SCADA pomaga organizacjom przemysłowym w utrzymaniu wydajności, komunikowaniu problemów systemowych w celu ograniczenia przestojów oraz przetwarzaniu danych w celu podejmowania mądrzejszych decyzji.
Wiele zakładów przemysłowych, odległych lokalizacji i hal produkcyjnych wymagało od personelu ręcznego monitorowania i ręcznego sterowania urządzeniami elektrycznymi za pomocą tarcz analogowych i przycisków.
Ponieważ odległe lokalizacje i podłogi przemysłowe zaczęły się powiększać, potrzebowali lepszych rozwiązań do sterowania urządzeniami elektrycznymi z dużych odległości. Niektóre organizacje zaczęły stosować zegary i przekaźniki, aby zapewnić lepszy poziom kontroli nadzorczej.
Chociaż zegary i przekaźniki rozwiązują duże problemy, zapewniają ograniczoną funkcjonalność automatyki. Ponownie trudno było skonfigurować zegary i przekaźniki. Więcej miejsca zajęły panele sterowania i wykrywanie usterek. W związku z tym zaczęły pojawiać się kolejne problemy.
W celu rozwiązania tego rodzaju problemów wprowadzono technologię „SCADA”.
Pojawienie się sterowników PLC i mikroprocesorów na początku SCADA pomaga organizacjom monitorować i kontrolować zautomatyzowane procesy bardziej niż wcześniej.
W tym artykule omówię SCADA, jej zastosowania, funkcje, komponenty, typy i nie tylko.
Zaczynajmy!
Spis treści:
Co to jest SCADA?
Kontrola nadzorcza i akwizycja danych (SCADA) to rodzaj aplikacji, która umożliwia przemysłom kontrolowanie procesów przemysłowych, takich jak zbieranie danych z odległych lokalizacji w czasie rzeczywistym w celu kontrolowania stanu urządzeń. Oferuje wiele narzędzi potrzebnych do wdrażania decyzji opartych na danych w czasie rzeczywistym.
SCADA rozwiązała wiele przemysłowych procesów monitorowania i sterowania od lat 70-tych.
Pod koniec lat 90. i na początku 2000 r. SCADA przyjęła zmianę, przechwytując architekturę systemu otwartego oraz protokoły komunikacyjne, które nie są specyficzne dla dostawcy. Wykorzystało to technologie komunikacyjne, takie jak Ethernet, które umożliwiły systemom komunikowanie się z innymi dostawcami, podnosząc ograniczenia starszych systemów SCADA.
Nowoczesne systemy SCADA umożliwiają posadzkom przemysłowym dostęp do danych w czasie rzeczywistym z dowolnego miejsca na świecie. Dostęp ten umożliwia firmom, osobom fizycznym i rządom podejmowanie lepszych decyzji dotyczących usprawnienia procesów. Bez oprogramowania SCADA nie będzie możliwe zebranie wystarczającej ilości danych.
Ponadto nowoczesne oprogramowanie do projektowania SCADA ma możliwości szybkiego tworzenia aplikacji (RAD). Pozwala to użytkownikom łatwo projektować aplikacje, nawet bez wiedzy na temat tworzenia oprogramowania.
Wprowadzenie do oprogramowania SCADA nowoczesnych praktyk i standardów IT, takich jak aplikacje internetowe i SQL, poprawiło bezpieczeństwo, niezawodność, produktywność i wydajność systemów SCADA.
Dużą zaletą korzystania z baz danych SQL jest to, że ułatwia proces integracji z systemami ERP i MES, umożliwiając płynny przepływ danych przez całą organizację.
SCADA to zatem system elementów sprzętowych i programowych, który pozwala organizacjom przemysłowym:
- Kontroluj procesy przemysłowe w odległych lokalizacjach lub lokalnie
- Monitoruj, zbieraj i przetwarzaj dane w czasie rzeczywistym
- Bezpośrednia interakcja z urządzeniami, takimi jak pompy, zawory, czujniki, silniki i nie tylko, za pośrednictwem interfejsu człowiek-maszyna (oprogramowanie HMI)
- Zapisz wszystkie zdarzenia w pliku dziennika
Podstawy jego architektury zaczynają się od zdalnych jednostek terminalowych (RTU) i programowalnych sterowników logicznych (PLC). Te dwa są mikrokomputerami, które komunikują się z szeroką gamą obiektów, takich jak czujniki, urządzenia końcowe, interfejsy HMI i maszyny fabryczne. RTU i sterowniki PLC kierują dane z obiektów do komputerów za pomocą oprogramowania SCADA.
