初學者監控和數據採集 (SCADA) 簡介

已發表: 2022-10-29

SCADA 可幫助工業組織保持效率、溝通系統問題以減少停機時間，以及處理數據以做出更明智的決策。

許多工業廠房、遠程站點和製造車間過去依賴人員通過模擬撥號盤和按鈕手動監控和手動控制電氣設備。

由於遠程站點和工業車間開始橫向擴展，他們需要更好的解決方案來遠距離控制他們的電氣設備。一些組織開始使用計時器和繼電器來提供更好的監督控制。

儘管定時器和繼電器解決了大問題，但它們提供的自動化功能有限。同樣，定時器和繼電器很難配置。控制面板和故障查找器佔用了更多空間。於是，更多的問題開始出現。

一種技術——“SCADA”——被引入來解決這些問題。

SCADA 啟動期間 PLC 和微處理器的興起幫助組織比以前更多地監視和控制自動化過程。

在本文中，我將討論 SCADA、它的用途、特性、組件、類型等。

開始吧！

什麼是 SCADA？

監控和數據採集 (SCADA) 是一種允許行業控制其工業過程的應用程序，例如從遠程位置實時收集數據以控制設備的狀況。它提供了許多實時部署數據驅動決策所需的工具。

自 20 世紀 70 年代以來，SCADA 解決了許多工業監控過程。

在 20 世紀 90 年代末和 2000 年代初，SCADA 採取了一種變革，採用了開放式系統架構和通信協議，這些都不是特定於供應商的。這利用了以太網等通信技術，允許系統與其他供應商通信，提高了舊 SCADA 系統的局限性。

現代 SCADA 系統允許工業車間從世界任何地方訪問實時數據。這種訪問允許企業、個人和政府就如何增強其流程做出更好的決策。沒有 SCADA 軟件就不可能收集到足夠的數據。

此外，現代 SCADA 設計器軟件具有快速應用程序開發 (RAD) 功能。這讓用戶即使對軟件開發知識為零也能輕鬆設計應用程序。

將現代 IT 實踐和標準（例如基於 Web 的應用程序和 SQL）引入 SCADA 軟件提高了 SCADA 系統的安全性、可靠性、生產力和效率。

使用 SQL 數據庫的一大優勢在於，它可以更輕鬆地集成到 ERP 和 MES 系統中，讓數據在整個組織中無縫流動。

因此，SCADA 是一個由硬件和軟件元素組成的系統，可以讓工業組織：

在遠程位置或本地控制工業過程
實時監控、收集和處理數據
通過人機界面（HMI 軟件）直接與泵、閥門、傳感器、電機等設備交互
在日誌文件中記錄所有事件

其架構的基礎從遠程終端單元 (RTU) 和可編程邏輯控制器 (PLC) 開始。這兩個是與各種對象通信的微型計算機，例如傳感器、終端設備、HMI 和工廠機器。 RTU 和 PLC 使用 SCADA 軟件將數據從對象路由到計算機。

然而，SCADA 軟件處理、顯示和分發數據，幫助員工和操作員分析信息並做出重要決策。

例如，SCADA 系統可以快速解決操作員關於一批顯示錯誤的產品的問題。操作員暫停操作，通過 HMI 查看系統數據，並確定問題的原因。操作員隨後查看信息並發現“機器 4”不工作。

通過這種方式，SCADA 系統可幫助操作員識別問題、及時解決問題並防止進一步損失。

SCADA 系統的組件

SCADA 系統具有部署在現場以實時收集數據的各種組件。這些組件可以收集數據並增強工業自動化。

讓我們詳細討論每個組件。

#1。傳感器和執行器

傳感器是檢測來自工業過程的輸入功能的設備或系統。執行器是一種控制工業過程機制的裝置。傳感器的功能類似於顯示機器狀態的儀表或量規。

執行器的作用類似於可用於控制設備的刻度盤、控制器或開關。兩者均由 SCADA 現場控制器監控。

#2。 SCADA 現場控制器

現場控制器直接與執行器和傳感器連接。這裡面有兩類：

遠程遙測單元 (RTU)與傳感器連接以收集遙測數據，然後將其轉發到主系統以進行下一步操作。
可編程邏輯控制器 (PLC)與執行器連接，以根據 RTU 收集的當前遙測數據維護和控制工業過程。

