SCADA помага на индустриалните организации да поддържат ефективност, да комуникират системни проблеми, за да намалят времето на престой, и да обработват данни, за да вземат по-интелигентни решения.
Много промишлени предприятия, отдалечени обекти и производствени етажи разчитаха на персонал за ръчно наблюдение и ръчно управление на електрическото оборудване чрез аналогови циферблати и бутони.
Тъй като отдалечените обекти и индустриалните етажи започнаха да се разширяват, те се нуждаеха от по-добри решения за контрол на електрическото си оборудване от големи разстояния. Някои организации започнаха да използват таймери и релета, за да предложат по-добро ниво на надзорен контрол.
Въпреки че таймерите и релетата решават големи проблеми, те предоставят ограничена функционалност за автоматизация. Отново таймерите и релетата бяха трудни за конфигуриране. Контролните панели и откриването на грешки заемаха повече място. Следователно започнаха да възникват повече проблеми.
Беше въведена технология – „SCADA“ – за решаване на този вид проблеми.
Възходът на PLC и микропроцесорите по време на старта на SCADA помага на организациите да наблюдават и контролират автоматизирани процеси повече от преди.
В тази статия ще обсъдя SCADA, нейните употреби, характеристики, компоненти, типове и много други.
Да започваме!
Съдържание
Какво е SCADA?
Надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) е вид приложение, което позволява на индустриите да контролират своите промишлени процеси, като например събиране на данни от отдалечени места в реално време, за да контролират условията на оборудването. Той предлага много инструменти, необходими за внедряване на решения, базирани на данни, в реално време.
От 70-те години на миналия век SCADA решава много процеси за индустриален мониторинг и контрол.
В края на 90-те и началото на 2000-те SCADA прие промяна, като грабна отворена системна архитектура, както и комуникационни протоколи, които не са специфични за доставчика. Това използва комуникационни технологии като Ethernet, което позволява на системите да комуникират с други доставчици, повишавайки ограниченията в по-старите SCADA системи.
Модерните SCADA системи позволяват на индустриалните подове достъп до данни в реално време от всяка точка на света. Този достъп позволява на фирми, физически лица и правителства да вземат по-добри решения за това как да подобрят своите процеси. Ще бъде невъзможно да се съберат достатъчно данни без SCADA софтуер.
В допълнение, модерният софтуер за проектиране на SCADA има възможности за бързо разработване на приложения (RAD). Това позволява на потребителите да проектират приложения лесно дори и с нулеви познания за разработка на софтуер.
Въвеждането на съвременни ИТ практики и стандарти, като уеб-базирани приложения и SQL в SCADA софтуера, подобри сигурността, надеждността, производителността и ефективността на SCADA системите.
Голямото предимство на използването на SQL бази данни е, че прави процеса на интегриране в ERP и MES системи по-лесен, позволявайки на данните да преминават безпроблемно през цялата организация.
Така SCADA е система от хардуерни и софтуерни елементи, които позволяват на индустриалните организации:
- Контролирайте промишлените процеси на отдалечени места или локално
- Наблюдавайте, събирайте и обработвайте данни в реално време
- Взаимодействайте директно с устройства, като помпи, клапани, сензори, двигатели и други, чрез човешки машинен интерфейс (HMI софтуер)
- Запишете всички събития в лог файл
Основите на неговата архитектура започват с отдалечени терминални устройства (RTU) и програмируеми логически контролери (PLC). Тези два са микрокомпютрите, които комуникират с широк набор от обекти, като сензори, крайни устройства, HMI и фабрични машини. RTU и PLC маршрутизират данните от обектите към компютрите с помощта на SCADA софтуер.
Софтуерът SCADA обаче обработва, показва и разпространява данните, помагайки на служителите и операторите да анализират информацията и да вземат важни решения.
Например системата SCADA бързо се обръща към оператор по отношение на партида от продукти, които показват грешки. Операторът спира операцията, преглежда системните данни чрез HMI и определя причината за проблема. След това операторът преглежда информацията и открива, че „Машина 4″ не работи.
По този начин SCADA системата помага на оператора да идентифицира проблема, да го разреши навреме и да предотврати по-нататъшни загуби.
Компоненти на SCADA система
SCADA системите имат различни компоненти, които се внедряват на място за събиране на данни в реално време. Тези компоненти позволяват събирането на данни и подобряването на индустриалната автоматизация.
Нека обсъдим всеки компонент подробно.
#1. Сензори и изпълнителни механизми
Сензорът е устройство или система, която открива входни функции от индустриални процеси. Актуаторът е устройство, което управлява механизма на промишлените процеси. Сензорите функционират като измервателен уред или габарит, който показва състоянието на машината.
Задвижващият механизъм действа като циферблат, контрол или превключвател, който може да се използва за управление на устройството. И двете се наблюдават и контролират от полеви контролери SCADA.
