Trang chủ Liên hệ

Vai trò của SCADA và IoT trong lộ trình tiến đến công nghiệp 4.0

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 26/03/2023

IoT và SCADA : Giống nhau hay là 1 phiên bản nâng cấp ?

Từ khóa “Cách mạng Công nghiệp 4.0” đã và đang có ý nghĩa quan trọng cũng như sự quan tâm của nhiều tổ chức. Nhiều tổ chức đang khám phá những cách thức mới để tận dụng IoT, tiềm năng, lợi thế của nó và với kỳ vọng để nâng cao thông lượng tổng thể của quá trình tự động hóa hiện có của họ, bằng cách vượt qua những thách thức hiện có và cũng tích hợp toàn bộ chuỗi giá trị của tổ chức.

Nhìn chung, mọi ngóc ngách của doanh nghiệp đều là các hòn đảo độc lập của các quy trình và thông tin với việc trao đổi dữ liệu chỉ diễn ra tại cơ sở cần biết, và vùng lớn nhất là SCADA đối với các doanh nghiệp sản xuất. Dân chủ hóa dữ liệu trong một doanh nghiệp liên kết nhiều là câu thần chú thời đại mới của số hóa.

Hiện tại trong các doanh nghiệp sản xuất và chế biến lớn như ngành Thép, Điện, Nhà máy lọc dầu, câu hỏi thường được đặt ra nhất “liệu ​​IoT có thay thế Kiểm soát giám sát và Thu thập dữ liệu (SCADA) trong một kỷ nguyên mới cho sản xuất không?”, “IoT có thể giúp tôi tận dụng như thế nào? SCADA hiện có? ”,“ Tôi đã có tự động hóa quy trình, đã triển khai bất kỳ công nghệ mới nhất nào để nâng cao SCADA hiện có của tôi, tôi có còn cần IOT không? ”.

Các tổ chức tích hợp đang áp dụng các khối kỹ thuật số để thúc đẩy kỷ nguyên mới Doanh nghiệp kỹ thuật số thực sự. Sản xuất là một ngành công nghiệp có độ trưởng thành, tự động hóa cao, nơi đường cong áp dụng công nghệ OT nhiều, cũng là nơi mà các hệ thống tập trung tích hợp như SCADA đóng một vai trò quan trọng.

Do ảnh hướng cơn sóng thần dữ liệu mới được tạo ra từ IoT, khi được phân tích sẽ tạo ra một mô hình giá trị hoàn toàn mới, các hệ thống SCADA hiện tại cần phải phù hợp hơn để không chỉ chạy các quy trình một cách hiệu quả mà còn cho phép tạo ra giá trị mới hơn. Và hơn hết là tạo ra các hệ thống tự động, thông minh có thể tự học hỏi, thích ứng và có khả năng hoạt động tự chủ thay vì chỉ đơn giản thực hiện các chỉ dẫn được xác định trước là hướng mà hầu hết các doanh nghiệp đang hướng tới.

IoT giúp SCADA lên 1 tầm cao mới

Do đó, IoT đã mở ra một con đường mới và mở ra cánh cửa mới cho một doanh nghiệp kỹ thuật số thực sự bằng cách tận dụng internet, các hệ thống được kết nối với nhau và kín đáo, cho phép Interface mạnh mẽ giữa các ứng dụng và phần cứng. SCADA đã giúp các ngành sản xuất giám sát và kiểm soát các quy trình của họ và cung cấp một số loại điều khiển bán tích hợp, trong quá khứ khoảng hơn nhiều thập kỷ đã mang lại kết quả đáng kể trong việc giảm chi phí hoạt động và tăng hiệu quả. Hành trình thúc đẩy hiệu quả và hoạt động xuất sắc không bao giờ kết thúc. IoT tích hợp với SCADA chỉ cung cấp liên kết còn thiếu đó.

Hệ thống SCADA đã được sử dụng hơn 3 thập kỷ nay. Theo thời gian, hầu hết các nhà quản lý và người ra quyết định trong các ngành này đã không áp dụng công nghệ nhanh chóng những thay đổi đã diễn ra trong ngành sản xuất dạng quy trình. Tất cả dùng SCADA đã thực hiện một công việc tuyệt vời trong các ngành công nghiệp khác nhau trong việc cung cấp dữ liệu phù hợp để theo dõi và quản lý và các quy trình chủ yếu mang lại hiệu quả. Nó cũng giúp tăng hiệu quả hoạt động và giảm chi phí. Ngày nay chỉ tối ưu hóa hiệu quả là không đủ. Với những tiến bộ công nghệ mở rộng phạm vi của cả hệ thống và phương pháp giám sát, và khi thế giới kết nối thông qua điện thoại thông minh tốc độ cao, internet và các công nghệ đám mây liên quan, sự bùng nổ dữ liệu trên cơ sở thời gian thực trên mọi thành phần được kết nối trong chuỗi quy trình, một số người tin rằng có lẽ SCADA đã đến ngày cần nâng cấp lên 1 tầm cao mới.

