PLC và SCADA khác nhau như thế nào trong chu trình tự động hóa?

Trong kim tự tháp tự động hóa, có hai cấp độ chính là PLC và SCADA. PLC thường được liên kết với phần cứng, chỉ điều khiển các thiết bị cụ thể, trong khi SCADA được xem như một phần mềm, bao gồm các hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển.

PLC là gì?

PLC, viết tắt của “Programmable Logic Controller”, là một loại thiết bị điều khiển có khả năng lập trình, thường được sử dụng ở cấp độ điều khiển để điều hành các thiết bị trong quá trình sản xuất. 

Thiết bị điều khiển PLC

Khác biệt với máy tính thông thường, thiết bị này cho phép người dùng cá nhân hóa các thuật toán để điều khiển các thiết bị khác một cách mượt mà.

Thiết bị điều khiển PLC được sử dụng phổ biến trong môi trường nhà máy công nghiệp do tính đơn giản trong vận hành và độ bền cao hơn so với các hệ thống điều khiển thủ công. 

Nó được áp dụng để tổng hợp và xử lý dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị đầu vào khác, nhằm điều khiển các thiết bị đầu ra như động cơ, van, bơm… 

SCADA là gì?

SCADA, viết tắt của “Supervisory Control and Data Acquisition”, thường được hiểu là một hệ thống tự động cao cấp được sử dụng để giám sát, điều khiển và quản lý các quy trình sản xuất cũng như các hệ thống công nghiệp phức tạp.

Hệ thống điều khiển tự động SCADA

Hệ thống này đóng vai trò hỗ trợ trong việc giám sát hoạt động của hệ thống, thu thập dữ liệu, hiển thị thông tin và cảnh báo cho người điều khiển khi phát sinh sự cố. 

Để làm điều này, nó sử dụng phần mềm và giao diện người-máy (HMI) để kết nối với các thiết bị đầu vào và đầu ra, bao gồm cảm biến, van và bơm, để cung cấp thông tin trực quan về hoạt động trong nhà máy, giúp quản lý kiểm soát máy móc thông qua các giao diện thông minh.

Ngày nay, hệ thống này thường được tích hợp với hệ thống điều hành và thực thi sản xuất (MES) để tăng cường hiệu suất hoạt động.

MES sẽ thu thập dữ liệu từ máy móc hoặc các thiết bị kết nối IIoT, SCADA để kết hợp thông tin và kiểm soát hoạt động giữa tầng sản xuất và bộ phận quản lý.

Sự kết hợp giữa MES và SCADA giúp tối ưu hóa quá trình thu thập dữ liệu, cho phép người dùng trực tiếp theo dõi tình trạng hoạt động của nhà máy và tận dụng các nguồn lực một cách hiệu quả.

Mối liên hệ giữa PLC và SCADA

Để hiểu mối quan hệ giữa PLC và SCADA, bạn cần có kiến thức về Automation Pyramid (Kim tự tháp tự động hóa). 

Kim tự tháp tự động hóa Automation Pyramid

Kim tự tháp tự động hóa được coi là một mô hình phân cấp đề xuất để mô tả các cấp độ của quy trình tự động hóa trong lĩnh vực sản xuất và chế tạo trong ngành công nghiệp.

Automation Pyramid bao gồm năm cấp độ khác nhau, ứng với mức độ phức tạp của thiết bị và công nghệ. Cụ thể, có 5 cấp độ trong kim tự tháp tự động hóa:

• Cấp 1 – Tầng quản lý hiện trường: Cấp độ cơ bản nhất, sử dụng các thiết bị cảm biến và điều khiển đơn giản như cảm biến nhiệt độ, áp suất, van điều khiển… 

• Cấp 2 – Tầng điều khiển: Cấp độ nàY sử dụng các thiết bị điều khiển PLC, bộ điều khiển PID, hệ thống thu thập dữ liệu và các phần mềm kiểm soát.
• Cấp 3 – Tầng giám sát: Bắt đầu sử dụng hệ thống SCADA để quản lý các thiết bị tự động hóa, bao gồm các phần mềm giám sát và điều khiển.
• Cấp 4 – Tầng quản lý vận hành sản xuất (MES): Sử dụng hệ thống MES để quản lý sản xuất theo thời gian thực, quản lý chất lượng, truy xuất nguồn gốc, phân tích hiệu suất máy móc tổng thể.
• Cấp 5 – Tầng lập kế hoạch kinh doanh và ra quyết định (ERP & PLM): Cấp độ cao nhất trong kim tự tháp tự động hóa, sử dụng hệ thống quản lý tích hợp ERP.

Người quản lý có thể kết nối sản xuất, bao gồm các hệ thống thông tin và phần mềm kết nối để quản lý và tích hợp dữ liệu từ các cấp độ dưới đây.

