Trang chủ » Hệ thống SCADA và MES kết hợp với nhau như thế nào?

Hệ thống SCADA và MES kết hợp với nhau như thế nào?

hệ thống scada mes

Khi tìm hiểu về SCADA và MES, có lẽ chúng ta sẽ đặt câu hỏi “Tại sao lại cần một hệ thống SCADA và một hệ thống MES, trong khi cả hai đều cung cấp hình ảnh trực quan về quy trình cho người dùng?” và “Liệu ta có thể kết hợp SCADA và MES trong sản xuất được không?”

Hãy cùng VTI Solutions đi tìm hiểu tính khả thi của việc kết hợp SCADA và MES qua bài viết sau đây.

SCADA và MES trong Kim tự tháp tự động hóa

Kiến trúc của tự động hóa thường được minh họa bằng kim tự tháp tự động hóa (CIM pyramid), thể hiện các trình độ kỹ thuật khác nhau trong sản xuất công nghiệp theo các lĩnh vực và nhiệm vụ liên quan.

Kim tự tháp tự động hóa CIM Pyramid
Kim tự tháp tự động hóa CIM Pyramid

Level 1: Chứa các mức trường (field levels) liên quan đến quá trình và mức độ kiểm soát. Các giao diện của quy trình sản xuất kỹ thuật được đặt ở field levels, nơi các tín hiệu quy trình và các mô-đun đầu vào và đầu ra được sử dụng. Mức điều khiển chứa PLC hoặc RTU để điều chỉnh các hệ thống cấp dưới (Level 0).

Level 2: Các hệ thống như HMI và SCADA được sử dụng ở điều khiển quá trình mức 2, nhiệm vụ là giám sát và điều khiển mức độ tự động hóa ở level 1 cũng như đầu ra của các biến và điểm thiết lập được thao tác. 

Tại nút này, thông tin từ các thành phần khác nhau trong hệ thống được kết hợp và được đánh giá hoạt động hoặc dữ liệu liên quan. Dữ liệu này được biên dịch và định dạng theo cách mà người dùng có thể điều chỉnh quyền kiểm soát RTU và PLC bằng giao diện người-máy (HMI). Hơn nữa, lịch sử dữ liệu cũng có thể lưu trữ để phân tích xu hướng và thực hiện các thử nghiệm khác.

Level 3:  Đại diện cho cấp độ quản lý hoạt động và chứa Hệ thống điều hành Sản xuất (MES), với nhiệm vụ giám sát và lập kế hoạch sản xuất. MES là yếu tố kết nối giữa tầng Điều hành sản xuất lấy dữ liệu trực tiếp từ máy móc và đội ngũ sản xuất với tầng Quản lý doanh nghiệp. Như vậy, MES giúp doanh nghiệp cập nhật hoạt động sản xuất tức thời, thúc đẩy quá trình kiểm tra sản phẩm, tối ưu hóa nguồn lực và quản lý quy trình sản xuất theo thời gian thực.

Level 4: Mức cao nhất của kim tự tháp tự động hóa là chính là cấp độ doanh nghiệp. Tại thời điểm này, hệ thống ERP được sử dụng trong sản xuất sẽ phát huy tác dụng, đảm nhận các nhiệm vụ lập kế hoạch và xử lý các hoạt động sản xuất trong nhà máy.

Sự khác biệt và chồng chéo của SCADA và MES

Hãy bắt đầu xem xét bắt đầu thảo luận bằng cách tập trung vào sự khác biệt và tương đồng giữa MES và SCADA. Bài viết sẽ trích dẫn quan điểm của Sam Russem – Giám đốc cấp cao của Grantek trên podcast “Automation World Gets Your Questions Answered”.

SCADA và MES đều là các công cụ phần mềm được thiết kế để thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau. 

Hệ thống MES tập trung vào việc quản lý dữ liệu và báo cáo hoạt động sản xuất trong thời gian thực. Với nguồn dữ liệu, hệ thống phân tích đưa ra những thông tin hữu ích về tình trạng sản xuất như Hàng tồn kho (WIP), Hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE), hiệu suất sản xuất,… MES cũng có thể giao tiếp trong thời gian thực với hệ thống SCADA (nếu có) và hoạt động liên kết với hệ thống doanh nghiệp như ERP, để giám sát các hoạt động sản xuất.

Về phía SCADA, việc này được xác định bởi khả năng kết nối với thiết bị khu vực sản xuất, đặc biệt là PLC, cảm biến và các thiết bị khác; các bản ghi dữ liệu thô từ các thiết bị này thường được lưu giữ trong các tệp nhật ký.

Vì cả hai hệ thống đều tập trung vào việc thu thập và hiển thị dữ liệu thiết bị, nên hãy nhìn vào mô hình Purdue để tìm ra điểm khác biệt. 

