Ứng dụng công nghệ SCADA trong sản xuất và cung cấp nước sạch.

Hệ SCADA khi ứng dụng cho một nhà máy thuộc một ngành cụ thể đều đòi hỏi có phần mềm tương thích. Bài viết này giới thiệu một phần mềm đã được ứng dụng và tỏ ra khá hữu hiệu tại một số cơ sở sản xuất và cung cấp nước sạch tại nước ta, đó là phần mềm iFIX.

Phần mềm iFIX chạy trên hệ điều hành Windows NT/2000/XP/Win7. Khi hệ thống SCADA hoạt động, phần mềm sẽ cho các giao diện thể hiện các chức năng sau:

1. Chức năng điều khiển và giám sát: Trên tất cả các máy tính và màn hình giám sát (loại 32in) thuộc hệ thống sẽ có tập các trang màn hình công nghệ dưới dạng các sơ đồ MIMICS. Mỗi trang màn hình là một sơ đồ tương ứng cho một công đoạn (hay cho một khu vực) của quá trình sản xuất và cung cấp nước:

- Các sơ đồ bố trí các thiết bị/máy móc (bằng hình vẽ biểu trưng) trong nhà máy/trạm và các ngã ba đường ống tương ứng với chiều diễn tiến của quy trình sản xuất nước và cung cấp nước.

- Trên các sơ đồ này sẽ hiển thị trạng thái thực của các thiết bị (chạy/không chạy bằng các ô màu), các giá trị analog của các tín hiệu đo lường tức thời và cả tích lũy (gồm: áp lực, lưu lượng, nồng độ Clo dư, độ lắng cặn, nồng độ PH, công suất trạm điện…) tại các trạm bơm nước thô, trạm bơm nước sạch, các công đoạn của quá trình xử lý nước… và các điểm (ngã ba) cần thiết trên các hệ thống đường ống cấp nước. Hình 1 mô phỏng trang màn hình giao diện cho một ngã ba đường ống cấp nước sạch đi hai vùng, màn hình này hiện lên khi nhấp chuột vào ô Tr. Cụm van… (tên) trên trang màn hình giao diện NMN… (tên) chẳng hạn.

- Trên các sơ đồ này còn hiển thị các bảng thông số để người vận hành có thể nhập các thông số điều khiển và các ô (được hiểu như là các phím lệnh) lệnh để ra lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành.

2. Chức năng cảnh báo và báo lỗi: Trong các trang màn hình công nghệ có ô Alarms để vào trang cảnh báo và báo lỗi. Trang này hiển thị các trạng thái lỗi của các thiết bị/máy móc/tín hiệu. Các trạng thái lỗi được hiển thị ở hai dạng khác nhau:

- Được thể hiện dưới dạng các biểu tượng đèn báo (ô tròn nhỏ) trên màn hình công nghệ, mỗi biểu tượng sẽ ứng với tên của một thiết bị/máy móc hay tên của một tín hiệu khi có lỗi. Dạng hiển thị này mang tính tức thời.

- Khi hệ thống phát hiện bất kì một lỗi nào thì lỗi đó sẽ tự động được lưu vào bảng danh sách lỗi (Alarm List). Do đó, người vận hành có thể tra cứu lại các lỗi trong quá khứ theo khoảng thời gian mong muốn hay tìm lỗi của các thiết bị trong một nhóm (hoặc khu vực) nào đó… và cuối cùng là có thể in ra danh sách các lỗi, hay in ra file để lưu trữ. Dạng hiển thị này phục vụ cho công tác thống kê, quản lý lỗi và trên cơ sở đó giúp các kỹ thuật viên có hướng xử lý lỗi.

3. Chức năng lưu trữ các thông số vận hành của các thiết bị/máy móc và vẽ đồ thị: Trong quá trình sản xuất và cung cấp nước sạch, các thông số vận hành của: các bơm trong các trạm bơm, các thiết bị/máy móc thuộc các công đoạn xử lý nước, các van trên các tuyến đường ống… sẽ được lưu tự động trong các file dữ liệu của hệ thống (Historical Data). Hệ thống sẽ sử dụng các thông tin trong file này để thực hiện vẽ đồ thị. Thông qua các bản vẽ này, các kỹ thuật viên sẽ biết được trạng thái hoạt động của thiết bị/máy móc trong quá khứ. Các biểu đồ sử dụng các “Historical Data” để vẽ được gọi là “Historical Trending”. Một dạng Trending khác là Online Trending (hay còn gọi là Real Time Trending) có đặc điểm: dữ liệu dùng để vẽ đồ thị được lấy trực tiếp từ các giá trị thực của các thiết bị/máy móc. Khi kỹ thuật viên mở một ô để xem Realtime Trending thì ngay khi mở ra hệ thống mới bắt đầu vẽ (vì thế mà kỹ thuật viên quan sát được tức thời trạng thái của thiết bị/máy móc), còn ở Historical Trending thì do dữ liệu đã được lưu trước nên kỹ thuật viên chỉ việc chỉ ra khoảng thời gian nào để xem.

4. Chức năng tạo lập và thực thi điều khiển: Trong phần mềm iFIX có các trang chứa các công thức sản xuất cho ngành nước, người vận hành chọn trước các công thức thích hợp theo yêu cầu công nghệ và tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam để nhập thông số và qua đó vận hành thiết bị/máy móc.

