O introducere în controlul de supraveghere și achiziția de date (SCADA) pentru începători

SCADA ajută organizațiile industriale să mențină eficiența, să comunice problemele sistemului pentru a atenua timpul de nefuncționare și să proceseze datele pentru a lua decizii mai inteligente.

Multe fabrici industriale, locații la distanță și etaje de producție obișnuiau să se bazeze pe personal pentru a monitoriza și controla manual echipamentele electrice prin cadrane analogice și butoane.

De când site-urile îndepărtate și podelele industriale au început să se extindă, aveau nevoie de soluții mai bune pentru a-și controla echipamentele electrice de la distanțe lungi. Unele organizații au început să folosească cronometre și relee pentru a oferi un nivel mai bun de control al supravegherii.

Deși temporizatoarele și releele rezolvă probleme mari, ele oferă o funcționalitate limitată de automatizare. Din nou, temporizatoarele și releele au fost greu de configurat. Panourile de control și identificarea defecțiunilor au ocupat mai mult spațiu. Prin urmare, au început să apară mai multe probleme.

O tehnologie - „SCADA”- a fost introdusă pentru a rezolva acest tip de probleme.

Creșterea PLC-urilor și a microprocesoarelor la începutul SCADA ajută organizațiile să monitorizeze și să controleze procesele automatizate mai mult decât înainte.

În acest articol, voi discuta despre SCADA, utilizările sale, caracteristicile, componentele, tipurile și multe altele.

Să începem!

Ce este SCADA?

Controlul de supraveghere și achiziția de date (SCADA) este un tip de aplicație care permite industriilor să-și controleze procesele industriale, cum ar fi colectarea datelor din locații îndepărtate în timp real pentru a controla condițiile echipamentelor. Oferă multe instrumente necesare pentru implementarea deciziilor bazate pe date în timp real.

SCADA a rezolvat multe procese industriale de monitorizare și control începând cu anii 1970.

La sfârșitul anilor 90 și începutul anilor 2000, SCADA a adoptat o schimbare prin preluarea arhitecturii sistemului deschis, precum și a protocoalelor de comunicare, care nu sunt specifice furnizorului. Acest lucru a folosit tehnologii de comunicare precum Ethernet, care a permis sistemelor să comunice cu alți furnizori, ridicând limitările sistemelor SCADA mai vechi.

Sistemele moderne SCADA permit pardoselilor industriale să acceseze date în timp real de oriunde din lume. Acest acces permite companiilor, indivizilor și guvernelor să ia decizii mai bune cu privire la modul de îmbunătățire a proceselor lor. Va fi imposibil să colectați suficiente date fără software-ul SCADA.

În plus, software-ul modern de proiectare SCADA are capabilități Rapid Application Development (RAD). Acest lucru permite utilizatorilor să proiecteze cu ușurință aplicații chiar și fără cunoștințe de dezvoltare software.

Introducerea practicilor și standardelor IT moderne, cum ar fi aplicațiile bazate pe web și SQL în software-ul SCADA a îmbunătățit securitatea, fiabilitatea, productivitatea și eficiența sistemelor SCADA.

Marele avantaj al utilizării bazelor de date SQL este că facilitează procesul de integrare în sistemele ERP și MES, permițând datelor să circule fără probleme prin întreaga organizație.

Astfel, SCADA este un sistem de elemente hardware și software care permite organizațiilor industriale:

• Controlați procesele industriale din locații îndepărtate sau local
• Monitorizați, colectați și procesați date în timp real
• Interacționează direct cu dispozitive, cum ar fi pompe, supape, senzori, motoare și multe altele, prin interfața umană-mașină (software HMI)
• Înregistrați toate evenimentele într-un fișier jurnal

Elementele de bază ale arhitecturii sale încep cu unități terminale la distanță (RTU) și controlere logice programabile (PLC). Aceste două sunt microcalculatoarele care comunică cu o gamă largă de obiecte, cum ar fi senzori, dispozitive finale, HMI-uri și mașini din fabrică. RTU-urile și PLC-urile direcționează datele de la obiecte la computere folosind software-ul SCADA.

Cu toate acestea, software-ul SCADA procesează, afișează și distribuie datele, ajutând angajații și operatorii să analizeze informațiile și să ia decizii importante.

