Une introduction au contrôle de supervision et à l'acquisition de données (SCADA) pour les débutants

SCADA aide les organisations industrielles à maintenir leur efficacité, à communiquer les problèmes système pour atténuer les temps d'arrêt et à traiter les données pour prendre des décisions plus judicieuses.

De nombreuses usines industrielles, sites distants et usines de fabrication comptaient sur du personnel pour surveiller et contrôler manuellement les équipements électriques via des cadrans analogiques et des boutons-poussoirs.

Depuis que les sites distants et les sols industriels ont commencé à évoluer, ils avaient besoin de meilleures solutions pour contrôler leurs équipements électriques à longue distance. Certaines organisations ont commencé à utiliser des minuteries et des relais pour offrir un meilleur niveau de contrôle de supervision.

Bien que les temporisateurs et les relais résolvent de gros problèmes, ils offrent une fonctionnalité d'automatisation limitée. Encore une fois, les minuteries et les relais étaient difficiles à configurer. Les panneaux de commande et la recherche de pannes prenaient plus de place. Par conséquent, d'autres problèmes ont commencé à surgir.

Une technologie - ' SCADA' - a été introduite pour résoudre ce genre de problèmes.

L'essor des automates programmables et des microprocesseurs au début du SCADA aide les organisations à surveiller et à contrôler les processus automatisés plus qu'auparavant.

Dans cet article, je vais discuter de SCADA, de ses utilisations, de ses fonctionnalités, de ses composants, de ses types, etc.

Commençons!

Qu'est-ce que le SCADA ?

Le contrôle de supervision et l'acquisition de données (SCADA) est un type d'application qui permet aux industries de contrôler leurs processus industriels, comme la collecte de données à partir d'emplacements distants en temps réel pour contrôler les conditions des équipements. Il offre de nombreux outils nécessaires pour déployer des décisions basées sur les données en temps réel.

SCADA a résolu de nombreux processus de surveillance et de contrôle industriels depuis les années 1970.

À la fin des années 90 et au début des années 2000, SCADA a adopté un changement en saisissant l'architecture système ouverte ainsi que les protocoles de communication, qui ne sont pas spécifiques au fournisseur. Cela a tiré parti des technologies de communication comme Ethernet, qui a permis aux systèmes de communiquer avec d'autres fournisseurs, élevant les limites des anciens systèmes SCADA.

Les systèmes SCADA modernes permettent aux sols industriels d'accéder aux données en temps réel de n'importe où dans le monde. Cet accès permet aux entreprises, aux particuliers et aux gouvernements de prendre de meilleures décisions sur la façon d'améliorer leurs processus. Il sera impossible de collecter suffisamment de données sans logiciel SCADA.

En outre, le logiciel de conception SCADA moderne dispose de capacités de développement rapide d'applications (RAD). Cela permet aux utilisateurs de concevoir facilement des applications même sans aucune connaissance du développement logiciel.

L'introduction de pratiques et de normes informatiques modernes, telles que les applications Web et SQL dans les logiciels SCADA, a amélioré la sécurité, la fiabilité, la productivité et l'efficacité des systèmes SCADA.

Le grand avantage de l'utilisation de bases de données SQL est qu'elle facilite le processus d'intégration dans les systèmes ERP et MES, permettant aux données de circuler de manière transparente dans toute l'organisation.

Ainsi, SCADA est un système d'éléments matériels et logiciels qui permettent aux organisations industrielles :

• Contrôlez les processus industriels sur des sites distants ou localement
• Surveiller, collecter et traiter les données en temps réel
• Interagissez directement avec les appareils, tels que les pompes, les vannes, les capteurs, les moteurs, etc., via l'interface homme-machine (logiciel IHM)
• Enregistrer tous les événements dans un fichier journal

Les bases de son architecture commencent par les unités terminales distantes (RTU) et les contrôleurs logiques programmables (PLC). Ces deux micro-ordinateurs communiquent avec un large éventail d'objets, tels que des capteurs, des terminaux, des IHM et des machines d'usine. Les RTU et les automates acheminent les données des objets vers les ordinateurs à l'aide du logiciel SCADA.

Cependant, le logiciel SCADA traite, affiche et distribue les données, aidant les employés et les opérateurs à analyser les informations et à prendre des décisions importantes.