Jednak oprogramowanie SCADA przetwarza, wyświetla i dystrybuuje dane, pomagając pracownikom i operatorom analizować informacje i podejmować ważne decyzje.
Na przykład system SCADA szybko zwraca się do operatora w sprawie partii produktów, które wykazują błędy. Operator wstrzymuje operację, przegląda dane systemowe przez HMI i określa przyczynę problemu. Następnie operator przegląda informacje i odkrywa, że „Maszyna 4” nie działa.
W ten sposób system SCADA pomaga operatorowi w identyfikacji problemu, rozwiązaniu go na czas i zapobiega dalszym stratom.
Komponenty systemu SCADA
Systemy SCADA składają się z różnych komponentów, które są wdrażane w terenie w celu gromadzenia danych w czasie rzeczywistym. Komponenty te umożliwiają gromadzenie danych i usprawnianie automatyki przemysłowej.
Omówmy szczegółowo każdy komponent.
#1. Czujniki i siłowniki
Czujnik to urządzenie lub system, który wykrywa funkcje wejściowe z procesów przemysłowych. Siłownik to urządzenie sterujące mechanizmem procesów przemysłowych. Czujniki działają jak miernik lub miernik, który wyświetla stan maszyny.
Siłownik działa jak pokrętło, sterowanie lub przełącznik, które można wykorzystać do sterowania urządzeniem. Oba są monitorowane i sterowane przez kontrolery terenowe SCADA.
#2. Kontrolery terenowe SCADA
Sterowniki polowe łączą się bezpośrednio z siłownikami i czujnikami. Są w tym dwie kategorie:
#3. Komputery nadzorcze SCADA
Komputery nadzorcze kontrolują wszystkie procesy związane z SCADA. Służą do zbierania danych z urządzeń polowych oraz wysyłania poleceń do urządzeń w celu sterowania procesami przemysłowymi.
#4. Oprogramowanie HMI
Oprogramowanie to zapewnia system, który potwierdza i prezentuje dane z urządzeń terenowych SCADA. Umożliwia także operatorom zrozumienie i modyfikację stanu procesów kontrolowanych przez SCADA.
#5. Infrastruktura komunikacyjna
Infrastruktura komunikacyjna umożliwia systemom nadrzędnym SCADA komunikację ze sterownikami i urządzeniami polowymi. Umożliwia to również systemom SCADA zbieranie danych z urządzeń obiektowych i sterowanie tymi urządzeniami.
Cechy systemów SCADA
Systemy SCADA zawierają specjalne funkcje dla określonych aplikacji lub branż, a większość systemów obsługuje następujące funkcje:
- Pozyskiwanie danych: Jest to podstawa systemów SCADA, w których czujniki gromadzą dane i dostarczają je do sterowników terenowych. W zamian sterowniki polowe przesyłają dane do komputerów SCADA.
- Zdalne sterowanie: Osiąga się to poprzez sterowanie siłownikami polowymi, które opiera się na danych zebranych z czujników polowych.
- Sieciowa komunikacja danych: umożliwia wszystkie funkcje SCADA. Dane zebrane z czujników są przesyłane do kontrolerów terenowych SCADA, które następnie komunikują się z komputerami nadzorczymi SCADA. Polecenie zdalnego sterowania jest przesyłane z powrotem do siłowników z komputerów nadzorczych.
- Prezentacja danych: Osiąga się to za pomocą interfejsów HMI, które reprezentują bieżące i historyczne dane potrzebne operatorom do uruchomienia systemu SCADA.
- Alarm: Ostrzega operatorów o istotnych warunkach w systemie SCADA. Można go łatwo skonfigurować, aby powiadamiał operatorów o zablokowaniu procesów, awarii niektórych systemów lub innych aspektach wymagających zatrzymania, uruchomienia lub dostosowania.
- Dane w czasie rzeczywistym i dane historyczne: Oba są istotnymi częściami systemu SCADA. Umożliwi to użytkownikom śledzenie wyników obecnego scenariusza w porównaniu z trendami historycznymi.
- Raportowanie: Obejmuje to raporty dotyczące wydajności procesu, stanu systemu oraz raporty dostosowane do konkretnych zastosowań.
Działanie SCADA
Systemy SCADA pełnią pewne funkcje, w tym akwizycję danych, przesyłanie danych, prezentację informacji/danych oraz monitorowanie/kontrolę. Funkcje te są realizowane przez komponenty systemu SCADA, takie jak czujniki, RTU, sterowniki, sieć komunikacyjna itp.
