SCADA – IoT: Công nghệ bổ sung cho Công nghiệp 4.0

Sản xuất là một ngành công nghiệp trưởng thành với máy móc và dây chuyền lắp ráp chạy với mức độ tự động hóa cao. Hệ thống kiểm soát giám sát & thu thập dữ liệu (SCADA) và Hệ thống kiểm soát phân tán (DCS) là các hệ thống tiêu chuẩn phổ biến trong ngành sản xuất đã nhiều năm trước khi IoT xuất hiện.

SCADA và IoT có liên quan đến sản xuất như thế nào và nó là một phần quan trọng lộ trình Công nghiệp 4.0 của bạn như thế nào ? IoT là thành phần bổ sung cho SCADA và DCS. Thông tin được tạo từ các hệ thống SCADA hoạt động như một trong những nguồn dữ liệu cho IoT. Trọng tâm của SCADA là giám sát và kiểm soát. IoT tập trung mạnh vào việc phân tích dữ liệu máy để cải thiện năng suất và tác động đến dòng sản xuất của bạn.

Vai trò của SCADA

Thuật ngữ “hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu” (SCADA) dùng để chỉ một bộ ứng dụng phần mềm công nghiệp có thể được cấu hình để hỗ trợ quản lý hầu hết mọi loại sản xuất quy trình liên tục hoặc rời rạc.

SCADA được tìm thấy bất cứ nơi nào cần thiết để tổng hợp dữ liệu của một quy trình sản xuất được kiểm soát hoặc phối hợp các hoạt động liên quan đến quy trình sản xuất đó.

Các hệ thống SCADA bao gồm:

Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU): Đây là các thành phần phần cứng có giao diện với các máy và điều khiển chúng. Chúng có trách nhiệm giao tiếp với các cảm biến trong máy. Tất cả các thông số yêu cầu giám sát có sẵn ở đây. PLC và RTU là giao diện của bạn với thế giới máy.
Hệ thống thu thập dữ liệu: Đây là các hệ thống tập trung thu thập dữ liệu từ PLC và RTU. Kết nối có thể có dây (Modbus, TCP) hoặc không dây.
OPC (OLE cho điều khiển quá trình) là một cách được đề xuất để kết nối với phần cứng của bạn.
Hệ thống giám sát và cảnh báo: Hệ thống cho phép người giám sát giám sát máy móc của họ. Các hệ thống này thực hiện giám sát tình trạng thời gian thực, tăng cảnh báo khi ngưỡng bị vi phạm và đảm bảo rằng máy móc của bạn hoạt động tối ưu.

Thực tế không thể phủ nhận rằng máy móc phải được vận hành thủ công và cần phải giám sát quá trình xử lý nội bộ. Và dưới đây là những gì SCADA làm tròn nhiệm vụ :

Thu thập, giám sát và xử lý dữ liệu thời gian thực từ các thiết bị vật lý được kết nối
Kiểm soát các quy trình công nghiệp từ xa hoặc cục bộ
Ghi lại các sự kiện và dữ liệu vào một file nhật ký máy móc
Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ và hơn thế nữa thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI).
Là cầu nối giữa dữ liệu phi cấu trúc và dữ liệu số.

Phần mềm SCADA được tích hợp với các thành phần phần cứng hoặc máy móc nhằm đơn giản hóa một cơ sở hạ tầng nhất định. Tuy nhiên, các thành phần của chúng khá phức tạp. Có năm hệ thống con quan trọng nhất của hệ thống SCADA đã giúp nó trở thành tương lai của quy trình công nghiệp:

Giao diện người máy (HMI)
Hệ thống giám sát
Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU)
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC)
Cơ sở hạ tầng truyền thông

Các hệ thống SCADA hoạt động hoàn hảo cho các giám sát viên và lý tưởng cho việc giám sát hàng ngày về những gì đang diễn ra trong nhà máy của bạn.

