Khi đánh giá phần mềm SCADA thì ngoài hiệu suất và hiệu quả hoạt động người ta còn phải đánh giá việc dễ dàng nâng cấp để xử lý yêu cầu trong tương lai. Hệ thống phải dễ dàng sửa đổi theo yêu cầu và mở rộng khi khối lượng công việc tăng lên, nói cách khác là hệ thống phải sử dụng kiến trúc có khả năng mở rộng.
1. Hệ thống SCADA phân tán (Distributed SCADA system)
Phương pháp chính thiết kế hệ thống SCADA là phương pháp phân tán. Ở đây hệ thống SCADA được phân tán trên nhiều máy tính nhỏ. Tuy nhiên sẽ phát sinh các vấn đề với hệ thống SCADA phân tán:
Kết nối giữa các máy tính phức tạp, gây khó khăn trong việc thiết lập cấu hình.
Việc xử lý dữ liệu và cơ sở dữ liệu thực hiện chống lấn trên các máy tính, làm hiệu suất thấp.
Không kiểm soát được việc thu thập dữ liệu từ thiết bị. Ví dụ nếu hai người điều hành cùng yêu cầu dữ liệu từ RTU, thiết bị sẽ phải làm việc gấp đôi.
Hình 1 – Xử lý phân tán
Hệ thống máy chủ - máy trạm (Client server system)
Đây là phương pháp phân loại dữ liệu cho mỗi nhiệm vụ và hệ thống xử lý có cấu trúc. Hệ thống máy chủ - máy trạm cho hiệu quả hoạt động tốt hơn.
Hệ thống máy chủ - máy trạm có thể được hiểu như sau:
Node máy chủ là node cung cấp dịch vụ cho các node khác trên mạng. Ví dụ đơn giản nhất là cơ sở dữ liệu. Máy trạm là node yêu cầu dịch vụ từ máy chủ. Máy chủ máy trạm là ứng dụng chạy trên node mạng cụ thể.
Ví dụ hệ thống hiển thị dữ liệu. Nút hiển thị (hoặc máy trạm) gửi yêu cầu dữ liệu đến máy chủ kiểm soát. Máy chủ điều khiển sau đó tìm kiếm cơ sở dữ liệu và trả về dữ liệu yêu cầu, do đó giảm chi phí so với các phương án node hiển thị phải có cơ sở dữ liệu riêng.
Mô hình điển hình của hệ thống SCADA thể hiện ở hình dưới đây:
Hình 2 – Hệ thống SCADA máy chủ - máy trạm
2. 5 xử lý trong hệ thống SCADA xác định tính chính xác
Có 5 xử lý trong bất kỳ hệ thống SCADA nào. Các xử lý này được liệt kê dưới đây thực hiện quá trình xử lý riêng và vai trò mỗi xử lý trong định nghĩa và vận hành hệ thống.
1. Xử lý đầu vào / đầu ra:
Là chương trình kết nối giữa hệ thống điều khiển và giám sát với mặt bằng nhà máy.
2. Xử lý cảnh báo:
Phát ra cách cảnh báo bằng cách phát hiện các điểm cảnh báo kỹ thuật số hoặc so sánh giá trị mức ngưỡng điểm cảnh báo tương tự.
3. Xử lý xu hướng:
Xử lý xu hướng thu thập dữ liệu theo dõi trong quá trình vận hành.
4. Xử lý báo cáo:
Báo cáo được tạo thành từ dữ liệu nhà máy. Báo cáo được tạo ra theo chu kỳ, theo sự kiện hoặc theo lệnh người vận hành.
5. Xử lý hiện thị:
Xử lý này quản lý tất cả dữ liệu người vận hành theo dõi và hành động điều khiển.
Bên dưới là cấu trúc một hệ thống lớn với hơn 30000 điểm:
Hình 3 – Một hệ thống SCADA lớn
3. Những yếu tố xem xét khi mua sắm SCADA
Có ít nhất 3 yếu tố cần xem xét khi mua sắm hệ thống SCADA. Bao gồm:
Tính dự phòng.