Czujniki służą do zbierania istotnych danych, a jednostki RTU służą do wysyłania tych danych do kontrolera w celu wyświetlenia stanu systemu. Zgodnie ze statusem użytkownik wydaje polecenie innym komponentom, aby wykonywały swoje funkcje. Tę funkcję spełnia sieć komunikacyjna.
Tutaj omówimy każdą funkcję, aby zrozumieć zasadę działania systemów SCADA.
Pozyskiwanie danych
System SCADA działający w czasie rzeczywistym składa się z wielu czujników i komponentów, które zbierają informacje i przesyłają dane do dalszego przetwarzania.
Na przykład, niektóre czujniki mierzą przepływ wody ze zbiornika do zbiornika wody, a inne czujniki mierzą ciśnienie, gdy woda jest uwalniana ze zbiornika. Tutaj czujniki zbierają różne rodzaje danych, aby zrozumieć, czy wszystkie procesy przebiegają płynnie.
Komunikacja danych
Systemy SCADA wykorzystują sieć przewodową do zbierania i przesyłania danych między użytkownikami i urządzeniami. Aplikacje SCADA działające w czasie rzeczywistym wykorzystują komponenty i czujniki, które są sterowane zdalnie. Wykorzystuje również komunikację internetową. Ponieważ przekaźniki i czujniki nie są w stanie się komunikować, jednostki RTU są używane do komunikacji interfejsów sieciowych i czujników.
Prezentacja danych
Normalne sieci składają się ze wskaźników, które są widoczne w celu kontroli. W aplikacjach SCADA czasu rzeczywistego istnieje wiele alarmów i czujników, którymi nie można jednocześnie zarządzać. System SCADA wykorzystuje HMI, aby zaoferować wszystkie dane zebrane z różnych czujników.
Monitorowanie i kontrolowanie
System SCADA wykorzystuje różne przełączniki do obsługi urządzeń i wyświetla stan kontrolowanego obszaru. Dowolną część można włączyć/wyłączyć ze stacji za pomocą tych przełączników. Aplikacja SCADA jest zaimplementowana do pracy bez interwencji człowieka automatycznie. Tylko w krytycznych sytuacjach poradzi sobie z nim człowiek.
Rodzaje SCADA
Systemy SCADA są podzielone na cztery typy, w tym monolityczne systemy SCADA, rozproszone systemy SCADA, sieciowe systemy SCADA i systemy IoT SCADA.
#1. Monolityczne systemy SCADA
Systemy SCADA wczesnej lub pierwszej generacji są znane jako monolityczne systemy SCADA. W tym wykorzystywane są minikomputery. Rozwój monolitycznych systemów SCADA można przeprowadzić, gdy nie jest dostępna wspólna usługa sieciowa. Projekt tego systemu jest jak niezależny system, co oznacza, że projekt jednego systemu nie musi być powiązany z innym systemem.
Dane mogą być zbierane z jednostek RTU przy użyciu zapasowego komputera mainframe. Kluczowa funkcja systemów pierwszej generacji ogranicza się do oznaczania procesów i monitorowania czujników.
#2. Rozproszone systemy SCADA
Rozproszone systemy SCADA nazywane są również systemami drugiej generacji. Funkcje kontrolne są rozprowadzane w różnych systemach poprzez połączenie z siecią LAN. Operacje kontrolne są wykonywane przez przetwarzanie poleceń i udostępnianie danych w czasie rzeczywistym.
W tym systemie koszt i rozmiar każdej stacji są zredukowane, ale nie ma spójnych protokołów sieciowych.
#3. Sieciowe systemy SCADA
Sieciowe systemy SCADA znane są jako systemy trzeciej generacji. Sieć komunikacyjna obecnych systemów SCADA działa poprzez system WAN za pośrednictwem telefonów lub linii danych.
Transmisja danych pomiędzy węzłami odbywa się za pomocą połączeń światłowodowych lub Ethernet. Wykorzystuje PLC do regulacji, monitorowania i sterowania operacjami flagowania, gdy zajdzie taka potrzeba.
#4. Systemy SCADA IoT
Systemy IoT SCADA są znane jako systemy czwartej generacji. W tym przypadku koszt infrastruktury systemu jest minimalizowany poprzez implementację IoT za pośrednictwem chmury obliczeniowej. Integracja i utrzymanie tych systemów jest łatwiejsze niż inne.