Các giải pháp IoT xuất hiện khi bạn có nhiều câu hỏi cấp vĩ mô hơn để hỏi. IoT sẽ giúp trả lời những câu hỏi như:

Hiệu quả hoạt động của tôi trên các máy móc, dây chuyền lắp ráp và nhà máy là gì? Tôi có thể làm gì để cải thiện nó?
Nút thắt của tôi là gì? Làm thế nào tôi có thể loại bỏ chúng?
Những thay đổi quá trình tôi có thể làm để cải thiện hiệu suất?
Làm thế nào tôi có thể làm một so sánh có kế hoạch so với thực tế?
Tôi có thể dự đoán lỗi máy không?
Làm cách nào tôi có thể chuyển từ bảo trì dựa trên lịch sang bảo trì dự đoán?

Những câu hỏi này rất phù hợp với các nhà quản lý nhà máy, giám sát sản xuất, nhân viên hoạch định năng lực và tư vấn năng suất. IoT trong sản xuất là dành cho đối tượng này.

IoT – Internet of things

Internet of Things là một đỉnh cao của những tiến bộ trong phần cứng kết nối, mạng dữ liệu, điện toán đám mây và xử lý dữ liệu lớn. IoT bắt đầu khi cần kết nối SCADA, DCS và Historian Data vào điện toán đám mây.

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 trong nhiều thập kỷ. Một số thách thức được nhìn thấy là:

Các máy có các loại PLC và RTU khác nhau hỗ trợ các giao thức kết nối khác nhau.
Nhiều hệ thống SCADA từ các nhà cung cấp khác nhau, mỗi hệ thống kiểm soát một dòng cụ thể hoặc một bộ dòng. Dữ liệu máy có sẵn nhưng có đảo dữ liệu. Các hệ thống SCADA cũng lưu trữ một lượng dữ liệu hữu hạn để dữ liệu lịch sử không được lưu giữ để phân tích sâu hơn.
Các máy kế thừa không được kết nối vì chúng thiếu loại thiết bị phù hợp.
Các tài sản như Đồng hồ năng lượng chưa bao giờ được kết nối do chi phí chung. Tuy nhiên, thông tin mà họ đưa ra là rất quan trọng.
Các Historian data hiện có có thể là một nguồn dữ liệu.

Các IoT Platform hoạt động như một kho lưu trữ dữ liệu được liên kết của tất cả các bộ dữ liệu đa dạng này. Nó cung cấp cho bạn một nguồn sự thật duy nhất cho dữ liệu máy của bạn.

Nền tảng IoT có các khả năng sau.

Một bộ các bộ điều hợp và đầu nối đa dạng có thể kết nối với máy móc, SCADA, DCS và Historian Data.
Kiến trúc điều khiển siêu dữ liệu. Bạn có thể kết nối mọi thứ: máy móc, xe cộ, đầu đọc mã vạch, tấm pin mặt trời, trạm thời tiết và có khả năng xử lý dữ liệu trên tất cả các nguồn này với nhau.
Xử lý sự kiện phức tạp (CEP): Khả năng xử lý dữ liệu phức tạp theo thời gian thực từ nhiều nguồn.
Xử lý dữ liệu lớn và Machine Learning: Khả năng phân tích lượng lớn dữ liệu máy.
Khả năng áp dụng các thuật toán Machine Learning có giám sát và không giám sát hiện đại để dự đoán kết quả
Quy mô cực lớn: Khả năng ăn và xử lý lượng dữ liệu máy khổng lồ. Điều này cho phép bạn kết nối bất cứ điều gì có liên quan.
Đầu tiên trên nền tảng đám mây và SaaS: Được xây dựng với ý tưởng về đám mây và cung cấp các kế hoạch thanh toán linh hoạt, giá cả phải chăng.
Các hệ thống cung cấp khả năng riêng tư khi tình huống yêu cầu.

IoT so với SCADA

IoT Dễ cài đặt, giảm chi phí, tăng độ chính xác dữ liệu và kiểm soát và giám sát từ xa trên toàn thế giới là tất cả những điều mà IoT cung cấp cho các ngành công nghiệp sản xuất. Tuy nhiên, vì IoT là một công nghệ tương đối mới liên quan đến SCADA và PLC, nên các khả năng của nó có thể thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu của ngành công nghiệp hiện đại.