Do đó, tự nhiên hơn là có sự nhầm lẫn giữa các cuộc thảo luận chuyên môn xung quanh vai trò của các ứng dụng Internet vạn vật công nghiệp (IIoT). Những câu hỏi như, “IoT có thể thay thế SCADA không?”, “Có thể tích hợp cả hai không?” và “Sự khác biệt giữa IoT, SCADA và PLC là gì?” luôn luôn phát sinh. Về cơ bản, IoT nên được xem như một công nghệ được thực hiện trên SCADA. IOT cung cấp các lợi thế cần thiết về khả năng mở rộng, phân tích dữ liệu, tiêu chuẩn hóa và các cơ hội khả năng tương tác giúp phù hợp với nhu cầu kinh doanh đang thay đổi nhanh chóng của ngành. IoT được coi là vượt ra ngoài SCADA đối với SCADA truyền thống.

SCADA trước đây và bây giờ

Trước hết, chúng ta hãy tóm tắt nhanh về cách hoạt động của một SCADA điển hình. Nó là một hệ thống end-to-end nhận dữ liệu từ Thiết bị điện thông minh (IED) hoặc Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU), được kết nối với các cảm biến thông qua mạng truyền thông. SCADA có các tính năng tối thiểu sau:

Sau đó, hệ thống sẽ phân tích dữ liệu này và gửi các lệnh trở lại hiện trường, với các ứng dụng SCADA riêng lẻ thường hoạt động đồng thời. Hệ thống SCADA giao tiếp với phần cứng thường là hệ thống thiết bị đo đạc và hệ thống thu thập dữ liệu hiện trường và hệ thống đo từ xa.

Hệ thống SCADA chủ yếu bao gồm:

Hệ thống SCADA hoạt động hoàn hảo cho những người giám sát với độ tin cậy rất cao, cung cấp khả năng giám sát hàng ngày các quy trình chính về những gì đang diễn ra trong nhà máy, trên cơ sở gần thời gian thực. Các hệ thống SCADA đã được localize nhiều và chuyên dụng với giao tiếp độc quyền, không có kết nối internet và tồn tại sự ngăn cách giữa phần mềm quản lý ứng dụng của máy tính lớn, nhiều ứng dụng doanh nghiệp khác, máy móc tại hiện trường và các hệ thống thượng nguồn và hạ nguồn khác. Tương tác của các hệ thống doanh nghiệp khác với SCADA ở chế độ hàng loạt và chủ yếu được can thiệp thủ công.

Hệ thống SCADA thực hiện một số chức năng chính cho phép một công ty tự động hóa thành công các quy trình công nghiệp phức tạp như giao diện người-máy (HMI), giao tiếp điện, thu thập dữ liệu, giám sát, điều khiển, thu thập dữ liệu, tính toán và tạo báo cáo. Đối với nhiều ngành công nghiệp, tất cả các chức năng này đều quan trọng để có thể kiểm soát chặt chẽ hơn các quy trình.

Với những thay đổi trong yêu cầu kinh doanh, những tiến bộ trong công nghệ, những thay đổi trong môi trường kinh doanh, sự sụt giảm đáng kể về khả năng lưu trữ và tính toán, đã có nhu cầu đáng kể về việc thúc đẩy các hệ thống tích hợp, phản hồi tự động và kiểm soát quyền ra quyết định kinh doanh.

Đây là lúc các giải pháp IoT xuất hiện khi các tổ chức có nhiều câu hỏi cấp vĩ mô hơn để hỏi. Những câu hỏi như:

Những câu hỏi này cực kỳ liên quan đến các nhà quản lý nhà máy, giám sát sản xuất, nhân viên hoạch định năng lực và tư vấn tối ưu hóa năng suất. IoT trong sản xuất ra đời dành cho đối tượng này. Khi cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư đang tạo ra những bước ngoặt đáng kể trong hành vi của người tiêu dùng và cách mua hàng, đã đến lúc phải điều chỉnh lại các quy trình sản xuất và tích hợp chúng một cách liền mạch. Việc triển khai SCADA thế hệ thứ tư với các khả năng đột phá của IoT dường như rất hữu ích.