#3。 SCADA 監控計算機

監控計算機控制與 SCADA 相關的所有過程。它們用於從現場設備收集數據並向設備發送命令以控制工業過程。

#4。人機界面軟件

該軟件提供了一個系統，可以確認和顯示來自 SCADA 現場設備的數據。它還使操作員能夠了解和修改 SCADA 控製過程的狀態。

#5。通訊基礎設施

通信基礎設施允許 SCADA 監控系統與現場控制器和現場設備進行通信。這也使 SCADA 系統能夠從現場設備收集數據並控制這些設備。

SCADA 系統的特點

SCADA 系統包括針對特定應用或行業的特殊功能，大多數係統都支持以下功能：

數據採集：它是 SCADA 系統的基礎，傳感器收集數據並將其傳送給現場控制器。作為回報，現場控制器將數據饋送到 SCADA 計算機。
遠程控制：它是通過現場執行器的控制來實現的，這是基於從現場傳感器收集的數據。
聯網數據通信：它允許所有 SCADA 功能。從傳感器收集的數據被傳輸到 SCADA 現場控制器，然後與 SCADA 監控計算機通信。遠程控制命令從監控計算機傳回執行器。

數據呈現：它是通過代表操作員運行 SCADA 系統所需的當前和歷史數據的 HMI 實現的。
警報：它提醒操作員注意 SCADA 系統中的重要情況。它可以輕鬆配置為在進程受阻、某些系統出現故障或其他方面需要停止、啟動或調整時通知操作員。
實時和歷史數據：兩者都是 SCADA 系統的重要組成部分。這將使用戶能夠根據歷史趨勢跟踪當前場景的性能。
報告：這包括有關流程性能、系統狀態的報告，以及針對特定用途的定制報告。

SCADA的工作

SCADA 系統執行一些功能，包括數據採集、數據通信、信息/數據呈現和監視/控制。這些功能由 SCADA 的組件執行，例如傳感器、RTU、控制器、通信網絡等。

傳感器用於收集基本數據，RTU 用於將此數據發送到控制器以顯示系統狀態。根據狀態，用戶向其他組件發出命令以執行其功能。通信網絡執行此功能。

在這裡，我們將討論每個功能以了解 SCADA 系統的工作原理。

數據採集

實時 SCADA 系統由許多傳感器和組件組成，用於收集信息並發送數據以供進一步處理。

例如，一些傳感器測量從水庫到水箱的水流量，而其他傳感器測量水從水庫釋放時的壓力。在這裡，傳感器獲取不同類型的數據，以了解所有過程是否順利進行。

數據通訊

SCADA 系統使用有線網絡在用戶和設備之間收集和傳輸數據。實時 SCADA 應用程序使用遠程控制的組件和傳感器。它也使用互聯網通信。由於繼電器和傳感器無法通信，因此使用 RTU 來通信網絡接口和傳感器。

數據呈現

正常網絡由可見的指示器組成，以便進行控制。在實時 SCADA 應用中，有很多警報和傳感器無法同時管理。 SCADA 系統使用 HMI 提供從各種傳感器收集的所有數據。

監測與控制

SCADA系統使用各種開關來操作設備並顯示受控區域的狀態。使用這些開關可以從工作站打開/關閉任何部分。 SCADA 應用程序無需任何人為乾預即可自動運行。只有在危急情況下才會由人來處理。

SCADA 的類型

SCADA系統分為四種類型，包括單片SCADA系統、分佈式SCADA系統、網絡SCADA系統和物聯網SCADA系統。

#1。單片 SCADA 系統

早期或第一代 SCADA 系統被稱為單片 SCADA 系統。在此，使用小型計算機。當公共網絡服務不可用時，可以開發單片 SCADA 系統。這個系統的設計就像一個獨立的系統，這意味著一個系統的設計不需要與另一個系統相關。

