ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH SMART FACTORY NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn ThS Phạm Quốc Phương Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Đại Cường 1711020253 17DDCA2 Nguyễn Minh Quân 1711020358 17DDCA2 Nguyễn Duy Thành 1711020384 17DDCA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã đưa các kiến thức kỹ thuật t.
GIỚI THIỆU
Đề Tài
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH SMART FACTORY
Giới Thiệu Chung
Các nhà sản xuất hiện nay đang nỗ lực tối ưu hóa quy trình sản xuất và chuyển đổi hoạt động kinh doanh thông qua Công Nghiệp 4.0 Doanh nghiệp không cần phải thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng một cách tốn kém để bắt đầu áp dụng Công Nghiệp 4.0.
Giải pháp Nhà Máy Thông Minh (Smart Factory) giúp khai thác tiềm năng thu thập dữ liệu, kết nối và trích xuất thông tin từ các hệ thống cũ chưa được kết nối Những giải pháp này cho phép trực quan hóa dữ liệu để quản lý thông minh và thúc đẩy chuyển đổi kỹ thuật số dựa trên dữ liệu, đồng thời cải thiện năng suất, giảm thiểu tổn thất và tăng cường lợi nhuận.
Smart Factory đang trở thành xu hướng quản lý không thể thiếu trong tương lai, khi năng lực quản lý các hoạt động sản xuất và kinh doanh đã đạt đến mức tối ưu.
Hình 1.1: Giải pháp quản lý Nhà Máy Thông Minh
Các nhà sản xuất toàn cầu đang đối mặt với thách thức cạnh tranh và phát triển trong bối cảnh chi phí nhân công giá rẻ không còn là lợi thế Lạm phát tại các quốc gia đang phát triển đã làm tăng chi phí, khiến việc đưa chuyên gia ra nước ngoài trở nên đắt đỏ Để cải thiện hiệu quả, các nhà sản xuất cần tuyển dụng chuyên gia có trình độ kỹ thuật cao và vận hành hệ thống máy móc tiên tiến, từ đó tiết kiệm chi phí quản lý, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm Sự chuyển mình này lý giải tại sao Smart Factory sẽ trở thành xu hướng ứng dụng phổ biến trong tương lai gần.
Vấn đề đặt ra
Thiết kế hệ thống SCADA cho nhà máy thông minh
Nguyên lý hoạt động của Smart Factory dựa trên việc kết nối phần mềm ứng dụng với hệ thống máy móc và thiết bị qua Internet Dữ liệu từ các thiết bị này được thu thập và phân tích bằng các phần mềm lập trình, nhằm hỗ trợ quyết định trong quản lý và điều hành nhà máy.
Trong một Nhà Máy Thông Minh, tất cả máy móc đều được trang bị cảm biến thông minh, cho phép truy xuất và cập nhật dữ liệu liên tục, phản ánh chính xác tình trạng hiện tại Việc tích hợp dữ liệu từ hoạt động sản xuất, kinh doanh, nhà sản xuất và khách hàng sẽ tạo ra cái nhìn toàn diện về quy trình cung ứng, từ đó hình thành mạng lưới cung ứng hiệu quả Dữ liệu chính là nguồn năng lượng cho hoạt động của Nhà Máy Thông Minh.
Khái niệm về Smart Factory
Nhà máy thông minh (Smart Factory) là môi trường mà máy móc và thiết bị cải thiện quy trình thông qua tự động hóa và tối ưu hóa Giải pháp Smart Factory đánh dấu bước tiến vượt bậc từ hệ thống sản xuất tự động hóa truyền thống sang hệ thống sản xuất kết nối, xử lý dữ liệu liên tục từ hoạt động sản xuất và kinh doanh Hệ thống này cho phép tự học và thích nghi với nhu cầu mới của thị trường, nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt trong sản xuất, giảm thời gian chết, đồng thời có khả năng dự báo và tự điều chỉnh.
Sức mạnh cốt lõi của một Nhà máy Thông minh (Smart Factory) là khả năng thích ứng linh hoạt trong suốt quá trình biến đổi của tổ chức, từ việc mở rộng thị trường đến phát triển sản phẩm mới Nó có khả năng dự đoán và đáp ứng nhu cầu vận hành, bảo trì, đồng thời kết hợp công nghệ và quy trình mới theo thời gian thực để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Tính Năng Của Smart factory
5 tính năng chính của Smart Factory – điều tạo nên khác biệt
1.5.1 Smart Factory là một hệ thống chủ động (Proactive)
Smart Factory là một hệ thống tiên tiến, giúp đáp ứng nhanh chóng và linh hoạt với các yêu cầu khắt khe của thị trường Hệ thống này cho phép con người kiểm soát máy móc và thiết bị sản xuất, đồng thời theo dõi và số hóa các hoạt động để tối ưu hóa hiệu suất, giảm thiểu thời gian chết của máy móc Nhờ vào khả năng dự báo và tự hiệu chỉnh, con người có thể dựa vào các phân tích của hệ thống để đưa ra các phương án ứng phó kịp thời với những vấn đề và thách thức phát sinh, từ đó đảm bảo an toàn cho quy trình sản xuất.
1.5.2 Smart Factory linh hoạt và nhanh nhẹn (Agile)
Smart Factory có khả năng thích ứng và phát triển nhanh chóng trong suốt quá trình hoạt động, giúp doanh nghiệp chủ động điều chỉnh hệ thống sản xuất theo nhu cầu thị trường Với khả năng mở rộng linh hoạt sang các thị trường mới, Smart Factory còn hỗ trợ doanh nghiệp trong việc dự báo để kịp thời thay đổi công nghệ và quy trình, đảm bảo sự phù hợp với xu hướng hiện tại.
1.5.3 Smart Factory - bản chất được kết nối (Connected)
Một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa Smart Factory là khả năng kết nối thông minh giữa các máy móc và tài sản Điều này cho phép hệ thống liên tục truy xuất và cập nhật dữ liệu về tình trạng sản xuất và các điều kiện hiện tại, từ đó tạo ra cái nhìn toàn diện hơn Mục tiêu cuối cùng là giúp doanh nghiệp xây dựng mạng lưới cung ứng hiệu quả hơn.