Par exemple, le système SCADA interpelle rapidement un opérateur concernant un lot de produits présentant des erreurs. L'opérateur interrompt l'opération, visualise les données du système via l'IHM et détermine la cause du problème. L'opérateur passe alors en revue les informations et découvre que 'Machine 4″ ne fonctionne pas.

De cette façon, le système SCADA aide l'opérateur à identifier le problème, à le résoudre à temps et à éviter toute perte supplémentaire.

Composants d'un système SCADA

Les systèmes SCADA comportent divers composants qui sont déployés sur le terrain pour collecter des données en temps réel. Ces composants permettent la collecte de données et l'amélioration de l'automatisation industrielle.

Discutons de chaque composant en détail.

#1. Capteurs et actionneurs

Un capteur est un appareil ou un système qui détecte les fonctions d'entrée des processus industriels. Un actionneur est un dispositif qui contrôle le mécanisme des processus industriels. Les capteurs fonctionnent comme un compteur ou une jauge qui affiche l'état de la machine.

Un actionneur agit comme un cadran, une commande ou un interrupteur qui peut être utilisé pour contrôler l'appareil. Les deux sont surveillés et contrôlés par des contrôleurs de terrain SCADA.

#2. Contrôleurs de terrain SCADA

Les contrôleurs de terrain s'interfacent directement avec les actionneurs et les capteurs. Il y a deux catégories dans cela :

1. Les unités de télémétrie à distance (RTU) s'interfacent avec des capteurs pour recueillir des données de télémétrie, puis les transmettre à un système principal pour l'action suivante.
2. Les contrôleurs logiques programmables (PLC) s'interfacent avec les actionneurs pour maintenir et contrôler les processus industriels basés sur la télémétrie actuelle que les RTU collectent.

#3. Ordinateurs de supervision SCADA

Les ordinateurs de supervision contrôlent tous les processus liés au SCADA. Ils sont utilisés pour collecter les données des appareils de terrain et pour envoyer des commandes aux appareils afin de contrôler les processus industriels.

#4. Logiciel IHM

Ce logiciel fournit un système qui confirme et présente les données des appareils de terrain SCADA. Il permet également aux opérateurs de comprendre et de modifier l'état des processus contrôlés par SCADA.

#5. Infrastructures de communication

L'infrastructure de communication permet aux systèmes de supervision SCADA de communiquer avec les contrôleurs de terrain et les appareils de terrain. Cela permet également aux systèmes SCADA de collecter des données à partir des appareils de terrain et de contrôler ces appareils.

Caractéristiques des systèmes SCADA

Les systèmes SCADA incluent des fonctionnalités spéciales pour des applications ou des industries spécifiques, et la plupart des systèmes prennent en charge les fonctionnalités suivantes :

• Acquisition de données : c'est la base des systèmes SCADA où les capteurs collectent des données et les transmettent aux contrôleurs de terrain. En retour, les contrôleurs de terrain alimentent en données les ordinateurs SCADA.
• Contrôle à distance : il est réalisé par le contrôle des actionneurs de terrain, qui est basé sur les données recueillies à partir des capteurs de terrain.
• Communication de données en réseau : Il permet toutes les fonctions SCADA. Les données recueillies à partir des capteurs sont transmises aux contrôleurs de terrain SCADA, qui communiquent ensuite avec les ordinateurs de supervision SCADA. La commande de télécommande est retransmise aux actionneurs depuis les ordinateurs de supervision.

• Présentation des données : elle est réalisée via des IHM qui représentent les données actuelles et historiques nécessaires aux opérateurs pour faire fonctionner le système SCADA.
• Alarme : Elle alerte les opérateurs des conditions significatives du système SCADA. Il peut être configuré facilement pour avertir les opérateurs lorsque les processus sont bloqués, que certains systèmes échouent ou que d'autres aspects nécessitent un arrêt, un démarrage ou un ajustement.
• Données en temps réel et historiques : les deux sont des éléments essentiels du système SCADA. Cela permettra aux utilisateurs de suivre les performances du scénario actuel par rapport aux tendances historiques.
• Rapports : cela inclut des rapports sur les performances des processus, l'état du système et des rapports personnalisés pour des utilisations spécifiques.