可以使用備用主機從 RTU 收集數據。第一代系統的關鍵功能僅限於標記流程和監控傳感器。

#2。分佈式 SCADA 系統

分佈式SCADA系統也稱為第二代系統。通過與 LAN 連接，控制功能分佈在各種系統中。控制操作通過命令處理和共享實時數據來執行。

在這個系統中，每個站點的成本和大小都降低了，但是沒有一致的網絡協議。

#3。聯網的 SCADA 系統

聯網的 SCADA 系統被稱為第三代系統。當前SCADA系統的通信網絡通過電話或數據線通過WAN系統工作。

節點之間的數據傳輸是通過使用光纖或以太網連接完成的。一旦有必要，這將使用 PLC 來調整、監視和控制標記操作。

#4。物聯網 SCADA 系統

物聯網 SCADA 系統被稱為第四代系統。在這裡，系統的基礎設施成本通過雲計算實施物聯網得以最小化。集成和維護這些系統比其他系統更容易。

在實時系統中，可以通過雲計算輕鬆報告組件或設備的狀況。

SCADA 的好處

SCADA 系統的優勢如下：

可擴展性：現代 SCADA 系統的可擴展性有多種原因，例如支持的軟件和硬件的可用性更好，使用雲計算以滿足工作負載需求等。
互操作性：現代 SCADA 系統不依賴專有軟件和硬件，從而實現零供應商鎖定。
通信： SCADA 支持現代通信協議，可以更好地訪問 Scada 控件和數據。
支持：供應商很好地支持現代 SCADA 系統。開放網絡標準、現代軟件開發平台和商用現成硬件的使用也使第三方供應商更容易獲得。

SCADA 的局限性

SCADA 系統的一些限制如下：

它帶有復雜的硬件單元和依賴模塊。
它需要程序員、熟練的操作員和分析師進行維護。
安裝成本高。
許多人推測 SCADA 可能有助於提高失業率。

SCADA 的用例

SCADA 用於許多工業車間，以協助管理和自動化工業過程和目的，因為這些過程對於人工控制和監控來說變得複雜和繁瑣。

SCADA 對於可以遠程控制和監控的過程非常有用，特別是在完全有可能最大限度地減少浪費和提高效率的情況下。

SCADA自動化的常見行業實例如下：

石油和天然氣精煉業務
發電和配電
化工製造
電信基礎設施
製造及相關過程
運輸和航運基礎設施
公用事業基礎設施，例如水和廢物控制
食品飲料加工

在 SCADA 技術的幫助下，可以密切跟踪和適當控制這些過程，以隨著時間的推移提高性能。有效的系統可以顯著節省金錢和時間。

現代世界正在使用某種 SCADA 系統。例如，維護製冷系統、確保煉油廠的生產安全、在廢水處理廠獲得質量標準、跟踪您家中的能源使用情況等等。

如何實施 SCADA 解決方案

在實施 SCADA 系統時，您必須考慮這些重要步驟：

清楚地定義您要監視的內容並理解它
確定您要收集什麼類型的數據以及如何收集
添加網關加入最近的數據採集點
根據需要創建數據收集點
將數據集中到您想要的監控位置
您選擇的 SCADA 應用程序中的地圖數據
添加控件和數據過程的可視化
定義規則和自動化

一旦您完成所有工作，SCADA 軟件就會處理剩下的事情。它可以幫助您與設施互動、提醒問題、通知預測性維護並提供對設備的控制。

結論

SCADA 提供了一種有效的方法來控制和管理工業過程和數據，檢測系統問題並進行通信以快速修復。因此，您可以使用 SCADA 系統自動化這些過程，而不是手動完成所有事情或浪費您的時間和金錢。

SCADA 的實施具有特定的目標。因此，當您希望在您的公司中實施它時，請確定您的需求並相應地自動化流程。