CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là công nghệ tự động hóa kết hợp điều khiển SCADA hỗ trợ tự động hóa quy trình giám sát và thu thập dữ liệu. Quá trình thu thập dữ liệu thời gian thực từ các đối tượng để xử lý, biểu diễn, lưu trữ, phân tích và có thể thao tác với các đối tượng này. 1: Giao diện SCADA 1.2 Cách hoạt động SCADA giống như một màn hình, thường thì sẽ có nhiều màn hình để nhân viên giám sát theo dõi. Họ sẽ giám sát được tất cả các hoạt động của các thành phần liên quan trong một hệ thống, từ các thiết bị cảm biến, động cơ và toàn bộ nhà máy.
Tất cả những màn hình này giống giao diện HMI. Chúng là giao diện giữa người và máy. Với sự phát triển của công nghệ ngày nay, các hệ thống giám sát được đặt ở nhà máy hoặc phòng Hình 1. 2: Cách hoạt động của SCADA trung tâm điều khiển.
Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa 1.3 Các cấp điều khiển của hệ thống SCADA Hình 1. 3: Các cấp điều khiển của hệ thống SCADA Tất cả hệ thống SCADA đều có 3 mức thành phần chính: Cấp giám sát và thu thập dữ liệu Thiết bị: Các máy chủ và HMI giám sát gửi xuất dữ liệu báo cáo qua exel cho người dùng Chức năng: Cấp này giám sát mọi hoạt động của hệ thống, điều khiển trực tiếp, thu thập dữ liệu, report, cảnh báo. Cấp điều khiển Logic Thiết bị: Là các thiết bị điều khiển Logic như PLC, DCS và HMI.
Chức năng: Thu thập tín hiệu của các cảm biến, động cơ, biến tần và nhận lệnh từ trung tâm điều khiển, điều khiển trực tiếp cơ cấu chấp hành. Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa Cấp cơ cấu chấp hành Thiết bị: Là các cảm biến và các thiết bị đo lường, bộ truyền đo lường, bộ chuyển đổi tín hiệu đo, van, bộ điều khiển van, bộ biến tần và động cơ Chức năng: Các thiết bị có nhiệm vụ đo thông số gửi dữ liệu về PLC và được điều khiển trực tiếp từ cấp điều khiển Logic 1.2 Lịch sử phát triển cấu trúc giám sát SCADA Thế hệ đầu tiên Monolithic (nguyên khối): Các hệ thống SCADA đầu tiên được hình thành vào cuối những năm 1950. Đây là thời điểm mà PC và mạng chưa tồn tại.
Vì vậy chúng được sử dụng trên hệ thống máy tính cực kì to lớn, do khả năng kết nối hạn chế khiến chúng trở thành những hệ thống độc lập. Vào thời điểm đó chức năng mạng của các hệ thống này giới hạn ở các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) khác nhau để giao tiếp tín hiệu qua lại từ máy chủ. Để giao tiếp được tới các thiết bị RTU chỉ sử dụng các giao thức độc quyền do nhà sản xuất RTU cung cấp. Khi các hệ thống SCADA đầu tiên này được các nhà sản xuất trong các ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi, điều này dẫn đến việc các nhà sản xuất bắt đầu gây áp cho nhà sản xuất RTU phát triển các giap thức truyền thống của hệ thống.
Chính vì sự thúc đẩy này đã giúp mở ra thế hệ thứ hai của hệ thống SCADA Thế hệ thứ hai Distributed (phân tán): Với thế hệ thứ hai của SCADA nhờ vào việc thúc đẩy cải tiến của các nhà sản xuất mà đã cho ra đời mạng cục bộ (LAN – Local Area Networks). Được gọi là hệ thống phân tán vì giờ đây chúng có thể giao tiếp với nhau, kết nối và liên lạc các trạm lại với nhau Kích thước của hệ thống cũng trở nên nhỏ hơn và tiết kiệm hơn so với thế hệ SCADA đầu tiên. Thế hệ thứ hai này cũng mang đến những phiên bản đầu tiên như giao diện người và máy (HMI), cơ sở dữ liệu, bộ xử lý truyền thông và RTU. Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.
Nguyễn Thị Mi Sa Dù đã cải thiện tính nhỏ gọn, tiết kiệm và được kết nối nhiều hơn trước, tuy nhiên có nhược điểm là chỉ tương thích với phần cứng, phần mềm và các thiết bị đầu cuối do nhà sản xuất phần cứng cung cấp. Thế hệ thứ ba Network SCADA: Sau sự ra đời của mạng cục bộ LAN thì thế hệ thứ ba được ra đời với những sự tiến bộ trong tự động hóa công nghiệp và sự cải tiến của nhà cung cấp đáp ứng nhu cầu của thị trường đã cho ra đời mạng WAN với phạm vi kết nối rộng hơn LAN Network SCADA đã tạo ra một kiến trúc hệ thống mở, cho phép phân phối chức năng SCADA trong mạng WAN thay vì mạng LAN. Ngoài ra, kiến trúc mở đã giúp cho các thiết bị bên thứ ba cho phép sử dụng, mở khóa các chức năng. Thế hệ thứ ba của SCADA đã giới thiệu các giao thức WAN, tiêu biểu như Giao thức Internet (IP).