IoT bắt đầu khi SCADA, DCS truyền thống đã bắt đầu lỗi thời. IoT không thay thế SCADA và DCS. Thay vào đó, IoT bổ sung giá trị cho SCADA và mở rộng SCADA và chuỗi giá trị của nó để làm cho hoạt động kinh doanh dễ dự đoán hơn, giảm chi phí, lãng phí và cải thiện lợi nhuận. Thông tin được tạo ra từ hệ thống SCADA hoạt động như một trong những nguồn dữ liệu cho IoT. Trọng tâm của SCADA là giám sát và kiểm soát. Trọng tâm của IoT là phân tích dữ liệu máy móc để cải thiện (các) năng suất và tác động của (các) tổ chức.

Bốn trụ cột của IoT là M2M, RFID, WSNs và SCADA. Bốn trụ cột khép kín này sẽ được bổ sung vào các thời điểm khác nhau, với sự ra đời của IoT, tất cả các hệ thống kín đáo này sẽ được tích hợp để cung cấp một chuỗi giá trị mở rộng cũng như nâng cao cho toàn doanh nghiệp.

4 trụ cột chính của IoT

Internet of Things (IOT)

Internet of Things là đỉnh cao của những tiến bộ trong phần cứng kết nối, mạng dữ liệu, điện toán cloud và xử lý dữ liệu lớn. IoT bắt đầu khi SCADA, DCS và Lịch sử kết thúc. Một nhà máy điển hình là một môi trường cực kỳ không đồng nhất đã phát triển hữu cơ trong vài năm và trong một số trường hợp là trong nhiều thập kỷ.

Một số thách thức được thấy là:

Các nền tảng IoT hoạt động như một kho dữ liệu liên kết của tất cả các tập dữ liệu đa dạng này. Họ cung cấp cho (các) tổ chức một nguồn chân lý duy nhất để thúc đẩy các quyết định kinh doanh, điều chỉnh nhu cầu kinh doanh và bắt đầu các thay đổi sản xuất tự động cả bên trong và bên ngoài theo những cách nhanh chóng và thông tin nhiều hơn.

[et_bloom_locked optin_id=optin_6]

Các khả năng của 1 nền tảng IoT

Trong khi IoT đạt được nhiều sự tập trung và nhiều lực kéo, rất nhiều hệ thống SCADA và Historian Data hiện tại đang cung cấp các tính năng giống như IoT. Tuy nhiên, chúng không bao giờ có thể tái tạo lại được các khả năng của một nền tảng được xây dựng dựa trên IoT. Trên đường đi, các hệ thống SCADA đã tự thiết kế lại để theo kịp với tất cả các công nghệ mới nổi bao quanh mọi thứ. Câu hỏi lớn tiếp theo là làm thế nào các công ty, đã sử dụng các hệ thống SCADA truyền thống, sẽ chuyển sang các hệ thống hiện đại, bao gồm cả triển khai IoT.

Đúng vậy, cũng giống như bất kỳ công cụ chuyển đổi nào khác, cần phải có một chiến lược được lên kế hoạch cẩn thận.

Dưới đây là một số yếu tố mà (các) tổ chức cần lưu ý khi chuyển sang hệ thống SCADA / IoT hiện đại.

Nếu xem xét kỹ hơn cách thức triển khai và hoạt động của SCADA hiện tại, chúng ta có thể thấy một số yếu tố sơ bộ của IoT – kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu. Chúng ta có thể xác định rằng SCADA đại diện cho một số trụ cột mà Internet of Things đã được xây dựng. Tuy nhiên, ở mỗi giai đoạn chuyển tiếp thời đại công nghệ mới, người ta cần nhận thức được các khả năng và hạn chế hiện tại của SCADA:

Sự dễ dàng cài đặt, giảm chi phí, tăng độ chính xác của dữ liệu và điều khiển và giám sát từ xa trên toàn thế giới là tất cả những điều mà IoT mang lại cho các ngành tài sản nặng. Tuy nhiên, vì IoT là một công nghệ tương đối mới liên quan đến SCADA và PLC, các khả năng của nó có thể thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu của ngành công nghiệp hiện đại. Nói như vậy có nghĩa là khi SCADA bắt đầu, nó cho phép các hệ thống của các nhà sản xuất làm việc cùng nhau trong thời gian thực, giống như IoT đang làm hiện nay.

