Uma introdução ao controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) para iniciantes

O SCADA ajuda as organizações industriais a manter a eficiência, comunicar problemas do sistema para reduzir o tempo de inatividade e processar dados para tomar decisões mais inteligentes.

Muitas plantas industriais, locais remotos e fábricas costumavam contar com pessoal para monitorar e controlar manualmente equipamentos elétricos por meio de mostradores analógicos e botões de pressão.

Desde que os locais remotos e os pisos industriais começaram a crescer, eles precisavam de melhores soluções para controlar seus equipamentos elétricos a longas distâncias. Algumas organizações começaram a usar temporizadores e relés para oferecer um melhor nível de controle de supervisão.

Embora temporizadores e relés resolvam grandes problemas, eles fornecem funcionalidade de automação limitada. Novamente, temporizadores e relés eram difíceis de configurar. Os painéis de controle e localização de falhas ocupavam mais espaço. Assim, mais problemas começaram a surgir.

Uma tecnologia - 'SCADA'- foi introduzida para resolver esses tipos de problemas.

A ascensão de PLCs e microprocessadores durante o início do SCADA ajuda as organizações a monitorar e controlar processos automatizados mais do que antes.

Neste artigo, discutirei o SCADA, seus usos, recursos, componentes, tipos e muito mais.

Vamos começar!

O que é SCADA?

O Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) é um tipo de aplicação que permite às indústrias controlar seus processos industriais, como coletar dados de locais remotos em tempo real para controlar as condições dos equipamentos. Ele oferece muitas ferramentas necessárias para implantar decisões baseadas em dados em tempo real.

O SCADA resolveu muitos processos de monitoramento e controle industrial desde a década de 1970.

No final dos anos 90 e início dos anos 2000, o SCADA adotou uma mudança ao adotar a arquitetura de sistema aberto, bem como os protocolos de comunicação, que não são específicos do fornecedor. Isso alavancou tecnologias de comunicação como Ethernet, que permitiu que os sistemas se comunicassem com outros fornecedores, elevando as limitações dos sistemas SCADA mais antigos.

Os modernos sistemas SCADA permitem que os pisos industriais acessem dados em tempo real de qualquer lugar do mundo. Esse acesso permite que empresas, indivíduos e governos tomem melhores decisões sobre como aprimorar seus processos. Será impossível coletar dados suficientes sem o software SCADA.

Além disso, o software de design SCADA moderno possui recursos de Desenvolvimento Rápido de Aplicativos (RAD). Isso permite que os usuários criem aplicativos facilmente, mesmo sem nenhum conhecimento de desenvolvimento de software.

A introdução de práticas e padrões modernos de TI, como aplicativos baseados na Web e SQL no software SCADA, melhorou a segurança, confiabilidade, produtividade e eficiência dos sistemas SCADA.

A grande vantagem do uso de bancos de dados SQL é que facilita o processo de integração aos sistemas ERP e MES, permitindo que os dados fluam por toda a organização sem problemas.

Assim, o SCADA é um sistema de elementos de hardware e software que permite às organizações industriais:

• Controle processos industriais em locais remotos ou localmente
• Monitore, colete e processe dados em tempo real
• Interaja diretamente com dispositivos, como bombas, válvulas, sensores, motores e muito mais, por meio da interface homem-máquina (software IHM)
• Registre todos os eventos em um arquivo de log

Os fundamentos de sua arquitetura começam com Unidades Terminais Remotas (RTUs) e Controladores Lógicos Programáveis ​​(PLCs). Esses dois são os microcomputadores que se comunicam com uma ampla variedade de objetos, como sensores, dispositivos finais, IHMs e máquinas de fábrica. RTUs e PLCs encaminham os dados dos objetos para os computadores usando o software SCADA.

No entanto, o software SCADA processa, exibe e distribui os dados, ajudando funcionários e operadores a analisar as informações e tomar decisões importantes.

