Tài liệu Cải tiến hoạt động của SCADA sử dụng thiết bị đo không dây pdf

Cải tiến hoạt động của
SCADA sử dụng thiết bị
đo không dây

Giới thiệu
Ứng dụng thiết bị đo không dây trong các hoạt động đường
ống và sản xuất khí đã đạt được kết quả tích cực trong nhiều
năm qua.
Do nhu cầu cắt giảm chi phí và mong muốn đáp ứng những
yêu cầu quy định, các thiết bị đo không dây giúp loại bỏ việc
đào rãnh và kết nối cáp tốn kém, đồng thời cung cấp khả
năng tiếp cận những khu vực khó vào sử dụng các thiết bị
độc lập, được cấp nguồn bằng pin. Tuy nhiên, các kỹ sư và
người vận hành SCADA đang gặp phải những khó khăn
trong việc tích hợp các mạng thiết bị đo không dây với cơ sở
hạ tầng truyền thông khác trong hiện trường. Quản lý và xử
lý sự cố các mạng không dây phân tán cho thấy một cấp độ
phức tạp mới đối với người vận hành tại hiện trường có thể
ngăn cản họ áp dụng thiết bị đo lường không dây dù cho nó
góp phần tiết kiệm chi phí đáng kể.
Bài viết này nghiên cứu các phương pháp cụ thể trong đó
người vận hành có thể tích hợp chặt chẽ các mạng thiết bị đo
không dây với hệ thống SCADA và tận dụng được những ưu
điểm của giải pháp tích hợp này.

Cuộc cách mạng không dây
Kể từ khi Guglielmo Marconi gửi tín hiệu điện tín qua Đại
Tây Dương, mạng không dây đã trở thành một phần trong đời
sống hàng ngày của chúng ta. Tuy vậy, 10 năm qua đã chứng

kiến sự thay đổi không chỉ trong công nghệ sóng radio mà
quan trọng hơn trong cách chúng ta sử dụng nó như những
khách hàng thường xuyên, đặc biệt trong ngành dầu khí. Các
nhà sản xuất khí và các công ty đường ống trong nhiều năm
qua đã dựa vào công nghệ không dây tầm xa để truyền và
phân phối dữ liệu hoạt động sử dụng phạm vi công nghệ
rộng, bao gồm phổ tần trải rộng của vệ tinh, VHF, UHF
Do ngày càng có nhiều khách hàng xếp hàng chờ mua điện
thoại thông minh mới nhất với tính năng bắt Wi-Fi, Bluetooth
và băng thông rộng, giá của các module radio đã tụt nhanh
trong 2 năm qua.
Điều này đã khiến các nhà cung cấp sản phẩm công nghiệp
tích hợp các module radio vào một danh mục dài các thiết bị
và cảm biến. Kết quả là, ngành dầu khí đã chứng kiến một sự
bứt phá trong công nghệ đo không dây, thường được biết đến
là các mạng cảm biến không dây, được cung cấp bởi các nhà
cung cấp điều khiển quá trình và SCADA.
Trường hợp kinh doanh đằng sau thiết bị đo không dây là
một dẫn chứng thuyết phục. Bằng việc loại bỏ kết nối cáp và
đào rãnh, bạn có thể giảm được chi phí triển khai tới 70%.
Do thiết bị đo không dây được cấp nguồn bằng pin, chúng dễ
được triển khai trong hiện trường có liên quan tới các đối tác
thông thường của mình. Các hệ thống nối dây có thể lắp đặt
mất nhiều ngày hoặc một vài tuần. Thiết bị đo không dây chỉ
cần một cảm biến được lắp đặt trong quy trình, tiết kiệm
được thời gian và các nguồn giá trị. Các thiết bị khác có thể
được bổ sung theo yêu cầu.
Thiết bị đo không dây
Dù cho những lợi thế mà không dây mạng lại, tại sao vẫn còn
nhiều người do dự không triển khai thiết bị đo không dây tại

các cơ sở của mình? Có 3 nguyên nhân chính được nêu ra:
1. Độ tin cậy
Trong các ứng dụng công nghiệp, độ tin cậy là một mối quan
tâm lớn. Thiết bị đo không dây phải đủ tin cậy như các thiết
bị kết nối dây thông thường. Thậm chí trong các ứng dụng
đơn giản như giám sát từ xa, người sử dụng kỳ vọng có được
một cấp độ tin cậy và tính khả dụng của mạng cao hơn.
Các hệ thống nối dây dễ chẩn đoán và truy vết. Mặt khác,
không dây sử dụng khoảng không gian vô hình như là môi
trường hoạt động. Tín hiệu radio phụ thuộc vào khoảng cách
không gian. Ngoài ra, hiện tượng nhiễu do các hệ thống
không dây gần đó như các tòa tháp cũng làm tăng thêm thách
thức.
Thiết kế RF ngày càng giải quyết tốt hơn những vấn đề này.
Bằng cách thiết kế các bộ thu phát radio có độ nhạy cao, sử
dụng công suất truyền hiệu quả hơn và các ăng ten hệ số
khuếch đại lớn, kỹ sư có thể thiết lập các liên kết điểm tới đa
điểm tần số radio tin cậy cao.
2. Khả năng thích nghi
Các mạng thiết bị đo không dây cần phải thích nghi với môi
trường hiện nay. Nó không thực tế như một miệng giếng, một
máy nén, thùng hay thiết bị chia tách mà nó chỉ tạo ra một
liên kết không dây tin cậy.
Khả năng thích nghi có thể được giải quyết bằng cách sử
dụng các băng tần thấp như băng tần 900 MHz, với khả năng
bao quát rộng hơn, tốt hơn, cho phép tín hiệu xuyên thủng
những cản trở. Và ăng ten ngoài hệ số khuyếch đại lớn có thể
được gắn càng cao càng tốt trên một cấu trúc cho phép tiếp
cận các cảm biến khó tiếp cận có thể được đặt ở đáy thùng
dầu. Khả năng cảm ứng nhận của module radio được nâng

