A SCADA segít az ipari szervezeteknek megőrizni a hatékonyságot, kommunikálni a rendszerproblémákkal az állásidő csökkentése érdekében, és feldolgozni az adatokat az intelligensebb döntések meghozatalához.
Sok ipari üzem, távoli telephely és gyártási szint korábban a személyzetre támaszkodott az elektromos berendezések manuális felügyelete és kézi vezérlése analóg tárcsák és nyomógombok segítségével.
Mióta a távoli telephelyek és az ipari padlók mérete elkezdődött, jobb megoldásokra volt szükségük elektromos berendezéseik nagy távolságból történő vezérléséhez. Egyes szervezetek időzítőket és reléket kezdtek használni a jobb felügyeleti ellenőrzés érdekében.
Bár az időzítők és relék nagy problémákat oldanak meg, korlátozott automatizálási funkcionalitást biztosítanak. Ismét nehéz volt konfigurálni az időzítőket és a reléket. A vezérlőpanelek és a hibakereső több helyet foglaltak el. Emiatt több probléma is felmerült.
Az ilyen jellegű problémák megoldására egy technológiát – „SCADA” vezettek be.
A PLC-k és mikroprocesszorok térnyerése a SCADA kezdetekor segíti a szervezeteket az automatizált folyamatok felügyeletében és irányításában, mint korábban.
Ebben a cikkben a SCADA-ról, annak felhasználásáról, szolgáltatásairól, összetevőiről, típusairól és egyebekről fogok beszélni.
Kezdjük!
Tartalomjegyzék
Mi az a SCADA?
A Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) egy olyan alkalmazástípus, amely lehetővé teszi az iparágak számára, hogy irányítsák ipari folyamataikat, például távoli helyekről valós időben gyűjtsenek adatokat a berendezések állapotának szabályozása érdekében. Számos eszközt kínál az adatvezérelt döntések valós idejű bevezetéséhez.
A SCADA az 1970-es évek óta számos ipari felügyeleti és vezérlési folyamatot megoldott.
A 90-es évek végén és a 2000-es évek elején a SCADA változást hozott azáltal, hogy megragadta a nyílt rendszerarchitektúrát, valamint a kommunikációs protokollokat, amelyek nem gyártóspecifikusak. Ez kihasználta az olyan kommunikációs technológiákat, mint az Ethernet, amely lehetővé tette a rendszerek számára, hogy kommunikáljanak más gyártókkal, növelve a régebbi SCADA rendszerek korlátait.
A modern SCADA rendszerek lehetővé teszik az ipari padlók számára a valós idejű adatok elérését a világ bármely pontjáról. Ez a hozzáférés lehetővé teszi a vállalkozások, magánszemélyek és kormányok számára, hogy jobb döntéseket hozzanak folyamataik fejlesztésével kapcsolatban. Lehetetlen lesz elegendő adatot gyűjteni SCADA szoftver nélkül.
Ezenkívül a modern SCADA tervezőszoftverek Rapid Application Development (RAD) képességekkel is rendelkeznek. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egyszerűen tervezzenek alkalmazásokat még a szoftverfejlesztési ismeretek nélkül is.
A modern informatikai gyakorlatok és szabványok, például a webalapú alkalmazások és az SQL bevezetése a SCADA szoftverbe javította a SCADA rendszerek biztonságát, megbízhatóságát, termelékenységét és hatékonyságát.
Az SQL adatbázisok használatának nagy előnye, hogy megkönnyíti az ERP- és MES-rendszerekbe való integráció folyamatát, lehetővé téve az adatok zökkenőmentes áramlását az egész szervezeten.
Így a SCADA egy hardver- és szoftverelemekből álló rendszer, amely lehetővé teszi az ipari szervezetek számára:
- Irányítsd az ipari folyamatokat távoli helyeken vagy helyben
- Az adatokat valós időben figyeli, gyűjti és dolgozza fel
- Közvetlenül interakcióba léphet eszközökkel, például szivattyúkkal, szelepekkel, érzékelőkkel, motorokkal és egyebekkel a Human Machine Interface (HMI szoftver) segítségével
- Rögzítse az összes eseményt egy naplófájlban
Az architektúra alapjai a távoli terminálegységekkel (RTU) és a programozható logikai vezérlőkkel (PLC) kezdődnek. Ez a kettő az a mikroszámítógép, amely sokféle objektummal kommunikál, például érzékelőkkel, végberendezésekkel, HMI-kkel és gyári gépekkel. Az RTU-k és a PLC-k SCADA szoftver segítségével továbbítják az adatokat az objektumokról a számítógépekre.
A SCADA szoftver azonban feldolgozza, megjeleníti és elosztja az adatokat, segítve az alkalmazottakat és a kezelőket az információk elemzésében és a fontos döntések meghozatalában.
