Un'introduzione al controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA) per principianti

SCADA aiuta le organizzazioni industriali a mantenere l'efficienza, comunicare problemi di sistema per mitigare i tempi di inattività ed elaborare i dati per prendere decisioni più intelligenti.

Molti impianti industriali, siti remoti e impianti di produzione facevano affidamento sul personale per monitorare e controllare manualmente le apparecchiature elettriche tramite quadranti analogici e pulsanti.

Poiché i siti remoti e i piani industriali hanno iniziato a espandersi, avevano bisogno di soluzioni migliori per controllare le loro apparecchiature elettriche da lunghe distanze. Alcune organizzazioni hanno iniziato a utilizzare timer e relè per offrire un migliore livello di controllo di supervisione.

Sebbene timer e relè risolvano grossi problemi, forniscono funzionalità di automazione limitate. Ancora una volta, timer e relè erano difficili da configurare. I pannelli di controllo e la ricerca guasti occupavano più spazio. Quindi, iniziarono a sorgere più problemi.

È stata introdotta una tecnologia, "SCADA", per risolvere questo tipo di problemi.

L'ascesa di PLC e microprocessori durante l'inizio di SCADA aiuta le organizzazioni a monitorare e controllare i processi automatizzati più di prima.

In questo articolo, parlerò di SCADA, dei suoi usi, caratteristiche, componenti, tipi e altro ancora.

Iniziamo!

Cos'è SCADA?

Il controllo di supervisione e l'acquisizione dati (SCADA) è un tipo di applicazione che consente alle industrie di controllare i propri processi industriali, come la raccolta di dati da postazioni remote in tempo reale per controllare le condizioni delle apparecchiature. Offre molti strumenti necessari per implementare decisioni basate sui dati in tempo reale.

SCADA ha risolto molti processi di monitoraggio e controllo industriale sin dagli anni '70.

Alla fine degli anni '90 e all'inizio degli anni 2000, SCADA ha adottato un cambiamento acquisendo l'architettura di sistema aperta e i protocolli di comunicazione, che non sono specifici del fornitore. Ciò sfruttava tecnologie di comunicazione come Ethernet, che consentivano ai sistemi di comunicare con altri fornitori, elevando i limiti nei vecchi sistemi SCADA.

I moderni sistemi SCADA consentono ai pavimenti industriali di accedere ai dati in tempo reale da qualsiasi parte del mondo. Questo accesso consente ad aziende, privati ​​e governi di prendere decisioni migliori su come migliorare i propri processi. Sarà impossibile raccogliere dati sufficienti senza il software SCADA.

Inoltre, il moderno software di progettazione SCADA ha funzionalità RAD (Rapid Application Development). Ciò consente agli utenti di progettare facilmente le applicazioni anche senza alcuna conoscenza dello sviluppo del software.

L'introduzione di pratiche e standard IT moderni, come applicazioni basate sul Web e SQL nel software SCADA, ha migliorato la sicurezza, l'affidabilità, la produttività e l'efficienza dei sistemi SCADA.

Il grande vantaggio dell'utilizzo dei database SQL è che semplifica il processo di integrazione nei sistemi ERP e MES, consentendo ai dati di fluire senza soluzione di continuità attraverso l'intera organizzazione.

Pertanto, SCADA è un sistema di elementi hardware e software che consente alle organizzazioni industriali:

• Controlla i processi industriali in postazioni remote o localmente
• Monitora, raccogli ed elabora i dati in tempo reale
• Interagisci direttamente con i dispositivi, come pompe, valvole, sensori, motori e altro, tramite l'interfaccia uomo-macchina (software HMI)
• Registra tutti gli eventi in un file di registro

Le basi della sua architettura iniziano con le unità terminali remote (RTU) e i controllori logici programmabili (PLC). Questi due sono i microcomputer che comunicano con un'ampia gamma di oggetti, come sensori, dispositivi terminali, HMI e macchine industriali. RTU e PLC instradano i dati dagli oggetti ai computer utilizzando il software SCADA.

Tuttavia, il software SCADA elabora, visualizza e distribuisce i dati, aiutando i dipendenti e gli operatori ad analizzare le informazioni ea prendere decisioni importanti.

