Trong một thế giới ngày càng hiệu quả, không có gì ngạc nhiên khi thấy rằng hầu hết các tiện ích mà chúng ta coi là hiển nhiên đều được thực hiện thông qua các quy trình tự động. Với các nhà điều hành con người chỉ cần sự chú ý tối thiểu, máy móc đang thực hiện các nhiệm vụ quan trọng như phân tích dữ liệu, thực hiện các hoạt động và làm việc phối hợp với nhau.
Nhờ những tiến bộ trong tự động hóa công nghiệp, các hệ thống như SCADA đang được kết hợp với các thành phần như PLC và HMI để tăng năng suất, sự tiện lợi và cải thiện tính an toàn trong điều kiện nguy hiểm.
Ngày nay, hàng trăm cơ sở quan trọng sử dụng hệ thống SCADA và PLC gần như luôn có HMI. Các quy trình này rất quan trọng khi nói đến việc xử lý tự động hóa và thiết kế hệ thống tiên tiến. Các hệ thống này sẽ chỉ được cải thiện. Việc sử dụng SCADA dự kiến sẽ tăng gần 7 phần trăm vào năm 2024, với ngày càng nhiều nhà sản xuất áp dụng phương pháp tiếp cận hiệu quả hơn này.
Nhưng vì một số hệ thống này có các tính năng và chức năng tương tự nhau nên điều quan trọng là phải hiểu chúng khác nhau như thế nào và chúng hoạt động ra sao để phù hợp với nhu cầu cụ thể của ngành bạn.
Phân tích nhanh về SCADA, HMI và PLC
Hệ thống SCADA là cần thiết cho các chức năng tự động hóa công nghiệp. Giống như máy tính, các hệ thống phức tạp này có thể phân tích thông tin, ghi lại dữ liệu và thực hiện các nhiệm vụ mà không cần nhiều sự trợ giúp của con người.
Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu
Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu, hay SCADA, là một quy trình điều khiển tự động được nhiều ngành công nghiệp lớn sử dụng để tự động hóa công nghiệp, chẳng hạn như các cơ sở sản xuất, xây dựng và kỹ thuật.
SCADA là hệ thống gồm hai phần:
- PLC (Điều khiển logic lập trình)
- RTU (Thiết bị đầu cuối từ xa)
Thông thường, SCADA cũng sẽ có một thành phần riêng biệt gọi là HMI (Giao diện người máy). Nói một cách ngắn gọn, SCADA là một hệ thống có cả phần mềm và phần cứng để kiểm soát các quy trình, tương tác, giám sát và ghi dữ liệu thông qua PLC và HMI.
Giao diện người máy
HMI là giao diện người dùng hoặc bảng điều khiển cho phép người vận hành tương tác với máy móc. HMI được sử dụng trên toàn thế giới trong nhiều công nghệ khác nhau, từ điện thoại thông minh đến nhà máy điện.
HMI không phải là một phần của phần mềm cụ thể mà được sử dụng để mọi người giao tiếp với máy móc hoặc thiết bị. HMI chủ yếu được sử dụng để giúp người dùng hiểu và kiểm soát dữ liệu bằng cách chạm ngón tay thông qua thiết bị giao tiếp, ví dụ:
- màn hình (TV, máy tính hoặc phim)
- Nút
- Đòn bẩy
- Chuột máy tính
- Bàn phím
Hệ thống SCADA có thể hoạt động mà không cần HMI, mặc dù HMI thường được khuyến khích sử dụng để người vận hành có thể hiểu cách giao tiếp với hệ thống và nhận thông báo về bất kỳ lỗi nào cần giải quyết.
Bộ điều khiển có thể lập trình
Bộ điều khiển logic lập trình thường được mô tả là máy vi tính có thể giao tiếp với các đối tượng, hệ thống và máy móc khác nhau. Chúng được thiết kế để điều khiển và khắc phục sự cố mạng, đó là lý do tại sao chúng là thành phần cần thiết của SCADA.
Hệ thống này đơn giản hóa việc sử dụng máy móc trong khi vẫn cung cấp chức năng cần thiết và được sử dụng trong mọi tình huống cần có người vận hành để kiểm soát độ tin cậy cao. Ngoài ra, chúng là một phần phức tạp của tự động hóa công nghiệp, nếu không có chúng, hệ thống SCADA không thể hoạt động.