5. Chức năng báo cáo, thống kê và in ấn: Phần mềm iFIX đảm bảo thỏa mãn sử dụng các dữ liệu đã được lưu trữ để trình bày ra các biểu mẫu (các biểu mẫu được thiết kế theo yêu cầu của doanh nghiệp) và in ra từ máy in hoặc ra file CDROM để tiện lưu trữ lâu dài. Việc báo cáo có hai dạng:

- Theo định kỳ: khi đến một chu kỳ hay sau một khoảng thời gian được ấn định bởi Lãnh đạo doanh nghiệp lúc thiết kế (chẳng hạn sau mỗi ca, mỗi ngày, mỗi tháng, mỗi quý…) thì hệ thống sẽ tự động sắp xếp và thống kê các thông số theo yêu cầu và truyền sang máy in hay file.

- Theo yêu cầu: tại bất kì thời điểm nào khi hệ thống hoạt động, người vận hành (hoặc có yêu cầu từ Lãnh đạo) cũng có thể cho hệ thống in ra những báo cáo trong danh mục các loại báo cáo đã được thiết kế.

6. Chức năng bảo mật và phân quyền sử dụng hệ thống: Đây là một trong những chức năng quan trọng của hệ thống, nó đảm bảo bí mật thông tin doanh nghiệp và điều khiển thiết bị/máy móc tại hiện trường một cách tập trung nhất (điều này tránh được những sự cố kỹ thuật và chất lượng sản phẩm do những người không có trách nhiệm khi vào hệ thống) thông qua việc phân cấp sử dụng hệ thống. Hệ thống sẽ quy định rõ các quyền vận hành/giám sát các nhóm thiết bị/máy móc tương ứng với từng công đoạn của quá trình sản xuất và cung cấp nước cho từng người vận hành, tức mỗi người vận hành khi login vào thì sẽ có một số quyền hạn nhất định nào đó. Các quyền và phân cấp quyền sẽ được thực hiện khi thiết kế hệ thống theo yêu cầu cụ thể dựa trên cách tổ chức mạng của doanh nghiệp. Chức năng này đảm bảo hệ thống được vận hành một cách an toàn và hiệu quả hơn, đồng thời hệ thống cũng lưu trữ nhật kí vận hành tương ứng với quyền được định. Thông thường, sự phân quyền trong hệ thống SCADA của một doanh nghiệp sản xuất và cung cấp nước cũng giống như các Công ty có các nhà máy công nghiệp và hệ thống các phòng ban, cụ thể như sau:

Cấp 1: Cấp quản lý hệ thống
Ở cấp này, về nguyên tắc người sử dụng được sử dụng tất cả những chức năng điều khiển/giám sát mà hệ thống SCADA cung cấp. Thực tế với các doanh nghiệp sản xuất và cung cấp nước tại nước ta với cấu hình cơ bản của hệ SCADA như đã mô tả ở bài kỳ trước thì cấp quản lý hệ thống được hiểu như sau: Phòng điều độ xí nghiệp hoặc Phòng điều độ nhà máy trong trường hợp Phòng điều độ xí nghiệp nằm trong nhà máy sẽ thực hiện Điều khiển/giám sát; Trung tâm điều độ công ty TTĐĐCTY và một số phòng ban chức năng (phòng kỹ thuật, phòng quản lý thiết bị, phòng kinh doanh) của công ty sẽ thực hiện Giám sát là chính, việc điều khiển hệ thống thiết bị/máy móc khi phát hiện có bất thường được thực hiện qua thông tin liên lạc (điện thoại chẳng hạn) để báo cho Phòng điều độ xí nghiệp. Cấp quản lý hệ thống còn có thêm quyền thao tác trên tất cả các tham số quan trọng của hệ thống, có thể sửa đổi lại vùng giao diện hệ thống.

Cấp 2: Cấp giám sát
Ở cấp này, người sử dụng khi vào hệ thống sẽ được quan sát trạng thái hoạt động của các thiết bị/máy móc/đường ống trong toàn nhà máy hoặc từng công đoạn (tùy thuộc vào chức năng và vị trí của từng người ở cấp này); được cung cấp các thông số hoạt động, các cảnh báo, báo cáo thuộc phạm vi mình quản lý điều hành. Cấp này gồm: các văn phòng điều độ của xí nghiệp, một số phòng chức năng của công ty (phòng kinh doanh, phòng quản lý thiết bị…). Như vậy, ở cấp này người sử dụng sẽ xem được hầu hết các trang màn hình công nghệ (gồm: hệ thống sản xuất nước tại các nhà máy, hệ thống bơm, hệ thống cụm van, hệ thống xử lý nước…), tuy nhiên sẽ không vào được một số trang liên quan đến nhập thông số và điều khiển.

Cấp 3: Cấp vận hành
Ở cấp này, người sử dụng sẽ có những chức năng như cấp 2 và bên cạnh đó còn được phép vận hành các thiết bị/máy móc theo từng cụm nhất định hoặc nhập những thông số nhất định cho thiết bị Đo lường, điều khiển tương ứng với từng khu vực thuộc phạm vi người đó quản lý. Như vậy, cấp này gồm phòng điều khiển tại từng xưởng, từng công đoạn; các trạm vận hành van; của quy trình sản xuất và cung cấp nước.

7. Chức năng chỉnh sửa online: Phần mềm iFIX đảm bảo hiệu chỉnh chương trình khi hệ thống đang chạy mà không làm gián đoạn quá trình sản xuất và cung cấp nước sạch. Chức năng này chủ yếu được phân cấp cho người sử dụng nơi đặt máy chủ.