初学者监控和数据采集 (SCADA) 简介

已发表: 2022-10-29

SCADA 可帮助工业组织保持效率、沟通系统问题以减少停机时间，以及处理数据以做出更明智的决策。

许多工业厂房、远程站点和制造车间过去依赖人员通过模拟拨号盘和按钮手动监控和手动控制电气设备。

由于远程站点和工业车间开始横向扩展，他们需要更好的解决方案来远距离控制他们的电气设备。一些组织开始使用计时器和继电器来提供更好的监督控制。

尽管定时器和继电器解决了大问题，但它们提供的自动化功能有限。同样，定时器和继电器很难配置。控制面板和故障查找器占用了更多空间。于是，更多的问题开始出现。

一种技术——“SCADA”——被引入来解决这些问题。

SCADA 启动期间 PLC 和微处理器的兴起帮助组织比以前更多地监视和控制自动化过程。

在本文中，我将讨论 SCADA、它的用途、特性、组件、类型等。

开始吧！

什么是 SCADA？

监控和数据采集 (SCADA) 是一种允许行业控制其工业过程的应用程序，例如从远程位置实时收集数据以控制设备的状况。它提供了许多实时部署数据驱动决策所需的工具。

自 20 世纪 70 年代以来，SCADA 解决了许多工业监控过程。

在 20 世纪 90 年代末和 2000 年代初，SCADA 采取了一种变革，采用了开放式系统架构和通信协议，这些都不是特定于供应商的。这利用了以太网等通信技术，允许系统与其他供应商通信，提高了旧 SCADA 系统的局限性。

现代 SCADA 系统允许工业车间从世界任何地方访问实时数据。这种访问允许企业、个人和政府就如何增强其流程做出更好的决策。没有 SCADA 软件就不可能收集到足够的数据。

此外，现代 SCADA 设计器软件具有快速应用程序开发 (RAD) 功能。这让用户即使对软件开发知识为零也能轻松设计应用程序。

将现代 IT 实践和标准（例如基于 Web 的应用程序和 SQL）引入 SCADA 软件提高了 SCADA 系统的安全性、可靠性、生产力和效率。

使用 SQL 数据库的一大优势在于，它可以更轻松地集成到 ERP 和 MES 系统中，让数据在整个组织中无缝流动。

因此，SCADA 是一个由硬件和软件元素组成的系统，可以让工业组织：

在远程位置或本地控制工业过程
实时监控、收集和处理数据
通过人机界面（HMI 软件）直接与泵、阀门、传感器、电机等设备交互
在日志文件中记录所有事件

其架构的基础从远程终端单元 (RTU) 和可编程逻辑控制器 (PLC) 开始。这两个是与各种对象通信的微型计算机，例如传感器、终端设备、HMI 和工厂机器。 RTU 和 PLC 使用 SCADA 软件将数据从对象路由到计算机。

然而，SCADA 软件处理、显示和分发数据，帮助员工和操作员分析信息并做出重要决策。

例如，SCADA 系统可以快速解决操作员关于一批显示错误的产品的问题。操作员暂停操作，通过 HMI 查看系统数据，并确定问题的原因。操作员随后查看信息并发现“机器 4”不工作。

通过这种方式，SCADA 系统可帮助操作员识别问题、及时解决问题并防止进一步损失。

SCADA 系统的组件

SCADA 系统具有部署在现场以实时收集数据的各种组件。这些组件可以收集数据并增强工业自动化。

让我们详细讨论每个组件。

#1。传感器和执行器

传感器是检测来自工业过程的输入功能的设备或系统。执行器是一种控制工业过程机制的装置。传感器的功能类似于显示机器状态的仪表或量规。

执行器的作用类似于可用于控制设备的刻度盘、控制器或开关。两者均由 SCADA 现场控制器监控。

#2。 SCADA 现场控制器

现场控制器直接与执行器和传感器连接。这里面有两类：

远程遥测单元 (RTU)与传感器连接以收集遥测数据，然后将其转发到主系统以进行下一步操作。
可编程逻辑控制器 (PLC)与执行器连接，以根据 RTU 收集的当前遥测数据维护和控制工业过程。

#3。 SCADA 监控计算机

监控计算机控制与 SCADA 相关的所有过程。它们用于从现场设备收集数据并向设备发送命令以控制工业过程。

#4。人机界面软件

该软件提供了一个系统，可以确认和显示来自 SCADA 现场设备的数据。它还使操作员能够了解和修改 SCADA 控制过程的状态。

#5。通讯基础设施

通信基础设施允许 SCADA 监控系统与现场控制器和现场设备进行通信。这也使 SCADA 系统能够从现场设备收集数据并控制这些设备。

SCADA 系统的特点

SCADA 系统包括针对特定应用或行业的特殊功能，大多数系统都支持以下功能：

数据采集：它是 SCADA 系统的基础，传感器收集数据并将其传送给现场控制器。作为回报，现场控制器将数据馈送到 SCADA 计算机。
远程控制：它是通过现场执行器的控制来实现的，这是基于从现场传感器收集的数据。
联网数据通信：它允许所有 SCADA 功能。从传感器收集的数据被传输到 SCADA 现场控制器，然后与 SCADA 监控计算机通信。远程控制命令从监控计算机传回执行器。

数据呈现：它是通过代表操作员运行 SCADA 系统所需的当前和历史数据的 HMI 实现的。
警报：它提醒操作员注意 SCADA 系统中的重要情况。它可以轻松配置为在进程受阻、某些系统出现故障或其他方面需要停止、启动或调整时通知操作员。
实时和历史数据：两者都是 SCADA 系统的重要组成部分。这将使用户能够根据历史趋势跟踪当前场景的性能。
报告：这包括有关流程性能、系统状态的报告，以及针对特定用途的定制报告。