1.5.4 Smart Factory thu thập dữ liệu minh bạch (Transparent)
Một mạng lưới thu thập dữ liệu thông minh giúp tăng cường khả năng hiển thị trên toàn bộ cơ sở dữ liệu, cung cấp các công cụ tối ưu để doanh nghiệp đưa ra quyết định chính xác hơn Dữ liệu trực quan và minh bạch được thu thập trong quá trình sản xuất có thể chuyển đổi thành thông tin chi tiết, hỗ trợ phát triển sản xuất và đưa ra các quyết định cụ thể.
1.5.5 Khả năng tối ưu hóa (Optimized)
Một Smart Factory cung cấp cho nhà sản xuất nhiều tính năng ưu việt, đồng bộ và đáng tin cậy, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình sản xuất mà vẫn đảm bảo hiệu quả vận hành cao Những lợi ích của Smart Factory không chỉ giới hạn trong quy trình sản xuất mà còn hỗ trợ doanh nghiệp trong việc tăng sản lượng, cải thiện chất lượng, nâng cao uptime và giảm chi phí.
- Nâng cao năng suất và hiệu quả hoạt động tài sản
- Tăng tính linh hoạt và hoạt động tối ưu
- Tự động hóa nhiều hoạt động giúp con người làm việc an toàn
- Nâng cao chất lượng và phòng ngừa rủi ro nhanh chóng
- Tiết kiệm và tối ưu chi phí
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Cơ sở lý thuyết
Kiến trúc mô hình Smart Factory theo mô hình chuẩn quốc tế ISA 95
This model is built on five key components: Business Intelligence (BI) for smart reporting, Enterprise Resource Planning (ERP) for resource management, Manufacturing Execution System (MES) for production control, Industrial Internet of Things (IIoT), and a layer of machine automation.
Để xây dựng mô hình Smart Factory, việc hoàn thiện hệ thống tự động hóa công nghiệp là điều tối quan trọng Hệ thống này thường sử dụng PLC (Bộ điều khiển Logic lập trình), là những máy tính đơn giản giúp người thiết lập tạo ra các chương trình điều khiển dựa trên các thuật toán điều khiển.
Trong quy trình sản xuất hiện đại, PLC được áp dụng trên dây chuyền lắp ráp và thiết bị robot để đảm bảo kiểm soát độ tin cậy cao và dễ lập trình IIoT đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin tình trạng máy móc và thống kê sản lượng sản xuất theo thời gian thực thông qua các cảm biến như Sensor và QR code Hệ thống điều hành sản xuất MES là phần mềm thiết yếu giúp theo dõi, giám sát và cập nhật thông tin từ nhà máy, cho phép công nhân truy cập hướng dẫn công việc, báo cáo tiến độ và tương tác với hệ thống truy xuất nguồn gốc Dữ liệu từ IIoT và MES hỗ trợ lẫn nhau, cung cấp cho nhà quản lý cái nhìn tổng thể về hoạt động của nhà máy, từ đó đưa ra quyết định chính xác trong sản xuất.
Phần mềm ERP (Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp) là cấp độ quản lý cao hơn tại khu vực nhà máy, kết nối chặt chẽ giữa sản xuất và các hoạt động kinh doanh như bán hàng, mua hàng, bảo trì và tài chính Trong khi MES tập trung vào sản xuất, ERP cung cấp giải pháp tổng thể để quản lý tài nguyên trên toàn doanh nghiệp, từ đó nâng cao hiệu quả, tăng lợi nhuận và khả năng cạnh tranh ERP đóng vai trò quan trọng trong mô hình Smart Factory, với mức độ phối hợp thông tin tối ưu.
BI – Báo cáo quản trị thông minh BI dựa trên luồng dữ liệu từ dưới phân xưởng gửi lên
Mô hình nhà máy tương lai với 11 khối văn phòng cho phép nhà quản trị có cái nhìn trực quan về mọi hoạt động trong doanh nghiệp Tầng BI nổi bật với hệ thống phân tích trực quan qua biểu đồ và màn hình thông minh, giúp người quản trị đưa ra các quyết định chiến lược hiệu quả và bền vững hơn.
Cấu trúc chính của một Smart Factory:
Máy móc và hệ thống tự động hóa trong nhà máy
Robots và cơ cấu chấp hàng tự động
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI)
Mọi thiết bị được kết nối đồng nhất – Internet of Things (IoT)
Dữ liệu lớn (Big Data)
Hình 2.2: Cấu trúc nhà máy thông minh
- Tiêu chuẩn lập trình PLC:
Hình 2.3: Tiêu chuẩn lập trình
Ngôn ngữ lập trình cho PLC chủ yếu là logic bậc thang (Ladder logic) và tuân theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61131-3 Các chức năng như nhập chương trình, kiểm tra, giám sát và hệ điều hành được quy định trong Phần 1 của tiêu chuẩn này.
Hình 2.4: Cấu trúc biểu đồ chức năng tuần tự - SFC
Điều kiện để xây dựng nhà máy thông minh
Cập nhật và ứng dụng tự động hoá vào sản xuất là điều kiện tiên quyết cho việc xây dựng nhà máy thông minh, không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn cầu Các nhà máy cần áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, bao gồm hệ thống mạng vật lý, Internet of Things (IoT), điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra môi trường thuận lợi cho sự phát triển của nhà máy thông minh.
Mỗi lĩnh vực sản xuất đều có những đặc thù riêng, vì vậy việc tìm hiểu kỹ lưỡng thông tin về tự động hóa trong từng lĩnh vực là rất quan trọng để áp dụng một cách hiệu quả và phù hợp nhất.
Chuyển đổi mạnh mẽ về con người là yếu tố then chốt cho giải pháp nhà máy thông minh, trong đó trình độ nguồn nhân lực đóng vai trò vô cùng quan trọng Đây là một trong hai điều kiện tiên quyết để xây dựng nhà máy thông minh thành công.
Để xây dựng nhà máy thông minh (Smart Factory) tại Việt Nam, con người cần nâng cao trình độ công nghệ và tự động hóa để đảm nhận những công việc phức tạp hơn Vai trò của con người sẽ chuyển từ lao động thủ công sang việc điều khiển, kiểm soát và ra quyết định Để thực hiện tốt vai trò này, con người cần biết tổng hợp và phân tích dữ liệu, từ đó đưa ra những quyết định nhanh chóng và chính xác, giúp tối ưu hóa quy trình vận hành của nhà máy.