Mô hình Purdue
Mô hình Purdue

Russem giải thích: “Khi bạn đang nói về Cấp độ 0 của Mô hình Purdue, đây là những quy trình sản xuất vật lý xảy ra trong thời gian thực. Nhưng ở hệ thống kinh doanh Cấp độ 4, những hệ thống này thường hoạt động theo tuần và quý. Do đó, một hệ thống SCADA ở Cấp độ 2 cần có khả năng giao tiếp nhanh hơn rất nhiều với các PLC. Đó là lý do tại sao SCADA có thể giao tiếp với tốc độ dưới giây (per second).

“Trong khi đó, MES hoạt động trên quy mô thời gian dài hơn một chút, nó thường không đi vào dữ liệu kiểm soát ở Level 2 mà tập trung hơn vào giờ, hoặc ca làm việc, hoặc đôi khi là ngày hoặc tuần. Sự khác biệt về tốc độ này ảnh hưởng đến các giao thức mà mỗi hệ thống đó sử dụng. SCADA cần phải giao tiếp với các giao thức công nghiệp như OPC, EtherNet / IP hoặc Modbus” –  Giám đốc của Grantek nói thêm.

Do những khác biệt về tốc độ truyền thông này, chúng ta sẽ loại bỏ khả năng kết hợp MES và SCADA. Tuy nhiên, Russem lưu ý rằng khái niệm “flattening the stack (làm phẳng ngăn xếp)” giúp giải thích sự thúc đẩy việc kết hợp hai hệ thống như sau:

Russem nhấn mạnh “Nếu bạn có thể trình bày lớp điều khiển và lớp quản lý của mình trong một nền tảng tương tự – nơi nó có sự liền mạch giữa hai chức năng – một cách tương tự, thì chắc chắn sẽ có cơ hội để hợp lý hóa giao diện người dùng đó.” 

Mặc dù cả SCADA và MES quản lý tài sản sản xuất của công ty, chúng chỉ thực hiện các quy trình ở các quy mô khác nhau. Ví dụ, hãy nghĩ về nhiệt độ của một thùng định liều lượng batching tank, SCADA muốn biết nhiệt độ của thẻ (tag) thùng chứa và nó muốn theo dõi điều đó mỗi giây. Do đó khi phát hiện chiều hướng xấu, hệ thống SCADA sẽ hỗ trợ điều chỉnh nhiệt độ để nó quay lại tầm kiểm soát. 

MES cũng sẽ quan tâm đến nhiệt độ của thùng, nhưng có thể chỉ quan tâm nếu nó thực sự vượt ra ngoài thông số kỹ thuật và hệ thống cần biết một ngoại lệ để đánh giá chất lượng trong tương lai. Vì vậy, trong khi tập trung vào các khía cạnh khác nhau, cả hai đều đang kết nối với cùng một loại dữ liệu”.

Batching Tank Example MES SCADA
Batching Tank – ví dụ cho SCADA và MES

Vậy tóm lại, ta có thể hiểu như sau:

  • SCADA phù hợp nhất trong việc trực quan hóa theo thời gian thực các quá trình và dữ liệu lịch sử ngắn hạn. Chúng được thiết kế để hoạt động chặt chẽ với PLC.
  • MES phù hợp nhất trong việc trình bày dữ liệu tổng hợp vì nó có khả năng hoạt động với dữ liệu lớn được nhận trong thời gian thực (PLC, SCADA), đồng thời trao đổi thông tin với ERP, SCM, CRM,..

Có cần hệ thống MES khi nhà máy đã triển khai sẵn SCADA?

SCADA là một hệ thống tập trung vào việc kiểm soát việc sản xuất và sử dụng với PLC trong thời gian thực. Mặc dù với SCADA,doanh nghiệp có thể thu thập thông tin dữ liệu sản xuất như hiệu quả, số lượng sản phẩm và tốc độ sản xuất trung bình, nhưng SCADA không thể hỗ trợ theo dõi sự biến đổi chi tiết của nguyên vật liệu thô thành thành phẩm thông qua chuỗi quy trình hoạt động sản xuất trên quy mô khu vực nhà máy.

Bên cạnh đó, trong quá trình sản xuất thường có một lượng lớn thông tin được trao đổi trong thời gian thực cần được xử lý và phân tích để đạt được hiệu quả sản xuất tối ưu. Để có được điều này, doanh nghiệp cần một hệ thống có khả năng xử lý cả dữ liệu và giao tiếp với các hệ thống khác trong thời gian thực. 

Vì vậy, ở đây chúng ta có hệ thống MES. Trong khi SCADA được thiết kế để kiểm soát việc sản xuất trong thời gian thực, MES hỗ trợ theo dõi và thu thập thông tin về từng sản phẩm (cả nguyên vật liệu) thông qua tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất. Nó là một phần mềm có khả năng hoạt động với Big Data được nhận trong thời gian thực (PLC, SCADA), đồng thời trao đổi thông tin với các hệ thống phần mềm doanh nghiệp (ERP, SCM, CRM). 