Thời gian đáp ứng hệ thống.
Khả năng mở rộng hệ thống.
3.1 Tính dự phòng (Redundancy)
Dưới đây là ví dụ điển hình một hệ thống SCADA, nơi việc hư hỏng một thành phần gây ngừng hoạt động hệ thống.
Khi bất kỳ quy trình hoặc hoạt động trong hệ thống đều rất quan trọng, hoặc chi phí thiệt hại sản xuất cao, hệ thống phải xây dựng theo phương pháp có dự phòng. Việc này thực hiện theo một số cách trong sơ đồ sau đây.
Hình 4 – Liên kết bị hỏng trong hệ thống SCADA
Yếu tố quan trọng nhất là dùng phương pháp thiết kế máy chủ - máy trạm, cho phép các xử lý chạy trên các nút máy trạm khác nhau. Khi xử lý nào là quan trọng, nó được đặt trên cả máy chủ chính và máy chủ dự phòng.
Máy chủ chính sẽ liên tục kết nối với máy chủ dự phòng để cập nhập trạng thái và cơ sở dữ liệu. Nếu máy chủ chính hỏng, máy chủ dự phòng sẽ chiếm vai trò của máy chủ chính và truyền thông tin đến máy trạm.
Dự phòng dùng hai máy chủ
Hình 5 – Dự phòng dùng hai máy chủ
Dự phòng dùng hai mạng LAN và PLC
Hình 6 – Dự phòng hai mạng LAN và PLC
3.2 Thời gian đáp ứng hệ thống
Thời gian đáp ứng của hệ thống SCADA được quy định chặt chẽ theo bảng dưới đây. Thời gian đáp ứng chấp nhận được là:
1. Hiển thị giá trị tương tự hoặc giá trị số (thu thập từ RTU) trên màn hình điều hành chính (tối đa từ 1 đến 2 giây)
2. Yêu cầu điều khiển từ nhà vận hành đến RTU (1 giây cho yêu cầu quan trọng; 3 giây cho yêu cầu không quan trọng)
3. Phát cảnh báo trên màn hình vận hành (1 giây)
4. Hiển thị toàn bộ màn hình mới trên màn hình vận hành (1 giây)
5. Lấy dữ liệu xu hướng và hiển thị trên màn hình vận hành (2 giây).
6. Chuối các sự kiện quan trọng (tại RTU) (1 mili giây)
Thời gian đáp ứng này phù hợp với mọi hoạt động của hệ thống SCADA.
Các thông số này không thay đổi từ khi hệ số tải vượt mức thông thường. Tải hệ thống điển hình thường là:
1. 90% điểm số hóa thay đổi trạng thái 2 giây / lần.
2. 80% điểm tương tự thay đổi trạng thái từ 0 đến 100% 2 giây / lần.
3.3 Khả năng mở rộng hệ thống
Khả năng mở rộng của hệ thống SCADA được định nghĩa là trong sử dụng với yêu cầu hiện thời thì hệ thống SCADA không yêu cầu dùng quá 60% năng lực xử lý của máy chủ và không quá 50% dung lượng ổ cứng cũng như RAM.
Quan trọng nhất phải xác định yêu cầu khi mở rộng hệ thống:
Các phần cứng bổ sung phải có cùng dạng modun phần cứng như hệ thống đang sử dụng, không gây ảnh hưởng đến phần cứng đang sử dụng.
Việc mở rộng không làm ảnh hưởng phần cứng SCADA, tủ điều khiển, màn hình vận hành. Việc này cũng không được làm ảnh hưởng đến nguồn cung cấp, hệ thống điều hòa, hệ thống hiển thị SCADA khác.
Hệ điều hành phải có khả năng hỗ trợ mở rộng mà không cần thay đổi nào.
Phần mềm ứng dụng không phải thay đổi khi bổ sung RTU mới hoặc trạm điều hành.