Do đó, rõ ràng là sức mạnh của hệ thống SCADA và khả năng công nghệ của nó vẫn phù hợp ngay cả trong nền công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, điểm thiếu sót là đang xử lý phần còn lại của doanh nghiệp để tạo ra một hệ sinh thái kết nối thực sự.

Câu hỏi không phải là IoT sẽ loại bỏ hoặc thay thế SCADA, mà là mở rộng SCADA, thành cái gì ? Hiện tại, IoT đang cách mạng hóa SCADA bằng cách cung cấp nhiều tiêu chuẩn hóa và tính mở hơn. IoT cũng đang cung cấp khả năng mở rộng, khả năng tương tác và bảo mật nâng cao bằng cách giới thiệu khái niệm về nền tảng IoT. Về cơ bản, cả hai nền tảng đều được sử dụng để tăng năng suất tổng thể bằng cách tích hợp bảo trì thông minh. Cũng như giảm lãng phí, tăng hiệu suất, giảm thời gian chết và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Thông tin được tạo ra từ hệ thống SCADA hoạt động như một trong những nguồn dữ liệu cho IoT. Trọng tâm của SCADA là giám sát và kiểm soát. Trong khi đó, IoT tập trung hơn vào việc phân tích dữ liệu máy móc để cải thiện (các) năng suất của tổ chức và tác động đến lợi nhuận của (các) tổ chức. IoT thực chất là đỉnh cao của những tiến bộ trong kết nối phần cứng và mạng dữ liệu mà SCADA cung cấp.

Tóm lại, IoT bắt đầu từ nơi SCADA và PLC kết thúc. Vì vậy, trong khi thị trường IoT vẫn đang trong giai đoạn đầu, nó có thể cùng tồn tại với SCADA. IoT đang mang lại một làn sóng các mô hình kinh doanh và công nghệ mới đang thay đổi toàn cảnh của SCADA. Tuy nhiên, mô hình SCADA luôn là mô hình linh hoạt đối với sự thay đổi của ngành và có thể bị thay đổi hoàn toàn trong tương lai.

SCADA, IoT hiện tại và tương lai. Nguồn : Mc Kinsey

Giai đoạn sản xuất tiếp theo : SCADA sẽ kết thúc ?

Tin tốt là SCADA vẫn tồn tại ở đây và Internet of Things là giai đoạn tiếp theo của quá trình sản xuất thông minh nhằm nâng cấp SCADA bằng cách làm cho nó thông minh hơn và thông minh hơn. IoT bổ sung cho cả hệ thống điều khiển phân tán (DCS) và SCADA bằng cách mở rộng các khả năng hiện có như thu thập dữ liệu thời gian thực, cảnh báo sự cố máy / bất thường, điều khiển thời gian thực, ghi dữ liệu, phân tích dữ liệu và trực quan hóa.

Các hệ thống SCADA đã và đang làm rất tốt trong việc giám sát và kiểm soát các quy trình dựa trên cơ sở và công nghiệp tồn tại trong thế giới vật lý, nhưng IoT có thể xử lý (các) dữ liệu của tổ chức và mang lại trí thông minh và hiểu biết ẩn chứa bên trong nó.

Với số lượng thiết bị được kết nối ngày càng tăng, nhu cầu thu thập, trao đổi và phân tích dữ liệu đã tăng lên đáng kể. Các công ty công nghiệp đã bắt đầu nhận thấy nhu cầu ngày càng tăng về khả năng tương tác và tính minh bạch thông tin ngày càng tăng để dẫn đầu đối thủ và cắt giảm chi phí hoạt động.

Hiện tại, nhiều công ty cung cấp nền tảng IoT không có phần cứng và sử dụng SCADA cũng như các hệ thống truyền thống khác làm nguồn dữ liệu trong đó bảo mật và kiểm soát giám sát không bị xâm phạm mà được bổ sung thêm trong cơ sở hạ tầng hiện có.