Például a SCADA rendszer gyorsan megkeresi a kezelőt a hibákat mutató termékek kötegeivel kapcsolatban. A kezelő szünetelteti a műveletet, megtekinti a rendszeradatokat a HMI-n keresztül, és meghatározza a probléma okát. A kezelő ezután áttekinti az információkat, és rájön, hogy a „Machine 4” nem működik.
Így a SCADA rendszer segíti a kezelőt a probléma azonosításában, időben történő megoldásában és a további veszteségek megelőzésében.
A SCADA rendszer összetevői
A SCADA rendszerek különféle összetevőket tartalmaznak, amelyeket a helyszínen telepítenek, hogy valós időben gyűjtsék az adatokat. Ezek az összetevők lehetővé teszik az adatgyűjtést és az ipari automatizálás fejlesztését.
Beszéljük meg részletesen az egyes összetevőket.
#1. Érzékelők és működtetők
Az érzékelő olyan eszköz vagy rendszer, amely érzékeli az ipari folyamatok bemeneti funkcióit. Az aktuátor egy olyan eszköz, amely vezérli az ipari folyamatok mechanizmusát. Az érzékelők mérőműszerként vagy mérőműszerként működnek, amelyek a gép állapotát jelzik.
A működtető szerkezet tárcsaként, vezérlőként vagy kapcsolóként működik, amely az eszköz vezérlésére használható. Mindkettőt SCADA terepi vezérlők felügyelik és vezérlik.
#2. SCADA terepi vezérlők
A terepi vezérlők közvetlenül kapcsolódnak a működtetőkhöz és az érzékelőkhöz. Ebben két kategória van:
#3. SCADA felügyeleti számítógépek
A felügyeleti számítógépek vezérlik a SCADA-val kapcsolatos összes folyamatot. Adatgyűjtésre szolgálnak a terepi eszközökről, és parancsokat küldenek az eszközöknek az ipari folyamatok vezérlése érdekében.
#4. HMI szoftver
Ez a szoftver olyan rendszert biztosít, amely megerősíti és megjeleníti a SCADA terepi eszközökről származó adatokat. Lehetővé teszi a kezelők számára a SCADA által vezérelt folyamatok állapotának megértését és módosítását is.
#5. Kommunikációs infrastruktúra
A kommunikációs infrastruktúra lehetővé teszi a SCADA felügyeleti rendszerek számára, hogy kommunikáljanak a terepi vezérlőkkel és terepi eszközökkel. Ez azt is lehetővé teszi a SCADA rendszerek számára, hogy adatokat gyűjtsenek a terepi eszközökről, és vezéreljék ezeket az eszközöket.
A SCADA rendszerek jellemzői
A SCADA rendszerek speciális funkciókat tartalmaznak bizonyos alkalmazásokhoz vagy iparágakhoz, és a legtöbb rendszer támogatja a következő szolgáltatásokat:
- Adatgyűjtés: Ez a SCADA rendszerek alapja, ahol az érzékelők adatokat gyűjtenek, és azokat továbbítják a terepi vezérlőknek. Cserébe a terepi vezérlők adatokat szolgáltatnak a SCADA számítógépekhez.
- Távirányító: A terepi aktuátorok vezérlésével érhető el, amely a terepi érzékelőktől gyűjtött adatokon alapul.
- Hálózati adatkommunikáció: Lehetővé teszi az összes SCADA funkciót. Az érzékelőktől gyűjtött adatok továbbításra kerülnek a SCADA terepi vezérlőkhöz, amelyek ezután kommunikálnak a SCADA felügyeleti számítógépeivel. A távirányító parancsát a felügyeleti számítógépek visszaküldik a működtetőkhöz.
- Adatmegjelenítés: HMI-n keresztül valósul meg, amely az üzemeltetők által a SCADA rendszer futtatásához szükséges aktuális és korábbi adatokat jeleníti meg.
- Riasztás: A SCADA rendszer jelentős körülményeire figyelmezteti a kezelőket. Könnyen konfigurálható, hogy értesítse a kezelőket, ha a folyamatok blokkolva vannak, egyes rendszerek meghibásodnak, vagy más szempontokat le kell állítani, elindítani vagy módosítani kell.
- Valós idejű és történelmi adatok: Mindkettő a SCADA rendszer alapvető része. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy nyomon kövessék a jelenlegi forgatókönyv teljesítményét a múltbeli trendekhez képest.
- Jelentéskészítés: Ez magában foglalja a folyamatteljesítményről, a rendszer állapotáról szóló jelentéseket, valamint a konkrét felhasználásokhoz testreszabott jelentéseket.
