SCADA hjælper industrielle organisationer med at opretholde effektiviteten, kommunikere systemproblemer for at mindske nedetid og behandle data for at træffe smartere beslutninger.
Mange industrianlæg, fjerntliggende steder og produktionsgulve plejede at stole på personale til manuelt at overvåge og manuelt styre elektrisk udstyr gennem analoge drejeknapper og trykknapper.
Siden de fjerntliggende steder og industrigulve begyndte at skalere ud, havde de brug for bedre løsninger til at styre deres elektriske udstyr fra lange afstande. Nogle organisationer begyndte at bruge timere og relæer for at tilbyde et bedre niveau af tilsynskontrol.
Selvom timere og relæer løser store problemer, giver de begrænset automatiseringsfunktionalitet. Igen var timere og relæer svære at konfigurere. Kontrolpaneler og fejlfinding optog mere plads. Derfor begyndte flere problemer at opstå.
En teknologi-‘SCADA’- blev introduceret til at løse denne slags problemer.
Fremkomsten af PLC’er og mikroprocessorer under starten af SCADA hjælper organisationer med at overvåge og kontrollere automatiserede processer mere end før.
I denne artikel vil jeg diskutere SCADA, dets anvendelser, funktioner, komponenter, typer og mere.
Lad os begynde!
Indholdsfortegnelse
Hvad er SCADA?
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) er en type applikation, der giver industrier mulighed for at kontrollere deres industrielle processer, såsom indsamling af data fra fjerntliggende steder i realtid for at kontrollere udstyrets forhold. Det tilbyder mange værktøjer, der er nødvendige for at implementere datadrevne beslutninger i realtid.
SCADA har løst mange industrielle overvågnings- og kontrolprocesser siden 1970’erne.
I slutningen af 90’erne og begyndelsen af 2000’erne vedtog SCADA en ændring ved at gribe åben systemarkitektur samt kommunikationsprotokoller, som ikke er leverandørspecifikke. Dette udnyttede kommunikationsteknologier som Ethernet, som gjorde det muligt for systemer at kommunikere med andre leverandører, hvilket øgede begrænsningerne i ældre SCADA-systemer.
Moderne SCADA-systemer giver industrigulve adgang til realtidsdata fra hvor som helst i verden. Denne adgang giver virksomheder, enkeltpersoner og regeringer mulighed for at træffe bedre beslutninger om, hvordan de kan forbedre deres processer. Det vil være umuligt at indsamle tilstrækkelige data uden SCADA-software.
Derudover har moderne SCADA-designersoftware funktioner til Rapid Application Development (RAD). Dette giver brugerne mulighed for nemt at designe applikationer selv uden viden om softwareudvikling.
Introduktionen af moderne it-praksis og -standarder, såsom webbaserede applikationer og SQL i SCADA-software har forbedret sikkerheden, pålideligheden, produktiviteten og effektiviteten af SCADA-systemer.
Den store fordel ved at bruge SQL-databaser er, at det gør processen med at integrere i ERP- og MES-systemer nemmere, så data kan flyde gennem hele organisationen problemfrit.
Således er SCADA et system af hardware- og softwareelementer, der lader industrielle organisationer:
- Styr industrielle processer på fjerntliggende steder eller lokalt
- Overvåg, indsaml og bearbejd data i realtid
- Interager direkte med enheder, såsom pumper, ventiler, sensorer, motorer og mere, gennem Human Machine Interface (HMI-software)
- Registrer alle hændelser i en logfil
Det grundlæggende i dens arkitektur begynder med Remote Terminal Units (RTU’er) og Programmerbare Logic Controllere (PLC’er). Disse to er mikrocomputere, der kommunikerer med en bred vifte af objekter, såsom sensorer, slutenheder, HMI’er og fabriksmaskiner. RTU’er og PLC’er dirigerer dataene fra objekterne til computerne ved hjælp af SCADA-software.