Mục đích của MES là phân tích và trích xuất thông tin quan trọng từ Big Data này và chuyển nó sang hệ thống ERP. Ngoài ra, giải pháp phần mềm này có thể chuyển đổi các đơn đặt hàng công việc nhận được từ ERP thành lịch trình sản xuất và hỗ trợ gửi lịch trình này đến khu vực sản xuất (PLC, SCADA). Việc cung cấp, thu thập và phân tích thông tin ở các định dạng khác nhau từ các hệ thống khác nhau là rất quan trọng đối với sản xuất hiện đại.

Ứng dụng của việc kết hợp SCADA và MES trong thực tiễn

Trên thực tế, nhiều doanh nghiệp trên thế giới đã ứng dụng việc tích hợp SCADA và MES để hỗ trợ các hoạt động sản xuất của mình. Một trong những lý do là để đảm bảo tiết kiệm ngân sách triển khai. Lý do khác là tránh mọi xung đột tiềm ẩn giữa SCADA và MES khi chúng hoạt động riêng lẻ, đặc biệt khi lựa chọn mỗi hệ thống bởi các nhà cung cấp khác nhau. Tuy nhiên, lý do chính là tìm một giải pháp hỗ trợ khắc phục các nhược điểm của SCADA và tăng cường hiệu quả hoạt động sản xuất xuyên suốt trong nhà máy thời gian thực, và đó chính là sự kết hợp với MES.

Trong những trường hợp này, các dự án có thể chỉ yêu cầu MES xử lý các tác vụ đơn giản như theo dõi hàng tồn kho, cũng như một số báo cáo tài nguyên. Do phạm vi công việc đơn giản, người ta có thể cấu hình SCADA / HMI cho phù hợp để đạt được các nhiệm vụ. Hầu hết thời gian, SCADA được thiết kế để người vận hành có thể truy cập vào MES, thu thập dữ liệu chuyển cho cấp sản xuất như ERP hoặc thậm chí là giám sát viên.

Đối với các ứng dụng sản xuất quy mô nhỏ, sự kết hợp cơ bản giữa MES và SCADA có thể đem lại nhiều lợi ích. Nếu bạn lựa chọn sự kết hợp giữa SCADA và MES cho một dự án lớn, chúng vẫn hoàn toàn có khả năng giúp hoạt động được đồng bộ, qua đó giảm thiểu công sức phải giám sát riêng lẻ từng quy trình của từng hệ thống.

Tham khảo một nhà sản xuất đã kết hợp các chức năng MES của mình vào một hệ thống SCADA hiện có, Russem cho biết, “Trong nhà máy này, họ có lớp SCADA toàn diện kết nối với tất cả các PLC sẵn có và đó là thiết bị đầu cuối chính mà các nhà điều hành dây chuyền nhà máy sẽ sử dụng để chạy vật liệu trong quá trình sản xuất. Sau đó, họ đã áp dụng và xây dựng hệ thống MES bằng cách sử dụng cùng một nền tảng SCADA. Hệ thống SCADA này có một tập hợp các mô-đun MES có thể được thêm vào nền tảng. ”

Hệ thống mà nhà sản xuất này đang sử dụng là Ignition SCADA của Inductive Automation với các mô-đun MES của Sepasoft. Sepasoft là đối tác chiến lược của Tự động hóa quy nạp.

iginition-sepasoft-mes-scada

Russem cho biết, mô hình trên mang lại nhiều lợi ích cho nhà sản xuất, vì họ đã phát triển hệ thống này với cách tiếp cận hợp lý bằng việc bắt đầu với SCADA và lặp lại theo thời gian để thêm lập lịch sản xuất, OEE (hiệu quả tổng thể của thiết bị), và SPC (kiểm soát quá trình thống kê) để quản lý rủi ro của họ ở mỗi giai đoạn đó.

Lựa chọn VTI Solutions cho giải pháp MES

Qua nhận định của giám đốc Sam Russem từ Grantek, có thể thấy việc kết hợp SCADA và MES vào trong sản xuất là một điều cần thiết cho doanh nghiệp. Trong cùng một nền tảng hệ thống phần mềm, cả hai mang lại nhiều lợi ích cho ngành sản xuất như đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí triển khai, nâng cao khả năng bảo trì ứng dụng và hiệu quả sản xuất trong nhà máy.

Để đáp ứng các yêu cầu về giám sát và điều hành sản xuất một cách hiệu quả, việc lựa chọn một giải pháp phù hợp cho doanh nghiệp là một điều vô cùng quan trọng. Hiểu được điều này, VTI Solutions tự tin là sự lựa chọn hoàn hảo cho các nhà sản xuất đang tìm kiếm các giải pháp MES tối ưu cũng như hỗ trợ tư vấn các giải pháp SCADA phù hợp. 

Liên lạc với chúng tôi, và bạn sẽ nhận được một thay đổi toàn diện và tối ưu trong việc quản lý nhà máy của mình.