Ad esempio, il sistema SCADA indirizza rapidamente un operatore in merito a un lotto di prodotti che presentano errori. L'operatore sospende l'operazione, visualizza i dati di sistema tramite HMI e determina la causa del problema. L'operatore quindi esamina le informazioni e scopre che la "Macchina 4" non funziona.

In questo modo il sistema SCADA aiuta l'operatore a identificare il problema, risolverlo in tempo e prevenire ulteriori perdite.

Componenti di un sistema SCADA

I sistemi SCADA hanno vari componenti che vengono implementati sul campo per raccogliere dati in tempo reale. Questi componenti consentono la raccolta di dati e il miglioramento dell'automazione industriale.

Discutiamo ogni componente in dettaglio.

#1. Sensori e Attuatori

Un sensore è un dispositivo o un sistema che rileva le funzioni di input dai processi industriali. Un attuatore è un dispositivo che controlla il meccanismo dei processi industriali. I sensori funzionano come un misuratore o indicatore che visualizza lo stato della macchina.

Un attuatore agisce come un quadrante, controllo o interruttore che può essere utilizzato per controllare il dispositivo. Entrambi sono monitorati e controllati da controller di campo SCADA.

#2. Controllori di campo SCADA

I controller di campo si interfacciano direttamente con attuatori e sensori. Ci sono due categorie in questo:

1. Le unità di telemetria remota (RTU) si interfacciano con i sensori per raccogliere i dati di telemetria e quindi inoltrarli a un sistema primario per l'azione successiva.
2. I controllori logici programmabili (PLC) si interfacciano con gli attuatori per mantenere e controllare i processi industriali in base alla telemetria corrente raccolta dalle RTU.

#3. Computer di supervisione SCADA

I computer di supervisione controllano tutti i processi relativi a SCADA. Sono utilizzati per raccogliere dati dai dispositivi di campo e per inviare comandi ai dispositivi per controllare i processi industriali.

#4. Software HMI

Questo software fornisce un sistema che conferma e presenta i dati dai dispositivi di campo SCADA. Consente inoltre agli operatori di comprendere e modificare lo stato dei processi controllati da SCADA.

#5. Infrastruttura di comunicazione

L'infrastruttura di comunicazione consente ai sistemi di supervisione SCADA di comunicare con i controller e i dispositivi di campo. Ciò consente inoltre ai sistemi SCADA di raccogliere dati dai dispositivi di campo e di controllare questi dispositivi.

Caratteristiche dei sistemi SCADA

I sistemi SCADA includono funzionalità speciali per applicazioni o settori specifici e la maggior parte dei sistemi supporta le seguenti funzionalità:

• Acquisizione dati: è una base dei sistemi SCADA in cui i sensori raccolgono i dati e li inviano ai controllori sul campo. In cambio, i controllori sul campo inviano i dati ai computer SCADA.
• Controllo remoto: è ottenuto dal controllo degli attuatori di campo, che si basa sui dati raccolti dai sensori di campo.
• Comunicazione dati in rete: consente tutte le funzioni SCADA. I dati raccolti dai sensori vengono trasmessi ai controller di campo SCADA, che poi comunicano con i computer di supervisione SCADA. Il comando di controllo remoto viene ritrasmesso agli attuatori dai computer di supervisione.

• Presentazione dei dati: si ottiene tramite HMI che rappresentano i dati attuali e storici necessari agli operatori per far funzionare il sistema SCADA.
• Allarme: avvisa gli operatori delle condizioni significative nel sistema SCADA. Può essere configurato facilmente per notificare agli operatori quando i processi sono bloccati, alcuni sistemi non funzionano o altri aspetti devono essere interrotti, avviati o regolati.
• Dati in tempo reale e storici: entrambi sono parti essenziali del sistema SCADA. Ciò consentirà agli utenti di tenere traccia delle prestazioni dello scenario attuale rispetto alle tendenze storiche.
• Reporting: include report sulle prestazioni del processo, sullo stato del sistema e report personalizzati per usi specifici.

Funzionamento di SCADA

I sistemi SCADA svolgono alcune funzioni, tra cui l'acquisizione dei dati, la comunicazione dei dati, la presentazione di informazioni/dati e il monitoraggio/controllo. Queste funzioni sono svolte dai componenti dello SCADA, come sensori, RTU, controller, una rete di comunicazione, ecc.