Por exemplo, o sistema SCADA aborda rapidamente um operador sobre um lote de produtos que apresenta erros. O operador pausa a operação, visualiza os dados do sistema por meio da HMI e determina a causa do problema. O operador então revisa as informações e descobre que a 'Máquina 4' não está funcionando.

Dessa forma, o sistema SCADA ajuda o operador a identificar o problema, resolvê-lo a tempo e evitar mais perdas.

Componentes de um Sistema SCADA

Os sistemas SCADA possuem vários componentes que são implantados em campo para coletar dados em tempo real. Esses componentes permitem a coleta de dados e aprimoramento da automação industrial.

Vamos discutir cada componente em detalhes.

#1. Sensores e Atuadores

Um sensor é um dispositivo ou sistema que detecta funções de entrada de processos industriais. Um atuador é um dispositivo que controla o mecanismo de processos industriais. Os sensores funcionam como um medidor ou medidor que exibe o status da máquina.

Um atuador atua como um mostrador, controle ou interruptor que pode ser usado para controlar o dispositivo. Ambos são monitorados e controlados por controladores de campo SCADA.

#2. Controladores de campo SCADA

Os controladores de campo interagem diretamente com atuadores e sensores. Existem duas categorias neste:

1. Unidades de telemetria remota (RTUs) interagem com sensores para coletar dados de telemetria e, em seguida, encaminhá-los para um sistema primário para a próxima ação.
2. Os Controladores Lógicos Programáveis ​​(PLCs) fazem interface com os atuadores para manter e controlar os processos industriais com base na telemetria atual que as RTUs coletam.

#3. Computadores supervisórios SCADA

Computadores supervisórios controlam todos os processos relacionados ao SCADA. Eles são usados ​​para coletar dados de dispositivos de campo e enviar comandos aos dispositivos para controlar processos industriais.

#4. Software IHM

Este software fornece um sistema que confirma e apresenta os dados dos dispositivos de campo SCADA. Ele também permite que os operadores entendam e modifiquem o status dos processos controlados pelo SCADA.

#5. Infraestrutura de comunicação

A infraestrutura de comunicação permite que os sistemas supervisórios SCADA se comuniquem com os controladores de campo e dispositivos de campo. Isso também permite que os sistemas SCADA coletem dados dos dispositivos de campo e controlem esses dispositivos.

Características dos Sistemas SCADA

Os sistemas SCADA incluem recursos especiais para aplicações ou setores específicos, e a maioria dos sistemas oferece suporte aos seguintes recursos:

• Aquisição de dados: É a base dos sistemas SCADA, onde os sensores coletam dados e os entregam aos controladores de campo. Em troca, os controladores de campo fornecem dados aos computadores SCADA.
• Controle remoto: É obtido pelo controle dos atuadores de campo, que é baseado nos dados coletados dos sensores de campo.
• Comunicação de dados em rede: Permite todas as funções do SCADA. Os dados coletados dos sensores são transmitidos aos controladores de campo SCADA, que então se comunicam com os computadores de supervisão SCADA. O comando do controle remoto é transmitido de volta aos atuadores dos computadores supervisórios.

• Apresentação dos dados: É realizada através de IHMs que representam os dados atuais e históricos necessários aos operadores para o funcionamento do sistema SCADA.
• Alarme: Alerta os operadores sobre as condições significativas no sistema SCADA. Ele pode ser configurado facilmente para notificar os operadores quando os processos estão bloqueados, alguns sistemas estão falhando ou outros aspectos precisam ser interrompidos, iniciados ou ajustados.
• Dados históricos e em tempo real: Ambos são partes essenciais do sistema SCADA. Isso permitirá que os usuários acompanhem o desempenho do cenário atual em relação às tendências históricas.
• Relatórios: Isso inclui relatórios sobre o desempenho do processo, status do sistema e relatórios personalizados para usos específicos.