De exemplu, sistemul SCADA se adresează rapid unui operator cu privire la un lot de produse care prezintă erori. Operatorul întrerupe operația, vizualizează datele sistemului prin HMI și determină cauza problemei. Operatorul examinează apoi informațiile și descoperă că „Mașina 4” nu funcționează.

În acest fel, sistemul SCADA ajută operatorul să identifice problema, să o rezolve la timp și să prevină pierderile ulterioare.

Componentele unui sistem SCADA

Sistemele SCADA au diverse componente care sunt desfășurate pe teren pentru a colecta date în timp real. Aceste componente permit colectarea datelor și îmbunătățirea automatizării industriale.

Să discutăm în detaliu fiecare componentă.

#1. Senzori și actuatori

Un senzor este un dispozitiv sau un sistem care detectează funcțiile de intrare din procesele industriale. Un actuator este un dispozitiv care controlează mecanismul proceselor industriale. Senzorii funcționează ca un contor sau un indicator care afișează starea mașinii.

Un actuator acționează ca un cadran, un control sau un comutator care poate fi utilizat pentru a controla dispozitivul. Ambele sunt monitorizate și controlate de controlere de câmp SCADA.

#2. Controlere de câmp SCADA

Controlerele de câmp interfață direct cu actuatorii și senzorii. Există două categorii în aceasta:

1. Unitățile de telemetrie de la distanță (RTU) interfață cu senzori pentru a colecta date de telemetrie și apoi le transmite la un sistem primar pentru următoarea acțiune.
2. Controlerele logice programabile (PLC) interfață cu actuatoarele pentru a menține și controla procesele industriale pe baza telemetriei curente pe care RTU-urile o colectează.

#3. Calculatoare de supraveghere SCADA

Calculatoarele de supraveghere controlează toate procesele legate de SCADA. Acestea sunt folosite pentru a colecta date de la dispozitivele de teren și pentru a trimite comenzi către dispozitive pentru a controla procesele industriale.

#4. Software HMI

Acest software oferă un sistem care confirmă și prezintă datele de la dispozitivele de teren SCADA. De asemenea, permite operatorilor să înțeleagă și să modifice starea proceselor controlate de SCADA.

#5. Infrastructura de comunicații

Infrastructura de comunicații permite sistemelor de supraveghere SCADA să comunice cu controlorii de teren și dispozitivele de teren. Acest lucru permite, de asemenea, sistemelor SCADA să adune date de la dispozitivele de teren și să controleze aceste dispozitive.

Caracteristicile sistemelor SCADA

Sistemele SCADA includ caracteristici speciale pentru aplicații sau industrii specifice, iar majoritatea sistemelor acceptă următoarele caracteristici:

• Achiziția datelor: este o bază a sistemelor SCADA în care senzorii adună date și le livrează controlorilor de teren. În schimb, controlorii de teren furnizează date către calculatoarele SCADA.
• Control de la distanță: Se realizează prin controlul actuatoarelor de câmp, care se bazează pe datele colectate de la senzorii de câmp.
• Comunicare de date în rețea: permite toate funcțiile SCADA. Datele colectate de la senzori sunt transmise controlorilor de teren SCADA, care apoi comunică cu calculatoarele de supraveghere SCADA. Comanda telecomenzii este transmisă înapoi la actuatoare de la calculatoarele de supraveghere.

• Prezentarea datelor: Se realizează prin intermediul HMI-urilor care reprezintă date curente și istorice necesare operatorilor pentru a rula sistemul SCADA.
• Alarmă: Avertizează operatorii despre condițiile semnificative din sistemul SCADA. Poate fi configurat cu ușurință pentru a anunța operatorii atunci când procesele sunt blocate, unele sisteme eșuează sau alte aspecte necesită oprire, pornire sau ajustare.
• Date istorice și în timp real: ambele sunt părți esențiale ale sistemului SCADA. Acest lucru va permite utilizatorilor să urmărească performanța scenariului actual în raport cu tendințele istorice.
• Raportare: Aceasta include rapoarte privind performanța procesului, starea sistemului și rapoarte personalizate pentru utilizări specifice.