Một số chức năng chính của PLC trong SCADA bao gồm:
- Kỹ thuật Robot
- dây chuyền lắp ráp
- Quầy tính tiền
- Đo lường
- Máy tính
- Cảm biến
- Động cơ
- Đèn
- Người hâm mộ
- Cầu dao điện
Vai trò quan trọng của tự động hóa công nghiệp
Tự động hóa công nghiệp là việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển để vận hành máy móc và thiết bị. Điều này thay đổi rất nhiều giữa nhiều loại ngành công nghiệp, chẳng hạn như nhà máy sản xuất và hệ thống điều khiển cho tòa nhà, giao thông vận tải và truyền thông.
Loại quy trình này mạnh mẽ và sử dụng máy tính và máy móc để làm việc thay cho con người, với sự chú ý tối thiểu đến người vận hành. Do đó, một số lợi ích chính của hệ thống tự động bao gồm:
- Tăng năng suất vì máy móc có thể chạy không biết mệt mỏi
- Cải thiện chất lượng sản phẩm bằng cách sản xuất cùng một lượng mỗi lần
- Giảm chi phí lao động bằng cách thay thế công nhân bằng máy móc
- Giảm thiểu các cuộc kiểm tra thường xuyên bằng cách sử dụng PLC và HMI cùng hoạt động
- Cải thiện an toàn bằng cách đưa công nhân ra khỏi môi trường nguy hiểm
Khi nói đến vấn đề này, tự động hóa là một cách tuyệt vời để hoàn thành các quy trình quan trọng với sự can thiệp tối thiểu của con người. Mặc dù được sử dụng dưới nhiều hình thức khác nhau, phương pháp này đã được con người sử dụng trong nhiều thế kỷ.
Lịch sử tóm tắt của Tự động hóa
Mặc dù Ford Motor Company đã đặt ra thuật ngữ "tự động hóa" vào năm 1948, nhưng quá trình này có thể bắt nguồn từ Ai Cập cổ đại. Trên thực tế, một trong những cơ chế kiểm soát phản hồi đầu tiên có từ năm 270 trước Công nguyên!
Trong vài thế kỷ tiếp theo, nhân loại đã tìm kiếm những cách để làm cho công việc dễ dàng hơn. Với việc thu hoạch thực phẩm, xây dựng nhà cửa và sự ra đời của Cách mạng Công nghiệp, đã có hàng trăm cách để làm cho cuộc sống trở nên thiết thực hơn. Trong suốt những năm 1800, con người đã trải nghiệm những cỗ máy vận hành tự động đầu tiên, chẳng hạn như lò sưởi, động cơ và bộ điều nhiệt.
Khi thời gian chuyển sang thế kỷ 20, con người sử dụng điện rất nhiều và tự động hóa công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ. Tự động hóa công nghiệp phức tạp hơn một chút so với tự động hóa mà con người đã biết trong nhiều năm; đó là việc kiểm soát và sử dụng nhiều hệ thống khác nhau để vận hành thiết bị như máy móc.
Ngày nay, nhu cầu về sản phẩm, vật tư và nhu yếu phẩm như vận tải và sản xuất điện rất cao. Một trong những cách dễ nhất để đáp ứng những nhu cầu này là sử dụng tự động hóa công nghiệp. Các hệ thống hoàn chỉnh này giúp kiểm soát những phần chính của cuộc sống và chúng đòi hỏi các hệ thống hiệu quả như SCADA, PLC và HMI.
SCADA, HMI và PLC hoạt động cùng nhau như thế nào trong tự động hóa công nghiệp?
Trong thế giới ngày nay, có rất nhiều công nghệ cần theo kịp. Vì vậy, mặc dù có vẻ khó hiểu chính xác cách thức hoạt động của một hệ thống phức tạp như SCADA, nhưng đó là một chuỗi thông tin đơn giản. Hãy nhớ rằng, hệ thống SCADA được thiết kế để:
- Tự động hóa các quy trình và thủ tục
- Theo dõi và phân tích dữ liệu và lỗi
- Thực hiện giám sát trang web từ xa
- Tăng năng suất và đảm bảo chất lượng đầu ra như nhau
Nhưng SCADA, PLC và HMI hoạt động cùng nhau như thế nào?
