Phát triển hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển hoạt động trong môi trường khắc nghiệt

Các hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển (SCADA) đặc thù, diện rộng, hoạt động trong điều kiện, môi trường khắc nghiệt đã trở thành nhu cầu bức thiết trong các lĩnh vực sản xuất, phòng, chống thiên tai, bảo vệ môi trường và ứng dụng trong quốc phòng-an ninh…

Hệ thống SCADA được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền khoa học-công nghệ tiên tiến hiện đại. Tuy nhiên, các hệ thống SCADA đặc thù có những yêu cầu đặc biệt, nhất là trong lĩnh vực quốc phòng-an ninh thì việc chuyển giao công nghệ nhập từ nước ngoài rất khó khăn, trong khi đó giá thành rất đắt. Để chủ động về trang bị, Viện Tự động hóa kỹ thuật quân sự (Trung tâm Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự-Bộ Quốc phòng) đã chủ trì nghiên cứu đề tài nghiên cứu hệ thống SCADA đặc thù, diện rộng, hoạt động trong điều kiện và môi trường khắc nghiệt (KC.03.01) thuộc Chương trình nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ tự động hóa (KC.03) giai đoạn 2001-2005.

Đề tài KC.03.01 do GS-TSKH Cao Tiến Huỳnh, Viện trưởng Viện Tự động hóa kỹ thuật quân sự làm chủ nhiệm. Mục tiêu của đề tài là tiếp cận các lĩnh vực khoa học-công nghệ hiện đại; thiết kế, chế tạo hệ thống SCADA đặc thù, diện rộng, bảo đảm giám sát nhiều đối tượng điều khiển phân bố trên những vùng rộng lớn, ở cách xa nhau và xa trung tâm, làm việc ở chế độ thời gian thực… Hệ thống SCADA còn bảo đảm tính sống còn cao, hoạt động tin cậy trong điều kiện cơ động, rung, xóc và môi trường nhiệt đới, nóng, ẩm. Các công nghệ mới được tiếp cận bao gồm truyền thông bằng các loại kênh truyền khác nhau, thu thập số liệu, giám sát và điều khiển các đối tượng phân tán. Đề tài đã áp dụng và phát triển các phương pháp, công cụ của lý thuyết hệ thống để phân tích, tổng hợp cấu trúc tổng thể và từng thành phần của hệ thống, từ đó xây dựng mô hình hệ thống theo cấu trúc đã xác lập. Các nhà khoa học đã nghiên cứu xác định yêu cầu đối với các trạm và các đầu cuối, các thiết bị giao diện, ghép nối chuyên dùng với mô-đun giám sát, điều khiển, truyền thông theo chiều dọc và chiều ngang, trên cơ sở đó thiết kế, chế tạo các thiết bị và xây dựng phần mềm tương ứng. Hệ thống SCADA là sự tích hợp các kỹ thuật, công nghệ cao như: ASIC, PC-104, Encoder độ phân giải cao v.v.. trong thiết kế, chế tạo các cấu kiện, thiết bị thành phần.

Hệ thống SCADA đặc thù có cấu trúc ưu việt, khắc phục được ảnh hưởng của nhiễu, giảm ảnh hưởng không tốt của yếu tố trễ, nâng cao khả năng giám sát và điều khiển các đối tượng phân bố trên phạm vi rộng lớn. Hệ thống cũng khắc phục được một số yếu tố bất định, làm tăng hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Đặc biệt, hệ thống SCADA hoạt động tốt trong điều kiện hạ tầng truyền thông hạn chế hoặc chưa có hạ tầng truyền thông. Các phân hệ, các trạm giám sát và điều khiển liên kết với nhau không chỉ thông qua trung tâm, mà còn có các liên kết trực tiếp, bảo đảm sự thống nhất, phối hợp cao, có khả năng điều khiển cục bộ, điều khiển trực tiếp và vượt cấp với khả năng linh hoạt trong điều hành, chỉ huy và điều khiển đạt hiệu suất và hiệu quả cao.

Quá trình nghiên cứu thiết kế, chế thử và áp dụng thử được thực hiện nghiêm túc, khách quan với từng thành phần, trước khi thử nghiệm toàn phần. Hệ thống SCADA là hệ thống thiết kế theo cấu trúc mở, do vậy dễ nâng cấp, hiện đại hóa phù hợp với tính chất, yêu cầu sử dụng. Sản phẩm SCADA sử dụng các kênh truyền tin thoại, vô tuyến, cáp quang, có khả năng bao quát các đối tượng trong phạm vi bán kính 50km. Qua sử dụng thực tế, hệ thống SCADA bảo đảm làm việc tốt trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường, thời tiết, khí hậu, đáp ứng yêu cầu cơ động trên các địa hình khác nhau. Nổi bật nhất của hệ thống SCADA là được ứng dụng công nghệ ảnh nhiệt hồng ngoại, công nghệ nhúng, công nghệ FPGA, công nghệ xử lý ảnh động, công nghệ điều khiển bám trên cơ sở quang ảnh và ảnh nhiệt…

Hệ thống SCADA đặc thù đã áp dụng trong 5 công trình lớn phục vụ quốc phòng-an ninh và các ngành kinh tế quốc dân. Sản phẩm hệ thống SCADA không chỉ thể hiện khả năng tiếp cận công nghệ mới, mà còn làm chủ công nghệ để thiết kế, chế tạo hệ thống của các nhà khoa học quân đội, góp phần nâng cao trình độ huấn luyện, SSCĐ của quân đội ta. Hệ thống SCADA có những tính năng tương đương sản phẩm do nước ngoài sản xuất, nhưng giá thành chỉ khoảng từ 20% đến 25%. Nhờ tính khoa học và hiệu quả áp dụng thực tế, hệ thống SCADA-sản phẩm đề tài KC.03.01, được chọn là một trong 30 đề tài tiêu biểu giai đoạn 2001-2005 của Bộ Khoa học và Công nghệ.

ĐÌNH XUÂN