Funcționarea SCADA

Sistemele SCADA îndeplinesc unele funcții, inclusiv achiziția de date, comunicarea datelor, prezentarea informațiilor/datelor și monitorizarea/controlul. Aceste funcții sunt îndeplinite de componentele SCADA, cum ar fi senzori, RTU-uri, controlere, o rețea de comunicații etc.

Senzorii sunt utilizați pentru a colecta date esențiale, iar RTU-urile sunt folosite pentru a trimite aceste date controlerului pentru a afișa starea sistemului. În funcție de stare, utilizatorul dă comanda altor componente pentru a-și îndeplini funcția. O rețea de comunicații îndeplinește această funcție.

Aici, vom discuta fiecare funcție pentru a înțelege principiul de funcționare al sistemelor SCADA.

Achiziții de date

Un sistem SCADA în timp real constă din mulți senzori și componente pentru a colecta informații și a trimite datele pentru procesare ulterioară.

De exemplu, unii dintre senzori măsoară debitul de apă de la un rezervor la rezervorul de apă, iar alți senzori măsoară presiunea pe măsură ce apa este eliberată din rezervor. Aici senzorii achiziționează diferite tipuri de date pentru a înțelege dacă toate procesele merg fără probleme.

Comunicare de date

Sistemele SCADA folosesc o rețea cu fir pentru a colecta și transfera date între utilizatori și dispozitive. Aplicațiile SCADA în timp real folosesc componente și senzori care sunt controlați de la distanță. De asemenea, folosește comunicații prin internet. Deoarece releele și senzorii nu sunt capabili să comunice, RTU-urile sunt folosite pentru a comunica interfețele de rețea și senzorii.

Prezentarea datelor

Rețelele normale constau din indicatori care sunt vizibili pentru control. În aplicațiile SCADA în timp real, există o mulțime de alarme și senzori care sunt imposibil de gestionat la un moment dat. Sistemul SCADA folosește HMI pentru a oferi toate datele colectate de la diverși senzori.

Monitorizare și control

Sistemul SCADA folosește diferite comutatoare pentru a opera dispozitivele și afișează starea zonei controlate. Orice componentă poate fi pornită/dezactivată de la stație folosind aceste comutatoare. Aplicația SCADA este implementată pentru a funcționa automat fără nicio intervenție umană. Numai în situații critice va fi gestionat de un om.

Tipuri de SCADA

Sistemele SCADA sunt clasificate în patru tipuri, inclusiv sisteme SCADA monolitice, sisteme SCADA distribuite, sisteme SCADA în rețea și sisteme SCADA IoT.

#1. Sisteme SCADA monolitice

Sistemele SCADA timpurii sau de prima generație sunt cunoscute ca sisteme SCADA monolitice. În aceasta, sunt folosite minicalculatoare. Dezvoltarea sistemelor SCADA monolitice se poate face atunci când un serviciu comun de rețea nu este disponibil. Designul acestui sistem este ca un sistem independent, ceea ce înseamnă că proiectarea unui sistem nu trebuie să fie legată de un alt sistem.

Datele pot fi colectate de la RTU-uri folosind un mainframe de rezervă. Funcția crucială a sistemelor de prima generație este limitată la semnalarea proceselor și monitorizarea senzorilor.

#2. Sisteme SCADA distribuite

Sistemele SCADA distribuite sunt numite și sisteme de a doua generație. Funcțiile de control sunt distribuite pe diferite sisteme prin conectarea la o rețea LAN. Operațiunile de control sunt efectuate prin procesarea comenzilor și partajarea datelor în timp real.

În acest sistem, costul și dimensiunea fiecărei stații sunt reduse, dar nu există protocoale de rețea consistente.

#3. Sisteme SCADA în rețea

Sistemele SCADA în rețea sunt cunoscute ca sisteme de a treia generație. Rețeaua de comunicații a sistemelor SCADA actuale funcționează prin sistem WAN prin telefoane sau linii de date.

Transmiterea datelor între noduri se face prin utilizarea conexiunilor Fibră optică sau Ethernet. Aceasta folosește PLC pentru a regla, monitoriza și controla operațiunile de semnalizare odată ce este necesar.

#4. Sisteme IoT SCADA

Sistemele IoT SCADA sunt cunoscute ca sisteme de a patra generație. Aici, costul de infrastructură al sistemului este minimizat prin implementarea IoT prin cloud computing. Integrarea și întreținerea acestor sisteme este mai ușoară decât altele.

