Gần đây có rất nhiều thắc mắc từ các kỹ sư và sinh viên trong ngành Tự động hóa về việc phân biệt hai khái niệm SCADA và DCS. Bài viết sẽ đi vào phân tích hai khái niệm này từ góc nhìn của tác giả qua thực tế công nghiệp.
Nếu một kỹ sư hay sinh viên mới bắt đầu nghiên cứu hoặc tham gia công việc liên quan đến SCADA thì tất nhiên người này chắc chắn muốn biết SCADA được viết tắt bởi những từ nào. Nếu các bạn đã gặp những giáo khoa, bài giảng, hay thuyết minh thiết kế về SCADA thì trang đầu tiên ở đó sẽ có: SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition. Cụm từ này được dịch ra tiếng Việt như sau: SCADA là thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát. Nói như thế thì một kỹ sư bình thường không thuộc chuyên môn chắc hẳn vẫn chưa mường tượng ra SCADA là gì.
Muốn hiểu sâu về khái niệm này trước hết chúng ta đi vào phân tích cụm từ Supervisory Control. Lấy một ví dụ đơn giản là chúng ta muốn điều khiển tự động tốc độ động cơ duy trì ở tốc độ là 1500 vòng/phút. Như vậy, chúng ta sẽ dùng PLC để dùng vào mục đích này. Trong chương PLC chúng ta sẽ dùng khối điều khiển PID với tốc độ đặt (Set Speed) là 1500 vòng/phút. Ngoài ra PLC này được nối với một tủ điện trên đó có 2 nút nhấn Start/Stop động cơ (hình 1).
Hình 1. Điều khiển tự động tốc độ động cơ dùng PID
Như vậy, việc điều khiển này chính là điều khiển tự động, tiếng Anh là Automatic Control. Nếu lấy PLC này nối với một máy tính. Trên đó chúng ta có thể dùng các công cụ lập trình như Visual Studio .NET C# hay C++, Intouch, Citect, WinCC để tạo ra ứng dụng, trên đó có giao diện kiểu như hình 2.
Hình 2. Điều khiển giám sát tốc độ động cơ
Như vậy, bây giờ, động cơ có thể được Start/Stop từ máy tính. Tốc độ đặt có thể được thay đổi một cách mềm dẻo từ máy tính bằng một thanh trượt trên giao diện. Nếu người điều hành hệ thống muốn thay đổi tốc độ đặt thì họ chỉ thay đổi ở thanh kéo. Kiểu điều khiển này gọi là điều khiển giám sát (Supervisory Control). Còn khi PLC nhận được tốc độ mới thì nhiệm vụ của PLC phải làm sao đó để đạt được tốc độ đặt trên. Như vậy PLC đóng vai trò là bộ điều khiển tự động.
Một hệ thống mà có các thành phần, chức năng như ví dụ nêu trên gọi là hệ thống SCADA. Tuy nhiên SCADA không chỉ dừng ở đó mà được mở rộng ra thêm nhiều chức năng để đáp ứng các yêu cầu từ thực tế sản xuất và quản lý. Vì vậy để hiểu được SCADA thì cần nắm được các từ khóa sau đây: PLC, thời gian thực, giao diện đồ họa, trend, lưu lược sử, sự kiện, báo động và lập báo cáo. Những từ khóa trên được đưa vào trong một hệ thống tự động hóa nhằm nâng cao giá trị thặng dư mà hệ thống SCADA mang lại cho doanh nghiệp – đơn vị sử dụng.
Từ việc mở rộng chức năng SCADA, thì cụm từ cổ điển Supervisory Control And Data Acquisition đã không còn hợp thời nữa. Sau này SCADA được sửa lại là: Supervision, Control And Data Acquisition, ít nhiều cũng có hàm ý rộng hơn cụm từ cổ điển.
Có một số hãng chuyên phát triển những công cụ phần mềm để tạo ra ứng dụng SCADA. Đối với họ, SCADA là phần mềm. Như Intouch của Wonderware, Citect của Schneider Electric, WinCC của Siemens,… chính là những phần mềm SCADA. Sản phẩm tạo ra từ các công cụ nói trên gọi là ứng dụng SCADA. Tuy nhiên, để tạo ra được các ứng dụng này không nhất thiết phải sử dụng các phần mềm SCADA của các hãng mà chúng ta có thể dùng những công cụ lập trình khác như Visual Studio .NET C#, C++.
Các kỹ sư, chuyên gia trong lĩnh vực thủy lợi hay điện lực, vì đặc thù riêng của lĩnh vực mình, họ thường quan niệm SCADA là một hệ thống trong đó có các trạm RTU và trung tâm giám sát, điều độ.