Do hai công nghệ này thuộc vào hai cấp độ khác nhau, nên có thể suy luận rằng PLC và SCADA không có liên kết với nhau. 

Tuy nhiên, thực tế là cả hai đều được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp. Do đó, giữa PLC và SCADA có một mối quan hệ chặt chẽ và mật thiết.

PLC cần SCADA để điều khiển hoạt động của nó, và SCADA cần dữ liệu được thu thập bởi PLC để thực hiện công việc này một cách hiệu quả.

Ví dụ, khi hệ thống giám sát một máy móc trong nhà máy, PLC có thể thu thập dữ liệu về hoạt động của máy móc và gửi cho SCADA. SCADA sau đó sẽ xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định.

Ví dụ, nếu máy móc có quá nhiều rung động, SCADA sau khi nhận dữ liệu từ PLC sẽ kiểm tra và quyết định liệu có cần điều chỉnh hoạt động của hệ thống hay không. 

Nếu có, SCADA sẽ gửi lại hướng dẫn cho PLC và sau đó PLC sẽ thực hiện các thay đổi đó.

Phân biệt PLC và SCADA

PLC và SCADA là hai loại hệ thống được áp dụng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, chúng có những đặc điểm riêng biệt.

PLC nằm trong hệ thống SCADA

Về triết lý điều khiển và mục đích sử dụng

• Mặc dù có sự liên kết mật thiết như vậy, nhưng vẫn tồn tại những trường hợp khi PLC có thể hoạt động mà không cần SCADA.

Điều này thường được thấy trong các ứng dụng nhỏ, khi người điều khiển chỉ cần kiểm soát các hoạt động bắt đầu hoặc dừng lại mà không cần phải phân tích số liệu.

• Ngược lại, một hệ thống SCADA sẽ không thể hoạt động nếu thiếu PLC. Nếu không có bộ điều khiển, SCADA sẽ không xác định được các đối tượng cần kiểm soát và thu thập thông tin. 

Do đó, việc thực hiện phân tích số liệu hoặc lưu trữ dữ liệu cũng sẽ không thể được thực hiện.

Về cách vận hành và áp dụng

• SCADA được thiết kế cho các quy trình công nghiệp quy mô lớn, cung cấp khả năng kiểm soát và giám sát từ một vị trí trung tâm, cho phép người vận hành theo dõi và điều khiển quy trình toàn diện.
• PLC được sử dụng để kiểm soát và giám sát tại vị trí nó được cài đặt, tập trung vào việc kiểm soát phạm vi nhất định và thường được sử dụng trong các ứng dụng có phạm vi nhỏ hơn.

Về vấn đề giá thành

• PLC thường có hạn chế về tính linh hoạt, kích thước nhỏ hơn và có giá cả thấp hơn.

• SCADA thường linh hoạt hơn, có khả năng tùy chỉnh và phù hợp hơn để thu thập và phân tích lượng lớn dữ liệu từ nhiều nguồn, do đó giá thành cũng cao hơn.

Về mặt bảo mật

• Hệ thống SCADA thường tích hợp nhiều tính năng bảo mật hơn
• PLC thường dễ bị tấn công mạng hơn.

Quá trình triển khai tự động hóa PLC và SCADA vào doanh nghiệp

PLC và SCADA, hai cấp độ trong kim tự tháp tự động hóa (Automation Pyramid), kết hợp với các tầng quản lý hiện trường, quản lý vận hành sản xuất (MES).

Điều này là nhằm lập kế hoạch kinh doanh và ra quyết định (ERP & PLM), tạo nên sự hoàn thiện trong quy trình điều hành sản xuất.

Áp dụng tự động hóa trong quá trình sản xuất theo mô hình Automation Pyramid sẽ cải thiện quản lý vận hành, giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu suất cho doanh nghiệp. Điều này giúp đảm bảo tính liên tục của hoạt động sản xuất một cách hiệu quả.

PLC kết hợp với SCADA

Vì những lợi ích mà tự động hóa mang lại, nhiều doanh nghiệp hiện nay đang rất quan tâm đến việc triển khai mô hình kim tự tháp tự động hóa trong quy trình sản xuất của họ. 

Tuy nhiên, quá trình triển khai có thể gặp phải nhiều thách thức nếu không có sự hiểu biết đầy đủ về trình tự và lựa chọn thiết bị/công nghệ phù hợp.

Do đó, sự hỗ trợ từ các đơn vị tư vấn giải pháp ở giai đoạn bắt đầu là rất quan trọng.

Với các giải pháp tư vấn đồng hành của SSG, các doanh nghiệp có thể nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và kaizen quá trình sản xuất của mình, từ đó tăng tính cạnh tranh và phát triển bền vững trong thị trường hiện nay.