Введение в диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) для начинающих

SCADA помогает промышленным организациям поддерживать эффективность, сообщать о системных проблемах для сокращения времени простоя и обрабатывать данные для принятия более взвешенных решений.

Многие промышленные предприятия, удаленные объекты и производственные цеха раньше полагались на персонал для ручного контроля и ручного управления электрическим оборудованием с помощью аналоговых циферблатов и кнопок.

Поскольку удаленные площадки и промышленные этажи начали масштабироваться, им потребовались лучшие решения для управления их электрическим оборудованием на больших расстояниях. Некоторые организации начали использовать таймеры и реле, чтобы обеспечить более высокий уровень диспетчерского контроля.

Хотя таймеры и реле решают большие проблемы, они обеспечивают ограниченную функциональность автоматизации. Опять же, таймеры и реле было сложно настроить. Панели управления и дефектоскоп заняли больше места. Следовательно, больше вопросов стало возникать.

Для решения подобных проблем была внедрена технология SCADA.

Распространение ПЛК и микропроцессоров во время запуска SCADA помогает организациям отслеживать и контролировать автоматизированные процессы лучше, чем раньше.

В этой статье я расскажу о SCADA, ее использовании, функциях, компонентах, типах и многом другом.

Давайте начнем!

Что такое СКАДА?

Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) — это тип приложения, которое позволяет предприятиям контролировать свои производственные процессы, например, собирать данные из удаленных мест в режиме реального времени для контроля состояния оборудования. Он предлагает множество инструментов, необходимых для принятия решений на основе данных в режиме реального времени.

С 1970-х годов SCADA решает многие промышленные процессы мониторинга и управления.

В конце 90-х и начале 2000-х SCADA претерпела изменения, захватив архитектуру открытой системы, а также протоколы связи, которые не зависят от производителя. При этом использовались коммуникационные технологии, такие как Ethernet, которые позволяли системам обмениваться данными с другими поставщиками, снимая ограничения старых систем SCADA.

Современные системы SCADA позволяют промышленным этажам получать доступ к данным в режиме реального времени из любой точки мира. Этот доступ позволяет предприятиям, частным лицам и правительствам принимать более обоснованные решения о том, как улучшить свои процессы. Без программного обеспечения SCADA собрать достаточно данных будет невозможно.

Кроме того, современное программное обеспечение для проектирования SCADA имеет возможности быстрой разработки приложений (RAD). Это позволяет пользователям легко разрабатывать приложения даже с нулевыми знаниями в области разработки программного обеспечения.

Внедрение современных ИТ-практик и стандартов, таких как веб-приложения и SQL, в программное обеспечение SCADA повысило безопасность, надежность, производительность и эффективность систем SCADA.

Большим преимуществом использования баз данных SQL является то, что они упрощают процесс интеграции в системы ERP и MES, обеспечивая беспрепятственный поток данных по всей организации.

Таким образом, SCADA представляет собой систему аппаратно-программных элементов, позволяющих промышленным организациям:

• Управляйте производственными процессами удаленно или локально
• Мониторинг, сбор и обработка данных в режиме реального времени
• Взаимодействуйте напрямую с устройствами, такими как насосы, клапаны, датчики, двигатели и т. д., через интерфейс человек-машина (программное обеспечение HMI).
• Записывать все события в файл журнала

Основы его архитектуры начинаются с удаленных терминалов (RTU) и программируемых логических контроллеров (ПЛК). Эти два микрокомпьютера взаимодействуют с широким спектром объектов, таких как датчики, конечные устройства, человеко-машинные интерфейсы и заводские машины. RTU и PLC направляют данные от объектов к компьютерам с помощью программного обеспечения SCADA.

Однако программное обеспечение SCADA обрабатывает, отображает и распределяет данные, помогая сотрудникам и операторам анализировать информацию и принимать важные решения.

Например, система SCADA быстро обращается к оператору по партии продукции, в которой обнаружены ошибки. Оператор приостанавливает операцию, просматривает системные данные через ЧМИ и определяет причину проблемы. Затем оператор просматривает информацию и обнаруживает, что «Машина 4» не работает.

Таким образом, система SCADA помогает оператору выявить проблему, вовремя решить ее и предотвратить дальнейшие потери.

Компоненты системы SCADA

Системы SCADA имеют различные компоненты, которые развертываются в полевых условиях для сбора данных в режиме реального времени. Эти компоненты позволяют собирать данные и улучшать промышленную автоматизацию.

Давайте подробно обсудим каждый компонент.

№1. Датчики и приводы

Датчик — это устройство или система, которая определяет входные функции промышленных процессов. Исполнительный механизм – это устройство, управляющее механизмом производственных процессов. Датчики функционируют как счетчик или манометр, отображающий состояние машины.

Привод действует как диск, регулятор или переключатель, который можно использовать для управления устройством. Оба контролируются и управляются полевыми контроллерами SCADA.