I sensori vengono utilizzati per raccogliere dati essenziali e le RTU vengono utilizzate per inviare questi dati al controller per visualizzare lo stato del sistema. In base allo stato, l'utente dà il comando ad altri componenti per svolgere la loro funzione. Una rete di comunicazione svolge questa funzione.

Qui discuteremo ogni funzione per comprendere il principio di funzionamento dei sistemi SCADA.

Acquisizioni dati

Un sistema SCADA in tempo reale è costituito da molti sensori e componenti per raccogliere informazioni e inviare i dati per un'ulteriore elaborazione.

Ad esempio, alcuni dei sensori misurano il flusso d'acqua da un serbatoio al serbatoio dell'acqua e altri sensori misurano la pressione mentre l'acqua viene rilasciata dal serbatoio. Qui i sensori acquisiscono diversi tipi di dati per capire se tutti i processi stanno andando bene.

Comunicazione dei dati

I sistemi SCADA utilizzano una rete cablata per raccogliere e trasferire dati tra utenti e dispositivi. Le applicazioni SCADA in tempo reale utilizzano componenti e sensori controllati da remoto. Utilizza anche le comunicazioni Internet. Poiché relè e sensori non sono in grado di comunicare, le RTU vengono utilizzate per comunicare interfacce di rete e sensori.

Presentazione dei dati

Le reti normali sono costituite da indicatori visibili per il controllo. Nelle applicazioni SCADA in tempo reale, ci sono molti allarmi e sensori impossibili da gestire contemporaneamente. Il sistema SCADA utilizza l'HMI per offrire tutti i dati raccolti dai vari sensori.

Monitoraggio e controllo

Il sistema SCADA utilizza vari interruttori per azionare i dispositivi e visualizzare lo stato dell'area controllata. Qualsiasi parte può essere attivata/disattivata dalla stazione utilizzando questi interruttori. L'applicazione SCADA è implementata per funzionare automaticamente senza alcun intervento umano. Solo in situazioni critiche sarà gestito da un essere umano.

Tipi di SCADA

I sistemi SCADA sono classificati in quattro tipi, inclusi i sistemi SCADA monolitici, i sistemi SCADA distribuiti, i sistemi SCADA in rete e i sistemi IoT SCADA.

#1. Sistemi SCADA monolitici

I sistemi SCADA precedenti o di prima generazione sono noti come sistemi SCADA monolitici. In questo vengono utilizzati minicomputer. Lo sviluppo di sistemi SCADA monolitici può essere effettuato quando non è disponibile un servizio di rete comune. Il design di questo sistema è come un sistema indipendente, il che significa che il design di un sistema non ha bisogno di essere correlato a un altro sistema.

I dati possono essere raccolti dalle RTU utilizzando un mainframe di backup. La funzione cruciale dei sistemi di prima generazione è limitata alla segnalazione dei processi e al monitoraggio dei sensori.

#2. Sistemi SCADA distribuiti

I sistemi SCADA distribuiti sono anche chiamati sistemi di seconda generazione. Le funzioni di controllo sono distribuite su vari sistemi collegandosi con una LAN. Le operazioni di controllo vengono eseguite elaborando i comandi e condividendo i dati in tempo reale.

In questo sistema, il costo e le dimensioni di ciascuna stazione sono ridotti, ma non esistono protocolli di rete coerenti.

#3. Sistemi SCADA in rete

I sistemi SCADA in rete sono noti come sistemi di terza generazione. La rete di comunicazione degli attuali sistemi SCADA funziona tramite sistema WAN attraverso telefoni o linee dati.

La trasmissione dei dati tra i nodi avviene tramite connessioni in fibra ottica o Ethernet. Questo utilizza il PLC per regolare, monitorare e controllare le operazioni di contrassegno quando se ne presenta la necessità.

#4. Sistemi SCADA IoT

I sistemi IoT SCADA sono noti come sistemi di quarta generazione. Qui, il costo infrastrutturale del sistema è ridotto al minimo implementando l'IoT tramite il cloud computing. L'integrazione e la manutenzione di questi sistemi è più semplice di altri.