Tuy nhiên khi SCADA bắt đầu hoạt động từ lâu, nó cho phép các hệ thống của các nhà sản xuất hoạt động cùng nhau trong thời gian thực, giống như IoT đang làm. Do đó, rất rõ ràng rằng sức mạnh của các hệ thống SCADA và khả năng công nghệ của nó vẫn có liên quan ngay cả trong công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, nơi mà nó thiếu, làm sao để xử lý phần còn lại của một doanh nghiệp để tạo ra một hệ sinh thái thực sự kết nối. Câu hỏi không nên là về việc loại bỏ hoặc thay thế SCADA, mà là SCADA, thì sao?

Hiện tại, IoT đang cách mạng hóa SCADA bằng cách cung cấp nhiều tiêu chuẩn hóa và cởi 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 Platform 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 tổn thất và lỗi , tăng hiệu quả, giảm downtime và kéo dài tuổi thọ thiết bị.Thông tin được tạo từ các 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 để cải thiện năng suất và tác động đến dòng sản phẩm hàng đầu của bạn. IoT về cơ bản là một đỉnh cao của những tiến bộ trong khả năng kết nối của mạng phần cứng và dữ liệu mà SCADA cung cấp. Cũng như điện toán đám mây và xử lý dữ liệu bit. Nói tóm lại, IoT bắt đầu khi SCADA và PLC kết thúc.

Vì vậy, trong khi thị trường IoT vẫn đang trong giai đoạn đầu sản xuất, nó có thể cùng tồn tại với SCADA. IoT đang mang đến một làn sóng các mô hình kinh doanh và công nghệ mới đang thay đổi cục diện của SCADA.

Nếu bạn đã có sẵn hệ thống SCADA, bạn có thể tích hợp giải pháp IoT với hệ thống SCADA của mình và thu thập dữ liệu từ máy với Hệ thống thu thập dữ liệu . Bằng cách tận dụng sức mạnh và khả năng mở rộng của IoT, bạn có thể sử dụng dữ liệu được thu thập để tạo ra một loạt các báo cáo như báo cáo Hiệu quả Thiết bị Tổng thể, Báo cáo Dữ liệu Sản xuất cũng như báo cáo tiện ích (gas, nước, điện).

Trong tương lai, có khả năng các hệ thống SCADA sẽ phát triển thành các hệ thống IoT. Thiết bị và PLC sẽ trở nên thông minh hơn và có thể tích hợp các nền tảng đám mây khác nhau. Điều này sẽ cho phép các nền tảng bảo mật mới sẽ bảo mật hơn nữa bất kỳ dữ liệu nào được ghi lại. Điều này có nghĩa là những cải tiến sẽ tiết kiệm tiền có thể được thực hiện.

Tích hợp SCADA và IoT

Phải thừa nhận rằng, nền tảng SCADA đang thiếu những đổi mới đặc biệt, nếu không, nhu cầu về IoT sẽ tốt hơn nhiều. SCADA hiện đang bị ảnh hưởng bởi các khái niệm và giải pháp IoT đang nhanh chóng được tích hợp vào kiến trúc SCADA. Điều này được thực hiện một cách liền mạch đến nỗi chúng ta sẽ không bao giờ nhận thấy sự khác biệt.

Tuy nhiên, SCADA hiện vẫn giới hạn ở khu vực nhà máy. Dữ liệu được lấy từ các thiết bị của nhà máy chỉ được xem bên trong nhà máy. Trong khi đó thì IoT lấy dữ liệu, cung cấp thông tin chi tiết cho người dùng và cung cấp dữ liệu đó ở mọi nơi, mọi lúc. Điều này, đến lượt nó, cho phép các mô hình kinh doanh mới được tạo ra nhờ tính real-time và Access Everywhere của nó.

Tương lai của SCADA và IoT

Cả SCADA và IoT đều liên quan đến cảm biến và thu thập dữ liệu. Mặc dù chúng khác nhau về nhiều mặt, cả hai đều có chung một mục tiêu. Việc tối ưu hóa việc sử dụng và cuối cùng là kiểm soát tốt hơn một số thiết bị hoặc một quy trình.