SCADA được hiểu tốt nhất là cơ sở dữ liệu tập trung lưu trữ và kiểm soát toàn bộ hoạt động. Điều này giao tiếp với PLC, đây là cách hệ thống chạy và giao tiếp trong môi trường hoạt động. Nếu có HMI, nó có thể ở dạng màn hình, nút, cần gạt hoặc bàn phím cho phép con người tương tác với hệ thống SCADA-PLC. Một số ví dụ bao gồm máy móc nhà máy, máy tính và xe cộ.
Trong sản xuất công nghiệp, HMI đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin cho người vận hành. Hệ thống PLC xác định mọi vấn đề trong hệ thống SCADA và trình bày chúng cho người vận hành thông qua HMI để có thể giải quyết vấn đề.
Cơ sở sản xuất
Có vô số ngành công nghiệp sử dụng hệ thống tự động, nhưng một số ngành phổ biến nhất là:
- Thực phẩm, chẳng hạn như gia súc, ngũ cốc, trái cây và rau quả bảo quản và bao bì
- Đồ uống và thuốc lá, chẳng hạn như nước đóng chai, soda, rượu, thuốc lá và xì gà
- Hàng dệt may, chẳng hạn như vải may mặc, đồ giường, khăn tắm và rèm cửa
- Các sản phẩm từ gỗ như gỗ xẻ, ván ép, gỗ dán, sàn nhà và vật liệu xây dựng nhà ở
Có thể nói rằng hàng hóa đang có nhu cầu trên toàn thế giới, điều này có nghĩa là nhu cầu về năng suất cao hơn bao giờ hết. Để đáp ứng những nhu cầu này, các cơ sở sản xuất đang chuyển sang các hệ thống tự động hóa công nghiệp, giúp tăng năng suất và liên tục sản xuất ra các sản phẩm chất lượng cao.
Sản xuất điện
Với sự gia tăng ổn định trong mức tiêu thụ điện trên toàn thế giới, nhu cầu về sản xuất điện tự động đang rất cao. Mặc dù các cơ sở này cần được vận hành thủ công, nhưng có thể phân phối nhiều sản lượng hơn nhờ các hệ thống tự động như SCADA.
Thực phẩm và bán lẻ
Nếu bạn đã đến một nhà hàng thức ăn nhanh McDonald's gần đây, thì có lẽ bạn đã nhận thấy sự bổ sung mới nhất cho cửa hàng của họ: ki-ốt đặt hàng. Với hệ thống đặt hàng màn hình cảm ứng tự động này, năng suất đã tăng lên, nghĩa là thời gian chờ đợi của người tiêu dùng ít hơn và nhân viên có nhiều thời gian hơn để tập trung vào công việc của họ.
Nhưng McDonald's không phải là công ty duy nhất sử dụng hệ thống tự động. Trong bất kỳ nhà hàng hoặc cửa hàng tạp hóa nào, bạn có thể tìm thấy ví dụ về các hệ thống này, ví dụ:
- Hệ thống băng tải
- Tùy chọn mua sắm trực tuyến
- Máy tự thanh toán
- Giao hàng bằng máy bay không người lái
Một ví dụ điển hình khác về hệ thống SCADA trong bán lẻ là ngân hàng tự động. Nhờ có máy ATM, mọi người có thể rút tiền mặt từ tài khoản thanh toán của mình bất cứ lúc nào. Các hệ thống này sử dụng SCADA, PLC và HMI để làm việc cùng nhau.
Hệ thống du lịch và vận chuyển
Người vận hành phụ thuộc rất nhiều vào các hệ thống tự động khi kiểm soát và giám sát quy trình vận chuyển, ví dụ:
- máy bay
- kiểm soát không lưu
- Lái tàu
- tàu hỏa
- Sự chuyển hướng cơ học
- Thiết bị và máy theo dõi GPS
- Đèn giao thông hẹn giờ tại ngã tư
Người vận hành sẽ sử dụng HMI, có thể là sự kết hợp của màn hình, cần gạt, nút bấm và bàn phím.
Phần kết luận
Tự động hóa công nghiệp đang thay đổi cách thế giới hoạt động. Hơn bao giờ hết, máy móc có thể thao tác và xử lý dữ liệu để tăng năng suất, giảm chi phí lao động và giảm tương tác của con người để đầu ra được nhất quán.