№ 2. Полевые контроллеры SCADA

Полевые контроллеры напрямую взаимодействуют с исполнительными механизмами и датчиками. При этом есть две категории:

1. Блоки удаленной телеметрии (RTU) взаимодействуют с датчиками для сбора данных телеметрии, а затем передают их в основную систему для следующего действия.
2. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) взаимодействуют с исполнительными механизмами для поддержания и управления производственными процессами на основе текущих данных телеметрии, которые собирают RTU.

№3. Супервизорные компьютеры SCADA

Супервизорные компьютеры контролируют все процессы, связанные со SCADA. Они используются для сбора данных с полевых устройств и отправки команд на устройства для управления производственными процессами.

№ 4. Программное обеспечение ЧМИ

Это программное обеспечение представляет собой систему, которая подтверждает и представляет данные от полевых устройств SCADA. Это также позволяет операторам понимать и изменять статус процессов, контролируемых SCADA.

№ 5. Коммуникационная инфраструктура

Коммуникационная инфраструктура позволяет системам диспетчеризации SCADA обмениваться данными с полевыми контроллерами и полевыми устройствами. Это также позволяет системам SCADA собирать данные с полевых устройств и управлять этими устройствами.

Особенности SCADA-систем

Системы SCADA включают специальные функции для конкретных приложений или отраслей, и большинство систем поддерживают следующие функции:

• Сбор данных: это основа систем SCADA, где датчики собирают данные и передают их на полевые контроллеры. В свою очередь, полевые контроллеры передают данные на компьютеры SCADA.
• Дистанционное управление: достигается за счет управления полевыми приводами на основе данных, собранных с полевых датчиков.
• Сетевая передача данных: позволяет выполнять все функции SCADA. Данные, собранные с датчиков, передаются на полевые контроллеры SCADA, которые затем взаимодействуют с управляющими компьютерами SCADA. Команда дистанционного управления передается обратно на приводы с управляющих компьютеров.

• Представление данных: это достигается с помощью HMI, которые представляют текущие и исторические данные, необходимые операторам для запуска системы SCADA.
• Аварийный сигнал: предупреждает операторов о важных условиях в системе SCADA. Его можно легко настроить для уведомления операторов о блокировке процессов, отказе некоторых систем или необходимости остановки, запуска или корректировки других аспектов.
• Данные в реальном времени и исторические данные: оба являются важными частями системы SCADA. Это позволит пользователям отслеживать производительность текущего сценария по сравнению с историческими тенденциями.
• Отчетность: Сюда входят отчеты о производительности процессов, состоянии системы и настраиваемые отчеты для конкретных целей.

Работа SCADA

Системы SCADA выполняют некоторые функции, включая сбор данных, передачу данных, представление информации/данных и мониторинг/управление. Эти функции выполняются компонентами SCADA, такими как датчики, RTU, контроллеры, коммуникационная сеть и т. д.

Датчики используются для сбора важных данных, а RTU используются для отправки этих данных на контроллер для отображения состояния системы. В соответствии со статусом пользователь дает команду другим компонентам выполнять свою функцию. Коммуникационная сеть выполняет эту функцию.

Здесь мы обсудим каждую функцию, чтобы понять принцип работы систем SCADA.

Сбор данных

Система SCADA реального времени состоит из множества датчиков и компонентов для сбора информации и отправки данных для дальнейшей обработки.

Например, некоторые датчики измеряют поток воды из резервуара в резервуар для воды, а другие датчики измеряют давление при выходе воды из резервуара. Здесь датчики собирают разные типы данных, чтобы понять, все ли процессы идут гладко.

Передача данных

Системы SCADA используют проводную сеть для сбора и передачи данных между пользователями и устройствами. Приложения SCADA реального времени используют компоненты и датчики, которые управляются удаленно. Он также использует интернет-коммуникации. Поскольку реле и датчики не могут обмениваться данными, RTU используются для связи сетевых интерфейсов и датчиков.

Представление данных

Обычные сети состоят из индикаторов, которые видны для контроля. В SCADA-приложениях реального времени существует множество сигналов тревоги и датчиков, которыми невозможно управлять одновременно. Система SCADA использует HMI для предоставления всех данных, собранных с различных датчиков.

Мониторинг и контроль

Система SCADA использует различные переключатели для управления устройствами и отображает состояние контролируемой зоны. Любая часть может быть включена/выключена со станции с помощью этих переключателей. Приложение SCADA реализовано для работы без вмешательства человека в автоматическом режиме. Только в критических ситуациях с ним справится человек.

Типы SCADA

Системы SCADA подразделяются на четыре типа, включая монолитные системы SCADA, распределенные системы SCADA, сетевые системы SCADA и системы IoT SCADA.

№1. Монолитные SCADA-системы

Системы SCADA раннего или первого поколения известны как монолитные системы SCADA. При этом используются миникомпьютеры. Разработка монолитных SCADA-систем может осуществляться при отсутствии общего сетевого сервиса. Дизайн этой системы похож на независимую систему, что означает, что дизайн одной системы не обязательно должен быть связан с другой системой.