Nhiều người nhầm tưởng rằng nhà máy thông minh không cần sự can thiệp của con người, chỉ cần máy móc và tự động hóa là đủ Tuy nhiên, công nghệ dù tiên tiến đến đâu cũng không thể thay thế vai trò của con người Khi xây dựng nhà máy thông minh tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ hiện đại càng cần sự hỗ trợ gián tiếp từ con người để đảm bảo vận hành hiệu quả.
Vai trò của con người và công nghệ hiện nay là tương đương trong việc phát triển quy trình tự động hóa thông minh và hiệu quả Các yếu tố như dữ liệu, lập trình thao tác và điều khiển máy móc đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một hệ thống chuẩn hóa và tối ưu hóa hoạt động.
Nhân tố ảnh hưởng đến giải pháp xây dựng nhà máy thông minh
Tài chính là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến việc xây dựng nhà máy thông minh tại Việt Nam Doanh nghiệp cần có một kế hoạch tài chính chi tiết và chủ động để thực hiện mô hình này Việc khảo sát giá cả các thiết bị tự động hóa là cần thiết để tối ưu hóa nguồn tài chính Ngoài ra, cần chuẩn bị ngân sách dự phòng để đối phó với những thách thức và rủi ro có thể phát sinh trong quá trình xây dựng.
- Sự đồng bộ hóa giữa máy móc, con người
Sự đồng bộ hóa giữa con người và máy móc là yếu tố then chốt trong việc xây dựng và vận hành nhà máy thông minh Khi con người có đủ trình độ và kiến thức về công nghệ tự động hóa, việc điều khiển và kiểm soát máy móc sẽ diễn ra thuận lợi, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất Ngược lại, nếu thiếu hụt về kỹ năng và hiểu biết, hiệu suất hoạt động của máy móc sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực, dẫn đến khó khăn trong việc triển khai nhà máy thông minh.
Để xây dựng nhà máy thông minh tại Việt Nam, việc nâng cao trình độ nhân lực là điều cần thiết Nhân sự cần thành thạo công nghệ và hiểu rõ về các thành phần của hệ thống sản xuất hiện đại.
Cuộc cách mạng 4.0 mang đến 15 tựu lớn, trong đó việc kết nối máy móc, thiết bị tự động hóa, cảm biến, robot, dữ liệu và con người là rất quan trọng để thực hiện quy trình sản xuất thông minh Sự đồng bộ hóa này không chỉ giúp vận hành nhà máy thông minh (Smart Factory) một cách chủ động mà còn cho phép dự đoán rủi ro, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất hiệu quả hơn.
Công nghệ sản xuất thông minh là một hệ sinh thái bao gồm nhiều công nghệ và giải pháp khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến việc xây dựng và vận hành nhà máy thông minh Việc áp dụng công nghệ này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó gia tăng lợi nhuận cho nhà máy, nâng cao sức cạnh tranh và cải thiện vị thế trên thị trường.
Công nghệ sản xuất thông minh bao gồm các yếu tố thiết yếu như Internet công nghiệp, robot công nghiệp, an ninh mạng và trí tuệ nhân tạo Việc áp dụng đầy đủ những yếu tố này trong quy trình sản xuất sẽ nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của nhà máy.
Nguồn cung ứng thiết bị tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng và nâng cấp nhà máy thông minh tại Việt Nam Việc lựa chọn nhà cung cấp uy tín cho các thiết bị máy móc tự động hóa sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí và thuận lợi hơn trong quá trình triển khai Smart Factory.
Những khả năng chính của các nhà máy thông minh tại Việt Nam
Ba khả năng chính của các nhà máy thông minh tại Việt Nam là: giám sát từ xa, bảo trì dự đoán và tối ưu hóa quy trình
Khả năng theo dõi trạng thái hoạt động của các thành phần máy móc, cả trong quá khứ và thời gian thực, giúp các nhà quản lý nhà máy giám sát và chẩn đoán từ xa một cách nhanh chóng Điều này cho phép họ xác định và giải quyết các vấn đề kịp thời, ngăn chặn ảnh hưởng đến sự sẵn có của máy móc và năng suất sản xuất.
Dữ liệu từ các thiết bị này không chỉ giúp các nhà khai thác phản ứng nhanh chóng với các cảnh báo mà còn hỗ trợ trong việc tính toán hiệu quả thiết bị tổng thể Bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử, người dùng có thể theo dõi thời gian hoạt động của máy móc, khối lượng sản xuất, các phần bị từ chối và nhiều chỉ số quan trọng khác.
Phân tích tiên đoán giúp lập kế hoạch bảo dưỡng máy móc hiệu quả hơn, giảm thời gian ngừng máy và tăng thời gian trung bình giữa các lỗi Phương pháp này còn giúp giảm chi phí bảo trì dự phòng không cần thiết và tồn kho phụ tùng Nhờ vào bảo trì dự đoán, việc phỏng đoán được loại bỏ, cho phép đưa ra quyết định bảo trì dựa trên dữ liệu lịch sử và thời gian thực từ máy.
Giám sát các thành phần của máy trong thời gian thực giúp phát hiện và giải quyết các vấn đề về rung động và nhiệt độ trước khi chúng trở nên nghiêm trọng, từ đó ngăn ngừa thiệt hại và thời gian chết không kế hoạch Dữ liệu lịch sử thu thập được sẽ tạo ra một bản ghi hiệu suất máy tính quý giá, hỗ trợ cho việc đưa ra quyết định bảo trì hiệu quả hơn trong tương lai.
- Tối ưu hóa quy trình
Công nghệ IIoT cung cấp tính liên kết mạnh mẽ, cho phép máy móc, thành phần và con người giao tiếp một cách liền mạch Khả năng kết nối này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu, từ đó nâng cao hiệu quả và năng suất trong sản xuất.
Hệ thống này cho phép người vận hành chỉ cần nhấn một nút hoặc lật một công tắc để thông báo cho quản lý hoặc kỹ thuật viên rằng sự can thiệp của họ là cần thiết trên dây chuyền sản xuất.