Men SCADA-software behandler, viser og distribuerer dataene, og hjælper medarbejdere og operatører med at analysere informationen og træffe vigtige beslutninger.
For eksempel henvender SCADA-systemet hurtigt en operatør angående et parti produkter, der viser fejl. Operatøren sætter handlingen på pause, ser systemdataene gennem HMI og bestemmer årsagen til problemet. Operatøren gennemgår derefter oplysningerne og opdager, at ‘Maskin 4’ ikke virker.
På denne måde hjælper SCADA-systemet operatøren med at identificere problemet, løse det til tiden og forhindre yderligere tab.
Komponenter i et SCADA-system
SCADA-systemer har forskellige komponenter, der er installeret i felten for at indsamle data i realtid. Disse komponenter muliggør indsamling af data og forbedring af industriel automatisering.
Lad os diskutere hver komponent i detaljer.
#1. Sensorer og aktuatorer
En sensor er en enhed eller et system, der registrerer inputfunktioner fra industrielle processer. En aktuator er en enhed, der styrer mekanismen for industrielle processer. Sensorer fungerer som en måler eller måler, der viser maskinens status.
En aktuator fungerer som en drejeknap, kontrol eller kontakt, der kan bruges til at styre enheden. Begge overvåges og styres af SCADA feltcontrollere.
#2. SCADA feltcontrollere
Feltregulatorerne interfacer direkte med aktuatorer og sensorer. Der er to kategorier i dette:
#3. SCADA tilsynscomputere
Tilsynscomputere styrer alle processer relateret til SCADA. De bruges til at indsamle data fra feltenheder og til at sende kommandoer til enhederne for at kontrollere industrielle processer.
#4. HMI software
Denne software giver et system, der bekræfter og præsenterer data fra SCADA-feltenhederne. Det gør det også muligt for operatører at forstå og ændre status for de SCADA-kontrollerede processer.
#5. Kommunikationsinfrastruktur
Kommunikationsinfrastrukturen gør det muligt for SCADA-overvågningssystemer at kommunikere med feltcontrollere og feltenheder. Dette gør det også muligt for SCADA-systemer at indsamle data fra feltenhederne og styre disse enheder.
Funktioner i SCADA-systemer
SCADA-systemer inkluderer specielle funktioner til specifikke applikationer eller industrier, og de fleste af systemerne understøtter følgende funktioner:
- Dataindsamling: Det er grundlaget for SCADA-systemer, hvor sensorer samler data og leverer det samme til feltcontrollere. Til gengæld sender feltkontrollanterne data til SCADA-computere.
- Fjernbetjening: Det opnås ved styring af feltaktuatorerne, som er baseret på data indsamlet fra feltsensorer.
- Netværksforbundet datakommunikation: Det tillader alle SCADA-funktioner. Data indsamlet fra sensorer overføres til SCADA-feltkontrollerne, som derefter kommunikerer med SCADA-overvågningscomputerne. Fjernbetjeningskommandoen sendes tilbage til aktuatorerne fra overvågningscomputerne.
- Datapræsentation: Det opnås gennem HMI’er, der repræsenterer aktuelle og historiske data, som operatørerne har brug for for at køre SCADA-systemet.
- Alarm: Den advarer operatørerne om de væsentlige forhold i SCADA-systemet. Det kan nemt konfigureres til at underrette operatører, når processerne er blokeret, nogle systemer svigter, eller andre aspekter skal stoppes, startes eller justeres.
- Realtidsdata og historiske data: Begge er væsentlige dele af SCADA-systemet. Dette vil gøre det muligt for brugere at spore ydeevnen af det aktuelle scenarie i forhold til historiske tendenser.
- Rapportering: Dette inkluderer rapporter om procesydelse, systemstatus og tilpassede rapporter til specifikke anvendelser.
Arbejder hos SCADA
SCADA-systemerne udfører nogle funktioner, herunder dataopsamling, datakommunikation, information/datapræsentation og overvågning/kontrol. Disse funktioner udføres af komponenterne i SCADA’en, såsom sensorer, RTU’er, controllere, et kommunikationsnetværk osv.