#2. SCADA полеви контролери
Полевите контролери се свързват директно със задвижващи механизми и сензори. В това има две категории:
#3. SCADA контролни компютри
Контролните компютри контролират всички процеси, свързани със SCADA. Те се използват за събиране на данни от полеви устройства и за изпращане на команди към устройствата с цел управление на индустриални процеси.
#4. HMI софтуер
Този софтуер осигурява система, която потвърждава и представя данни от SCADA полеви устройства. Той също така позволява на операторите да разбират и променят състоянието на процесите, контролирани от SCADA.
#5. Комуникационна инфраструктура
Комуникационната инфраструктура позволява на системите за управление на SCADA да комуникират с полевите контролери и полевите устройства. Това също позволява на SCADA системите да събират данни от полевите устройства и да контролират тези устройства.
Характеристики на SCADA системите
SCADA системите включват специални функции за конкретни приложения или индустрии и повечето от системите поддържат следните функции:
- Събиране на данни: Това е основата на SCADA системите, където сензорите събират данни и ги доставят на полеви контролери. В замяна полевите контролери подават данни към SCADA компютрите.
- Дистанционно управление: Постига се чрез управление на полеви задвижващи механизми, което се основава на данните, събрани от полеви сензори.
- Мрежова комуникация на данни: Позволява всички SCADA функции. Данните, събрани от сензорите, се предават на полевите контролери на SCADA, които след това комуникират с компютрите за наблюдение на SCADA. Командата за дистанционно управление се предава обратно към изпълнителните механизми от контролните компютри.
- Представяне на данни: Постига се чрез HMI, които представят текущи и исторически данни, необходими на операторите, за да работят със SCADA системата.
- Аларма: Предупреждава операторите за важни условия в SCADA системата. Може да се конфигурира лесно да уведомява операторите, когато процесите са блокирани, някои системи се провалят или други аспекти се нуждаят от спиране, стартиране или настройка.
- Данни в реално време и исторически данни: И двете са основни части на системата SCADA. Това ще позволи на потребителите да проследяват ефективността на текущия сценарий спрямо историческите тенденции.
- Докладване: Това включва отчети за производителността на процесите, състоянието на системата и персонализирани отчети за конкретни употреби.
Работа на SCADA
SCADA системите изпълняват някои функции, включително събиране на данни, комуникация на данни, представяне на информация/данни и наблюдение/контрол. Тези функции се изпълняват от компонентите на SCADA, като сензори, RTU, контролери, комуникационна мрежа и др.
Сензорите се използват за събиране на основни данни, а RTU се използват за изпращане на тези данни до контролера, за да се покаже състоянието на системата. В зависимост от състоянието, потребителят дава команда на други компоненти да изпълняват своята функция. Комуникационната мрежа изпълнява тази функция.
Тук ще обсъдим всяка функция, за да разберем принципа на работа на SCADA системите.
Придобиване на данни
SCADA система в реално време се състои от много сензори и компоненти за събиране на информация и изпращане на данните за по-нататъшна обработка.
Например, някои от сензорите измерват водния поток от резервоар към резервоара за вода, а други сензори измерват налягането, когато водата се освобождава от резервоара. Тук сензорите събират различни видове данни, за да разберат дали всички процеси протичат гладко.
Комуникация на данни
SCADA системите използват кабелна мрежа за събиране и прехвърляне на данни между потребители и устройства. SCADA приложенията в реално време използват компоненти и сензори, които се управляват дистанционно. Използва и интернет комуникации. Тъй като релетата и сензорите не могат да комуникират, RTU се използват за комуникация на мрежови интерфейси и сензори.
Представяне на данни
Нормалните мрежи се състоят от индикатори, които са видими с цел контрол. В SCADA приложенията в реално време има много аларми и сензори, които е невъзможно да се управляват наведнъж. Системата SCADA използва HMI, за да предложи всички данни, събрани от различни сензори.
Мониторинг и контрол
SCADA системата използва различни превключватели за управление на устройства и показва състоянието на контролираната зона. Всяка част може да се включва/изключва от станцията с помощта на тези превключватели. Приложението SCADA е внедрено да работи автоматично без човешка намеса. Само в критични ситуации с него ще се справи човек.
Видове SCADA
SCADA системите са категоризирани в четири типа, включително монолитни SCADA системи, разпределени SCADA системи, мрежови SCADA системи и IoT SCADA системи.
#1. Монолитни SCADA системи
Ранното или първо поколение SCADA системи са известни като монолитни SCADA системи. При това се използват миникомпютри. Разработването на монолитни SCADA системи може да се извърши, когато не е налична обща мрежова услуга. Дизайнът на тази система е като независима система, което означава, че дизайнът на една система не е необходимо да бъде свързан с друга система.
Данните могат да се събират от RTU чрез използване на резервен мейнфрейм. Решаващата функция на системите от първо поколение е ограничена до маркиране на процеси и наблюдение на сензорите.
