SCADA допомагає промисловим організаціям підтримувати ефективність, повідомляти про проблеми системи, щоб зменшити час простою, і обробляти дані для прийняття більш розумних рішень.
Багато промислових підприємств, віддалених об’єктів і виробничих цехів раніше покладалися на персонал, який вручну контролював і керував електричним обладнанням за допомогою аналогових циферблатів і кнопок.
Оскільки віддалені об’єкти та промислові приміщення почали розширюватися, їм потрібні були кращі рішення для керування своїм електричним обладнанням із великих відстаней. Деякі організації почали використовувати таймери та реле, щоб запропонувати кращий рівень диспетчерського контролю.
Хоча таймери та реле вирішують великі проблеми, вони забезпечують обмежену функціональність автоматизації. Знову ж таки, таймери та реле було важко налаштувати. Більше місця зайняли пульти управління та дефектоскоп. Тому почали виникати нові питання.
Для вирішення таких питань була запроваджена технологія «SCADA».
Розвиток ПЛК і мікропроцесорів під час запуску SCADA допомагає організаціям відстежувати та контролювати автоматизовані процеси більше, ніж раніше.
У цій статті я обговорю SCADA, її використання, функції, компоненти, типи тощо.
Давайте розпочнемо!
Що таке SCADA?
Контрольний контроль і збір даних (SCADA) — це тип програми, який дозволяє промисловості контролювати свої промислові процеси, наприклад збирати дані з віддалених місць у режимі реального часу для контролю стану обладнання. Він пропонує багато інструментів, необхідних для розгортання рішень на основі даних у реальному часі.
SCADA вирішила багато процесів промислового моніторингу та управління з 1970-х років.
Наприкінці 90-х і на початку 2000-х років SCADA прийняла зміни, захопивши архітектуру відкритої системи, а також протоколи зв’язку, які не залежать від виробника. Це використовувало такі комунікаційні технології, як Ethernet, які дозволяли системам спілкуватися з іншими постачальниками, підвищуючи обмеження старих систем SCADA.
Сучасні системи SCADA дозволяють промисловим підлогам отримувати доступ до даних у реальному часі з будь-якої точки світу. Цей доступ дозволяє компаніям, окремим особам і урядам приймати кращі рішення щодо вдосконалення своїх процесів. Без програмного забезпечення SCADA буде неможливо зібрати достатню кількість даних.
Крім того, сучасне програмне забезпечення конструктора SCADA має можливості швидкої розробки додатків (RAD). Це дозволяє користувачам легко розробляти додатки навіть з нульовими знаннями про розробку програмного забезпечення.
Впровадження сучасних ІТ-практик і стандартів, таких як веб-додатки та SQL, у програмне забезпечення SCADA покращило безпеку, надійність, продуктивність та ефективність систем SCADA.
Великою перевагою використання баз даних SQL є те, що це полегшує процес інтеграції в системи ERP і MES, дозволяючи безперебійно проходити дані через всю організацію.
Таким чином, SCADA – це система апаратних і програмних елементів, яка дозволяє промисловим організаціям:
- Керуйте промисловими процесами у віддалених місцях або локально
- Моніторинг, збір і обробка даних у режимі реального часу
- Взаємодіяти безпосередньо з пристроями, такими як насоси, клапани, датчики, двигуни тощо, через людино-машинний інтерфейс (програмне забезпечення HMI)
- Записуйте всі події у файл журналу
Основи його архітектури починаються з віддалених терміналів (RTU) і програмованих логічних контролерів (PLC). Ці два мікрокомп’ютери зв’язуються з широким спектром об’єктів, таких як датчики, кінцеві пристрої, HMI та фабричні машини. RTU та PLC направляють дані від об’єктів до комп’ютерів за допомогою програмного забезпечення SCADA.
Однак програмне забезпечення SCADA обробляє, відображає та поширює дані, допомагаючи співробітникам і операторам аналізувати інформацію та приймати важливі рішення.
Наприклад, система SCADA швидко звертається до оператора щодо партії продукції, яка має помилки. Оператор призупиняє операцію, переглядає системні дані через HMI та визначає причину проблеми. Потім оператор переглядає інформацію та виявляє, що «машина 4» не працює.
Таким чином система SCADA допомагає оператору виявити проблему, вчасно її вирішити та запобігти подальшим втратам.
Компоненти системи SCADA
Системи SCADA мають різні компоненти, які розгортаються в польових умовах для збору даних у режимі реального часу. Ці компоненти дозволяють збирати дані та вдосконалювати промислову автоматизацію.
Розглянемо кожен компонент докладніше.
#1. Датчики та виконавчі механізми
Датчик — це пристрій або система, яка виявляє вхідні функції промислових процесів. Актуатор – це пристрій, який керує механізмом виробничих процесів. Датчики функціонують як лічильник або датчик, який відображає стан машини.
Актуатор діє як циферблат, елемент керування або перемикач, який можна використовувати для керування пристроєм. Обидва контролюються та контролюються польовими контролерами SCADA.