Bằng cách tận dụng mạng không dây của các thiết bị kết nối, các nhà quản lý, kỹ thuật viên và công nhân có thể nâng cao hiệu quả sử dụng thời gian và cải thiện quy trình làm việc Giải pháp không dây cũng hỗ trợ trong việc điều chỉnh ánh sáng và thực hiện các cuộc gọi cho các ứng dụng bộ phận.
Các giải pháp
Một số phương pháp quản lý nhà máy thông minh:
DCS, hay "Hệ thống điều khiển phân tán", là một hệ thống điều khiển quá trình kết nối cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị đầu cuối và thiết bị truyền động thông qua mạng Hệ thống này thường bao gồm một hoặc nhiều máy tính để thực hiện việc điều khiển, sử dụng cả giao thức và kết nối độc quyền để đảm bảo liên lạc hiệu quả.
Một hệ thống điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau:
Hình 2.5: Cấu hình cơ bản hệ thống điều khiển phân tán DCS
Trạm điều khiển cục bộ (LCS), còn được biết đến với tên gọi khối điều khiển cục bộ (LCU) hoặc trạm quá trình (PS), là một phần quan trọng trong hệ thống điều khiển Các trạm này hoạt động ở cấp độ điều khiển, đảm bảo quản lý và giám sát hiệu quả các quy trình công nghiệp.
Trạm 19 đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cho một quy trình sản xuất Những trạm này thường được bố trí trong phòng điều khiển hoặc phòng điện, nằm cạnh phòng điều khiển trung tâm, hoặc phân bố gần khu vực hiện trường để đảm bảo tính hiệu quả trong quản lý và giám sát.
Trạm vận hành (OS) được bố trí tại phòng điều khiển trung tâm, cho phép hoạt động song song và độc lập Để tối ưu hóa quy trình vận hành hệ thống, mỗi trạm thường được sắp xếp tương ứng với một phân đoạn hoặc phân xưởng cụ thể.
- Trạm kỹ thuật (engineering station, ES)
Nơi cài đặt các công cụ phát triển cho phép cấu hình hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển cùng giao diện người - máy, đồng thời thiết lập cấu hình và tham số hóa các thiết bị trong lĩnh vực.
Bài viết đề cập đến hai loại bus trong hệ thống tự động hóa: bus hệ thống và bus trường Bus hệ thống kết nối các trạm điều khiển cục bộ với nhau cũng như với các trạm vận hành và trạm kỹ thuật Trong khi đó, bus trường có nhiệm vụ kết nối trạm điều khiển với các thiết bị vào/ra phân tán và các thiết bị trường thông minh.
Một hệ thống điều khiển DCS có thể bao gồm nhiều thành phần bổ sung như trạm vào/ra từ xa (remote I/O station) và các bộ điều khiển chuyên dụng, bên cạnh các thành phần chính.
Hệ thống MES (Manufacturing Execution System) là phần mềm máy tính được sử dụng trong nhà máy để theo dõi và giám sát thông tin từ vật tư đầu vào đến sản phẩm đầu ra MES cung cấp dữ liệu quan trọng giúp người ra quyết định hiểu rõ tình trạng hiện tại của nhà máy, từ đó tối ưu hóa và cải tiến quy trình sản xuất Hệ thống này hoạt động trực tuyến thời gian thực, cho phép điều khiển nhiều thiết bị cùng lúc trong quá trình sản xuất.
MES có thể hoạt động trong nhiều khu vực chức năng như là:
- Quản lý vòng đời sản phẩm
- Lên kế hoạch sản xuất, phân bố nguồn lực
- Yêu cầu phối hợp các bộ phận
- Quản lý thời gian máy dừng
- Quản lý chỉ số hiệu suất tổng thể của máy móc (OEE – overal euipment effectiveness)
- Chất lượng sản phẩm, quản lý vật tư
- MES tạo ra những mẫu dữ liệu, nắm giữ dữ liệu, quy trình và đầu ra của sản xuất
SCADA, viết tắt của Supervisory Control and Data Acquisition, là hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu, phục vụ cho việc quản lý các quy trình sản xuất liên tục hoặc rời rạc Hệ thống SCADA bao gồm một bộ ứng dụng phần mềm công nghiệp có thể được cấu hình linh hoạt để đáp ứng nhu cầu quản lý sản xuất.
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) là những thành phần phần cứng quan trọng, tích hợp giao diện người dùng trực tiếp trong máy móc để điều khiển và giám sát Chúng có nhiệm vụ giao tiếp với các cảm biến trong thiết bị, thu thập và cung cấp dữ liệu cần thiết cho hệ thống SCADA thực hiện các tác vụ tiếp theo Tất cả các thông số cần giám sát đều được hiển thị và quản lý thông qua PLC và RTU.
- OPC (OLE cho điều khiển quá trình): là một phương pháp kết nối với phần cứng
Hệ thống giám sát và cảnh báo cho phép người quản lý theo dõi tình trạng máy móc của họ một cách hiệu quả Những hệ thống này cung cấp giám sát theo thời gian thực, nâng cao cảnh báo khi các ngưỡng an toàn bị vi phạm, từ đó đảm bảo máy móc hoạt động ở hiệu suất tối ưu.
Hệ thống thu thập dữ liệu là những hệ thống chuyên dụng để tập trung thu thập thông tin từ PLC và RTU thông qua các cổng kết nối có dây như Modbus, TCP hoặc qua các phương pháp kết nối không dây.
Trong hệ thống SCADA, thông tin từ cảm biến được thu thập bởi các trạm dữ liệu như RTU hoặc PLC, sau đó truyền về hệ thống điều khiển giám sát SCADA-HMI qua mạng LAN hoặc WAN Hệ thống này kết nối người quản lý với toàn bộ thông tin thông qua giao diện trực quan, cho phép quan sát tín hiệu và điều khiển thiết bị từ xa qua các màn hình thông minh.
Hệ thống này bao gồm các thiết bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số, cùng với con người, được kết nối với nhau và có khả năng truyền dữ liệu qua mạng mà không cần sự can thiệp của con người.