#2. Разпределени SCADA системи
Разпределените SCADA системи се наричат още системи от второ поколение. Контролните функции се разпределят между различни системи чрез свързване с LAN. Контролните операции се извършват чрез обработка на команди и споделяне на данни в реално време.
В тази система цената и размерът на всяка станция са намалени, но няма последователни мрежови протоколи.
#3. Мрежови SCADA системи
Мрежовите SCADA системи са известни като системи от трето поколение. Комуникационната мрежа на настоящите SCADA системи работи чрез WAN система чрез телефони или линии за данни.
Предаването на данни между възлите се извършва чрез използване на оптични или Ethernet връзки. Това използва PLC за регулиране, наблюдение и контрол на операциите за маркиране, когато има необходимост.
#4. IoT SCADA системи
IoT SCADA системите са известни като системи от четвърто поколение. Тук инфраструктурните разходи на системата са сведени до минимум чрез прилагане на IoT чрез облачни изчисления. Интегрирането и поддържането на тези системи е по-лесно от други.
В система в реално време състоянието на компонентите или устройствата може лесно да се докладва чрез облачни изчисления.
Предимства на SCADA
Предимствата на SCADA системите са както следва:
- Мащабируемост: Съвременните SCADA системи са мащабируеми по няколко причини, като по-добра наличност на поддържан софтуер и хардуер, използване на облачни изчисления, за да се отговори на търсенето на работно натоварване и т.н.
- Оперативна съвместимост: Съвременните SCADA системи не разчитат на патентован софтуер и хардуер, което води до нулево блокиране на доставчика.
- Комуникации: SCADA поддържа модерни комуникационни протоколи, които позволяват по-голям достъп до контролите и данните на Scada.
- Поддръжка: Модерните SCADA системи се поддържат добре от доставчиците. Използването на отворени мрежови стандарти, модерни платформи за разработка на софтуер и търговски готов хардуер прави и доставчиците на трети страни по-достъпни.
Ограничения на SCADA
Някои от ограниченията на SCADA система са следните:
- Предлага се със сложни хардуерни единици и зависими модули.
- Има нужда от програмисти, квалифицирани оператори и анализатори за поддръжка.
- Цената на монтажа е висока.
- Мнозина спекулират, че SCADA може да помогне за увеличаване на нивото на безработица.
Случаи на използване на SCADA
SCADA се използва на много индустриални етажи за подпомагане на управлението и автоматизирането на индустриални процеси и цели, тъй като тези процеси са станали сложни и тромави за човешки контрол и наблюдение.
SCADA е полезна за процеси, които могат да бъдат контролирани и наблюдавани от разстояние, особено в случаите, когато е напълно възможно да се минимизират отпадъците и да се подобри ефективността.
Често срещаните индустриални примери за автоматизация на SCADA са следните:
- Операции по рафиниране на нефт и газ
- Производство и разпределение на електроенергия
- Химическо производство
- Телекомуникационна инфраструктура
- Производство и свързани процеси
- Транспортна и корабна инфраструктура
- Инфраструктури за комунални услуги, като контрол на водата и отпадъците
- Преработка на храни и напитки
С помощта на технологията SCADA, тези процеси могат да се проследяват отблизо и да се контролират правилно, за да се подобри производителността с течение на времето. Ефективните системи водят до значителни спестявания на пари и време.
Съвременният свят използва някакви SCADA системи. Някои примери могат да бъдат – поддръжка на хладилни системи, осигуряване на безопасност на производството в рафинерия, получаване на стандарти за качество в пречиствателна станция за отпадъчни води, проследяване на потреблението на енергия във вашия дом и др.
Как да внедрим SCADA решение
Трябва да имате предвид тези важни стъпки, докато внедрявате SCADA система:
- Определете ясно какво искате да наблюдавате и го разберете
- Определете какъв тип данни искате да събирате и как
- Добавете шлюзове, за да се присъедините към последните точки за събиране на данни
- Създайте точки за събиране на данни, ако е необходимо
- Централизирайте данните в желаното място за наблюдение
- Картографски данни в SCADA приложение по ваш избор
- Добавете визуализации на контроли и процеси на данни
- Определете правила и автоматизация
След като сте готови с всичко, SCADA софтуерът се грижи за останалото. Помага ви да взаимодействате със съоръжението, да предупреждавате за проблеми, да информирате за предсказуема поддръжка и да предлагате контрол върху оборудването.
Заключение
SCADA предлага ефективен начин за контрол и управление на промишлени процеси и данни и откриване на системни проблеми и съобщаването им за бързо коригиране. Така че, вместо да правите всичко ръчно или да губите времето и парите си, можете да автоматизирате тези процеси с помощта на SCADA система.
SCADA се внедрява с конкретни цели. Така че, когато искате да го внедрите във вашата компания, определете вашите нужди и автоматизирайте процесите по съответния начин.