Vai trò của giao thức truyền thông trong SCADA

Giao thức truyền thông trong SCADA  đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc trao đổi, truyền và nhận dữ liệu. Ai cũng biết đến hệ thống SCADA nổi tiếng với chức năng giám sát và điều khiển, nên việc trao đổi dữ liệu được xem như nền tảng của hệ thống này. 

Qua bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về vai trò cũng như những giao thức truyền thông trong SCADA phổ biến hiện nay. 

1. Vai trò của giao thức truyền thông trong SCADA

Giao thức truyền thông trong được hiểu là một bộ quy tắc về trao đổi dữ liệu, thông tin liên lạc giữa các thiết bị truyền đến các thiết bị nhận trong cùng một hệ thống qua các kênh truyền thông.

Trong hệ thống SCADA, giao thức truyền thông cũng có nhiệm vụ tương tự là truyền tải các thông tin giữa cảm biến, thiết bị điều khiển, trung tâm giám sát,… để đảm bảo được tính nhất quán và độ chính xác của dữ liệu.

Giao thức truyền thông còn giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải của dữ liệu, đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu và tương thích giữa các thiết bị khác nhau.

Tất cả những nhiệm vụ trên chung quy là giúp cho SCADA có thể giám sát và điều khiển các thiết bị và q uy trình từ xa thông qua việc thu thập dữ liệu và truyền tải lệnh điều khiển.

2. Các giao thức truyền thông phổ biến trong SCADA

Hiện nay các giao thức truyền thông được sử dụng trong SCADA khá đa dạng, từng loại sẽ có mỗi ưu nhược điểm riêng của mình.

Bạn có thể tham khảo dưới đây, để xem loại giao thức nào phù hợp với hệ thống SCADA của mình.

Modbus

Modbus là giao thức truyền thông được thiết kế để truyền tải dữ liệu cho các thiết bị điều khiển và trung tâm giám sát.

Ưu điểm:

• Modbus hỗ trợ các loại kết nối như RS-232; RS-485; TCP/IP
• Đơn giản dễ triển khai, có khả năng tương thích với nhiều thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.

Hạn chế:

• Bảo mật không cao, không hỗ trợ mã hóa dữ liệu.
• Bị hạn chế khả năng truyền dữ liệu trong môi trường có nhiều thiết bị hoạt động cùng một lúc.

DNP3 (Distributed Network  Protocol 3)

DNP3 là giao thức truyền thông tập trung vào khả năng bảo mật, khả năng khôi phục dữ liệu và xử lý sự cố.

Ưu điểm:

• Thiết có hỗ trợ tính bảo mật cao, có độ tin cậy.
• Có thể truyền tải dữ liệu từ các thiết bị nền tảng khác nhau.

Hạn chế:

• Giao thức này khá phức tạp so với những giao thức khác, đòi hỏi khi sử dụng bạn phải có hiểu biết kỹ thuật cao.

IEC 60870-5-101 và IEC 60870-5-104

Giao thức này được sử dụng rộng rãi trong ngành điện lực với chức năng lớn là truyền tải dữ liệu giữa thiết bị và trung tâm giám sát

Ưu điểm:

• Hỗ trợ tryền tải dữ liệu qua các loại kết nối như RS-232; RS-485; TCP/IP.
• Chúng có cơ chế bảo mật và xác thực.

Hạn chế:

• Phải tìm hiểu các thủ tục kỹ thuật chuẩn, liên quan đến IEC 60870-5

OPC (OLE for Process Control) và OPC-UA (OPC Unified Architecture)

Giao thức truyền thông này được ưa chuộng giữa các thiết bị công nghiệp và phần mềm giám sát.

Ưu điểm:

• Giao thức OPC dễ dàng tích hợp với các phần mềm SCADA.
• Hỗ trợ tương thích đa nền tảng, bảo mật cao.

Hạn chế:

• Quá trình cài đặt và cấu hình hơi phức tạp so với các phương thức khác.

Giao thức TCP/IP và MQTT

Giao thức TCP/IP và MQTT thường được sử dụng cho những hệ thống SCADA liên quan đến IoT.

Ưu điểm:

• Sử dụng nền tảng mạng IP phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến IoT, ngoài ra chúng cũng hỗ trợ tích hợp với các hệ thống khác.

Hạn chế:

• Cần trang bị đầy đủ kiến thức mạng và thiết lập cấu hình.

Profibus và Profinet

Profibus được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để truyền tải dữ liệu, Profinet thì có yêu cầu nhiều hơn vì phiên bản này cần dựa trên Ethernet của Profibus.

Ưu điểm:

• Dễ dàng triển khai và sử dụng.
• Hỗ trợ truyền tải dữ liệu nhanh hơn và tương thích với mạng công nghiệp.

Hạn chế:

• Profinet đòi hỏi phần cứng hỗ trợ Ethernet.

3. Các yếu tố khi chọn giao thức truyền thông trong SCADA

Để lựa chọn được giao thức truyền thông phù hợp với hệ thống SCADA thì cần phải đáp ứng được những yêu cầu như sau:

Tính bảo mật

• Giao thức phải hỗ trợ mã hóa dữ liệu để thông tin được truyền tải an toàn, để nếu có bên thứ ba nhìn thấy cũng không thể đọc được dữ liệu.
• Cần phải xác thực danh tính của người dùng và thiết bị trong quá trình truyền tải dữ liệu.
• Phải quản lý được quyền truy cập để ngăn chặn sự truy cập trái phép từ bên ngoài vào hệ thống.

Tính nhất quán

• Đảm bảo dữ liệu được truyền tải theo đúng thứ tự, tránh tình trạng thông tin bị lạc, mất và bị tráo đổi.
• Đảm bảo dữ liệu được gửi đúng địa chỉ, đúng thiết bị, đúng trung tâm giám sát.

Độ tin cậy

• Giao thức có khả năng sử dụng mã kiểm tra sai số, phát hiện và sửa lỗi trong quá trình truyền tải dữ liệu.
• Giao thức cần có chức năng hỗ trợ các cơ chế xử lý sự cố, ví dụ như tự động gửi lại dữ liệu nếu xảy ra sự cố trong quá trình truyền tải.

Tối ưu hóa truyền tải

• Có thể nén dữ liệu để giảm băng thông cho quá trình truyền tải. Định dạng gói truyền tin hiệu quả để tránh lãng phí tài nguyên mạng.

Tương thích và kết nối

• Giao thức tuyền thông cần hỗ trợ tương thích giữa các thiết bị và hệ thống từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.
• Các thiết bị có thể kết nối dễ dàng vào hệ thống mà không yêu cầu nhiều cấu hình phức tạp.

Phản hồi và lưu trữ dữ liệu

• Giao thức cần cho phép các thiết bị gửi phản hồi về trạng thái thực hiện sau khi nhận lệnh điều khiển. Và lưu trữ dữ liệu lịch sử có thể phân tích sau này về xu hướng và sự cố.

>>> Xem thêm: MQTT là gì? Vai trò của MQTT