In un sistema in tempo reale, la condizione dei componenti o dei dispositivi può essere segnalata facilmente attraverso il cloud computing.

Vantaggi di SCADA

I vantaggi dei sistemi SCADA sono i seguenti:

• Scalabilità: i moderni sistemi SCADA sono scalabili per diversi motivi, come una migliore disponibilità di software e hardware supportati, l'uso del cloud computing per soddisfare la domanda del carico di lavoro, ecc.
• Interoperabilità: i moderni sistemi SCADA non si basano su software e hardware proprietari, con conseguente zero vincolo del fornitore.
• Comunicazioni: SCADA supporta i moderni protocolli di comunicazione che consentono una maggiore accessibilità ai controlli e ai dati Scada.
• Supporto: i moderni sistemi SCADA sono ben supportati dai fornitori. L'uso di standard di rete aperti, moderne piattaforme di sviluppo software e hardware commerciale pronto all'uso rende anche i fornitori di terze parti più accessibili.

Limitazioni di SCADA

Alcune delle limitazioni di un sistema SCADA sono le seguenti:

• Viene fornito con unità hardware complesse e moduli dipendenti.
• Ha bisogno di programmatori, operatori qualificati e analisti per la manutenzione.
• Il costo di installazione è elevato.
• Molti ipotizzano che SCADA possa aiutare ad aumentare il tasso di disoccupazione.

Casi d'uso di SCADA

SCADA viene utilizzato su molti piani industriali per assistere nella gestione e automazione di processi e scopi industriali poiché questi processi sono diventati complessi e ingombranti per il controllo e il monitoraggio umano.

SCADA è utile per processi che possono essere controllati e monitorati da remoto, specialmente nel caso in cui sia del tutto possibile ridurre al minimo gli sprechi e migliorare l'efficienza.

Gli esempi di settore comuni dell'automazione SCADA sono i seguenti:

• Operazioni di raffinazione di petrolio e gas
• Produzione e distribuzione di energia elettrica
• Produzione chimica
• Infrastruttura di telecomunicazioni
• Fabbricazione e processi correlati
• Infrastrutture di trasporto e spedizione
• Infrastrutture di pubblica utilità, come il controllo dell'acqua e dei rifiuti
• Lavorazione di alimenti e bevande

Con l'aiuto della tecnologia SCADA, questi processi possono essere monitorati da vicino e controllati correttamente per migliorare le prestazioni nel tempo. Sistemi efficaci comportano un notevole risparmio di tempo e denaro.

Il mondo moderno utilizza sistemi SCADA di qualche tipo. Alcuni esempi possono essere: mantenere i sistemi di refrigerazione, garantire la sicurezza della produzione in una raffineria, ottenere standard di qualità in un impianto di trattamento delle acque reflue, monitorare il consumo di energia a casa tua e altro ancora.

Come implementare una soluzione SCADA

È necessario considerare questi passaggi importanti durante l'implementazione di un sistema SCADA:

• Definisci ciò che vuoi monitorare chiaramente e comprendilo
• Determina quale tipo di dati vuoi raccogliere e come
• Aggiungi gateway per unire i punti di raccolta dati recenti
• Creare punti di raccolta dati se necessario
• Centralizza i dati nella posizione di monitoraggio che desideri
• Mappa i dati nell'applicazione SCADA di tua scelta
• Aggiungi visualizzazioni di controlli e processi di dati
• Definire regole e automazione

Una volta che hai finito con tutto, il software SCADA si prende cura di tutto il resto. Ti aiuta a interagire con la struttura, segnalare problemi, informare sulla manutenzione predittiva e offrire il controllo sull'apparecchiatura.

Conclusione

SCADA offre un modo efficiente per controllare e gestire processi e dati industriali e rilevare problemi di sistema e comunicarli per una rapida risoluzione. Quindi, invece di fare tutto manualmente o sprecare tempo e denaro, puoi automatizzare questi processi utilizzando un sistema SCADA.

SCADA è implementato con obiettivi specifici. Quindi, quando desideri implementarlo nella tua azienda, determina le tue esigenze e automatizza i processi di conseguenza.