Check with seller Hồ Chí Minh => Cần giảng viên tự động hóa dạy về thiết kế hệ thống SCADA

Thông tin tuyển dụng, Tôi sẽ đóng vai một giảng viên tự động hóa và cung cấp cho bạn về thiết kế hệ thống SCADA. Chúng ta sẽ đi từ những khái niệm cơ bản đến các bước thiết kế cụ thể, bao gồm cả ví dụ minh họa.

Mục tiêu:

Hiểu rõ khái niệm và kiến trúc hệ thống SCADA.
Nắm vững quy trình thiết kế hệ thống SCADA.
Biết cách lựa chọn thiết bị và phần mềm phù hợp.
Có khả năng triển khai và bảo trì hệ thống SCADA cơ bản.

Nội dung:

Phần 1: Tổng quan về hệ thống SCADA

1. SCADA là gì?

SCADA là viết tắt của Supervisory Control and Data Acquisition (Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu).
SCADA là một hệ thống điều khiển công nghiệp được sử dụng để giám sát và điều khiển các quy trình công nghiệp từ xa.
SCADA không phải là một hệ thống điều khiển toàn diện như DCS (Distributed Control System), mà tập trung vào giám sát và điều khiển ở mức độ rộng lớn về địa lý.

2. Các thành phần chính của hệ thống SCADA:

MTU (Master Terminal Unit):

Hay còn gọi là trung tâm điều khiển, là nơi con người tương tác với hệ thống, hiển thị dữ liệu, đưa ra lệnh điều khiển.

RTU (Remote Terminal Unit):

Các thiết bị đầu cuối từ xa, thu thập dữ liệu từ các cảm biến và gửi về MTU, đồng thời nhận lệnh điều khiển từ MTU và thực thi.

PLC (Programmable Logic Controller):

Bộ điều khiển logic khả trình, thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị cục bộ và giao tiếp với RTU.

HMI (Human-Machine Interface):

Giao diện người máy, phần mềm hiển thị dữ liệu và cho phép người vận hành tương tác với hệ thống. Thường chạy trên MTU.

Communication Network:

Mạng truyền thông, kết nối MTU với RTU và PLC. Có thể là mạng Ethernet, mạng không dây, hoặc các giao thức truyền thông công nghiệp như Modbus, Profibus, DNP3, IEC 60870-5-104.

Sensors & Actuators:

Cảm biến đo lường các thông số vật lý (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,...) và các cơ cấu chấp hành (van, bơm, động cơ,...) để thực hiện điều khiển.

3. Ứng dụng của SCADA:

Ngành điện lực: Giám sát và điều khiển lưới điện, trạm biến áp.
Ngành dầu khí: Giám sát và điều khiển đường ống dẫn dầu, giàn khoan.
Ngành nước: Giám sát và điều khiển hệ thống cấp nước, xử lý nước thải.
Giao thông vận tải: Giám sát và điều khiển hệ thống đèn giao thông, đường sắt.
Sản xuất công nghiệp: Giám sát và điều khiển các quy trình sản xuất.

4. Ưu điểm của hệ thống SCADA:

Giám sát và điều khiển từ xa, giảm chi phí nhân công.
Tăng hiệu quả hoạt động, giảm thời gian chết.
Cải thiện độ an toàn, phát hiện sớm các sự cố.
Thu thập và phân tích dữ liệu, hỗ trợ ra quyết định.

Phần 2: Quy trình thiết kế hệ thống SCADA

1. Xác định yêu cầu:

Mục tiêu của hệ thống:

Xác định rõ mục tiêu của việc triển khai SCADA (ví dụ: tăng năng suất, giảm chi phí, cải thiện an toàn,...).

Phạm vi ứng dụng:

Xác định các khu vực, thiết bị cần giám sát và điều khiển.

Các thông số cần đo lường:

Xác định các thông số vật lý cần đo lường (ví dụ: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,...).

Các chức năng điều khiển:

Xác định các chức năng điều khiển cần thực hiện (ví dụ: đóng/mở van, khởi động/dừng bơm, điều chỉnh tốc độ động cơ,...).

Yêu cầu về hiệu năng:

Xác định yêu cầu về tốc độ phản hồi, độ chính xác, độ tin cậy của hệ thống.

Yêu cầu về bảo mật:

Xác định các biện pháp bảo mật cần thiết để bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công mạng.

Yêu cầu về khả năng mở rộng:

Dự đoán khả năng mở rộng của hệ thống trong tương lai.

2. Lựa chọn kiến trúc hệ thống:

Tập trung (Centralized):

Tất cả RTU kết nối trực tiếp đến MTU. Đơn giản, dễ quản lý, nhưng có thể gặp vấn đề về hiệu năng và khả năng mở rộng.

Phân tán (Distributed):

Các RTU kết nối đến các MTU cục bộ, sau đó các MTU cục bộ kết nối đến MTU trung tâm. Tăng hiệu năng và khả năng mở rộng, nhưng phức tạp hơn trong quản lý.

Phân cấp (Hierarchical):

Kết hợp cả kiến trúc tập trung và phân tán. Phù hợp cho các hệ thống lớn và phức tạp.

3. Lựa chọn thiết bị và phần mềm:

RTU:

Số lượng và loại tín hiệu I/O (Analog, Digital).
Khả năng giao tiếp (Modbus, Profibus, DNP3, IEC 60870-5-104,...).
Môi trường hoạt động (nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn,...).
Nguồn điện.

PLC:

Số lượng và loại tín hiệu I/O.
Tốc độ xử lý.
Khả năng giao tiếp.
Ngôn ngữ lập trình (Ladder Logic, Function Block Diagram, Structured Text,...).