Fonctionnement du SCADA

Les systèmes SCADA remplissent certaines fonctions, notamment l'acquisition de données, la communication de données, la présentation d'informations/données et la surveillance/contrôle. Ces fonctions sont assurées par les composants du SCADA, tels que des capteurs, des RTU, des contrôleurs, un réseau de communication, etc.

Les capteurs sont utilisés pour collecter les données essentielles et les RTU sont utilisées pour envoyer ces données au contrôleur afin d'afficher l'état du système. Selon l'état, l'utilisateur donne l'ordre à d'autres composants d'exécuter leur fonction. Un réseau de communication remplit cette fonction.

Ici, nous discuterons de chaque fonction pour comprendre le principe de fonctionnement des systèmes SCADA.

Acquisition de données

Un système SCADA en temps réel se compose de nombreux capteurs et composants pour collecter des informations et envoyer les données pour un traitement ultérieur.

Par exemple, certains des capteurs mesurent le débit d'eau d'un réservoir au réservoir d'eau, et d'autres capteurs mesurent la pression lorsque l'eau est libérée du réservoir. Ici, les capteurs acquièrent différents types de données pour comprendre si tous les processus se déroulent sans heurts.

Communication de données

Les systèmes SCADA utilisent un réseau câblé pour collecter et transférer des données entre les utilisateurs et les appareils. Les applications SCADA en temps réel utilisent des composants et des capteurs contrôlés à distance. Il utilise également les communications Internet. Étant donné que les relais et les capteurs ne peuvent pas communiquer, les RTU sont utilisés pour communiquer les interfaces réseau et les capteurs.

Présentation des données

Les réseaux normaux sont constitués d'indicateurs qui sont visibles afin de contrôler. Dans les applications SCADA en temps réel, il y a beaucoup d'alarmes et de capteurs qui sont impossibles à gérer à la fois. Le système SCADA utilise l'IHM pour offrir toutes les données recueillies à partir de divers capteurs.

Monitorage et contrôle

Le système SCADA utilise divers commutateurs pour faire fonctionner les appareils et affiche l'état de la zone contrôlée. N'importe quelle partie peut être activée/désactivée depuis la station à l'aide de ces commutateurs. L'application SCADA est mise en œuvre pour fonctionner automatiquement sans aucune intervention humaine. Ce n'est que dans des situations critiques qu'il sera manipulé par un humain.

Types de SCADA

Les systèmes SCADA sont classés en quatre types, notamment les systèmes SCADA monolithiques, les systèmes SCADA distribués, les systèmes SCADA en réseau et les systèmes SCADA IoT.

#1. Systèmes SCADA monolithiques

Les systèmes SCADA anciens ou de première génération sont connus sous le nom de systèmes SCADA monolithiques. En cela, des mini-ordinateurs sont utilisés. Le développement de systèmes SCADA monolithiques peut se faire lorsqu'un service de réseau commun n'est pas disponible. La conception de ce système est comme un système indépendant, ce qui signifie que la conception d'un système n'a pas besoin d'être liée à un autre système.

Les données peuvent être collectées à partir des RTU en utilisant un ordinateur central de secours. La fonction cruciale des systèmes de première génération se limite au signalement des processus et à la surveillance des capteurs.

#2. Systèmes SCADA distribués

Les systèmes SCADA distribués sont également appelés systèmes de deuxième génération. Les fonctions de contrôle sont réparties sur différents systèmes en se connectant à un réseau local. Les opérations de contrôle sont réalisées par le traitement des commandes et le partage des données en temps réel.

Dans ce système, le coût et la taille de chaque station sont réduits, mais il n'y a pas de protocoles réseau cohérents.

#3. Systèmes SCADA en réseau

Les systèmes SCADA en réseau sont appelés systèmes de troisième génération. Le réseau de communication des systèmes SCADA actuels fonctionne via le système WAN via des téléphones ou des lignes de données.

La transmission de données entre les nœuds se fait à l'aide de connexions à fibre optique ou Ethernet. Cela utilise le PLC pour ajuster, surveiller et contrôler les opérations de signalisation une fois que cela est nécessaire.

#4. Systèmes SCADA IdO

Les systèmes SCADA IoT sont appelés systèmes de quatrième génération. Ici, le coût d'infrastructure du système est minimisé en mettant en œuvre l'IoT via le cloud computing. L'intégration et la maintenance de ces systèmes sont plus faciles que d'autres.