Funcionamento do SCADA

Os sistemas SCADA executam algumas funções, incluindo aquisição de dados, comunicação de dados, apresentação de informações/dados e monitoramento/controle. Essas funções são executadas pelos componentes do SCADA, como sensores, RTUs, controladores, uma rede de comunicação, etc.

Os sensores são usados ​​para coletar dados essenciais e as RTUs são usadas para enviar esses dados ao controlador para exibir o status do sistema. De acordo com o status, o usuário dá o comando para outros componentes realizarem sua função. Uma rede de comunicação faz essa função.

Aqui, discutiremos cada função para entender o princípio de funcionamento dos sistemas SCADA.

Aquisições de dados

Um sistema SCADA em tempo real consiste em muitos sensores e componentes para coletar informações e enviar os dados para processamento posterior.

Por exemplo, alguns dos sensores medem o fluxo de água de um reservatório para o tanque de água e outros sensores medem a pressão à medida que a água é liberada do reservatório. Aqui, os sensores adquirem diferentes tipos de dados para entender se todos os processos estão indo bem.

Comunicação de dados

Os sistemas SCADA usam uma rede cabeada para coletar e transferir dados entre usuários e dispositivos. Os aplicativos SCADA em tempo real usam componentes e sensores que são controlados remotamente. Ele também usa comunicações pela Internet. Como relés e sensores não são capazes de se comunicar, as RTUs são usadas para comunicar interfaces de rede e sensores.

Apresentação de dados

As redes normais consistem em indicadores que são visíveis para controlar. Em aplicações SCADA em tempo real, há muitos alarmes e sensores que são impossíveis de gerenciar ao mesmo tempo. O sistema SCADA usa HMI para oferecer todos os dados coletados de vários sensores.

Monitoramento e controle

O sistema SCADA usa vários interruptores para operar os dispositivos e exibe o status da área controlada. Qualquer parte pode ser ligada/desligada da estação usando esses interruptores. O aplicativo SCADA é implementado para funcionar automaticamente sem qualquer intervenção humana. Somente em situações críticas será manuseado por um humano.

Tipos de SCADA

Os sistemas SCADA são categorizados em quatro tipos, incluindo sistemas SCADA monolíticos, sistemas SCADA distribuídos, sistemas SCADA em rede e sistemas SCADA IoT.

#1. Sistemas SCADA Monolíticos

Os sistemas SCADA iniciais ou de primeira geração são conhecidos como sistemas SCADA monolíticos. Neste, minicomputadores são usados. O desenvolvimento de sistemas SCADA monolíticos pode ser feito quando um serviço de rede comum não está disponível. O design desse sistema é como um sistema independente, o que significa que o design de um sistema não precisa estar relacionado a outro sistema.

Os dados podem ser coletados das RTUs usando um mainframe de backup. A função crucial dos sistemas de primeira geração se restringe a sinalizar processos e monitorar os sensores.

#2. Sistemas SCADA Distribuídos

Os sistemas SCADA distribuídos também são chamados de sistemas de segunda geração. As funções de controle são distribuídas em vários sistemas conectando-se a uma LAN. As operações de controle são realizadas pelo processamento de comandos e compartilhamento de dados em tempo real.

Nesse sistema, o custo e o tamanho de cada estação são reduzidos, mas não há protocolos de rede consistentes.

#3. Sistemas SCADA em rede

Os sistemas SCADA em rede são conhecidos como sistemas de terceira geração. A rede de comunicação dos atuais sistemas SCADA funciona via sistema WAN através de telefones ou linhas de dados.

A transmissão de dados entre os nós é feita por meio de conexões de fibra ótica ou Ethernet. Este usa PLC para ajustar, monitorar e controlar as operações de sinalização quando houver necessidade.

#4. Sistemas IoT SCADA

Os sistemas IoT SCADA são conhecidos como sistemas de quarta geração. Aqui, o custo de infraestrutura do sistema é minimizado pela implementação de IoT via computação em nuvem. Integrar e manter esses sistemas é mais fácil do que outros.