Sensorerne bruges til at indsamle væsentlige data, og RTU’er bruges til at sende disse data til controlleren for at vise systemets status. I henhold til status giver brugeren kommandoen til andre komponenter for at udføre deres funktion. Et kommunikationsnetværk udfører denne funktion.
Her vil vi diskutere hver funktion for at forstå arbejdsprincippet i SCADA-systemerne.
Dataindsamlinger
Et real-time SCADA-system består af mange sensorer og komponenter til at indsamle information og sende data til videre behandling.
For eksempel måler nogle af sensorerne vandstrømmen fra et reservoir til vandtanken, og andre sensorer måler trykket, når vandet frigives fra reservoiret. Her indsamler sensorer forskellige typer data for at forstå, om alle processer forløber glat.
Datakommunikation
SCADA-systemerne bruger et kablet netværk til at indsamle og overføre data mellem brugere og enheder. SCADA-applikationer i realtid bruger komponenter og sensorer, der fjernstyres. Den bruger også internetkommunikation. Da relæer og sensorer ikke er i stand til at kommunikere, bruges RTU’er til at kommunikere netværksgrænseflader og sensorer.
Datapræsentation
De normale netværk består af indikatorer, der er synlige for at kunne kontrollere. I real-time SCADA-applikationer er der en masse alarmer og sensorer, som er umulige at håndtere ad gangen. SCADA-systemet bruger HMI til at tilbyde alle data indsamlet fra forskellige sensorer.
Overvågning og kontrol
SCADA-systemet bruger forskellige kontakter til at betjene enheder og viser status for det kontrollerede område. Enhver del kan tændes/slukkes fra stationen ved at bruge disse kontakter. SCADA-applikationen implementeres automatisk til at fungere uden menneskelig indblanding. Kun i kritiske situationer vil det blive håndteret af et menneske.
Typer af SCADA
SCADA-systemer er kategoriseret i fire typer, herunder monolitiske SCADA-systemer, distribuerede SCADA-systemer, netværksbaserede SCADA-systemer og IoT SCADA-systemer.
#1. Monolitiske SCADA-systemer
Den tidlige eller første generations SCADA-systemer er kendt som Monolithic SCADA-systemer. Heri bruges minicomputere. Udviklingen af monolitiske SCADA-systemer kan udføres, når en fælles netværkstjeneste ikke er tilgængelig. Designet af dette system er som et uafhængigt system, hvilket betyder, at designet af et system ikke behøver at være relateret til et andet system.
Dataene kan indsamles fra RTU’erne ved at bruge en backup-mainframe. Den afgørende funktion af førstegenerationssystemer er begrænset til flagningsprocesser og overvågning af sensorerne.
#2. Distribuerede SCADA-systemer
Distribuerede SCADA-systemer kaldes også andengenerationssystemer. Styrefunktionerne er fordelt på tværs af forskellige systemer ved tilslutning til et LAN. Kontroloperationerne udføres ved kommandobehandling og deling af realtidsdata.
I dette system er omkostningerne og størrelsen af hver station reduceret, men der er ingen konsistente netværksprotokoller.
#3. Netværksforbundne SCADA-systemer
De netværksforbundne SCADA-systemer er kendt som tredjegenerationssystemer. Kommunikationsnetværket for nuværende SCADA-systemer fungerer via WAN-system gennem telefoner eller datalinjer.
Datatransmissionen mellem noderne sker ved at bruge fiberoptiske eller Ethernet-forbindelser. Dette bruger PLC til at justere, overvåge og kontrollere flagningsoperationerne, når det er nødvendigt.
#4. IoT SCADA-systemer
IoT SCADA-systemer er kendt som fjerde generations systemer. Her minimeres systemets infrastrukturelle omkostninger ved at implementere IoT via cloud computing. Det er nemmere at integrere og vedligeholde disse systemer end andre.
