Các hệ thống SCADA đầu tiên trên thế giới được sử dụng để thu thập dữ liệu thông qua những tấm bảng có gắn các đồng hồ đo, bóng đèn và các máy ghi biểu đồ kiểu dây... Điều khiển có giám sát được các nhân viên quản lý thực hiện bằng tay thông qua nhiều nút bấm và công tắc điều khiển khác nhau. Những thiết bị điều khiển như thế ngày nay đôi khi vẫn được sử dụng để thu thập dữ liệu và điều khiển - giám sát trong các công xưởng, nhà máy, cơ quan và cả ngoài thực địa…
Nhược điểm của các hệ thống SCADA cổ điển là:
- Số lượng dây nối sẽ rất khó quản lý và xác định khi lặp đặt hàng trăm các cảm biến.
- Số lượng và loại dữ liệu thường nhỏ và thô (chưa xử lý).
- Việc lắp đặt thêm sensors sẽ trở nên khó khăn hơn khi hệ thống phức tạp hơn.
- Không thể sử dụng mô phỏng bằng cách sử dụng dữ liệu thực.
- Không thể thực hiện các giám sát và cảnh báo từ xa.
- Phải theo dõi dụng cụ đo và đồng hồ đo liên tục 24 giờ trong 1 ngày...
Trước và trong những năm 1940 của thế kỉ XX, công nghệ SCADA truyền thống bắt đầu sử dụng các cặp cáp đôi hoặc đa cáp để truyền thông giữa trung tâm và các trạm SCADA. Mỗi cặp cáp đôi chỉ có chức năng vận hành một thiết bị trên hệ thống.
Những năm tiếp sau đó, SCADA chuyển sang ứng dụng công nghệ “chuyển mạch từ” – một trong các công nghệ do các công ty điện thoại đã phát minh và phát triển từ những năm 1930.
Các hệ thống rơle khuếch đại tín hiệu được sử dụng rộng rãi trong những năm từ 1950 đến 1965 đã làm thay đổi công nghệ và tăng độ tin cậy truyền thông trong các hệ thống SCADA.
Trong những năm 1960 các thiết bị vào/ra (I/O) được sản xuất hàng loạt đã giúp cho các hệ thống SCADA theo dõi và vận hành từ xa một cách hiệu quả hơn…
Trong thời kỳ đầu rơle logic được dùng để điều khiển các hệ thống sản xuất và các nhà máy. Kế tiếp với sự xuất hiện của các bộ vi xử lý (CPU) và các thiết bị điện tử khác, các nhà sản xuất tích hợp các linh kiện điện tử số vào trong thiết bị logic. PLC hay bộ logic có thể lập trình được đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống điều khiển trong công nghiệp. Để tăng khả năng điều khiển và giám sát cho nhiều thiết bị hơn trong các nhà máy, PLCs sẽ được đặt phân tán (DCS) và hệ thống trở nên thông minh và nhỏ gọn hơn về kích thước. Khi đó, các sensors được thiết kế phù hợp với sự thông minh của PLCs v DCSs. Những thiết bị này được biết như là IEDs (thiết bị điện tử thông minh). IEDs được nối vào fieldbus như Profibus, Device net hoặc Foundation Fieldbus với PC. Chúng đủ thông minh để thu thập dữ liệu, trao đổi thông tin với các thiết bị khác và chứa đựng một phần của bộ chương trình. Mỗi một sensor siêu thông minh này có thể có nhiều hơn 1 sensor ở trên bảng mạch. Đặc biệt IED có thể kết hợp sensor đầu vào tương tự, đầu ra tương tự, bộ điều khiển PID, hệ thống thông tin và bộ nhớ chương trình vào trong một thiết bị.
Trong giai đoạn đầu khi SCADA mới được phát triển, thì khái niệm tính toán nói chung chỉ là một hệ thống đơn khối thực hiện tất cả các tính toán tích hợp một phương pháp riêng biệt. Một hệ thống tập trung vẫn làm việc độc lập vì vào đầu năm 1980’s chưa xuất hiện kết cấu mạng. Do chưa có kết cấu mạng, nên hệ thống SCADA là một hệ thống đơn lẻ không kết nối với các hệ thống khác.
Thế hệ SCADA đầu tiên được dựa trên các hệ thống máy vi tính lớn, hệ thống đơn khối thực hiện tất cả các chức năng tính toán, bị giới hạn về thiết bị phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi được nhà sản xuất cung cấp.