#2. Польові контролери SCADA
Польові контролери взаємодіють безпосередньо з приводами та датчиками. Тут є дві категорії:
#3. Диспетчерські комп’ютери SCADA
Контрольні комп’ютери контролюють усі процеси, пов’язані з SCADA. Вони використовуються для збору даних від польових пристроїв і надсилання команд на пристрої з метою керування промисловими процесами.
#4. Програмне забезпечення HMI
Це програмне забезпечення забезпечує систему, яка підтверджує та представляє дані з польових пристроїв SCADA. Це також дозволяє операторам розуміти та змінювати статус процесів, керованих SCADA.
#5. Комунікаційна інфраструктура
Комунікаційна інфраструктура дозволяє системам диспетчеризації SCADA спілкуватися з польовими контролерами та польовими пристроями. Це також дозволяє системам SCADA збирати дані з польових пристроїв і керувати ними.
Особливості систем SCADA
Системи SCADA включають спеціальні функції для конкретних застосувань або галузей, і більшість систем підтримують такі функції:
- Збір даних: це основа систем SCADA, де датчики збирають дані та передають їх польовим контролерам. Натомість польові контролери передають дані на комп’ютери SCADA.
- Дистанційне керування: це досягається шляхом керування польовими приводами, яке базується на даних, зібраних від польових датчиків.
- Мережевий обмін даними: підтримує всі функції SCADA. Дані, зібрані з датчиків, передаються до польових контролерів SCADA, які потім зв’язуються з диспетчерськими комп’ютерами SCADA. Команда дистанційного керування передається назад на виконавчі механізми з диспетчерських комп’ютерів.
- Представлення даних: це досягається за допомогою HMI, які представляють поточні та історичні дані, необхідні операторам для роботи системи SCADA.
- Сигналізація: попереджає операторів про важливі умови в системі SCADA. Його можна легко налаштувати, щоб сповіщати операторів, коли процеси заблоковано, деякі системи виходять з ладу або інші аспекти потребують зупинки, запуску чи налаштування.
- Дані в режимі реального часу та історичні дані: обидва є важливими частинами системи SCADA. Це дозволить користувачам відстежувати ефективність поточного сценарію порівняно з історичними тенденціями.
- Звітність: це включає звіти про продуктивність процесу, стан системи та налаштовані звіти для конкретних цілей.
Робота SCADA
Системи SCADA виконують деякі функції, включаючи збір даних, передачу даних, представлення інформації/даних і моніторинг/контроль. Ці функції виконують такі компоненти SCADA, як датчики, RTU, контролери, комунікаційна мережа тощо.
Датчики використовуються для збору важливих даних, а RTU використовуються для надсилання цих даних до контролера для відображення стану системи. Відповідно до статусу користувач дає команду іншим компонентам виконувати свої функції. Цю функцію виконує комунікаційна мережа.
Тут ми обговоримо кожну функцію, щоб зрозуміти принцип роботи систем SCADA.
Збір даних
Система SCADA в реальному часі складається з багатьох датчиків і компонентів для збору інформації та надсилання даних для подальшої обробки.
Наприклад, деякі з датчиків вимірюють потік води з резервуара в резервуар для води, а інші датчики вимірюють тиск, коли вода випускається з резервуара. Тут датчики отримують різні типи даних, щоб зрозуміти, чи всі процеси проходять гладко.
Передача даних
Системи SCADA використовують дротову мережу для збору та передачі даних між користувачами та пристроями. Програми SCADA в реальному часі використовують компоненти та датчики, якими керують дистанційно. Він також використовує Інтернет-зв’язок. Оскільки реле та датчики не можуть обмінюватися даними, RTU використовуються для зв’язку між мережевими інтерфейсами та датчиками.
Презентація даних
Звичайні мережі складаються з індикаторів, які є видимими для контролю. У програмах SCADA в режимі реального часу існує багато сигналів тривоги та датчиків, якими неможливо керувати одночасно. Система SCADA використовує HMI для надання всіх даних, зібраних з різних датчиків.
Моніторинг і контроль
Система SCADA використовує різні перемикачі для керування пристроями та відображає статус контрольованої зони. Будь-яку частину можна вмикати/вимикати зі станції за допомогою цих перемикачів. Програма SCADA реалізована для автоматичної роботи без втручання людини. Тільки в критичних ситуаціях з цим впорається людина.
Типи SCADA
Системи SCADA поділяються на чотири типи, включаючи монолітні системи SCADA, розподілені системи SCADA, мережеві системи SCADA та системи SCADA IoT.
#1. Монолітні системи SCADA
Системи SCADA раннього або першого покоління відомі як монолітні системи SCADA. При цьому використовуються міні-ЕОМ. Розробка монолітних систем SCADA може здійснюватися, коли загальна мережева служба недоступна. Дизайн цієї системи схожий на незалежну систему, що означає, що дизайн однієї системи не повинен бути пов’язаний з іншою системою.