Đây là một nghiên cứu đột phát, nó cho phép các thành phần của hệ thống SCADA giao tiếp với nha qua kết nối Enthernet Thế hệ thứ tư Internet of Things (IoT): Thế hệ thứ 4 được xem là thế hệ mà chúng ta đang xây dưng hiện này nó là một phần của cuộc cách mạng Công nghiệp 4. Với tất cả các thiết bị đầu cuối đều có truyền dữ liệu thông qua Internet được lưu trữ ở điện toán đám mây. Những công nghệ mới này đang ngày càng phát triển sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai.3 Các giải pháp giám sát SCADA 1.1 Giám sát SCADA trên HMI và máy tính với phạm vi trong nhà máy Trong một nhà máy, xí nghiệp có rất nhiều máy móc và trang thiết bị được đặt ở nhiều vị trí khác nhau, để quan sát và điều khiển các thiết bị hoạt động trong tầm kiểm soát mà không cần phải đi đến trực tiếp kiểm tra từng thiết tránh bị tốn nhiều thời gian và nhân lực, SCADA giúp chúng ta quan sát, quản lý tất cả các trạng thái làm việc của các thiết bị trong nhà máy tập trung về 1 chỗ thông qua màn hình HMI. Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.
Nguyễn Thị Mi Sa Người giám sát sẽ theo dõi các thông số, tình trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện máy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình sản xuất, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất, truyền tải,… Hình 1. 4: Giám sát hệ thống SCADA phạm vi nhà máy Các chuẩn truyền thông được sử dụng trong hệ thống này: RS232, RS485, USS, Modbus, Profibus, Profinet, CC-Link/LT, CANopen Hình 1. 5: Các giao thức truyền thông Ưu điểm: - Tốc độ truyền cao, ổn định Nhược điểm: - Không thể giám sát ở những phạm vi bên ngoài nhà máy, không thể sử dụng điện thoại để giám sát mọi nơi Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa 1.2 Giám sát SCADA qua Internet dùng chuẩn truyền thông OPC UA Hiện nay công nghệ IoT phát triển tạo ra cuộc đua về công nghệ nên nhà cung cấp đã cho ra đời bản nâng cấp giao thức truyền thông OPC DA lên OPC UA cho phép SCADA truy cập đến PLC một cách dễ dàng thông qua Internet với tính bảo mật cao.
6: Giám sát trên điện thoại và tablet Trong mô hình này PLC được kết nối một cách trực tiếp vào Internet mà không cần thông qua một phần mềm nào đó chạy trên máy tính như trước đây. 7: Mô hình kết nối OPC UA Với chuẩn truyền thông OPC UA hệ thống sản xuất sẽ được quan sát mọi hoạt động thông qua máy tính, điện thoại ở bất cứ nơi nào có Internet giúp cho việc điều hành và lên kế hoạch nhanh chóng và điều quan trọng phát hiện sự cố đáp ứng kịp thời. Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa Hình 1.
8: Các ứng dụng của OPC UA Ưu điểm: Có thể giám sát và điều khiển ở bất cứ nơi đâu, tốc độ truyền cao, ổn định Các thông tin dữ liệu thu thập, sự kiện, lưu trữ lịch sử, báo động, report và phân tích dữ liệu được thực hiện bởi các server điện toán đám mây. Nhược điểm: - Mô hình này chưa được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam.4 Nhận xét Với mục đích giám sát hoạt động của nhà máy lúc cần thiết khi không có mặt ở nơi làm việc, sử dụng công nghệ IoT phù hợp với xu hướng phát triển trong công nghiệp 4.0 ở Việt Nam hiện nay => Để đáp ứng được mục đích đề ra nhóm quyết định chọn phương pháp giám sát điều khiển và quản lý trên nền tảng OPC UA. Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về ReactJS ReactJs về cơ bản là một Framework Front-end của Facebook phát triển dùng để xây dựng giao diện người dùng dựa trên các thành phần UI (User Interface).
Theo nhà sáng lập ReactJS, Jordan Walke, React là Framework với mã nguồn mở hiệu quả, dễ khai báo và linh hoạt để xây dựng giao diện người dùng, nhanh chóng và có thể mở rộng của các ứng dụng Web. 1: Logo ReactJS React ra đời năm 2013 và thật sự bùng nổ vào năm 2015, nó mang đến sự trảỉ nghiệm tuyệt vời nhờ vào một số tính năng nổi bật – có thể được sử dụng để phát triển cả ứng dụng Web và ứng dụng di động, luồng dữ liệu một chiều, các Components có thể tái sử dụng.2 Ưu điểm của ReactJS Có thể tái sử dụng code ReactJS cho phép các developer có thể tái sử dụng code trong khi phát triển các ứng dụng đa nền tảng. Đặc biệt, developer có thể tái sử dụng hầu như 80-90% các đoạn code thay vì phải viết và tạo các ứng dụng riêng biệt cho các nền tảng khác nhau. Ưu điểm này giúp người dùng: Tiết kiệm thời gian và giảm chi phí phát triển của một ứng dụng.
Tận dụng nguồn nhân lực tốt hơn Trần Quốc Khang – Đào Thanh Khương – Nguyễn Trung Nhân 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thị Mi Sa Duy trì ít code hơn, ít bugs hơn Các tính năng trong cả 2 platforms cũng tương tự nhau.