Vì SCADA không phải là một hệ thống điều khiển đầy đủ, thay vào đó là một hệ thống máy tính tập hợp và phân tích dữ liệu thời gian thực, rất hữu ích trong việc giám sát và kiểm soát nhà máy hoặc thiết bị công nghiệp. SCADA – IoT sẽ thu thập thông tin về một rủi ro, chuyển nó trở lại một site trung tâm và cảnh báo trạm nhà. Sau đó, nó sẽ thực hiện bất kỳ phân tích và kiểm soát cần thiết nào và hiển thị thông tin theo cách hợp lý và có tổ chức để con người giải thích và sử dụng theo đó.

Internet of Things được tạo thành từ một mạng lưới các thiết bị vật lý được kết nối thông qua nhúng điện tử, thiết lập phần mềm, bộ truyền động cảm biến và kết nối mạng, tất cả hoạt động cùng nhau để các đối tượng kết nối và trao đổi dữ liệu.

IoT cho phép các đối tượng được cảm nhận hoặc điều khiển từ xa trên các cơ sở hạ tầng mạng khác nhau. Do đó, nó tạo ra cơ hội tích hợp trực tiếp hơn thế giới vật lý vào các hệ thống dựa trên máy tính. Điều này dẫn đến cải thiện hiệu quả, độ chính xác và lợi ích kinh tế và cũng cắt giảm sự can thiệp của con người.

Cả hai nền tảng đều cung cấp rất nhiều lợi thế, cũng như một số lỗ hổng. Dự đoán đến năm 2020, 50 tỷ thiết bị hoặc đồ vật sẽ được kết nối với internet. Do đó, sự năng động của một hệ thống kiểm soát dựa trên Internet đang trở thành hiện thực sống động.

Công nghiệp 4.0 là một kỷ nguyên trong đó xu hướng trao đổi dữ liệu trong các công nghệ sản xuất đang cho phép chuyển từ SCADA được triển khai theo truyền thống sang một IoT platform. Với SCADA – IoT , các hệ thống vật lý kết nối điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo sẽ dẫn đến Công nghiệp 4.0 là thời đại sẽ thay đổi động lực của toàn bộ ngành công nghiệp tự động hóa.

Vì sao cần phải đầu tư hệ thống giám sát SCADA – IoT

Mặc dù mỗi phân khúc thị trường có thể khác nhau, có những nhu cầu khác nhau, nhưng về tổng thể, SCADA và IoT là ý tưởng để tập trung hóa dữ liệu và trực quan hóa để có thể giám sát và điều khiển từ xa. Điều này sẽ cung cấp các cải tiến hoạt động thông qua khả năng hiển thị và tiêu chuẩn hóa toàn doanh nghiệp, đây là cách phổ biến để xem dữ liệu vận hành về tính nhất quán của chất lượng, quy trình và KPI.

Như vậy những hiệu quả của việc đầu tư có thể thấy rõ ràng :

Cải thiện hiệu quả kỹ thuật – giảm chi phí kỹ thuật và độ phức tạp cần thiết để xây dựng và duy trì hệ thống vì có một số module chức năng đã tự động làm thay con người những việc phức tạp 24/7
Quản lý vòng đời tài sản nâng cao – giảm chi phí nâng cấp và bảo trì vì hệ thống đã có sự cảnh báo và ghi nhận dữ liệu thời gian thực.
Trao quyền cho các hoạt động – tăng hiệu quả hoạt động từ thông tin mạnh mẽ hơn và đơn giản hóa khả năng sử dụng
Luôn có thông tin chính xác về những gì đang diễn ra – giúp bạn phản ứng nhanh với những thay đổi hay sự cố trong sản xuất và kinh doanh.
Tăng khả năng hiển thị trên toàn mạng lưới sản xuất
Cải thiện sự tuân thủ quy định trong sản xuất – an toàn trong nhà máy và chất lượng sản phẩm do hệ thống đã tự động cảnh báo khi có vấn đề xảy ra
Chuẩn hóa các hoạt động của doanh nghiệp theo đúng những gì đã cam kết – hệ thống thu thập và giám sát tự động SCADA IoT sẽ đảm bảo mọi luồng công việc hoạt động đúng và theo sát các KPI cần thiết theo thời gian thực.
Là nền tảng thu thập dữ liệu cho các dự án quản lý doanh nghiệp thông minh