Дані можна зібрати з RTU за допомогою резервного мейнфрейму. Вирішальна функція систем першого покоління обмежується позначенням процесів і моніторингом датчиків.
#2. Розподілені системи SCADA
Розподілені системи SCADA також називають системами другого покоління. Функції керування розподіляються між різними системами за допомогою підключення до локальної мережі. Операції керування виконуються шляхом обробки команд і обміну даними в реальному часі.
У цій системі вартість і розмір кожної станції зменшені, але узгоджених мережевих протоколів немає.
#3. Мережеві системи SCADA
Мережеві системи SCADA відомі як системи третього покоління. Комунікаційна мережа сучасних систем SCADA працює через систему WAN через телефони або лінії передачі даних.
Передача даних між вузлами здійснюється за допомогою оптоволоконних з’єднань або Ethernet. Це використовує ПЛК для налаштування, моніторингу та керування операціями позначення прапорцями, коли виникає необхідність.
#4. Системи IoT SCADA
Системи IoT SCADA відомі як системи четвертого покоління. Тут інфраструктурні витрати системи мінімізовані за рахунок впровадження IoT через хмарні обчислення. Інтегрувати та підтримувати ці системи легше, ніж інші.
У системі реального часу про стан компонентів або пристроїв можна легко повідомляти через хмарні обчислення.
Переваги SCADA
Переваги систем SCADA наступні:
- Масштабованість: сучасні системи SCADA є масштабованими з кількох причин, таких як краща доступність підтримуваного програмного та апаратного забезпечення, використання хмарних обчислень для задоволення попиту на робоче навантаження тощо.
- Сумісність: сучасні системи SCADA не покладаються на власне програмне та апаратне забезпечення, що призводить до нульової прив’язки до постачальника.
- Зв’язок: SCADA підтримує сучасні протоколи зв’язку, які забезпечують більший доступ до елементів керування та даних Scada.
- Підтримка: сучасні системи SCADA добре підтримуються постачальниками. Використання відкритих мережевих стандартів, сучасних платформ розробки програмного забезпечення та комерційного готового апаратного забезпечення також робить сторонніх постачальників більш доступними.
Обмеження SCADA
Деякі обмеження системи SCADA:
- Він поставляється зі складними апаратними блоками та залежними модулями.
- Для обслуговування потрібні програмісти, кваліфіковані оператори та аналітики.
- Вартість монтажу висока.
- Багато хто припускає, що SCADA може допомогти збільшити рівень безробіття.
Випадки використання SCADA
SCADA використовується на багатьох промислових поверхах для допомоги в управлінні та автоматизації промислових процесів і цілей, оскільки ці процеси стали складними та громіздкими для управління та моніторингу людиною.
SCADA корисна для процесів, які можна контролювати та контролювати дистанційно, особливо у випадку, коли цілком можливо мінімізувати відходи та підвищити ефективність.
Загальні промислові приклади автоматизації SCADA такі:
- Операції з переробки нафти і газу
- Виробництво та розподіл електроенергії
- Хімічне виробництво
- Телекомунікаційна інфраструктура
- Виготовлення та супутні процеси
- Транспортна і судноплавна інфраструктура
- Комунальна інфраструктура, наприклад контроль за водою та відходами
- Обробка харчових продуктів і напоїв
За допомогою технології SCADA ці процеси можна ретельно відслідковувати та належним чином контролювати для покращення продуктивності з часом. Ефективні системи призводять до значної економії грошей і часу.
Сучасний світ використовує певні системи SCADA. Деякими прикладами можуть бути: технічне обслуговування систем охолодження, забезпечення безпеки виробництва на нафтопереробному заводі, отримання стандартів якості на очисних спорудах, відстеження використання енергії у вашому домі тощо.
Як реалізувати рішення SCADA
Ви повинні враховувати такі важливі кроки під час впровадження системи SCADA:
- Чітко визначте, що ви хочете контролювати, і зрозумійте це
- Визначте, який тип даних ви хочете збирати та як
- Додайте шлюзи, щоб приєднатися до останніх точок збору даних
- За потреби створіть точки збору даних
- Централізуйте дані в потрібному місці моніторингу
- Картографічні дані в програмі SCADA на ваш вибір
- Додайте візуалізацію елементів керування та процесів даних
- Визначте правила та автоматизацію
Коли ви закінчите з усім, програмне забезпечення SCADA подбає про решту. Це допомагає вам взаємодіяти з об’єктом, сповіщати про проблеми, інформувати про прогнозне технічне обслуговування та пропонувати контроль над обладнанням.
Висновок
SCADA пропонує ефективний спосіб контролювати та керувати промисловими процесами та даними, а також виявляти системні проблеми та повідомляти про них для швидкого усунення. Таким чином, замість того, щоб робити все вручну або витрачати час і гроші, ви можете автоматизувати ці процеси за допомогою системи SCADA.
SCADA впроваджується з конкретними цілями. Отже, якщо ви хочете впровадити це у своїй компанії, визначте свої потреби та автоматизуйте процеси відповідно.