Într-un sistem în timp real, starea componentelor sau dispozitivelor poate fi raportată cu ușurință prin cloud computing.

Beneficiile SCADA

Beneficiile sistemelor SCADA sunt următoarele:

• Scalabilitate: sistemele SCADA moderne sunt scalabile din mai multe motive, cum ar fi o mai bună disponibilitate a software-ului și hardware-ului acceptat, utilizarea cloud computing pentru a satisface cererea de sarcină de lucru etc.
• Interoperabilitate: sistemele SCADA moderne nu se bazează pe software și hardware proprietar, ceea ce duce la zero blocarea furnizorului.
• Comunicații: SCADA acceptă protocoale de comunicații moderne care permit o mai mare accesibilitate la controalele și datele Scada.
• Suport: sistemele moderne SCADA sunt bine susținute de furnizori. Utilizarea standardelor de rețea deschise, a platformelor moderne de dezvoltare de software și a hardware-ului comercial de la raft face și furnizorii terți mai accesibili.

Limitările SCADA

Unele dintre limitările unui sistem SCADA sunt următoarele:

• Vine cu unități hardware complexe și module dependente.
• Are nevoie de programatori, operatori calificați și analiști pentru întreținere.
• Costul de instalare este mare.
• Mulți speculează că SCADA poate contribui la creșterea ratei șomajului.

Cazuri de utilizare ale SCADA

SCADA este utilizat pe multe etaje industriale pentru a ajuta la gestionarea și automatizarea proceselor și scopurilor industriale, deoarece aceste procese au devenit complexe și greoaie pentru controlul uman și monitorizarea.

SCADA este util pentru procesele care pot fi controlate și monitorizate de la distanță, mai ales în cazul în care este foarte posibil să se minimizeze risipa și să sporească eficiența.

Exemplele comune ale automatizării SCADA în industrie sunt următoarele:

• Operațiuni de rafinare a petrolului și gazelor
• Producerea și distribuția energiei electrice
• Fabricarea chimică
• Infrastructura de telecomunicații
• Fabricare și procese aferente
• Infrastructura de transport si transport maritim
• Infrastructuri de utilități, cum ar fi controlul apei și al deșeurilor
• Prelucrarea alimentelor și a băuturilor

Cu ajutorul tehnologiei SCADA, aceste procese pot fi urmărite îndeaproape și controlate corespunzător pentru a îmbunătăți performanța în timp. Sistemele eficiente au ca rezultat economii semnificative de bani și timp.

Lumea modernă folosește un fel de sisteme SCADA. Câteva exemple pot fi: întreținerea sistemelor de refrigerare, asigurarea siguranței producției la o rafinărie, obținerea standardelor de calitate la o stație de tratare a apelor uzate, urmărirea consumului de energie la domiciliu și multe altele.

Cum se implementează o soluție SCADA

Trebuie să luați în considerare acești pași importanți atunci când implementați un sistem SCADA:

• Definiți clar ceea ce doriți să monitorizați și înțelegeți-l
• Stabiliți ce tip de date doriți să colectați și cum
• Adăugați gateway-uri pentru a vă alătura punctelor recente de colectare a datelor
• Creați puncte de colectare a datelor dacă este necesar
• Centralizați datele în locația de monitorizare dorită
• Datele hărților în aplicația SCADA la alegere
• Adăugați vizualizări ale controalelor și proceselor de date
• Definiți regulile și automatizarea

Odată ce ați terminat cu totul, software-ul SCADA se ocupă de restul. Vă ajută să interacționați cu instalația, să semnalați probleme, să informați întreținerea predictivă și să oferiți control asupra echipamentului.

Concluzie

SCADA oferă o modalitate eficientă de a controla și gestiona procesele industriale și datele și de a detecta problemele sistemului și de a le comunica pentru o fixare rapidă. Deci, în loc să faceți totul manual sau să vă pierdeți timpul și banii, puteți automatiza aceste procese folosind un sistem SCADA.

SCADA este implementat cu obiective specifice. Deci, atunci când doriți să o implementați în compania dvs., determinați-vă nevoile și automatizați procesele în consecință.