Một hệ thống IoT sẽ bao gồm 4 thành phần chính bao gồm:
- Thiết bị (Things), trạm kết nối (Gateway)
- Hạ tầng mạng (Network and Cloud)
- Bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Services-creation and Solution Layers)
Hình 2.6: Kiến trúc IoT (Nguồn internet)
PLC
PLC, viết tắt của "program logic controller", là thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình, được phát triển để thay thế các hệ thống điều khiển cũ sử dụng nhiều relay và nút nhấn Với khả năng sử dụng các tiếp điểm ảo, PLC cho phép người thiết kế dễ dàng thay đổi, lập trình và hiệu chỉnh cho nhiều nhiệm vụ khác nhau trong thực tế.
Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh thuật toán điều khiển bằng cách lập trình PLC thông qua bộ điều khiển PLC.
Các hãng sản xuất PLC rất nổi tiếng và được sử dụng nhiều nhất phải kể đến: Siemens (Đức), Omron và Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)
Tại Việt Nam, dòng PLC của Siemens và Mitsubishi là phổ biến nhất Nó được đưa vào chương trình đào tạo của các trường kỹ thuật
Hình 2.7: Các khối của một PLC
Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thường là 24VDC
Module CPU, hay còn gọi là đơn vị xử lý trung tâm, bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ Một số PLC sử dụng nguồn 220VAC, trong khi những PLC không có module nguồn sẽ cần được cấp nguồn từ bên ngoài.
– Module ngõ vào (input module) được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ sensor … để điều khiển từ chương trình bên ngoài
– Module ngõ ra (output module) được nối với các tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang
Hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đường tín hiệu song song
– Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau
– Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác
– Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ thông qua bộ lập trình cầm tay hoặc máy tính Hiện nay, một số loại PLC được thiết kế với các phím bấm cho phép lập trình trực tiếp.
Cảm biến (Sensors)
Cảm biến là thiết bị điện tử có khả năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc hóa học và chuyển đổi chúng thành thông tin mã hóa Thông tin này được gửi đến màn hình, máy tính hoặc hệ thống PLC để điều khiển thiết bị từ xa Các đại lượng cần đo, như nhiệt độ và áp suất, thường không có tính chất điện, nhưng chúng tác động lên cảm biến, tạo ra đại lượng điện như điện tích, điện áp hoặc dòng điện, giúp xác định giá trị của đại lượng đo.
Như chúng ta đã biết, cảm biến là một bộ phận không thể thiếu trong tự động hóa
Cảm biến (CB) trong IoT đóng vai trò giống như hệ thần kinh của con người, giúp cảm nhận và đo lường thông tin từ môi trường xung quanh IoT (Internet of Things) sử dụng các cảm biến để phát hiện sự thay đổi trong môi trường, từ đó thu thập và lưu trữ dữ liệu lớn (Big Data) Thông tin này không chỉ cung cấp cho người dùng mà còn cho phép tự động điều chỉnh hoạt động của máy móc một cách hiệu quả.
Hình 2.8: Kiến trúc Sensors (Nguồn internet)
Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa, cảm biến (CB) đã được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các loại máy móc Các loại cảm biến phổ biến bao gồm cảm biến quang học, cảm biến nhiệt, cảm biến âm tần, cảm biến độ ẩm và cảm biến áp suất, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống tự động.
Hồng ngoại (cảm biến hồng ngoại)
Tổng quan về sản phẩm
Lĩnh vực lao động và việc làm đang trải qua những thay đổi lớn do sự cải tiến công nghệ và biến đổi trong sản xuất Sự gia tăng sử dụng công nghệ như truyền thông di động, Internet, dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, robot và phương tiện tự điều khiển đang định hình lại cách thức sản xuất Trong bối cảnh này, việc lựa chọn sản phẩm hàng hóa phù hợp để đưa vào dây chuyền sản xuất tự động trở nên thiết yếu và quan trọng hơn bao giờ hết.
Kể từ những năm 1960, nhựa đã trở thành một vật liệu phổ biến và không thể thiếu trong đời sống hàng ngày Ngày nay, nhựa đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ truyền thông, giải trí, đến sức khỏe và bảo tồn năng lượng Nó góp phần vào sự phát triển bền vững trong vận tải, sử dụng năng lượng mặt trời, nguồn nước và sức gió, ảnh hưởng tích cực đến cuộc sống hằng ngày và phúc lợi xã hội trong tương lai.
Ngày nay, nhựa đã trở thành một vật liệu thiết yếu trong đời sống hàng ngày và sản xuất Nó hiện diện khắp nơi, từ những món đồ nhỏ như ghế cho đến các sản phẩm lớn hơn, cho thấy vai trò quan trọng của nhựa trong cuộc sống hiện đại.
Nhựa công nghiệp đã cung cấp cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta nhiều sản phẩm tiêu dùng tiện lợi, từ những vật dụng nhỏ như nón bảo hiểm và bàn chải đánh răng đến các thiết bị lớn như máy móc Những sản phẩm này không chỉ hữu ích mà còn có ít tác động tiêu cực đến môi trường.
Phân tích nhựa các loại nhựa phổ biến:
Tấm nhựa ABS, viết tắt của Acrylonitrile Butadiene Styrene, là một loại vật liệu tiên tiến trong ngành nhựa kỹ thuật Nó là một polymer nổi bật với sự kết hợp hoàn hảo giữa độ bền, độ cứng và tính ổn định pha Nhựa ABS mang lại những đặc tính vượt trội, kết hợp ưu điểm của các loại nhựa khác như PS và SAN, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
Nhựa ABS, với tỉ trọng từ 1,060 đến 1,080g/cm³, là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến, được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhẹ, cứng và dễ uốn Các ứng dụng của nhựa ABS bao gồm ống, dụng cụ âm nhạc, đầu gậy đánh golf, các bộ phận tự động, vỏ bánh răng, lớp bảo vệ đầu hộp số và
Khả năng chống va đập tốt, độ bền cơ học cao
Hiệu suất cách điện tốt
Chịu nhiệt tốt, có thể chịu lực tốt dù ở nhiệt độ thấp
Chống ăn mòn hóa học tốt, không độc hại và không mùi
Tấm nhựa ABS có thể sơn tĩnh điện, sơn phun màu, hàn
Khả năng chống chịu thời tiết kém, dễ tạo ra sự xuống cấp dưới tác động của tia cực tím
Nhiệt độ biến dạng thấp, dễ cháy
Cường độ uốn và cường độ nén kém
Thông số kỹ thuật chung:
Màu sắc: tự nhiên (ngà), đen, trắng Đặc tính chung của tấm nhựa ABS
Tấm nhựa ABS dễ bị tác động từ bên trong và bị biến dạng trong quá trình xử lý nên cần được giảm ứng suất trước khi sử dụng
Phương pháp nhận dạng đốt: đốt liên tục sẽ có ngọn lửa màu vàng xanh, khói màu đen, ánh sáng màu vàng nhạt
Thử dung môi: cyclohexanone có thể làm mềm, dung môi thơm không có tác dụng
Điều kiện sấy: 80-90°C trong 2 giờ
Nhiệt độ khuôn: 25-70°C (nhiệt độ khuôn sẽ ảnh hưởng đến độ mịn của các bộ phận bằng nhựa, nhiệt độ thấp hơn sẽ dẫn đến kết thúc thấp hơn)
Nhiệt độ nóng chảy: 210-280° C (nhiệt độ khuyến nghị: 245°C)
Tốc độ phun: tốc độ trung bình và cao
Tấm ABS nổi bật với độ trong suốt và khả năng đánh bóng xuất sắc, trở thành lựa chọn hàng đầu thay thế vật liệu PC So với PMMA (Mica), tấm ABS có độ dẻo tốt hơn, phù hợp cho các sản phẩm yêu cầu gia công chi tiết và tỉ mỉ.
