Hệ thống Điều khiển Công nghiệp (ICS)

Hệ thống Giám sát Điều khiển và Thu thập Dữ liệu (SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition)

SCADA( Supervisory Control and Data Acquisition) không phải là một hệ thống có thể cung cấp khả năng kiểm soát toàn diện. Thay vào đó, các khả năng của nó tập trung vào việc cung cấp khả năng kiểm soát ở cấp giám sát. Các hệ thống SCADA bao gồm các thiết bị (thường là Bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controllers) hoặc các mô-đun phần cứng thương mại khác) được phân bố ở nhiều vị trí khác nhau. Hệ thống SCADA có thể thu thập và truyền dữ liệu, đồng thời được tích hợp với Giao diện Người-Máy (HMI – Human Machine Interface), cung cấp khả năng giám sát và điều khiển tập trung cho nhiều đầu vào và đầu ra của quy trình.

Mục đích chính của việc sử dụng SCADA là để giám sát và điều khiển các địa điểm từ xa ở khoảng cách xa thông qua một hệ thống điều khiển tập trung. Thay vì công nhân phải di chuyển quãng đường dài để thực hiện các tác vụ hoặc thu thập dữ liệu, hệ thống SCADA có thể tự động hóa nhiệm vụ này. Các thiết bị tại hiện trường kiểm soát các hoạt động cục bộ như đóng hoặc mở van và bộ ngắt mạch, thu thập dữ liệu từ các hệ thống cảm biến và theo dõi môi trường cục bộ để phát hiện các tình trạng báo động.

Hệ thống SCADA thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp liên quan đến giám sát và điều khiển đường ống, các trung tâm và hệ thống phân phối xử lý nước, cũng như truyền tải và phân phối điện năng.

Hệ thống Điều khiển Phân tán (DCS – Distributed Control System)

Đây là một hệ thống được sử dụng để kiểm soát các hệ thống sản xuất được đặt tại một vị trí. Trong một hệ thống DCS, một điểm đặt (setpoint) được gửi đến bộ điều khiển, bộ điều khiển này có khả năng hướng dẫn các van hoặc thậm chí một cơ cấu chấp hành hoạt động theo cách sao cho duy trì được điểm đặt mong muốn. Dữ liệu từ hiện trường có thể được lưu trữ để tham khảo sau này, được sử dụng cho điều khiển quy trình đơn giản hoặc thậm chí được sử dụng cho các chiến lược điều khiển nâng cao với dữ liệu từ một phần khác của nhà máy.

Mỗi hệ thống DCS sử dụng một vòng điều khiển giám sát tập trung để quản lý nhiều bộ điều khiển hoặc thiết bị cục bộ là một phần của quy trình sản xuất tổng thể. Điều này cho phép các ngành công nghiệp truy cập nhanh chóng vào dữ liệu sản xuất và vận hành. Và bằng cách sử dụng nhiều thiết bị trong quy trình sản xuất, một hệ thống DCS có thể giảm tác động của một lỗi đơn lẻ đối với toàn bộ hệ thống.

Hệ thống DCS cũng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất, sản xuất điện, sản xuất hóa chất, nhà máy lọc dầu và xử lý nước cấp và nước thải.

Triển khai ICS thực tế

Việc triển khai một môi trường ICS thường có thể là sự kết hợp giữa DCS và SCADA, trong đó các thuộc tính từ cả hai hệ thống được kết hợp.

IT và OT

Các yếu tố của Công nghệ Vận hành (OT – Operational Technology) bao gồm các hệ thống phần cứng và phần mềm giám sát và điều khiển các thiết bị vật lý tại hiện trường. Các tác vụ OT khác nhau tùy theo từng ngành công nghiệp. Các thiết bị theo dõi nhiệt độ trong môi trường công nghiệp là những ví dụ về thiết bị OT.

