SCADA HAY ĐO LƯỜNG TỪ XA
Hai thuật ngữ SCADA và Đo lường từ xa đều mô tả những hệ thống truyền các tín hiệu điểu khiển và tín hiệu đo lường từ một địa điểm này tới một địa điểm khác nhờ sử dụng các RTU. Hai thuật ngữ này chủ yếu thường muốn nói về cùng một thứ. Những hệ thống này truyền lệnh và báo cáo để điều khiển các quá trình công nghiệp. Các hệ thống bảng tín hiệu điện báo cũng thường chủ yếu được sử dụng để thực hiện các chức năng giống nhau.
Các hệ thống SCADA
SCADA là thuật ngữ biết tắt theo tiếng Anh của Thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát (Supervision, Control And Data Acquisition). Thuật ngữ này chỉ những hệ thống được điều khiển vởi một máy tính trung tâm. Ví dụ, một máy tính cá nhân PC đặt ở van phòng có thể chạy các gói phần mềm SCADA và thực hiện chức năng giám sát. Chẳng hạn như phần mềm Lookout của National Instrument hay các gói phần mềm khác mà có thể truyền thông qua cổng RS – 232 và một Modem MDM – 202A tới một hệ thống cáp hoặc sóng radio để nối tới các RTU đặt tại máy bơm hay bể nước. Trong công nghiệp, nhuwxg hệ thống giám sát quét liên tục này được xếp vào các hệ thống chế độ B.
Trong ví dụ về bể nước và trạm bơm, mức nước trong vể, điểu kiện của máy bơm (chạy hay dừng), lưu lượng dòng chảy và áp suất,… tất cả đều được thể hiện bằng đồ họa trên màn hình máy tính PC. Chúng ta có tể khởi động hay đừng bất kỳ một máy bơm nào trong trạm bằng những thao tác đơn giản là dịch chuyển con trỏ tới các vị trí START và STOP và bấm ENTER. Những hệ thống giám sát này có khả năng và có thể làm việc tự động với một số lượng các phép toán phức tạp, chẳng hạn như viết báo đưa ra máy in /hoặc đưa ra ổ ghi đĩa CD, thực hiện các chức năng điểu khiển tự động và cảnh báo,…
Các hệ thống đo lường từ xa
Mặt khác, các hệ thống đo lường từ xa lại nói tới các hệ thống mà tại đó chúng ta thu thập các tín hiệu đo lường từ một địa điểm nào đó gửi về và lại truyền tín hiệu đó tới một địa điểm khác để nối vào các đồng hồ đo và các khóa chuyển mạch. Những tín hiệu đo lường từ các địa điểm ở xa gửi về có tể được nối vào một bảng tín hiệu điện báo, ví dụ là các đồng đo hay đèn hiển thị để báo chuyện gì đang xảy ra ở hiện trường. trong công nghiệp, những hệ thống này được xếp vào các hệ thống chế độ C hay các hệ thống đa hợp tín hiệu.
Ví dụ, ta truyền một tín hiệu 4 – 20 mA tới một RTU đặt ở bể nước và thu về một tín hiệu 4 – 20 mA từ RTU đó về phòng điều khiển. Nối tín hiệu thu về được với một đồng hồ đó sẽ cho phép chúng ta đọc được liên tục giá trị mức nước trong bể. Ta cũng có thể đóng ngắt khóa trong phòng điểu khiển để truyền tín hiệu điều khiển để truyền tín hiệu điều khiển xuống RTU đặt ở máy bơm, điểu khiển đóng, cắt rơle điều khiển máy bơm.
Một ví dụ đơn giản về một hệ thống đa hợp tín hiệu chế độ C là hai RTU truyền thông với nhau qua một cáp hoặc qua sóng radio. Tắt cả các tín hiệu tương tự và số ở đầu vào của một RTU thì chính là các tín hiệu ra từ RTU còn lại. Một hệ thống như thế có thể truyền được bao nhiêu tín hiệu. Câu trả lời là bằng số tín hiệu vào và ra của mỗi một RTU. Trong hệ thống này, một RTU là master và RTU còn lại là slave. RTU master liên tục gửi yêu cầu tới RTU slave và RTU slave ngay lập tức hồi đáp yêu cầu của RTU master. Với hệ thống thử nghiệm TTS của ScanData, ta có thể nghe thấy tiếng chip gửi yêu cầu và hồi đáo của các RTU master và slave. Nếu đường cáp hoặc sóng radio bị đứt đoạn, ta chỉ có thể nghe thấy tiếng chíp gửi yêu cầu từ phía RTU master và không nghe thấy tiếng hồi đáp. Và ở bên RTU slave, ta không nghe thấy gì.
Một ví dụ thứ hai của hệ thống đã hợp tín hiệu chế độ C là một RTU master truyền thông với hai hay nhiều RTU slave khác. Trong những hệ thống này, bất kỳ một tín hiệu tương tự hoặc số tại bất kỳ một điểm nào có thể là tín hiệu ra từ bất kỳ các điểm khác. RTU master có thể truyền lại các tín hiệu từ RTU này sang các RTU khác. Các tín hiệu trong hệ thống cũng có thể là tín hiệu ra của các RTU slave hoặc là của RTU master.
Các hệ thống bảng tín hiệu điện báo
Một bảng tín hiệu điện báo nhận các tín hiệu đo lường về và hiện thị chúng trên đồng hồ (tín hiệu tương tự) và hoặc hiện thị bằng đèn màu… (tín hiệu số).
Những bẳng tín hiệu điện báo này vẫn còn được sử dụng trên toàn thế giới mặc dù trên thị trường đã có những màn hình hiển thị máy tính hiện đại rất thuận tiện.