Em um sistema de tempo real, a condição dos componentes ou dispositivos pode ser relatada facilmente por meio da computação em nuvem.

Benefícios do SCADA

Os benefícios dos sistemas SCADA são os seguintes:

• Escalabilidade: Os sistemas SCADA modernos são escaláveis ​​por vários motivos, como melhor disponibilidade de software e hardware suportados, uso de computação em nuvem para atender à demanda de carga de trabalho, etc.
• Interoperabilidade: Os sistemas SCADA modernos não dependem de software e hardware proprietários, resultando em zero dependência do fornecedor.
• Comunicações: O SCADA suporta protocolos de comunicação modernos que permitem maior acessibilidade aos controles e dados do Scada.
• Suporte: Os sistemas SCADA modernos são bem suportados pelos fornecedores. O uso de padrões de rede abertos, plataformas modernas de desenvolvimento de software e hardware comercial pronto para uso também tornam os fornecedores terceirizados mais acessíveis.

Limitações do SCADA

Algumas das limitações de um sistema SCADA são as seguintes:

• Ele vem com unidades de hardware complexas e módulos dependentes.
• Ele precisa de programadores, operadores qualificados e analistas para manutenção.
• O custo de instalação é alto.
• Muitos especulam que o SCADA pode ajudar a aumentar a taxa de desemprego.

Casos de Uso do SCADA

O SCADA é usado em muitos andares industriais para auxiliar no gerenciamento e automação de processos e propósitos industriais, uma vez que esses processos se tornaram complexos e incômodos para controle e monitoramento humano.

O SCADA é útil para processos que podem ser controlados e monitorados remotamente, especialmente no caso em que é possível minimizar o desperdício e aumentar a eficiência.

Os exemplos comuns da indústria de automação SCADA são os seguintes:

• Operações de refino de petróleo e gás
• Geração e distribuição de eletricidade
• fabricação de produtos químicos
• infraestrutura de telecomunicações
• Fabricação e processos relacionados
• Infraestrutura de transporte e expedição
• Infraestruturas de serviços públicos, como controle de água e resíduos
• Processamento de alimentos e bebidas

Com a ajuda da tecnologia SCADA, esses processos podem ser rastreados de perto e controlados adequadamente para melhorar o desempenho ao longo do tempo. Sistemas eficazes resultam em economia significativa de dinheiro e tempo.

O mundo moderno está usando algum tipo de sistema SCADA. Alguns exemplos podem ser – manter sistemas de refrigeração, garantir a segurança da produção em uma refinaria, obter padrões de qualidade em uma estação de tratamento de águas residuais, rastrear o uso de energia em sua casa e muito mais.

Como implementar uma solução SCADA

Você deve considerar estas etapas importantes ao implementar um sistema SCADA:

• Defina o que você deseja monitorar com clareza e entenda
• Determine que tipo de dados você deseja coletar e como
• Adicionar gateways para ingressar em pontos de coleta de dados recentes
• Crie pontos de coleta de dados, se necessário
• Centralize os dados para o local de monitoramento que você deseja
• Mapeie os dados no aplicativo SCADA de sua escolha
• Adicione visualizações de controles e processos de dados
• Definir regras e automação

Depois de terminar tudo, o software SCADA cuida do resto. Ele ajuda você a interagir com a instalação, alertar sobre problemas, informar a manutenção preditiva e oferecer controle sobre o equipamento.

Conclusão

O SCADA oferece uma maneira eficiente de controlar e gerenciar processos e dados industriais, detectar problemas no sistema e comunicá-los para uma solução rápida. Assim, ao invés de fazer tudo manualmente ou perder tempo e dinheiro, você pode automatizar esses processos usando um sistema SCADA.

O SCADA é implementado com objetivos específicos. Portanto, quando desejar implementá-lo em sua empresa, determine suas necessidades e automatize os processos de acordo.