I et realtidssystem kan komponenternes eller enhedernes tilstand nemt rapporteres gennem cloud computing.
Fordele ved SCADA
Fordelene ved SCADA-systemer er som følger:
- Skalerbarhed: Moderne SCADA-systemer er skalerbare af flere årsager, såsom bedre tilgængelighed af understøttet software og hardware, brug af cloud computing for at imødekomme efterspørgsel efter arbejdsbelastning osv.
- Interoperabilitet: Moderne SCADA-systemer er ikke afhængige af proprietær software og hardware, hvilket resulterer i nul leverandørlåsning.
- Kommunikation: SCADA understøtter moderne kommunikationsprotokoller, der muliggør større tilgængelighed til Scada-kontroller og data.
- Support: Moderne SCADA-systemer er godt understøttet af leverandørerne. Brugen af åbne netværksstandarder, moderne softwareudviklingsplatforme og kommerciel off-the-shelf hardware gør også tredjepartsleverandører mere tilgængelige.
Begrænsninger af SCADA
Nogle af begrænsningerne ved et SCADA-system er følgende:
- Den leveres med komplekse hardwareenheder og afhængige moduler.
- Det har brug for programmører, dygtige operatører og analytikere til vedligeholdelse.
- Installationsomkostningerne er høje.
- Mange spekulerer i, at SCADA kan være med til at øge arbejdsløsheden.
Brugstilfælde af SCADA
SCADA bruges på mange industrigulve til at hjælpe med at styre og automatisere industrielle processer og formål, da disse processer er blevet komplekse og besværlige for menneskelig kontrol og overvågning.
SCADA er nyttigt til processer, der kan fjernstyres og overvåges, især i de tilfælde, hvor det er meget muligt at minimere spild og øge effektiviteten.
De almindelige industrieksempler på SCADA-automatisering er som følger:
- Olie- og gasraffineringsoperationer
- Elproduktion og distribution
- Kemisk fremstilling
- Telekommunikationsinfrastruktur
- Fremstilling og relaterede processer
- Transport- og skibsfartsinfrastruktur
- Nyttige infrastrukturer, såsom vand- og affaldskontrol
- Forarbejdning af mad og drikke
Ved hjælp af SCADA-teknologi kan disse processer spores tæt og kontrolleres korrekt for at forbedre ydeevnen over tid. Effektive systemer resulterer i betydelige besparelser af penge og tid.
Den moderne verden bruger SCADA-systemer af en eller anden art. Nogle eksempler kan være – vedligeholdelse af køleanlæg, sikring af produktionssikkerhed på et raffinaderi, få kvalitetsstandarder på et spildevandsrensningsanlæg, sporing af energiforbrug i dit hjem og meget mere.
Sådan implementeres en SCADA-løsning
Du skal overveje disse vigtige trin, mens du implementerer et SCADA-system:
- Definer, hvad du vil overvåge klart og forstå det
- Bestem, hvilken type data du vil indsamle og hvordan
- Tilføj gateways for at deltage i de seneste dataindsamlingspunkter
- Opret dataindsamlingspunkter om nødvendigt
- Centraliser dataene til det overvågningssted, du ønsker
- Kortdata i SCADA-applikationen efter eget valg
- Tilføj visualiseringer af kontroller og dataprocesser
- Definer regler og automatisering
Når du er færdig med alt, tager SCADA-software sig af resten. Det hjælper dig med at interagere med anlægget, advare problemer, informere forudsigende vedligeholdelse og tilbyde kontrol over udstyret.
Konklusion
SCADA tilbyder en effektiv måde at kontrollere og styre industrielle processer og data og opdage systemproblemer og kommunikere dem til hurtig fixering. Så i stedet for at gøre alt manuelt eller spilde din tid og penge, kan du automatisere disse processer ved hjælp af et SCADA-system.
SCADA implementeres med specifikke mål. Så når du ønsker at implementere det i din virksomhed, skal du bestemme dine behov og automatisere processerne i overensstemmelse hermed.