Nhựa ABS là một vật liệu phổ biến trong ngành kỹ thuật điện - điện tử và xây dựng nhờ vào tính cứng, khả năng chống biến dạng và không thấm nước Loại nhựa này được sử dụng để chế tạo ống nước, ống gen và các vật liệu điện tử như vỏ ổ điện, bảng điện cùng với nhiều phụ kiện cách điện khác, vì nó có tính cách điện rất tốt.
Nhựa ABS được các xưởng sản xuất ô tô, xe máy và cơ sở sản xuất đồ công nghệ ưa chuộng nhờ vào những đặc tính vượt trội của nó Chất liệu này thường được sử dụng để chế tạo các linh kiện chịu nhiệt như lưới tản nhiệt, cửa thoát điều hòa, vòi phun chống đông và cần gạt nước.
Tấm nhựa ABS thường làm các mô hình, mẫu vật trưng bày
Làm các bộ phận, dụng cụ, tủ lạnh công nghiệp
Bàn phím, các loại xe giải trí như xe Golf và xe trượt tuyến bằng phản lực
Đồ chơi cho trẻ em được làm từ nhựa ABS không mùi, không độc hại, đảm bảo tính bền và không bị loang màu khi sử dụng, mang lại tính an toàn cao cho các bé Cha mẹ có thể yên tâm cho trẻ thoải mái chơi đùa mà không lo ảnh hưởng đến sức khỏe Một số loại đồ chơi phổ biến bao gồm lắp ghép LEGO, mô hình xe hơi và mô hình dụng cụ xây dựng.
Nhựa PLA là tên viết tắt của Polylactic Acid Đây là một loại nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo
Thành phần của nhựa này gồm nhiều phụ gia như bột ngô, mía, củ sắn hoặc thậm chí tinh bột khoai tây
Nhựa PLA là một trong những loại nhựa in 3D FDM phổ biến nhất hiện nay, nổi bật với giá thành hợp lý, dễ dàng trong quá trình in và đa dạng màu sắc rực rỡ.
PLA có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các sản phẩm nhựa hóa dầu trên mạng khác như ABS hay PVA (Polyvinyl Alcohol)
Nhựa PLA, với khả năng tự phân hủy trong môi trường, ngày càng được ưa chuộng trong sản xuất đồ dùng hàng ngày Các sản phẩm như bao bì thực phẩm, khay đựng, cốc chén và màng thực phẩm đều được làm từ vật liệu này, góp phần giảm thiểu tác động đến môi trường.
Tính chất cơ học và vật lý của PLA:
PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo Vì vậy nó có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 190 o C – 220 o C
Cũng giống với các loại nhựa nhựa in khác PLA có khả năng sử dụng tốt cho mọi loại máy in
Vật liệu in 3D này cũng có độ đàn hồi khá tốt Ngoài ra nó còn có tính mềm, dẻo vượt trội
Màu sắc in của vật liệu này đa dạng Khách hàng có thể tùy ý lựa chọn sao cho phù hợp
Chất liệu này có khả năng lặp lại quá trình chảy mềm dưới tác dụng nhiệt và trở nên rắn khi làm nguội, chỉ thay đổi tính chất vật lý mà không ảnh hưởng đến tính chất hóa học Đặc điểm này cho phép nó tái sinh nhiều lần, làm cho các phế phẩm trong quá trình sản xuất có khả năng tái chế.
PLA được sản xuất từ các thành phần có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo tự nhiên
PLA, được chiết xuất từ các nguồn nguyên liệu như tinh bột ngô, củ sắn, mía và tinh bột khoai tây, là một lựa chọn thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng Chính vì vậy, PLA rất phù hợp để sản xuất các đồ dùng hàng ngày cũng như các sản phẩm trong lĩnh vực y tế.
Hạt nhựa PLA là nguyên liệu tái sinh, có khả năng phân hủy sinh học bởi vi sinh vật sau khi sử dụng Quá trình này biến các sản phẩm từ hạt nhựa PLA thành sinh khối, và từ đó, chúng có thể được xử lý tại các bãi rác để trở thành phân bón vi sinh cho cây trồng.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Khác nhau giữa SCADA và DCS
DCS (Hệ thống điều khiển phân tán) tập trung vào quy trình và điều khiển trạng thái quy trình, trong khi SCADA (Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) chủ yếu hướng đến việc thu thập dữ liệu và quản lý sự kiện DCS bao gồm một hoặc nhiều bộ điều khiển để thực hiện các kỹ thuật điều khiển quá trình nâng cao, trong khi hệ thống SCADA không có khả năng thực hiện những kỹ thuật này.
Vòng điều khiển phản hồi của DCS được điều khiển trực tiếp bởi PLC, nhưng phần mềm SCADA giám sát hiệu suất tổng thể của vòng lặp
DCS là một thiết bị điều khiển tiên tiến hơn so với PLC, trong khi SCADA là phần mềm giúp giao tiếp với cả PLC và DCS SCADA chủ yếu được sử dụng để giám sát hoạt động của các thiết bị, thu thập và ghi dữ liệu vào nền tảng giám sát.