Vậy DCS là gì? Nếu theo cụm từ DCS – Distributed Control System, chúng ta hiểu rằng DCS là hệ thống điều khiển phân tán. Như vậy, cũng không có gì đặc thù ở đây. Bởi vì SCADA cũng bao gồm các PLC điều khiển phân tán ở bên dưới, mỗi PLC đảm nhận việc điều khiển cụm riêng của mình.
Nếu nói một cách sách vở: “Một hệ thống DCS tiêu biểu gồm có bộ vi xử lý được thiết kế tùy biến như các bộ điều khiển, kết nối vật lý và giao thức giao tiếp riêng. Module đầu vào và đầu ra tạo nên các thành phần của DCS. Bộ vi xử lý nhận thông tin từ module đầu vào và gửi thông tin đến module đầu ra” (trich dẫn “DCS và SIS Khái niệm và Thực tiễn”, sô 124, tháng 3/2011, tạp chí Tự động hóa ngày nay), thì một hệ thống SCADA cũng có những thành phần đó. Vậy đặc thù DCS là ở đâu? Tại sao lại có hai khái niệm này?
DCS là một hệ thống có chức năng giống như SCADA nhưng thông thường được bán và lắp đặt ra thị trường một hệ thống hoàn chỉnh, trong đó cả phần cứng và phần mềm, công nghệ, truyền thông đều xuất xứ từ một hãng. Rất khó nâng cấp và thêm các bộ phận khi có nhu cầu. Công cụ DCS là một công thức cho trước, kiến trúc cho trước. Các hàm chức năng để phát triển dự án đã được kiểm chứng. Có thể tưởng tượng, phát triển một ứng dụng SCADA giống như soạn một hồ sơ trên file MS Word bắt đầu bằng cách tạo một một file trống rỗng. Còn phát triển ứng dụng DCS thì hồ sơ này được tạo bằng cách mở một template có sẵn trong MS Word. DCS thông thường được ứng dụng trong điều khiển quá trình phức tạp như trong công nghiệp lọc dầu, hóa dầu, nhiệt điện mà ở đó tín hiệu analog nhiều hơn tín hiệu rời rạc. DCS cho một hệ thống máy móc rời rạc thì ít gặp hơn.
Người ta thường nghĩ DCS là một hệ thống có nhiều mặt “khó” hơn hệ thống SCADA. Có vài nguyên nhân sau đây:
Có một vài ý kiến cho rằng DCS lớn hơn SCADA. Điều này không thể kết luận được là hệ thống nào lớn hơn, bởi vì lớn hay nhỏ thì tùy thuộc vào ứng dụng mà nó đang vận hành. Ở nhà máy lọc dầu Dung Quất hệ thống giám sát và điều khiển quá trình gọi là DCS. Hệ thống DCS sẽ điều khiển các cụm thiết bị thông qua mạng các PLC. Các PLC này được giám sát và điều khiển bởi các hệ thống cục bộ gọi là SCADA.
Theo góc nhìn phương pháp lập trình và thực thi hệ thống
Phần này sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về sự khác nhau giữa SCADA và DCS qua phương pháp lập trình và thực thi hệ thống. Trước hết là mô tả các bước trong lập trình cho một hệ thống SCADA:
Đối với hệ thống DCS thì cách làm sẽ gọn hơn:
Trong quá trình vận hành hệ thống đã thực thi này, nếu cần sửa đổi kỹ thuật, thì kỹ sư, nếu có đầy đủ thẩm quyền có thể truy cập được đến đối tượng này trong chương trình điều khiển ở PLC. Ví dụ một bơm nào đó trên giao diện SCADA (hình 5). Kỹ sư có thể click chuột vào bơm này và đoạn chương trình điều khiển từ PLC liên quan đến bơm này sẽ được tải lên và hiện lên trên màn hình máy tính.
Hình 3a. Ánh xạ biến PLC – SCADA
Hình 3b. Lập trình điều khiển
Hình 3c. Cấu hình Remote I/O
Hình 3d. Cấu hình thiết bị trường
Hình 3e. Lập trình SCADA
Hình 3f. Lập trình SCADA
Hình 4a. Lập trình trong DCS
Hình 4b. Thực thi trong DCS
Hình 5. Từ giao diện SCADA có thể xử lý kỹ thuật chương trình điều khiển
Qua phân tích trong hai mục ở trên. Tác giả mong rằng sẽ mang đến cho bạn đọc hiểu và phân biệt được hai từ SCADA và DCS một cách thực tế. SCADA và DCS hiện được sử dụng như hai từ và đã xuất hiện trong từ điển. Không nhất thiết phải diễn giải là viết từ những từ nào. Từ những phân tích trên, hy vọng bạn đọc sẽ có cách tiếp cận đúng với hệ thống mà mình đang làm việc hay xây dựng và có quyết định tối ưu trong việc lựa chọn các thành phần trong hệ thống tự động hóa.
TS.Trương Đình Châu
Chủ nhiệm Bộ môn Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, ĐHBK TP.HCM
