SCADA, DCS và ứng
dụng trong công nghiệp

Ts. Phạm Quang Đăng
Trung tâm NCTK Công nghệ cao, ĐHBK Hà nội

Đầu tư và sử dụng một cách hiệu quả các hệ thống điều khiển
hiện đại sẽ góp phần không nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả
sản xuất, giảm chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh
tranh của sản phẩm trên thị trường. Bài viết này làm rõ bản
chất và đề cập tới vấn đề ứng dụng của các hệ SCADA và
DCS.

Các ứng dụng điều khiển trong thực tế
Trong một hệ thống sản xuất công nghiệp hay dân dụng các
ứng dụng điều khiển có thể được phân chia thành ba loại sau:
- Điều khiển logic tuần tự (sequence logic control)
- Điều khiển điều chỉnh (regulatory control)
- Giám sát – vận hành và thu thập số liệu (SCADA)
Tùy theo tính chất của quá trình các yêu cầu về các ứng dụng
này có thể khác nhau. Có quá trình gồm chủ yếu là ứng dụng
điều khiển logic như trong các phân xưởng lắp ráp nhưng
cũng có quá trình gồm chủ yếu là các ứng dụng điều khiển
điều chỉnh như trong các nhà máy hóa chất nơi quá trình sản
xuất là liên tục. Riêng yêu cầu về giám sát - vận hành là tồn
tại trong hầu hết nếu không muốn nói là tất cả các hệ thống, ít
nhất là cho tới thời điểm hiện nay.
Các hệ thống điều khiển được xây dựng trong thực tế phải
đáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất hay thiết bị sử dụng

gia trực tiếp của con người. Hệ SCADA không phải là hệ
điều khiển đầy đủ mà nó tập trung vào mức giám - sát vận
hành.
Cho dù được xây dựng thành một hệ thống riêng biệt hay
được tích hợp như một chức năng trong một hệ điều khiển
tích hợp thì SCADA bao giờ cũng bao gồm bốn thành phần:
1)Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU), 2) Mạng truyền
thông, 3) Trạm chủ trung tâm (MTU) và 4) Người vận hành,
trong đó ba thành phần đầu hợp thành hệ SCADA. Do vậy
khi phát triển ứng dụng SCADA các kỹ sư cũng cần lưu ý tới
tất cả
các
thành
phần
này.
- Thiết
bị đầu
cuối
hiện trường (RTU)
RTU thực hiện chức năng giao tiếp giữa hệ SCADA và quá
trình cần giám sát vận hành thông qua các cảm biến và cơ
cấu chấp hành. RTU có thể là một hệ vi xử lý được thiết kế
riêng cho mục đích, yêu cầu của hệ SCADA nói chung
nhưng cũng có thể sử dụng các PLC hoặc các Controller.
Trong các hệ thống điều khiển giám sát tích hợp vai trò của

RTU sẽ được các PLC hoặc Controller đảm nhiệm. Ở đây dữ
liệu quá trình thu thập được ngoài việc sử dụng cho các ứng
dụng điều khiển logic và điều khiển điều chỉnh còn được sử
dụng để giám sát-vận hành. Chúng ta cũng có thể gặp các hệ

SCADA.

- Người vận hành
Trong một ứng dụng SCADA bao giờ cũng có người vận
hành do vậy việc thiết kế và xây dựng một hệ SCADA ngoài
các yếu tố về chuyên môn cũng cần phải lưu ý tới vấn đề này.
Trong các yếu tố liên quan tới người vận hành thì yếu tố văn
hóa bản địa là quan trọng nhất. Điều này dẫn tới kết quả là
cùng một ứng dụng SCADA nhưng thiết kế cho người vận
hành Á Đông khác với người vận hành Châu Âu. Ngoài ra
người thiết kế còn phải quan tâm tới những vấn đề về mỹ
thuật công nghiệp và tâm lý học công nghiệp.
Đặc điểm và ứng dụng của điều khiển phân tán
Việc xây dựng các hệ thống điều khiển và giám sát phụ thuộc
vào đặc điểm và tính chất của đối tượng điều khiển. Thực tế
các quá trình sản xuất thường đòi hỏi cùng lúc phải tiến hành
điều khiển nhiều đại lượng. Nếu các đại lượng này là độc lập
với nhau hay ma trận đặc tính của phương trình trạng thái mô
tả đối tượng chỉ bao gồm các thành phần trên đường chéo thì
ta có thể thiết lập hệ thống điều khiển với nhiều mạch vòng
điều khiển độc lập. Về bản chất hệ thống điều khiển như vậy
là hệ thống điều khiển phi tập trung (Decentred Control
System) cho dù các mạch vòng điều khiển này được thực
hiện bởi các bộ điều khiển một mạch vòng (single loop
controller) hay sử dụng một hoặc vài thiết bị điều khiển lớn
cho các mạch vòng điều khiển này. Thông thường để tiết
kiệm chi phí lắp đặt và bảo trì các hệ thống điều khiển phi tập
trung như vậy sẽ được thực hiện bởi nhiều bộ điều khiển một
mạch vòng.
Khi các đại lượng cần điều khiển của đối tượng điều khiển

hệ thống. Hơn nữa khi quá trình lớn, phức tạp có thể sẽ dẫn
tới khối lượng tính toán lớn và làm quá tải các hệ vi xử lý của
bộ điều khiển.
Sự phát triển của các hệ thống mạng truyền thông công
nghiệp đã cho phép triển khai luật điều khiển đa biến và tách
kênh loại bỏ sự tác động xen kênh trên nhiều bộ điều khiển
được nối mạng với nhau. Theo cách thức này, khối lượng
tính toán lớn của điều khiển đa biến và tách kênh được chia
sẻ thực hiện trên nhiều thiết bị điều khiển. Thông tin cần thiết
phải trao đổi giữa các thiết bị điều khiển này được trao đổi
thông qua các mạng truyền thông số kết nối các thiết bị điều
khiển này. Với cách thực hiện như vậy chúng ta có thể tận
dụng được các ưu điểm cả của điều khiển tập trung và điều
khiển phi tập trung và người ta gọi hệ điều khiển như vậy là
hệ điều khiển phân tán (Distributed Control System – DCS).
Như vậy có thể nói điều khiển phân tán là một công nghệ hay
cách thức thực hiện hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
Hệ thống điều khiển phân tán là nhằm thực hiện các ứng
dụng điều khiển điều chỉnh và điều khiển logic. Các hệ thống
điều khiển phân tán thương phẩm thường có cấu trúc giống
với hệ SCADA là do hệ thống điều khiển tích hợp đó có thực
hiện chức năng SCADA. Trong hệ thống điều khiển phân tán
thương phẩm ứng dụng điều khiển logic và điều khiển điều
chỉnh có thể thiết lập theo phương thức điều khiển phân tán
còn SCADA chỉ là một chức năng của hệ thống.
Việc sử dụng sản phẩm hệ thống điều khiển phân tán của một
nhà sản xuất nào đó mới chỉ là điều kiện thuận lợi để người
kỹ sư có thể thiết lập hệ thống điều khiển phân tán. Hệ thống
điều khiển được xây dựng trên thực tế có trở thành hệ thống
điều khiển phân tán thực sự hay không phụ thuộc vào đối