SCADA的工作

SCADA 系统执行一些功能，包括数据采集、数据通信、信息/数据呈现和监视/控制。这些功能由 SCADA 的组件执行，例如传感器、RTU、控制器、通信网络等。

传感器用于收集基本数据，RTU 用于将此数据发送到控制器以显示系统状态。根据状态，用户向其他组件发出命令以执行其功能。通信网络执行此功能。

在这里，我们将讨论每个功能以了解 SCADA 系统的工作原理。

数据采集

实时 SCADA 系统由许多传感器和组件组成，用于收集信息并发送数据以供进一步处理。

例如，一些传感器测量从水库到水箱的水流量，而其他传感器测量水从水库释放时的压力。在这里，传感器获取不同类型的数据，以了解所有过程是否顺利进行。

数据通讯

SCADA 系统使用有线网络在用户和设备之间收集和传输数据。实时 SCADA 应用程序使用远程控制的组件和传感器。它也使用互联网通信。由于继电器和传感器无法通信，因此使用 RTU 来通信网络接口和传感器。

数据呈现

正常网络由可见的指示器组成，以便进行控制。在实时 SCADA 应用中，有很多警报和传感器无法同时管理。 SCADA 系统使用 HMI 提供从各种传感器收集的所有数据。

监测与控制

SCADA系统使用各种开关来操作设备并显示受控区域的状态。使用这些开关可以从工作站打开/关闭任何部分。 SCADA 应用程序无需任何人为干预即可自动运行。只有在危急情况下才会由人来处理。

SCADA 的类型

SCADA系统分为四种类型，包括单片SCADA系统、分布式SCADA系统、网络SCADA系统和物联网SCADA系统。

#1。单片 SCADA 系统

早期或第一代 SCADA 系统被称为单片 SCADA 系统。在此，使用小型计算机。当公共网络服务不可用时，可以开发单片 SCADA 系统。这个系统的设计就像一个独立的系统，这意味着一个系统的设计不需要与另一个系统相关。

可以使用备用主机从 RTU 收集数据。第一代系统的关键功能仅限于标记流程和监控传感器。

#2。分布式 SCADA 系统

分布式SCADA系统也称为第二代系统。通过与 LAN 连接，控制功能分布在各种系统中。控制操作通过命令处理和共享实时数据来执行。

在这个系统中，每个站点的成本和大小都降低了，但是没有一致的网络协议。

#3。联网的 SCADA 系统

联网的 SCADA 系统被称为第三代系统。当前SCADA系统的通信网络通过电话或数据线通过WAN系统工作。

节点之间的数据传输是通过使用光纤或以太网连接完成的。一旦有必要，这将使用 PLC 来调整、监视和控制标记操作。

#4。物联网 SCADA 系统

物联网 SCADA 系统被称为第四代系统。在这里，系统的基础设施成本通过云计算实施物联网得以最小化。集成和维护这些系统比其他系统更容易。

在实时系统中，可以通过云计算轻松报告组件或设备的状况。

SCADA 的好处

SCADA 系统的优势如下：

可扩展性：现代 SCADA 系统的可扩展性有多种原因，例如支持的软件和硬件的可用性更好，使用云计算以满足工作负载需求等。
互操作性：现代 SCADA 系统不依赖专有软件和硬件，从而实现零供应商锁定。
通信： SCADA 支持现代通信协议，可以更好地访问 Scada 控件和数据。
支持：供应商很好地支持现代 SCADA 系统。开放网络标准、现代软件开发平台和商用现成硬件的使用也使第三方供应商更容易获得。

SCADA 的局限性

SCADA 系统的一些限制如下：

它带有复杂的硬件单元和依赖模块。
它需要程序员、熟练的操作员和分析师进行维护。
安装成本高。
许多人推测 SCADA 可能有助于提高失业率。

SCADA 的用例

SCADA 用于许多工业车间，以协助管理和自动化工业过程和目的，因为这些过程对于人工控制和监控来说变得复杂和繁琐。

SCADA 对于可以远程控制和监控的过程非常有用，特别是在完全有可能最大限度地减少浪费和提高效率的情况下。

SCADA自动化的常见行业实例如下：

石油和天然气精炼业务
发电和配电
化工制造
电信基础设施
制造及相关过程
运输和航运基础设施
公用事业基础设施，例如水和废物控制
食品饮料加工

在 SCADA 技术的帮助下，可以密切跟踪和适当控制这些过程，以随着时间的推移提高性能。有效的系统可以显着节省金钱和时间。

现代世界正在使用某种 SCADA 系统。例如，维护制冷系统、确保炼油厂的生产安全、在废水处理厂获得质量标准、跟踪您家中的能源使用情况等等。

如何实施 SCADA 解决方案

在实施 SCADA 系统时，您必须考虑这些重要步骤：

清楚地定义您要监视的内容并理解它
确定您要收集什么类型的数据以及如何收集
添加网关加入最近的数据采集点
根据需要创建数据收集点
将数据集中到您想要的监控位置
您选择的 SCADA 应用程序中的地图数据
添加控件和数据过程的可视化
定义规则和自动化

一旦您完成所有工作，SCADA 软件就会处理剩下的事情。它可以帮助您与设施互动、提醒问题、通知预测性维护并提供对设备的控制。

结论

SCADA 提供了一种有效的方法来控制和管理工业过程和数据，检测系统问题并进行通信以快速修复。因此，您可以使用 SCADA 系统自动化这些过程，而不是手动完成所有事情或浪费您的时间和金钱。

SCADA 的实施具有特定的目标。因此，当您希望在您的公司中实施它时，请确定您的需求并相应地自动化流程。