A SCADA működése
A SCADA rendszerek bizonyos funkciókat látnak el, ideértve az adatgyűjtést, az adatkommunikációt, az információ/adatmegjelenítést és a felügyeletet/vezérlést. Ezeket a funkciókat a SCADA komponensei látják el, például érzékelők, RTU-k, vezérlők, kommunikációs hálózat stb.
Az érzékelők alapvető adatok gyűjtésére szolgálnak, az RTU-k pedig arra szolgálnak, hogy ezeket az adatokat a vezérlőhöz küldjék a rendszer állapotának megjelenítéséhez. Az állapotnak megfelelően a felhasználó parancsot ad más komponenseknek, hogy teljesítsék funkciójukat. Ezt a funkciót egy kommunikációs hálózat látja el.
Itt megvitatjuk az egyes funkciókat, hogy megértsük a SCADA rendszerek működési elvét.
Adatgyűjtések
A valós idejű SCADA rendszer számos érzékelőből és komponensből áll, amelyek információkat gyűjtenek és továbbítják az adatokat további feldolgozásra.
Például egyes érzékelők mérik a víz áramlását egy tartályból a víztartályba, más érzékelők pedig a nyomást mérik, amikor a víz kiszabadul a tartályból. Itt az érzékelők különböző típusú adatokat szereznek be, hogy megértsék, hogy minden folyamat zökkenőmentesen megy-e.
Adatkommunikáció
A SCADA rendszerek vezetékes hálózatot használnak az adatok gyűjtésére és továbbítására a felhasználók és az eszközök között. A valós idejű SCADA alkalmazások távolról vezérelhető alkatrészeket és érzékelőket használnak. Internetes kommunikációt is használ. Mivel a relék és az érzékelők nem tudnak kommunikálni, az RTU-kat a hálózati interfészek és érzékelők kommunikációjára használják.
Adatok bemutatása
A normál hálózatok olyan indikátorokból állnak, amelyek láthatóak az irányítás érdekében. A valós idejű SCADA alkalmazásokban sok riasztás és érzékelő van, amelyeket lehetetlen egyszerre kezelni. A SCADA rendszer HMI-t használ a különféle érzékelőktől gyűjtött összes adat megjelenítéséhez.
Monitoring és ellenőrzés
A SCADA rendszer különféle kapcsolókat használ az eszközök működtetésére, és kijelzi az ellenőrzött terület állapotát. Ezekkel a kapcsolókkal bármely alkatrész be- és kikapcsolható az állomásról. A SCADA alkalmazás automatikusan emberi beavatkozás nélkül működik. Csak kritikus helyzetekben tudja kezelni az ember.
A SCADA típusai
A SCADA-rendszerek négy típusba sorolhatók, beleértve a monolitikus SCADA-rendszereket, az elosztott SCADA-rendszereket, a hálózati SCADA-rendszereket és az IoT SCADA-rendszereket.
#1. Monolitikus SCADA rendszerek
A korai vagy első generációs SCADA rendszereket monolitikus SCADA rendszereknek nevezik. Ebben miniszámítógépeket használnak. A monolitikus SCADA rendszerek fejlesztése akkor végezhető el, ha egy közös hálózati szolgáltatás nem elérhető. Ennek a rendszernek a kialakítása olyan, mint egy független rendszer, ami azt jelenti, hogy az egyik rendszer tervezésének nem kell kapcsolódnia egy másik rendszerhez.
Az adatok gyűjthetők az RTU-któl egy tartalék nagyszámítógép használatával. Az első generációs rendszerek kulcsfontosságú funkciója a folyamatok jelzésére és az érzékelők figyelésére korlátozódik.
#2. Elosztott SCADA rendszerek
Az elosztott SCADA rendszereket második generációs rendszereknek is nevezik. A vezérlési funkciók különböző rendszerek között vannak elosztva, LAN-hoz csatlakoztatva. A vezérlési műveleteket parancsfeldolgozás és valós idejű adatok megosztása végzi.
Ebben a rendszerben az egyes állomások költsége és mérete csökken, de nincsenek egységes hálózati protokollok.
#3. Hálózati SCADA rendszerek
A hálózatba kapcsolt SCADA rendszerek harmadik generációs rendszerekként ismertek. A jelenlegi SCADA rendszerek kommunikációs hálózata WAN rendszeren keresztül működik telefonokon vagy adatvonalakon keresztül.
A csomópontok közötti adatátvitel Fiber-optic vagy Ethernet kapcsolaton keresztül történik. Ez a PLC segítségével állítja be, figyeli és vezérli a jelzési műveleteket, ha szükséges.