Hình 3.1: So sánh SCADA và DCS (Nguồn internet)
Khác nhau giữa SCADA và MES
Hệ thống MES là giải pháp quản lý hoạt động sản xuất (MOM) hiệu quả, giúp kiểm soát các quy trình sản xuất trong nhà máy, đảm bảo chất lượng sản phẩm, và tối ưu hóa quản lý hàng tồn kho.
Hình 3.2: Kiến trúc Smart Factory (Nguồn internet)
Nền tảng MES giúp người thu thập dữ liệu trong nhà máy tiếp cận toàn bộ thông tin liên quan đến quy trình và đơn đặt hàng sản xuất Điều này cho phép nhà điều hành đưa ra quyết định kịp thời trong quá trình sản xuất.
- Sử dụng trạng thái tài nguyên
- Sử dụng trạng thái vật liệu
Quyết định rộng rãi không thể thực hiện trong hệ thống SCADA, vì SCADA chủ yếu chỉ có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu về quá trình vận hành.
So sánh SCADA và IoT Công Nghiệp
Hệ thống SCADA, mặc dù cung cấp các tính năng thiết yếu cho nhiều ngành công nghiệp, vẫn thiếu sự đổi mới công nghệ và khả năng thích ứng Để khắc phục những vấn đề này, việc tích hợp các giải pháp IoT vào kiến trúc SCADA một cách nhanh chóng là cần thiết.
Vấn đề chính trong việc tích hợp hệ thống IoT là giải pháp SCADA vẫn chỉ hoạt động hiệu quả ở tầng nhà máy, với dữ liệu từ các máy móc chỉ được giám sát tại chỗ Ngược lại, IoT cho phép trình bày và giám sát dữ liệu từ các máy móc và cơ sở hạ tầng khác nhau một cách linh hoạt, có thể truy cập và sử dụng mọi lúc, mọi nơi.
Cả hai giải pháp SCADA và IoT đều tập trung vào việc thu thập dữ liệu từ nhiều loại cơ sở hạ tầng khác nhau, sử dụng các phương thức giao tiếp có dây và không dây với tốc độ truyền dữ liệu khác nhau Mặc dù có sự khác biệt, mục tiêu chung của chúng là tối ưu hóa việc sử dụng, cải thiện kiểm soát các máy móc và quy trình, từ đó nâng cao năng suất.
SCADA không phải là một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, mà là một hệ thống máy tính chuyên thu thập và phân tích dữ liệu thời gian thực, phục vụ cho việc giám sát và điều khiển thiết bị công nghiệp Hệ thống này thu thập thông tin về các vấn đề, gửi về vị trí trung tâm và phát cảnh báo Sau đó, SCADA thực hiện các phân tích và kiểm tra cần thiết, hiển thị thông tin một cách có tổ chức cho các nhóm, giúp họ giải thích và sử dụng dữ liệu một cách hiệu quả.
Hệ thống SCADA có khả năng kiểm soát tổng mức tiêu thụ năng lượng trong các cơ sở sản xuất Tuy nhiên, để quản lý vận hành hiệu quả hơn, cần thu thập dữ liệu chi tiết hơn.
Dự án giám sát tiêu thụ năng lượng dựa trên máy móc và thiết bị với hệ thống SCADA sẽ phức tạp, tốn nhiều thời gian và chi phí Sự khác biệt chính giữa SCADA và IoT nằm ở cách thức thu thập và xử lý dữ liệu, cũng như khả năng tích hợp và mở rộng của từng hệ thống.
– Khả năng tương tác của thiết bị
Việc tích hợp thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau trong hệ thống SCADA thường gặp khó khăn, ngay cả khi sử dụng thiết bị cùng một nhà sản xuất với các phiên bản khác nhau Hệ thống SCADA hiện tại thiếu khả năng tương tác cần thiết, điều này đặt ra thách thức trong việc phát triển khả năng lập trình liền mạch cho các thiết bị và cảm biến Để khắc phục vấn đề này, cần có một nền tảng ngang có khả năng hoạt động trên nhiều thiết bị khác nhau, bất kể nhà cung cấp hay phiên bản.
IoT chủ yếu dựa vào khả năng tương tác giữa các thiết bị Mục tiêu chính của IoT công nghiệp là tạo điều kiện cho giao tiếp hiệu quả giữa nhiều loại thiết bị, bất kể kiểu máy hay nhà sản xuất.
– Chi phí sở hữu hệ thống
Hệ thống SCADA cho phép doanh nghiệp lưu trữ dữ liệu nhưng chỉ ở một mức độ nhất định, sau đó dữ liệu cũ sẽ bị ghi đè bởi dữ liệu mới Để có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn, doanh nghiệp cần phải đầu tư vào các máy chủ có dung lượng lớn hơn.
IoT giúp doanh nghiệp giảm chi phí phần cứng và sở hữu hệ thống, đồng thời loại bỏ nhu cầu cấp phép phần mềm và nâng cấp nhờ vào việc sử dụng dịch vụ đám mây.
– Thông tin chi tiết từ dữ liệu
Khi làm việc với hệ thống SCADA, các doanh nghiệp có những hạn chế trong việc phân tích dữ liệu lịch sử
Khi so sánh phân tích dữ liệu giữa IoT và SCADA, IoT nổi bật hơn hẳn IoT công nghiệp không chỉ thu thập và lưu trữ dữ liệu từ mọi quy trình mà còn áp dụng các thuật toán xử lý dữ liệu lớn, giúp dự đoán hiệu quả và kết quả tiềm năng một cách chính xác.
Hệ thống SCADA thường không phân tích dữ liệu từ các thiết bị khác nhau, dẫn đến việc để lại thông tin quan trọng Nguyên nhân chính cho việc không kết nối các thiết bị là nhằm đảm bảo hiệu suất và bảo mật cho hệ thống Ngược lại, trong IoT, dữ liệu được lưu trữ trên đám mây và có thể được truy cập từ bất kỳ đâu.