Các bảng tín hiệu điện báo này vẫn còn được lắp đặt ở các trạm điện, các nhà máy bia, và một số các nhà máy khác. Một loạt các đồng hồ, khóa chuyển mạch, biến trở, đèn hiện thị và các panel khác để người vận hành có thể thực hiện các thao tác điều khiển.
Các đường cáp dài hàng km nối các panel với các sensor và cơ cấu chấp hành ở xa.
Ngày nay, để giảm chi phí cho việc lắp đặt các đường cáp, các hệ thống đó lường đa hợp tín hiệu (chế độ C) thường được sử dụng để truyền tín hiệu tương tự và số từ trạm điểu khiển đến hiện trường và ngược lại. Ngoài việc tiết kiệm chi phí cho các đường cáp thì đo lường đa hợp tín hiệu còn có ưu điểm khác là: tất cả các tín hiệu được số hóa để thuận lợi cho việc ghép nối với máy tính.
Đôi nét lịch sử phát triển của máy tính
Trước khi có cuộc cách mạng máy tính cá nhân (PC), các máy tính rất đắt và thường được vận hành bởi phòng xử lý dữ liệu đặc biệt và được chứa trong các toàn nhà có điều hòa nhiệt độ đặc biệt. Không ai ở bên ngoài thực sự hiểu những chiếu máy đó đang làm gì và cũng không ai dám đặt câu hỏi rằng chúng đã làm gì (hay chúng được đầu tư nhiêu tiền).
Nhưng chúng ta đã biết, cuộc các mạng máy tính cá nhân đã thay đổi tất cả mọi thứ và nó cũng đang tiếp tục thay đổi cuộc sống của chúng ta. Tương lai của chúng ta sẽ bị thay đổi bởi các máy tính cá nhân theo những chiều hướng mà chúng ta chưa thể hình dung được.
Ban đầu, cũng có những cản trở việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhận ở nhiều công ty phần vì các hệ thống máy tính cả nhân ở nhiều công ty phần vì các hệ thống máy tính chiếm diện tích lơn và phần vì các phòng xử lý dữ liệu không muốn mất quyền điều khiển. Ngày nay, không có một thao tác nào dù nhỏ mà không dùng máy tính hay dùng laptop để điều khiển. Hầu hết các thiết bị dùng trong đô lường diều khiển đều chứa máy tính (hay vi xử lý), ví dụ như các sensor áp suất, nhiệt độ, đo mức và đo dòng, và hầu hết các RTU và PLC đều như vậy. Bây giờ, chúng ta cần các máy tính hoặc laptop để lập trình cho hầu hết các PLC.
Hãy tiếp cận và sử dụng máy tính và laptop. Chúng sẽ làm cho công việc của chúng ta được xử lý một cách dễ dàng hơn. Ngày nay, không có môt lý do nào để lắp đặt những hệ thông không sử dụng máy tính hay không tương thích với máy tính. Các hệ thống chế độ B sử dụng như một trạm điều khiển trung tâm. Các hệ thông chế độ C truyền thông tin cho nhau theo cách tương thích với máy tính.
Tính tương thích
Một yêu cầu chính của bất kỳ một hệ thống nào là mỗi phần tử của hệ thống có thể giao tiếp với bất kỳ một phần tử nào khác của hệ thống.
Ví dụ: Một bóng đèn được mua ở Chicago và một đui đèn được mua ở New York thì phải lắp vừa vặn với nhau và có thể chạy dược với điện lưới ở Los Angles.
Một thị trấn ở Lapland, miền bắc Thụy Điển có đường điện một chiều 250 V mối với tất cả mọi nhà. Thế nhưng lại chẳng có nhà sản xuất bóng điện một chiều 250 V còn tồn tại trên thế giới và những người dân ở khu vực này phải trả giá cắt cổ cho những chiếc bóng đèn. (cả những chiêc radio, tủ lạnh,…)
Thậm chí tồi tệ hơn, một nhà máy sản xuất RTU có một giao thức riêng và bí mật dùng cho các sản phẩm RTU của họ. Điều này có nghĩa rằng khách hàng phải dùng cả phần cứng và phần mềm của họ. Điều này có lợi cho nhà sản xuất nhưng hoàn toàn không có lợi cho khách hàng. Đột nhiên, nhà sản xuất này ngừng không sản xuất dòng RTU đó mà chuyển sang sản xuất một thế hệ RTU mới với giao thức mới và thậm chí còn giữ bí mật hơn. Giao thức cũ không ocnf được hỗ trợ nữa. Vậy những khách hàng đã mua RTU sử dụng giao thức cũ sẽ ra sao? Có còn được hỗ trợ kỹ thuật nữa không? Khi RTU hỏng hóc thì sẽ không có RTU khác cùng chủng loại để thay thế và sẽ phải thay thế toàn bộ thệ thống với các RTU thế hệ mới.
Hầu hết các nhà sản xuất RTU và PLC đều sử dụng giao thức mở. Gould Modbus và CAP (Compressed ASCII Protocol) đang nổi lên dẫn đầu việc sử dụng giao thức mở. Giao thức mở là những giao thức được cung cấp trong các tài liệu cho các nhà lập trình có thể viết chương trình trạm điều khiển trung tâm cho các loại RTU và PLC.
Tài liệu tham khảo
1. Telematry and SCADA Handbook, from Scan – Data, 2004.
2. David Bailey, and Edwin Wright, Practical SCADA for Industry, Elsevier, Amsterdam, 2003.
3. William C. Dunn, Fundamental of Industrual Instrumentation and Process Control, McGraw Hill, New York, 2005.