Dans un système en temps réel, l'état des composants ou des appareils peut être signalé facilement via le cloud computing.

Avantages du SCADA

Les avantages des systèmes SCADA sont les suivants :

• Évolutivité : les systèmes SCADA modernes sont évolutifs pour plusieurs raisons, telles qu'une meilleure disponibilité des logiciels et du matériel pris en charge, l'utilisation du cloud computing afin de répondre à la demande de charge de travail, etc.
• Interopérabilité : les systèmes SCADA modernes ne reposent pas sur des logiciels et du matériel propriétaires, ce qui entraîne une absence de dépendance vis-à-vis d'un fournisseur.
• Communications : SCADA prend en charge les protocoles de communication modernes qui permettent une plus grande accessibilité aux commandes et aux données Scada.
• Prise en charge : les systèmes SCADA modernes sont bien pris en charge par les fournisseurs. L'utilisation de normes de mise en réseau ouvertes, de plates-formes de développement de logiciels modernes et de matériel commercial prêt à l'emploi rend également les fournisseurs tiers plus accessibles.

Limites de SCADA

Certaines des limites d'un système SCADA sont les suivantes :

• Il est livré avec des unités matérielles complexes et des modules dépendants.
• Il a besoin de programmeurs, d'opérateurs qualifiés et d'analystes pour la maintenance.
• Le coût d'installation est élevé.
• Beaucoup pensent que SCADA peut aider à augmenter le taux de chômage.

Cas d'utilisation de SCADA

SCADA est utilisé sur de nombreux sols industriels pour aider à gérer et à automatiser les processus et les objectifs industriels, car ces processus sont devenus complexes et fastidieux pour le contrôle et la surveillance humains.

SCADA est utile pour les processus qui peuvent être contrôlés et surveillés à distance, en particulier dans le cas où il est tout à fait possible de minimiser les déchets et d'améliorer l'efficacité.

Les exemples courants d'automatisation SCADA dans l'industrie sont les suivants :

• Opérations de raffinage de pétrole et de gaz
• Production et distribution d'électricité
• Fabrication de produits chimiques
• Infrastructures de télécommunications
• Fabrication et procédés associés
• Infrastructures de transport et d'expédition
• Infrastructures de services publics, telles que le contrôle de l'eau et des déchets
• Transformation des aliments et des boissons

Avec l'aide de la technologie SCADA, ces processus peuvent être suivis de près et contrôlés correctement pour améliorer les performances au fil du temps. Des systèmes efficaces permettent de réaliser d'importantes économies de temps et d'argent.

Le monde moderne utilise des systèmes SCADA quelconques. Quelques exemples peuvent être - maintenir les systèmes de réfrigération, assurer la sécurité de la production dans une raffinerie, obtenir des normes de qualité dans une usine de traitement des eaux usées, suivre la consommation d'énergie à votre domicile, etc.

Comment mettre en œuvre une solution SCADA

Vous devez tenir compte de ces étapes importantes lors de la mise en œuvre d'un système SCADA :

• Définissez clairement ce que vous voulez surveiller et comprenez-le
• Déterminez le type de données que vous souhaitez collecter et comment
• Ajouter des passerelles pour rejoindre les points de collecte de données récents
• Créer des points de collecte de données si nécessaire
• Centralisez les données à l'emplacement de surveillance que vous souhaitez
• Données cartographiques dans l'application SCADA de votre choix
• Ajouter des visualisations des contrôles et des processus de données
• Définir les règles et l'automatisation

Une fois que vous avez terminé, le logiciel SCADA s'occupe du reste. Il vous aide à interagir avec l'installation, à alerter les problèmes, à informer la maintenance prédictive et à offrir un contrôle sur l'équipement.

Conclusion

SCADA offre un moyen efficace de contrôler et de gérer les processus et les données industriels et de détecter les problèmes du système et de les communiquer pour une résolution rapide. Ainsi, au lieu de tout faire manuellement ou de perdre votre temps et votre argent, vous pouvez automatiser ces processus à l'aide d'un système SCADA.

SCADA est mis en œuvre avec des objectifs spécifiques. Ainsi, lorsque vous souhaitez l'implémenter dans votre entreprise, déterminez vos besoins et automatisez les processus en conséquence.