Phương thức hoạt động SCADA
Hệ thống SCADA là một giải pháp điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, giúp con người thực hiện việc giám sát và điều khiển từ xa một cách hiệu quả Theo định nghĩa, SCADA bao gồm các thành phần phần mềm và phần cứng, phục vụ nhu cầu của các tổ chức công nghiệp trong việc quản lý và tối ưu hóa quy trình hoạt động.
Kiểm soát các quy trình công nghiệp tại local hoặc tại các địa điểm từ xa
Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu
Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ và nhiều thứ khác qua phần mềm giao diện người máy (HMI)
Ghi sự kiện vào một file nhật ký hoặc CSDL
Kiến trúc SCADA cơ bản bắt đầu với bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU), là những máy vi tính giao tiếp với các đối tượng như HMI, cảm biến và thiết bị đầu cuối Chúng định tuyến thông tin từ các đối tượng này đến máy tính thông qua phần mềm SCADA Phần mềm SCADA có nhiệm vụ xử lý, phân phối và hiển thị dữ liệu, giúp người vận hành và nhân viên phân tích thông tin để đưa ra quyết định quan trọng.
3.4.1 Thành phần cơ bản của kiến trúc SCADA
Giao diện quá trình hoạt động: Bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU
(Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành
Hệ thống truyền thông bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông và thiết bị chuyển đổi dòng kênh, có nhiệm vụ truyền dữ liệu từ cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
Hệ thống điều khiển giám sát: Bao gồm các phần mềm và giao diện người - máy HMI (Human Machine Interface)
Hình 3.3: Kiến trúc SCADA (Nguồn internet)
3.4.2 Cơ chế thu thập dữ liệu của SCADA
Kết cấu của một hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA bao gồm ba phần chính: máy tính tại phòng điều khiển trung tâm, các RTU hoặc PLC tại các trạm xa, và thiết bị thông tin để kết nối hai phần này Phần mềm của máy tính ở phòng điều khiển trung tâm tương tự như HMI trong hệ thống DCS, với chức năng hiển thị, điều khiển, thu thập và quản lý dữ liệu, cũng như quản lý báo động và báo cáo Các hệ thống SCADA cũ hoạt động trên nền tảng DOS, VMS hoặc UNIX, trong khi các hệ thống mới hiện nay sử dụng Windows hoặc Linux.
Máy chủ SCADA là trung tâm của hệ thống SCADA, kết nối với RTU hoặc PLC Nó có nhiệm vụ thu thập và chia sẻ dữ liệu với các máy Client qua mạng Ethernet, đồng thời gửi lệnh từ Client đến các bộ điều khiển Trên máy chủ, thường cài đặt các phần mềm phát triển và thiết lập cấu hình truyền thông để kết nối với thiết bị hiện trường.
SCADA Client bao gồm các máy tính công nghiệp kết nối với máy Server qua mạng Ethernet Những máy tính này được cài đặt phần mềm giao diện người máy HMI để hiển thị và điều khiển dữ liệu từ máy Server Các máy Client thu thập trạng thái và điều khiển các bộ controller gián tiếp thông qua máy Server Mối quan hệ giữa Client và Server được thiết lập bởi các kỹ sư lập trình, tùy thuộc vào phần mềm công nghiệp sử dụng trong hệ thống SCADA.
Các PLC được kết nối với các I/O tại các trạm, cho phép truyền thông tin đầu vào đến các thiết bị SCADA trong phòng điều khiển trung tâm để cập nhật trạng thái hệ thống tại hiện trường Thiết bị SCADA có khả năng điều khiển hệ thống thông qua việc thao tác đầu ra và tương tác với các PLC.
Hệ thống SCADA cho phép doanh nghiệp thu thập, quản lý và kiểm soát hoạt động của máy móc, thiết bị như van, máy bơm và động cơ, đồng thời lưu trữ thông tin vào máy chủ Với tính năng ưu việt, SCADA được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải và xử lý nước, rác thải, mang lại nhiều lợi ích nổi bật.
Nâng cao năng suất sản xuất là mục tiêu quan trọng, và thông qua việc phân tích quy trình sản xuất, nhà quản lý có thể thu thập thông tin quý giá để cải thiện hiệu quả và tối ưu hóa kỹ thuật.
Cải thiện chất lượng sản xuất là một mục tiêu quan trọng, và thông qua việc phân tích các hoạt động, nhà quản lý có thể xác định và ngăn chặn các sai sót trong quy trình sản xuất.
Hệ thống SCADA giúp doanh nghiệp giảm chi phí vận hành và bảo trì bằng cách giảm thiểu số lượng nhân sự cần thiết cho việc giám sát thiết bị ở xa Điều này cũng đồng nghĩa với việc doanh nghiệp không phải chi trả cho các chuyến đi kiểm tra và bảo trì, từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí bảo trì.
Bảo toàn vốn đầu tư là yếu tố quan trọng khi các chủ nhà máy quyết định nâng cấp hoạt động sản xuất Để đảm bảo tính bền vững của sự nâng cấp, việc lựa chọn một hệ thống SCADA được thiết kế mở là cần thiết, giúp tối ưu hóa hiệu suất và linh hoạt trong tương lai.
45 cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa, thay đổi tuỳ theo quy mô sản xuất, nhờ đó giúp loại bỏ các hao hụt theo thời gian.
Nền tảng webserver
Ngoài việc sử dụng hệ thống SCADA để quản lý nhà máy, việc áp dụng nền tảng webserver cũng là một phương pháp quản lý phổ biến Webserver kết nối trực tiếp với dữ liệu từ PLC, cho phép người dùng theo dõi, giám sát và điều khiển từ xa một cách linh hoạt Hệ thống webserver cơ bản bao gồm ba phần chính.
- Bộ phận thu thập dữ liệu: các giá trị, thông số của hệ thống được các thiết bị thu thập lại thông qua hệ thống SCADA
Webserver cục bộ sẽ thu thập và gửi các giá trị đến PLC, sau đó hiển thị trên nền tảng trang web cục bộ khi PLC được kết nối với mạng lưới cục bộ qua CC-link, với địa chỉ IP tĩnh được khai báo.
- Webserver: Mạng lưới cục bộ từ địa chỉ IP của PLC sẽ được đưa lên một địa chỉ domain webserver để có thể truy cập từ bất kỳ đâu
Hình 3.4: Cấu trúc webserver (Nguồn tài liệu tham khảo 2)
