2.1.2.1. Cấu trúc phần cứng
Cấu trúc phần cứng của hệ thống điều khiển giám sát bao gồm các thành phần cơ bản : hệ thống PC ở phòng điều khiển trung tâm, RTU/PLC ở các trạm xa, thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành và thiết bị truyền thông để kết nối các thành phần kia với nhau.
Hình 2.10 Cấu trúc phần cứng của hệ thống SCADA
Hệ thống PC ở phòng điều khiển trung tâm : SCADA Server, SCADA Client
SCADA Server chính là các máy Server của hệ thống giám sát kết nối trực tiếp với các RTU/PLC. Các máy chủ Server có chức năng thu thập, chia sẻ dữ liệu tới các máy Client thông qua mạng Erthernet và gửi lệnh từ các Client trực tiếp đến các bộ điều khiển. Vì vậy trên các máy Server thường được dùng để cài đặt các phần mềm phát triển, thiết lập cấu hình truyền thông để kết nối với thiết
PLC/RTU
PLC/RTU là các thiết bị điều khiển thuộc cấp điều khiển trong mô hình phân cấp của hệ thống điều khiển giám sát. Thiết bị có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các cảm biến, thiết bị đo, điều khiển tới các cơ cấu chấp hành. Là nút trung gian giữa cấp hiện trường và cấp điều khiển giám sát, đây là thiết bị quan trọng trong mỗi hệ thống điều khiển giám sát.
Các PLC /RTU của các hãng khác nhau thường có cấu tạo khác nhau nhưng nhìn chung đều có thành phần cơ bản như : khối xử lý trung tâm (CPU), Module kết nối vào/ ra (Module IO), khối truyền thông ,…
Truyền thông trong hệ thống
Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất cứ một giải pháp tự động hóa nào. Một bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển và quá trình sản xuất. Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và quá trình điều khiển.
Giữa các cấp khác nhau trong mô hình phân cấp hệ thống giao tiếp với nhau theo hệ thống bus riêng biệt :
• Bus trường (fieldbus) là hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường. Nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu được nằm trong phạm vi từ 0.1 đến vài mili giây. Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi hiện nay là PROFIBUS, ControlNet, CAN, Modbus,..
• Bus hệ thống (system bus) : Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu cho các trạm kỹ thuật và các trạm quan sát (có thể gián tiếp qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các cấp phía trên. Ngoài ra các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể kết nối thông qua mạng này. Sự khác nhau giữa bus trường và bus hệ thống không nằm ở loại giao thức mà hai bus này sử dụng mà nằm ở mục đích sử dụng hay là các thiết bị ghép nối với nó. Đôi khi cùng một kiểu giao thức được sử dụng chung ở hai cấp này. Do yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nên Ethernet.
2.1.2.2. Cấu trúc phần mềm
Bao gồm các sản phẩm thực hiện nhiều thao tác trên cơ sở dữ liệu thời gian thực RTDB (Real Time DataBase) được định vị trong một hay nhiều Server. Các Server chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu và điều khiển các phần như kiểm soát việc điều khiển, kiểm tra báo động, các quá trình tính toán, xuất và lưu trữ dữ liệu trên một tập hợp các thông số điển hình mà chúng liên kết. Tuy nhiên có thể thực hiện thiết kế các Server thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt như ghi nhật ký, tải dữ liệu lên, điều khiển báo động.
2.1.3 Chức năng của hệ thống điều khiển giám sát
Điều khiển :
Chức năng điều khiển do các bộ điều khiển đảm nhận , được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm điều khiển. Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển.
Giám sát :
Với thư viện hình ảnh cùng công cụ xây dựng đồ họa , hệ thống điều khiển giám sát cho phép người thiết kế biểu diễn toàn bộ quá trình, thiết bị trong hệ thống một cách trực quan. Người vận hành sẽ giám sát giám sát liên tục các hoạt động để điều khiển quá trình. Hiển thị báo cáo sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường, …dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất ,… Từ đó có thể điều khiển từ xa các đối tượng từ các trạm vận hành của hệ thống.
• Cảnh báo nguy cơ (Warning) : Người vận hành chỉ cần quan tâm đến tham số quá trình tương ứng và chưa cần phải can thiệp vào hệ thống.
• Báo động (Alarm): Người vận hành phải thực hiện một vài gợi ý hoặc can thiệp nhỏ nhằm đưa hệ thống ra khỏi khu vực nguy hiểm .
• Báo lỗi (Failure) : Đây là tình trạng nguy hiểm phải thực hiện ngay các tác động để ngăn các rủi ro, bảo vệ hệ thống. Thông thường khi xảy ra lỗi, hệ thống cũng đã thực hiện một số hành động để ngăn chặn hiểm họa có thể xảy ra.
Điều khiển truy cập :
Để ngăn chặn các lỗi trong quá trình vận hành và để đảm bảo an toàn trong hệ thống, hệ thống điều khiển giám sát chỉ cho phép mỗi người vận hành được can thiệp vào một phần nhất định trong hệ thống. Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu vực, đến từng thiết bị trong nhà máy.Mỗi người vận hành được cấp một mật khẩu đăng nhập riêng để can thiệp vào từng khu vực, chịu trách nhiệm hoàn toàn với khu vực đó.
Hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị :
Để vận hành và giám sát toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị, tham số và trạng thái, hệ thống DCS/SCADA phân chia, sắp xếp và biểu diễn các tham số trạng thái dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.
Các biến quá trình có thể xem trực tiếp qua các tagname của nó, hoặc giám sát qua đồ thị cho phép ta so sánh đánh giá chất lượng điều khiển và ra quyết định.
Hình 2.12 Chức năng giám sát dạng đồ thị
Lưu trữ dữ liệu :
theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian mà SCADA được hiểu theo những ý nghĩa khác nhau
Hình 2.13 Chức năng lưu trữ dữ liệu