W systemie czasu rzeczywistego stan komponentów lub urządzeń można łatwo raportować za pomocą chmury obliczeniowej.
Zalety SCADA
Zalety systemów SCADA są następujące:
- Skalowalność: Nowoczesne systemy SCADA są skalowalne z kilku powodów, takich jak lepsza dostępność obsługiwanego oprogramowania i sprzętu, wykorzystanie przetwarzania w chmurze w celu zaspokojenia zapotrzebowania na obciążenia itp.
- Interoperacyjność: Nowoczesne systemy SCADA nie opierają się na własnościowym oprogramowaniu i sprzęcie, co skutkuje zerowym uzależnieniem od dostawcy.
- Komunikacja: SCADA obsługuje nowoczesne protokoły komunikacyjne, które zapewniają większy dostęp do elementów sterujących i danych Scada.
- Wsparcie: Nowoczesne systemy SCADA są dobrze obsługiwane przez dostawców. Korzystanie z otwartych standardów sieciowych, nowoczesnych platform programistycznych i komercyjnego sprzętu z półki sprawia, że dostawcy zewnętrzni są również bardziej dostępni.
Ograniczenia SCADA
Oto niektóre ograniczenia systemu SCADA:
- Zawiera złożone jednostki sprzętowe i zależne moduły.
- Potrzebuje programistów, wykwalifikowanych operatorów i analityków do konserwacji.
- Koszt instalacji jest wysoki.
- Wielu spekuluje, że SCADA może pomóc w zwiększeniu stopy bezrobocia.
Przypadki użycia SCADA
SCADA jest używana na wielu piętrach przemysłowych, aby pomóc w zarządzaniu i automatyzacji procesów i celów przemysłowych, ponieważ procesy te stały się złożone i uciążliwe dla kontroli i monitorowania przez ludzi.
SCADA jest przydatna w przypadku procesów, które mogą być zdalnie sterowane i monitorowane, szczególnie w przypadku, gdy całkiem możliwe jest zminimalizowanie odpadów i zwiększenie wydajności.
Typowe branżowe przykłady automatyzacji SCADA są następujące:
- Operacje rafinacji ropy i gazu
- Wytwarzanie i dystrybucja energii elektrycznej
- Produkcja chemiczna
- Infrastruktura telekomunikacyjna
- Produkcja i powiązane procesy
- Infrastruktura transportowa i spedycyjna
- Infrastruktura użyteczności publicznej, taka jak kontrola wody i odpadów
- Przetwórstwo żywności i napojów
Za pomocą technologii SCADA procesy te mogą być ściśle śledzone i odpowiednio kontrolowane, aby z czasem poprawić wydajność. Skuteczne systemy skutkują znaczną oszczędnością pieniędzy i czasu.
Współczesny świat korzysta z pewnego rodzaju systemów SCADA. Oto kilka przykładów – utrzymanie systemów chłodniczych, zapewnienie bezpieczeństwa produkcji w rafinerii, uzyskanie standardów jakości w oczyszczalni ścieków, śledzenie zużycia energii w domu i wiele innych.
Jak wdrożyć rozwiązanie SCADA
Podczas wdrażania systemu SCADA należy wziąć pod uwagę te ważne kroki:
- Jasno określ, co chcesz monitorować i zrozum to
- Określ, jaki rodzaj danych chcesz zbierać i w jaki sposób
- Dodaj bramy, aby dołączyć do najnowszych punktów gromadzenia danych
- W razie potrzeby utwórz punkty zbierania danych
- Scentralizuj dane w wybranej lokalizacji monitorowania
- Dane map w wybranej aplikacji SCADA
- Dodaj wizualizacje kontrolek i procesów danych
- Zdefiniuj reguły i automatyzację
Gdy wszystko skończysz, oprogramowanie SCADA zajmie się resztą. Pomaga w interakcji z obiektem, alarmowaniu o problemach, informowaniu o konserwacji predykcyjnej i zapewnianiu kontroli nad sprzętem.
Wniosek
SCADA oferuje skuteczny sposób kontrolowania i zarządzania procesami przemysłowymi i danymi oraz wykrywania problemów systemowych i przekazywania ich w celu szybkiego rozwiązania. Zamiast więc robić wszystko ręcznie lub tracić czas i pieniądze, możesz zautomatyzować te procesy za pomocą systemu SCADA.
SCADA jest wdrażana z określonymi celami. Jeśli więc chcesz go wdrożyć w swojej firmie, określ swoje potrzeby i odpowiednio zautomatyzuj procesy.