SQL - thời kì mới của SCADA

1.     Giới thiệu chung SCADA

SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa.

Tuy nhiên, trong thực tế có một số hệ thống vẫn thường được gọi là SCADA, mặc dù những hệ thống này chỉ thực hiện duy nhất một chức năng là thu thập dữ liệu. Chẳng hạn phần mềm giám sát thiết bị có thể coi là SCADA.

SQL là một loại ngôn ngữ máy tính phổ biến để tạo, sửa, và lấy dữ liệu từ một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ. Ngôn ngữ này phát triển vượt xa so với mục đích ban đầu là để phục vụ các hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng-quan hệ.

Cụm từ "cơ sở dữ liệu SQL" dễ gây hiểu nhầm. SQL không phải là một kiểu cơ sở dữ liệu hay tên hãng sản xuất. "Cơ sở dữ liệu SQL" là những cơ sở dữ liệu hiểu ngôn ngữ SQL. Có thể nói SQL và cơ sở dữ liệu đã có sự đồng nhất với nhau do tính phổ biến của SQL.

Khởi nguồn của hệ thống SCADA chính là các thiết bị nhập, xuất dữ liệu được sử dụng để kiểm soát từ xa các hoạt động công nghiệp trong những năm 1960. Có thể hiểu ở giai đoạn này, hệ SCADA mới chỉ dừng ở mức phần mềm giám sát thiết bị. Chỉ đến đầu những năm 1970, khái niệm “SCADA” mới được hình thành, khi mà các bộ vi xử lý và điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) phát triển, từ đó giúp nâng cao khả năng quản lý sản xuất hiệu quả và kiểm soát quy trình tự động hóa ở các doanh nghiệp.

Trong những năm 1980 và 1990, hệ thống SCADA đã được cải tiến với việc sử dụng mạng cục bộ LAN (Local Area Network), cho phép các hệ thống SCADA kết nối với nhau, hỗ trợ quản lý sản xuất hiệu quả những nhà máy quy mô lớn. Đây là tiền đề cho sự phát triển của phần mềm giao diện người - máy trên máy tính (PC - based HMI software). Nhờ đó, các phần mềm giám sát thiết bị nay đã có khả năng liên kết, chia sẻ thông tin nhiều hơn.

Đến những năm 1990 và đầu 2000, các cơ sở dữ liệu (CSDL) sử dụng ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) trở thành tiêu chuẩn cho CSDL công nghệ thông tin. Tuy nhiên, nhiều nhà lập trình SCADA đã không ứng dụng phương pháp này, khiến công nghệ SCADA có những bước lùi.

2.     Phương pháp lưu trữ dữ liệu của SCADA 

Các ứng dụng SCADA có nhiều dữ liệu cần xử lý, phục vụ cho hoạt động quản lý sản xuất hiệu quả và cơ  bản là được thiết kế để hiển thị dữ liệu theo thời gian thực. Tuy nhiên, dữ liệu không thể được phân tích nếu không được phần mềm giám sát thiết bị theo dõi. Do đó, SCADA không chỉ có chức năng của phần mềm giám sát thiết bị mà còn phải có phương pháp lưu trữ dữ liệu. Mặc dù không sử dụng các cơ sở dữ liệu ngôn ngữ SQL, các SCADA truyền thống đã sử dụng 2 phương pháp theo dõi số liệu thời gian: lưu trữ dữ liệu trên PLC và lưu trữ vào các chương trình theo dõi tiến trình sản xuất , gọi là lịch sử tiến trình.

Phương pháp lưu trữ số liệu trên PLC có ưu điểm là PLC có thể lưu dữ liệu từ các thanh bus tốc độ cao.. Tuy nhiên, điểm quan trọng nhất là các PLC không được thiết kế để lưu trữ dữ liệu. PLC không thích hợp để lưu trữ số liệu thời gian trong khoảng thời gian dài vì không gian lưu trữ PLC hạn chế và đơn giản.

Phương pháp lưu trữ số liệu thời gian vào lịch sử tiến trình mạnh mẽ hơn. Các lịch sử tiến trình được thiết kế để lưu số liệu thời gian và có khả năng xử lý nhiều kiểu số liệu và được tối ưu hóa để giải quyết nhanh chóng. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế vì tính độc quyền của chương trình. Các lịch sử tiến trình được các hãng khác nhau viết nên mỗi hãng sẽ có định dạng dữ liệu khác nhau và không có ngôn ngữ chung thống nhất giữa các hãng. Điều này khiến cho quá trình sử dụng và hỗ trợ, nâng cấp, bảo trì lịch sử tiến trình gặp khó khăn. Ngoài ra, chính vì có định dạng riêng, lịch sử tiến trình không thể giao tiếp tốt với các nguồn dữ liệu khác. Điều đó đã ngăn cách lịch sử tiến trình với phần dữ liệu còn lại của doanh nghiệp.

3.     Ưu điểm khi SCADA và SQL kết hợp

Sử dụng SCADA có hỗ trợ SQL có nhiều ưu điểm, định nghĩa lại suy nghĩ của mọi người về SCADA. Ba ảnh hưởng lớn nhất mà SQL tác động là : thống nhất dữ liệu, gợi ý vấn đề và tiết kiệm thời gian.