Данные можно собирать с удаленных терминалов с помощью резервного мейнфрейма. Важнейшая функция систем первого поколения ограничивается пометкой процессов и мониторингом датчиков.

№ 2. Распределенные SCADA-системы

Распределенные системы SCADA также называют системами второго поколения. Функции управления распределяются по различным системам путем подключения к локальной сети. Операции управления выполняются путем обработки команд и обмена данными в реальном времени.

В этой системе стоимость и размер каждой станции снижены, но отсутствуют согласованные сетевые протоколы.

№3. Сетевые системы SCADA

Сетевые системы SCADA известны как системы третьего поколения. Коммуникационная сеть существующих систем SCADA работает через систему WAN через телефоны или линии передачи данных.

Передача данных между узлами осуществляется с использованием оптоволоконных или Ethernet-соединений. При этом используется ПЛК для настройки, мониторинга и управления операциями маркировки, когда в этом возникает необходимость.

№ 4. SCADA-системы Интернета вещей

Системы IoT SCADA известны как системы четвертого поколения. Здесь стоимость инфраструктуры системы сводится к минимуму за счет внедрения IoT через облачные вычисления. Интеграция и обслуживание этих систем проще, чем других.

В системе реального времени о состоянии компонентов или устройств можно легко сообщить с помощью облачных вычислений.

Преимущества SCADA

Преимущества SCADA-систем заключаются в следующем:

• Масштабируемость. Современные системы SCADA масштабируются по нескольким причинам, таким как лучшая доступность поддерживаемого программного и аппаратного обеспечения, использование облачных вычислений для удовлетворения требований рабочей нагрузки и т. д.
• Совместимость. Современные системы SCADA не полагаются на проприетарное программное и аппаратное обеспечение, что исключает привязку к поставщику.
• Коммуникации: SCADA поддерживает современные протоколы связи, которые обеспечивают больший доступ к элементам управления и данным Scada.
• Поддержка: Современные системы SCADA хорошо поддерживаются поставщиками. Использование открытых сетевых стандартов, современных платформ разработки программного обеспечения и готового коммерческого оборудования также делает сторонних поставщиков более доступными.

Ограничения SCADA

Некоторые из ограничений системы SCADA заключаются в следующем:

• Он поставляется со сложными аппаратными блоками и зависимыми модулями.
• Ему нужны программисты, квалифицированные операторы и аналитики для обслуживания.
• Стоимость установки высока.
• Многие предполагают, что SCADA может помочь увеличить уровень безработицы.

Варианты использования SCADA

SCADA используется на многих промышленных этажах для помощи в управлении и автоматизации промышленных процессов и целей, поскольку эти процессы стали сложными и громоздкими для человеческого контроля и мониторинга.

SCADA полезна для процессов, которыми можно управлять и контролировать удаленно, особенно в том случае, когда вполне возможно минимизировать потери и повысить эффективность.

Типичными отраслевыми примерами автоматизации SCADA являются следующие:

• Операции по переработке нефти и газа
• Производство и распределение электроэнергии
• Химическое производство
• Телекоммуникационная инфраструктура
• Изготовление и сопутствующие процессы
• Транспортная и судоходная инфраструктура
• Коммунальная инфраструктура, такая как водоснабжение и управление отходами
• Производство продуктов питания и напитков

С помощью технологии SCADA эти процессы можно тщательно отслеживать и надлежащим образом контролировать для повышения производительности с течением времени. Эффективные системы приводят к значительной экономии денег и времени.

Современный мир использует некоторые системы SCADA. Вот некоторые примеры: техническое обслуживание систем охлаждения, обеспечение безопасности производства на нефтеперерабатывающем заводе, получение стандартов качества на очистных сооружениях, отслеживание энергопотребления в вашем доме и многое другое.

Как внедрить решение SCADA

Вы должны учитывать следующие важные шаги при внедрении системы SCADA:

• Четко определите, что вы хотите контролировать, и поймите это
• Определите, какой тип данных вы хотите собирать и как
• Добавьте шлюзы, чтобы присоединиться к недавним точкам сбора данных
• При необходимости создайте точки сбора данных
• Централизуйте данные в нужном месте мониторинга
• Картографические данные в приложении SCADA по вашему выбору
• Добавьте визуализацию элементов управления и обработки данных
• Определение правил и автоматизации

Как только вы закончите со всем, программное обеспечение SCADA позаботится обо всем остальном. Он помогает вам взаимодействовать с объектом, предупреждать о проблемах, информировать о профилактическом обслуживании и обеспечивать контроль над оборудованием.

Заключение

SCADA предлагает эффективный способ контроля и управления производственными процессами и данными, а также обнаружения системных проблем и сообщения о них для быстрого устранения. Таким образом, вместо того, чтобы делать все вручную или тратить время и деньги, вы можете автоматизировать эти процессы с помощью SCADA-системы.

SCADA внедряется с конкретными целями. Поэтому, когда вы хотите внедрить его в своей компании, определите свои потребности и соответствующим образом автоматизируйте процессы.