Vào năm 1988, thế hệ thứ 2 của SCADA bắt đầu xuất hiện với ưu điểm sử dụng công nghệ LAN. Với công nghệ mới này hệ thống có thể phân tán xử lý thông qua nhiều trạm thay vì thực hiện tất cả các quá trình trên một máy chính. Các trạm bao gồm các máy tính, chia sẻ các thông tin thời gian thực và có các chức năng khác nhau như: giao diện người máy (HMI), các quá trình tính toán hay các server cơ sở dữ liệu. Các mạng kết nối với hệ thống nói chung đều dựa trên giao thức LAN, mà bị giới hạn về khoảng cách cáp giữa các trạm. Một hạn chế khác là các nhà cung cấp thường tạo ra các giao thức mạng riêng. Do thiếu giao thức chuẩn nên hạn chế các kết nối với thiết bị mạng từ nhà sản xuất khác tới SCADA LAN. Bằng cách phân tán xử lý, khả năng dự phòng và độ tin cậy của hệ thống nhìn chung là có những cải tiến đáng kể. Thay vì có một hệ thống dự phòng gần như là không làm việc, thì cấu trúcc phân tán giữ tất cả các trạm trên LAN luôn ở trạng thái online mọi lúc. Nếu một trạm HMI bị sự cố thì trạm HMI khác có thể được dùng để vận hành hệ thống mà không phải mất thời gian chờ đợi chuyển từ trạm chính sang trạm dự phòng. Phân bố chức năng thông qua nhiều trạm đưa lại khả năng xử lý cho hệ thống tốt hơn so với hệ thống đơn khối. Hệ thống SCADA vẫn còn các hạn chế về phần mềm, phần cứng và các thiết bị ngoại vi do các nhà sản xuất cung cấp. Cải tiến của thế hệ SCADA thứ 2 chính là công nghệ LAN. Giao tiếp WAN vẫn không thay đổi và vẫn bị hạn chế bởi các giao thức RTU.
Thế hệ SCADA thứ 3 dựa trên cấu trúc kiểu mạng sử dụng giao thức WAN như TCP/IP. Đây là hệ thống mở cho phép trạm chủ có trách nhiệm giao tiếp với các thiết bị hiện trường được phân tách ra khỏi trạm chủ. Ưu điểm của việc đặt các giao tiếp đầu cuối gần với thiết bị hiện trường như RTUs làm cho hệ thống có thể kết nối trực tiếp tới mỗi RTU bằng một bước truyền duy nhất. Không sử dụng các bộ lặp và kết hợp với đường dây trên không làm đơn giản đáng kể mạng radio và giảm thiểu chi phí. Các chuẩn mở đã loại bỏ nhiều các hạn chế từ các thế hệ SCADA trước đó. Với hệ thống mở, các nhà cung cấp SCADA khác nhau có thể tập trung vào phần mềm trạm chủ SCADA và cho phép người khác thiết lập phần cứng.
Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra thu thập dữ liệu đã đồng loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP theo xu thế phát triển của mạng Internet.
Hiện nay, các hệ thống SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công nghệ chuẩn truyền thông: Ethernet và TCP/IP – đó là các chuẩn công nghệ cơ bản đang dần thay thế các chuẩn cũ trước đây. Thế hệ SCADA thứ 4 ra đời dựa trên nền tảng công nghệ Internet. SCADA thế hệ này đã làm giảm đáng kể chi phí hạ tầng và việc duy tu bảo dưỡng, tích hợp hệ thống trở nên dễ dàng. Các hệ thống SCADA có thế giám sát và điều khiển gần như tức thời và thực hiện các thuật toán điều khiển phức tạp hơn nhiều so với các PLCs truyền thống. Hơn nữa, do thế hệ SCADA thứ 4 sử dụng các giao thức mở nên độ tin cậy và an ninh cao hơn so với các thế hệ trước… Các truy cập từ xa (Web clients) vào hệ thống SCADA thông qua những trang Web từ máy chủ Web (Web server) và có thể nhận các thông tin yêu cầu từ các RTUs thông minh được kết nối SCADA…
Theo các nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và công nghệ thông tin phần mềm: Công ty Wonderware và Công ty Tự động hóa Rockwell thì thế hệ tiếp theo của SCADA có thể sẽ sử dụng chuẩn OPC-UA, do nó có nhiều ưu điểm từ việc hỗ trợ của công nghệ thông tin do sử dụng ngôn ngữ XML (Extensible Markup Language), các dịch vụ web và các công nghệ web hiện đại khác…
Hiện nay, xu hướng phát triển của các PLCs, RTUs và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng trở nên "mix and match" – hỗn hợp nhưng đều hộ trợ tương thích lẫn nhau trong một chỉnh thể thống nhất SCADA...
|