3.1 Thống nhất dữ liệu.

SCADA hỗ trợ SQL quét dữ liệu từ PLC và đưa vào trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Nếu như số liệu thời gian trong các SCADA trước đây được định dạng không theo chuẩn, bây giờ SCADA chuyển hóa số liệu thời gian thành định dạng chung, khiến cho các dữ liệu này dễ dàng được các hệ thống khác trong doanh nghiệp có thể đọc hiểu. Cơ sở dữ liệu SQL còn chia sẻ kết nối tiêu chuẩn, làm cho các thông tin sản xuất được phân lớp so với thông tin đến từ các khu vực khác trong doanh nghiệp. Dữ liệu giờ không chỉ được sử dụng và lưu trữ bởi phần mềm giám sát thiết bị mà còn cả phẩn mềm quản lý kho hay phần mềm nhân sự.

Khi đã thống nhất dữ liệu, thông tin điều khiển máy móc và thông tin điều hành doanh nghiệp đã giúp so sánh và tương quan số liệu thời gian với số liệu các hoạt động khác trong toàn bộ doanh nghiệp, mở ra vô số khả năng cải thiện hiệu quả và lợi nhuận doanh nghiệp. Đó là nguồn gốc của nhà máy thông minh.

3.2 Gợi ý vấn đề

Các cơ sở dữ liệu quan hệ được thiết kế không chỉ là nơi lưu trữ dữ liệu mà còn để truy vấn dữ liệu. Cấu trúc cơ sở dữ liệu ngôn ngữ SQL và các câu lệnh truy vấn SQL đơn giản, linh hoạt khiến cho người dùng có thể hỏi bất cứ câu hỏi mà họ nghĩ ra với dữ liệu có sẵn.

Chẳng hạn, người dùng không chỉ muốn biết có những thời điểm máy dừng, mà còn có thể sắp xếp thời điểm dừng theo thứ tự thời gian. Từ đó, họ có hướng quản lý sản xuất hiệu quả hơn.

Khả năng đặt câu hỏi về dữ liệu hiện có là khả năng vô cùng mạnh mẽ. Người dùng có thể đặt nhiều câu hỏi quan trọng để tìm ra những câu trả lời quan trọng – những câu trả lời ảnh hưởng tích cực đến lợi nhuận công ty.

Ví dụ về lợi ích của việc đặt câu hỏi. Chẳng hạn, nhà máy kẹo mua đường từ nhiều nhà máy. Họ có dữ liệu sản lượng, chất lượng kẹo sản xuất ra (dữ liệu lấy từ PLC) và thông tin nhà máy đường (dữ liệu từ hoạt động điều hành doanh nghiệp) . Người ta có thể so sánh để tìm ra mối quan hệ giữa sản lượng, chất lượng kẹp tạo ra từ các lô đường khác nhau. Từ đó nhà máy quyết định sẽ tiêp tục mua đường từ nhà máy nào sao cho hiệu quả tối ưu. Những câu hỏi tương tự và câu trả lời luôn sẵn sàng chính là chìa khóa cho quản lý sản xuất hiệu quả bằng cách kiểm soát dữ liệu.

3.3 Tiết kiệm thời gian

Thời gian là vàng bạc và kiểm soát dữ liệu tiết kiệm rất nhiều thời gian. Tiếp tục với ví dụ kẹo và đường ở trên. Giả sử kẹo sau khi bán ra ngoài thị trường bị phát hiện có độ ngọt cao hơn mức cho phép, nhà máy bị yêu cầu giải trình nguyên nhân. Để làm việc này, nhà máy sẽ phải xem lại thông số toàn bộ quy trình sản xuất. Nếu nhà máy lưu trữ thông tin trên giấy tờ hay bảng tính Excel, họ buộc phải xem lại thủ công từng tệp dữ liệu để tìm ra câu trả lời. Tùy vào khối lượng dữ liệu, quá trình này có thể mất nhiều giờ, nhiều ngày, thậm chí vài tuần. Như thế, nhà máy phải chịu tổn thất về năng suất và tiềm ẩn nhiều khoản chi phí.

Trong khi đó, nếu toàn bộ hoạt động doanh nghiệp được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu SQL, câu trả lời sẽ đến dễ dàng và nhanh hơn. Chỉ bằng vài câu lệnh truy vấn dữ liệu, kết quả xuất hiện chỉ sau vài mili giây, tức là câu trả lời gần như lập tức.

4.    Thời kì mới cho quản lý sản xuất hiệu quả

Dữ liệu thuộc về cơ sở dữ liệu SQL và dữ liệu điều khiển cũng không phải ngoại lệ. Tốc độ và sức mạnh của công nghệ thông tin tăng tốc hoạt động sản xuất. Các SCADA truyền thống (với chức năng đơn giản của phần mềm giám sát thiết bị) đã ở lại phía sau. Rõ ràng, làm công việc hôm nay bằng công nghệ ngày hôm qua không phải là phương pháp quản lý sản xuất hiệu quả.

Sức mạnh của cơ sở dữ liệu ngôn ngữ SQL đang làm thay đổi định nghĩa về SCADA. Hệ thống SCADA có ưu điểm của một cơ sở dữ liệu ngôn ngữ SQL: sự linh hoạt, sức mạnh và tốc độ. Các công ty chú trọng tận dụng SQL và hệ thống SCADA  sẽ có lợi thế trong thương trường .

Theo Inductive Automation