MTU & HMI:

Số lượng kết nối đồng thời.
Khả năng hiển thị đồ họa.
Các chức năng điều khiển.
Khả năng lưu trữ dữ liệu.
Khả năng tạo báo cáo.
Tính năng bảo mật.
Hệ điều hành (Windows, Linux,...).

Communication Network:

Loại mạng (Ethernet, Wireless,...).
Tốc độ truyền dữ liệu.
Khoảng cách truyền dữ liệu.
Độ tin cậy.
Giao thức truyền thông.

4. Thiết kế cơ sở dữ liệu:

Xác định các bảng dữ liệu cần thiết để lưu trữ thông tin về các thiết bị, cảm biến, thông số đo lường, sự kiện, cảnh báo,...
Thiết kế các mối quan hệ giữa các bảng dữ liệu.
Lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) phù hợp (ví dụ: MySQL, PostgreSQL, SQL Server,...).

5. Phát triển HMI:

Thiết kế giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng.
Hiển thị dữ liệu một cách rõ ràng và trực quan.
Cung cấp các chức năng điều khiển dễ dàng truy cập.
Tạo các trang báo cáo và thống kê.

6. Lập trình RTU và PLC:

Lập trình RTU để thu thập dữ liệu từ các cảm biến và gửi về MTU.
Lập trình RTU để nhận lệnh điều khiển từ MTU và thực thi.
Lập trình PLC để điều khiển các thiết bị cục bộ và giao tiếp với RTU.

7. Kiểm tra và thử nghiệm:

Kiểm tra chức năng: Đảm bảo rằng tất cả các chức năng của hệ thống hoạt động đúng như thiết kế.
Kiểm tra hiệu năng: Đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng các yêu cầu về tốc độ phản hồi, độ chính xác, độ tin cậy.
Kiểm tra bảo mật: Đảm bảo rằng hệ thống được bảo vệ khỏi các cuộc tấn công mạng.

8. Triển khai và vận hành:

Cài đặt và cấu hình các thiết bị và phần mềm.
Kết nối các thiết bị và kiểm tra kết nối.
Đào tạo người vận hành.
Giám sát và bảo trì hệ thống.

Phần 3: Ví dụ minh họa

Giả sử chúng ta cần thiết kế một hệ thống SCADA để giám sát và điều khiển một hệ thống bơm nước.

1. Yêu cầu:

Giám sát mực nước trong bể chứa.
Điều khiển bơm để duy trì mực nước trong bể chứa ở mức mong muốn.
Hiển thị trạng thái của bơm (chạy/dừng).
Gửi cảnh báo khi mực nước quá thấp hoặc quá cao.

2. Kiến trúc:

Sử dụng kiến trúc tập trung.

3. Thiết bị và phần mềm:

RTU: Một RTU để thu thập dữ liệu từ cảm biến mực nước và điều khiển bơm.
PLC: Một PLC để điều khiển bơm cục bộ.
MTU & HMI: Một máy tính chạy phần mềm SCADA để hiển thị dữ liệu và cho phép người vận hành điều khiển.
Cảm biến mực nước: Một cảm biến để đo mực nước trong bể chứa.
Bơm: Một bơm để bơm nước vào bể chứa.

4. Thiết kế HMI:

Hiển thị mực nước hiện tại trong bể chứa.
Hiển thị trạng thái của bơm (chạy/dừng).
Cho phép người vận hành điều khiển bơm (bật/tắt).
Hiển thị cảnh báo khi mực nước quá thấp hoặc quá cao.

5. Lập trình RTU và PLC:

Lập trình RTU để đọc giá trị từ cảm biến mực nước và gửi về MTU.
Lập trình RTU để nhận lệnh điều khiển từ MTU và điều khiển PLC.
Lập trình PLC để điều khiển bơm dựa trên lệnh từ RTU.

Phần 4: Các yếu tố quan trọng khác

An ninh mạng:

SCADA là mục tiêu hấp dẫn của các cuộc tấn công mạng. Cần có các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ hệ thống.

Khả năng mở rộng:

Thiết kế hệ thống sao cho dễ dàng mở rộng trong tương lai khi nhu cầu thay đổi.

Tiêu chuẩn công nghiệp:

Tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp liên quan đến SCADA (ví dụ: IEC 62443).

Bảo trì:

Lập kế hoạch bảo trì định kỳ để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy.

Bài tập thực hành:

1. Tìm hiểu về các giao thức truyền thông công nghiệp phổ biến (Modbus, Profibus, DNP3, IEC 60870-5-104) và so sánh ưu nhược điểm của chúng.
2. Tìm hiểu về các phần mềm SCADA phổ biến (Wonderware, Siemens WinCC, Ignition, Inductive Automation) và so sánh tính năng của chúng.
3. Thiết kế một hệ thống SCADA đơn giản cho một ứng dụng cụ thể mà bạn quan tâm.

Tài liệu tham khảo:

Sách: Practical SCADA for Industry by David Bailey, Edwin Wright.
Website: ISA (International Society of Automation), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Lời khuyên:

Thực hành càng nhiều càng tốt.
Tìm hiểu về các dự án SCADA thực tế.
Tham gia các khóa đào tạo SCADA.
Luôn cập nhật kiến thức về công nghệ SCADA.

Hy vọng hướng dẫn này sẽ giúp bạn có được kiến thức cơ bản về thiết kế hệ thống SCADA. Chúc bạn thành công! Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi nhé.

Contact seller Share

Comments