Các tùy chọn kết nối mở và an toàn như AMQP, MQTT, REST và OPC UA Pub / Sub tạo nên một kiến ​​trúc IoT hợp nhất như vậy. Trong khi trọng tâm của SCADA là kiểm soát và giám sát máy móc, trọng tâm của IoT là phân tích dữ liệu máy móc để tăng hiệu quả tác động trực tiếp đến lợi nhuận của công ty. SCADA hoạt động như 1 Gateway IoT an toàn (hoặc gọi nó là Phần mềm trung gian hướng thông điệp (MOM)), cho phép các công ty kết nối các thiết bị biên trên nhiều trang web và đưa dữ liệu trên một nền tảng duy nhất để thực hiện phân tích nhằm đưa ra quyết định tốt hơn.

Đồng thời, người ta cũng nên hiểu rằng SCADA có một số hạn chế và điều đó có thể được khắc phục với IoT. Ví dụ, các nhà máy là không đồng nhất về bản chất và rất khó để quản lý bản chất khác biệt của hệ sinh thái kỹ thuật số công nghiệp từ một nơi duy nhất. Đây là lúc IoT phát huy tác dụng vì nó thúc đẩy khả năng tương tác và tính minh bạch của dữ liệu.

Số hóa đang thay đổi cách thức hoạt động của các công ty sản xuất nhưng SCADA vẫn sẽ hữu ích trong việc thu thập và giám sát hoạt động hàng ngày của một nhà máy hoặc quy trình. IoT trao quyền cho các hệ thống SCADA và giúp các nhà sản xuất lưu trữ vô số dữ liệu lịch sử trên đám mây để phân tích sâu hơn, mang lại thông tin ẩn để giải quyết các vấn đề lâu nay chưa được giải quyết.

SCADA thế hệ thứ 4: Kết nối IoT

Thực tế thẳng thắn là SCADA với tư cách là interface giữa người vận hành và các tính năng bắt buộc phải có (chẳng hạn như trực quan hóa sơ đồ, báo động, ghi dữ liệu, kiểm soát thời gian thực và chuyển dữ liệu cho người sử dụng dữ liệu), SCADA sẽ không bị xóa bỏ hoàn toàn bằng công nghệ IoT.

Tuy nhiên điện toán biên (Edge Computing) sẽ bắt đầu sử dụng các tính năng điều khiển nhất định và hợp lý hóa lượng dữ liệu mà chúng ta chọn để đẩy vào đám mây theo thời gian, nhưng Internet of Things công nghiệp sẽ không phủ nhận nhu cầu mở và đóng van, khởi động hoặc dừng động cơ một cách an toàn hoặc đặt lại thiết bị truyền động. Ít nhất là không dành cho các mục đích và quy trình yêu cầu thu thập và kiểm soát dữ liệu tốc độ cao. Đây là chìa khóa quan trọng.

Một số công nghệ SCADA / Visualization (Ảo hóa) sẽ có xu hướng phát triển bên ngoài lĩnh vực SCADA / điều khiển quá trình truyền thống và đã hoạt động như vậy được một thời gian. Với tốc độ mà các thiết bị được kết nối đang thu thập, trao đổi và phân tích dữ liệu, nhu cầu về khả năng tương tác và tính minh bạch thông tin đã tăng lên. Một số tiến bộ nhất định và bất khả tri về phần cứng, các nhà cung cấp đã luôn chấp nhận nhu cầu này và hiện đang hỗ trợ  các giao thức nguyên bản Internet of Things (IIoT) công nghiệp chính. Nền tảng của họ có thể hoàn thành vai trò của bộ công cụ phân tích và kiểm soát cấp vĩ mô có thể hợp nhất IT và OT. Kiểm soát giám sát và an ninh không bị hy sinh các cơ sở hạ tầng hiện có.

SCADA so với IoT Chính những công cụ này có thể và sẽ hoạt động như Cổng IoT an toàn (hoặc Phần mềm trung gian hướng thông điệp (MOM)), để hợp nhất liền mạch các thiết bị biên (có thể là nhiều trang) thành một góc nhìn phân tích duy nhất của thế giới. Cấu hình từ xa, các phương thức kết nối mở và an toàn như REST, MQTT, AMQP và OPC UA Pub – Sub là chìa khóa để thúc đẩy kiến ​​trúc IoT hợp nhất này.

Bản chất không đồng nhất của nhà máy trong tương lai sẽ mở đường cho các nền tảng IoT bổ sung tính hợp nhất và quản lý các ốc đảo, giao thức khác nhau của hệ sinh thái kỹ thuật số công nghiệp. Xét cho cùng, khả năng tương tác, tính minh bạch thông tin và các quyết định phi tập trung là ba trong bốn nguyên tắc thiết kế làm nền tảng cho Công nghiệp 4.0:

Bài viết liên quan