Sự hội tụ của Công nghệ Thông tin (IT – Information Technology) và OT mang lại cho các doanh nghiệp khả năng tích hợp và hiển thị tốt hơn chuỗi cung ứng – bao gồm các tài sản quan trọng, logistics, kế hoạch và quy trình vận hành của họ. Có được cái nhìn tốt về chuỗi cung ứng giúp các tổ chức duy trì tính cạnh tranh. Tuy nhiên, ở mặt trái, sự hội tụ của OT và IT tạo điều kiện truy cập dễ dàng hơn vào hai thành phần này, vốn là mục tiêu của tội phạm mạng. Ở nhiều tổ chức, cơ sở hạ tầng OT được bảo vệ kém, thậm chí là không được bảo vệ trước các cuộc tấn công mạng.

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controller)

Đây là một loại phần cứng được sử dụng trong cả hệ thống DCS và SCADA như một thành phần điều khiển của một hệ thống tổng thể. Nó cũng cung cấp khả năng quản lý cục bộ các quy trình đang chạy thông qua các thiết bị điều khiển phản hồi như cảm biến và cơ cấu chấp hành.

Trong SCADA, PLC cung cấp chức năng tương tự như Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU). Trong DCS, PLC được sử dụng làm bộ điều khiển cục bộ trong một sơ đồ điều khiển giám sát. PLC cũng được triển khai như các thành phần chính trong các cấu hình hệ thống điều khiển nhỏ hơn.

Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU – Remote Terminal Unit)

Một RTU là một thiết bị tại hiện trường được điều khiển bằng vi xử lý, nhận lệnh và gửi thông tin trở lại Đơn vị đầu cuối chính (MTU).

Vòng điều khiển (Control Loop)

Mỗi vòng điều khiển bao gồm phần cứng như PLC và cơ cấu chấp hành. Vòng điều khiển diễn giải các tín hiệu từ cảm biến, van điều khiển, bộ ngắt mạch, công tắc, động cơ và các thiết bị tương tự khác. Các biến số được đo bởi các cảm biến này sau đó được truyền đến bộ điều khiển để thực hiện một tác vụ và/hoặc hoàn thành một quy trình.

Giao diện Người-Máy (HMI – Human Machine Interface)

Một ứng dụng giao diện người dùng đồ họa (GUI – graphical user interface) cho phép tương tác giữa người vận hành và phần cứng điều khiển. Nó cũng có thể hiển thị thông tin trạng thái và dữ liệu lịch sử được thu thập bởi các thiết bị trong môi trường ICS. Nó cũng được sử dụng để theo dõi và cấu hình các điểm đặt, thuật toán điều khiển và điều chỉnh cũng như thiết lập các tham số trong bộ điều khiển.

Chẩn đoán và Bảo trì từ xa (Remote Diagnostics and Maintenance)

Đây là một thuật ngữ được sử dụng để xác định, ngăn ngừa và phục hồi từ các hoạt động hoặc sự cố bất thường.

Máy chủ điều khiển

Một máy chủ điều khiển lưu trữ phần mềm điều khiển giám sát DCS hoặc PLC và giao tiếp với các thiết bị điều khiển cấp thấp hơn.

Máy chủ SCADA hoặc Đơn vị đầu cuối chính (MTU)

Đây là một thiết bị đưa ra các lệnh cho RTU tại hiện trường.

Thiết bị điện tử thông minh (IED – Intelligent Electronic Device)

Một thiết bị thông minh có khả năng thu thập dữ liệu, giao tiếp với các thiết bị khác và thực hiện xử lý và điều khiển cục bộ. Việc sử dụng IED trong các hệ thống điều khiển như SCADA và DCS cho phép các điều khiển ở cấp độ cục bộ được thực hiện tự động.

Trình lưu trữ dữ liệu (Data Historian)

Một trình lưu trữ dữ liệu là một cơ sở dữ liệu tập trung để ghi lại tất cả thông tin quy trình trong một môi trường ICS và sau đó xuất dữ liệu sang hệ thống thông tin của công ty (IS). Dữ liệu thu thập được sau đó được sử dụng để phân tích quy trình, kiểm soát quy trình thống kê và lập kế hoạch ở cấp độ doanh nghiệp.