#4. IoT SCADA rendszerek
Az IoT SCADA rendszereket negyedik generációs rendszereknek nevezik. Itt minimalizálják a rendszer infrastrukturális költségeit az IoT felhőalapú számítástechnikán keresztül történő megvalósításával. Ezen rendszerek integrálása és karbantartása könnyebb, mint másoké.
Valós idejű rendszerben a komponensek vagy eszközök állapota egyszerűen jelenthető a számítási felhő segítségével.
A SCADA előnyei
A SCADA rendszerek előnyei a következők:
- Skálázhatóság: A modern SCADA rendszerek több okból is méretezhetők, például a támogatott szoftverek és hardverek jobb elérhetősége, a számítási felhő használata a munkaterhelési igények kielégítése érdekében stb.
- Együttműködés: A modern SCADA rendszerek nem támaszkodnak szabadalmaztatott szoftverekre és hardverekre, ami nulla gyártói bezárást eredményez.
- Kommunikáció: A SCADA támogatja a modern kommunikációs protokollokat, amelyek nagyobb hozzáférést tesznek lehetővé a Scada vezérlőihez és adataihoz.
- Támogatás: A modern SCADA rendszereket jól támogatják a gyártók. A nyílt hálózati szabványok, a modern szoftverfejlesztési platformok és a kereskedelmi forgalomban kapható hardverek a külső gyártókat is elérhetőbbé teszik.
A SCADA korlátai
A SCADA rendszer korlátai a következők:
- Összetett hardveregységekkel és függő modulokkal érkezik.
- A karbantartáshoz programozókra, képzett kezelőkre és elemzőkre van szükség.
- A telepítés költsége magas.
- Sokan azt feltételezik, hogy a SCADA segíthet a munkanélküliségi ráta növelésében.
A SCADA használati esetei
A SCADA-t számos ipari szinten használják az ipari folyamatok és célok kezelésének és automatizálásának elősegítésére, mivel ezek a folyamatok bonyolulttá és nehézkessé váltak az emberi irányítás és felügyelet szempontjából.
A SCADA hasznos a távolról vezérelhető és felügyelhető folyamatokhoz, különösen akkor, ha teljesen lehetséges a veszteség minimalizálása és a hatékonyság növelése.
A SCADA automatizálás általános iparági példái a következők:
- Olaj- és gázfinomítási műveletek
- Villamosenergia-termelés és -elosztás
- Vegyi gyártás
- Távközlési infrastruktúra
- Gyártási és kapcsolódó folyamatok
- Szállítási és szállítási infrastruktúra
- Közüzemi infrastruktúrák, például víz- és hulladékkezelés
- Élelmiszer és ital feldolgozás
A SCADA technológia segítségével ezek a folyamatok szorosan nyomon követhetők és megfelelően ellenőrizhetők a teljesítmény időbeli javítása érdekében. A hatékony rendszerek jelentős pénz- és időmegtakarítást eredményeznek.
A modern világ valamilyen SCADA rendszert használ. Néhány példa lehet – hűtőrendszerek karbantartása, gyártásbiztonság biztosítása egy finomítóban, minőségi szabványok elérése egy szennyvíztisztító telepen, otthoni energiafelhasználás nyomon követése stb.
Hogyan valósítsunk meg egy SCADA megoldást
A SCADA rendszer bevezetésekor figyelembe kell vennie ezeket a fontos lépéseket:
- Világosan határozza meg, hogy mit szeretne figyelni, és értse meg
- Határozza meg, milyen típusú adatokat szeretne gyűjteni és hogyan
- Adjon hozzá átjárókat a legutóbbi adatgyűjtési pontokhoz való csatlakozáshoz
- Szükség esetén hozzon létre adatgyűjtési pontokat
- Központosítsa az adatokat a kívánt megfigyelési helyre
- Térképadatok az Ön által választott SCADA alkalmazásban
- Adjon hozzá vezérlőelemek és adatfolyamatok vizualizációit
- Határozza meg a szabályokat és az automatizálást
Ha mindennel végzett, a SCADA szoftver gondoskodik a többiről. Segíti a létesítménnyel való interakciót, figyelmezteti a problémákat, tájékoztatja a prediktív karbantartást, és irányítást kínál a berendezés felett.
Következtetés
A SCADA hatékony módszert kínál az ipari folyamatok és adatok ellenőrzésére és kezelésére, valamint a rendszerhibák észlelésére és kommunikálására a gyors javítás érdekében. Tehát ahelyett, hogy mindent kézzel csinálna, vagy időt és pénzt pazarolna, automatizálhatja ezeket a folyamatokat egy SCADA rendszerrel.
A SCADA konkrét célokkal valósul meg. Tehát amikor cégében szeretné megvalósítani, határozza meg igényeit, és ennek megfelelően automatizálja a folyamatokat.