cấp cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả
năng thích nghi mạng với nhiều môi trường công nghiệp.
3. Tích hợp
Hầu hết các nhà máy sản xuất, xử lí khí và các cơ sở đường
ống có một số cấp độ khả năng không dây thích hợp. Các
mạng SCADA độc quyền tầm xa, các mạng điểm tới điểm
backhaul và các mạng nội bộ không dây là những hệ thống
thông dụng đã được triển khai. Mỗi một mạng này được sử
dụng cho một mục đích cụ thể như kiểm soát truyền dữ liệu,
giao tiếp băng thông rộng và giám sát bằng video. Kỹ sư và
người vận hành đang phải đối mặt với thách thức của việc
tích hợp các mạng đo lường không dây với cơ sở hạ tầng
truyền thông khác hiện nay tại hiện trường.
Khó khăn trong tích hợp các mạng không dây nhiều hơn
trong các hệ thống SCADA. Do các mạng đo lường không
dây phải gắn vào cùng cơ sở hạ tầng SCADA có mặt tại hiện
trường để chuyển tiếp dữ liệu hoạt động có giá trị tới host của
SCADA, có khả năng quản lý toàn bộ cơ sở hạ tầng khi một
mạng trở thành một yếu tố thiết yếu.
Hơn nữa, có khả năng tiếp cận những nơi khó đến và thu thập
các điểm dữ liệu mới không khả thi trước đó, đem lại cho
người vận hành cái nhìn rõ hơn về các hoạt động quá trình và
nhà máy. Tuy nhiên, dữ liệu này phải kết thúc tại một điểm
nào đó trong hệ thống để được giám sát, phân tích và sử
dụng. Các hệ thống SCADA thường được thiết kế để xử lý
một số lượng cố định các điểm dữ liệu hay các tag dữ liệu.
Mở rộng hệ thống để xử lý thêm các điểm dữ liệu và tích hợp
chúng vào xu hướng cũng như báo cáo có thể tốn kém.
Mặc cho sự phong phú các công cụ thu thập, xử lí và phân
tích dữ liệu trên thị trường sản phẩm điều khiển quá trình,

đảm bảo tích hợp dữ liệu vẫn là một vấn đề lớn cần giải
quyết. Một số hệ thống SCADA thậm chí có module
historian tách biệt cần phải mua module giống như một add-
on để xử lí luồng dữ liệu như là một kết quả của việc bổ sung
các mạng thiết bị đo lường không dây.
Giải quyết những thách thức không dây và tích hợp dữ
liệu
Một thế hệ mới các trạm radio đo không dây hay các cổng
giờ đây đang phát triển trên thị trường để giải quyết nhu cầu
này. Thế hệ cổng mới này tích hợp cả trạm vô tuyến thiết bị
đo không dây và trạm radio công nghiệp tầm xa trong cùng
một thiết bị.
Trạm radio đo đạc không dây có một cổng dữ liệu Modbus,
cho phép Modbus Master bên ngoài nhận thông tin từ trạm
radio về tình trạng của chính nó hoặc cũng như tình trạng và
các giá trị quá trình của các đơn vị hiện trường. Nó cũng có
một giao thức chẩn đoán cho phép kết nối phần mềm quản lý
mạng để cấu hình và chẩn đoán cảm biến. Cả hai dòng dữ
liệu này đều được gửi đồng thời thông qua mạng serial tầm
xa hoặc trạm radio
Ethernet.
Trạm radio tầm xa tích hợp được cấu hình như một thiết bị từ
xa chuyển thông tin tới một trạm radio chủ tại trung tâm
SCADA chính.
Để tích hợp dữ liệu, phần mềm SCADA host hiện đại đem
đến một môi trường được tích hợp đầy đủ và historian có khả
năng mở rộng để xử lí dữ liệu nhiều hơn mà không cần phải
nâng cấp tốn kém tiền bạc và thời gian. Phát triển các màn
hình SCADA dựa trên các template cho phép kỹ sư bổ sung
các điểm dữ liệu dễ dàng và nhanh chóng trong hệ thống của

họ.
Kết luận
Do nhu cầu sử dụng các mạng đo lường không dây ngày càng
tăng, người sử dụng đang phải đối mặt với nhiều thách thức
nhằm đảm bảo độ tin cậy, khả năng thích nghi và tích hợp
với cơ sở hạ tầng hiện nay của họ. Thiết kế RF và ăng ten
mới giúp giải quyết những thách thức liên quan đến độ tin
cậy và khả năng thích nghi đó. Điều này đã để lại cho việc
tích hợp không dây và dữ liệu với cơ sở hạ tầng SCADA hiện
tại một trong những thách thức lớn nhất cần được giải quyết.
May mắn là, các cổng hybrid, nơi mà radio base mạng cảm
biến và radio tầm xa được tích hợp, cho phép người sử dụng
quan sát, quản lý và chẩn đoán các hệ thống không dây phân
tán của mình từ một điểm đơn. Tương tự, phần mềm host
SCADA nâng cao với historian được tích hợp, môi trường
phát triển nhanh sử dụng các templates, có thể dễ dàng tích
hợp các điểm dữ liệu mới bằng một mạng cảm biến không
dây đang phát triển hiện nay.