bước 3: Lập trình PLC

Sử dụng ngôn ngữ Ladder (LAD) để viết chương trình:

• Biến M0.0 (Start), M0.1 (Stop) từ SCADA.

• Ngõ ra Q0.0 điều khiển cuộn hút Contactor.

Bước 4: Thiết kế giao diện SCADA (HMI)

1. Tạo nút nhấn (Button): Gán tag Start/Stop để điều khiển động cơ.

2. Tạo biểu tượng động cơ (Symbol):

   • Màu Xám: Động cơ đang dừng.

   • Màu Xanh: Động cơ đang chạy.

   • Màu Đỏ nhấp nháy: Báo động (Alarm) khi Rơ le nhiệt bị nhảy.

3. Bảng thông số: Hiển thị dòng điện vận hành (nếu có biến tần hoặc CT).