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 tr
ình gồm chủ yếu là các ứng
dụng điều khiển điều chỉnh như trong các nhà máy hóa chất nơi quá trình
s
ản 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 nó. Cụ thể là nó phải đáp ứng yêu
c
ầu của về cả ba loại ứng dụng điều khiển nêu trên. Có hai cách để thực hiện
điều này như sau:
- Cách thứ nhất là thực hiện mỗi ứng dụng này bằng một hệ thống riêng biệt.

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
c
ần giám sát
v
ận hành
thông qua
các c
ảm
biến và cơ
cấu chấp hành. RTU có thể là một hệ vi xử lý được thiết kế riêng
cho m
ục 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

ạng truyền thông cũng được sử dụng để
kết nối các phần tử trong MTU. Trong
một hệ SCADA có thể sử dụng một hoặc
nhiều loại mạng truyền thông khác nhau
tùy theo tính chất và đặc điểm của mỗi
ứng dụng 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 y
ếu tố văn hóa bản địa là quan trọng nhất. Điều này dẫn tới kết quả là
cùng m
ột 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
đ
òi 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 tr
ình trạng
thái mô tả đối tượng chỉ bao gồm các thành phần trên đường chéo thì ta có
th
ể 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
s

Cách thức thực hiện hệ điều khiển tập trung có nhược điểm là phải tập trung
các giá trị đo lường về bộ điều khiển dẫn tới sự tốn kém trong chi phí lắp
đặt, đi dây v
à bảo trì. Việc thực hiện hệ thống điều khiển bởi một hệ vi xử lý
duy nhất cũng mang lại nhiều rủi ro và giám độ tin cậy hoạt động của toàn
h
ệ 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
tri
ển khai luật điều khiển đa biến và tách kênh loại bỏ sự tác động xen kênh
trên nhi
ều 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 l
à 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 l
à 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.