Увод у надзорну контролу и прикупљање података (СЦАДА) за почетнике

Razumevanje SCADA sistema: Sveobuhvatan vodič

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) pomaže industrijskim organizacijama da održe operativnu efikasnost, reaguju na sistemske probleme kako bi smanjili zastoje i obrađuju podatke za pametnije odluke.

Mnoga industrijska postrojenja, udaljene lokacije i proizvodni pogoni su se u prošlosti oslanjali na osoblje za ručno praćenje i kontrolu električne opreme putem analognih točkića i tastera.

Sa smanjenjem udaljenih lokacija i industrijskih pogona, javila se potreba za boljim rešenjima za kontrolu električne opreme sa velikih udaljenosti. Neke organizacije su počele da koriste tajmere i releje kako bi postigle viši nivo nadzorne kontrole.

Iako su tajmeri i releji rešili određene probleme, njihova funkcionalnost automatizacije je bila ograničena. Takođe, tajmeri i releji su bili komplikovani za konfiguraciju, a kontrolne table i pronalaženje kvarova su zauzimali mnogo prostora. Sve je to dovelo do pojave novih problema.

Tehnologija SCADA je uvedena kako bi se rešili ovi izazovi.

Rast PLC-a i mikroprocesora tokom razvoja SCADA-e je omogućio organizacijama da prate i kontrolišu automatizovane procese na do tada neviđen način.

U ovom članku ću govoriti o SCADA-i, njenoj upotrebi, karakteristikama, komponentama, tipovima i još mnogo toga.

Započnimo!

Šta je SCADA?

SCADA je vrsta aplikacije koja omogućava industrijskim postrojenjima da nadziru svoje procese, prikupljaju podatke sa udaljenih lokacija u realnom vremenu i kontrolišu stanje opreme. Pruža alate neophodne za primenu odluka zasnovanih na podacima u realnom vremenu.

SCADA je rešila mnoge probleme nadzora i kontrole u industrijskim procesima još od 1970-ih.

Kasnih 90-ih i ranih 2000-ih, SCADA je usvojila otvorenu sistemsku arhitekturu i komunikacione protokole, koji nisu bili specifični za pojedinačne proizvođače. To je omogućilo upotrebu komunikacionih tehnologija kao što je Ethernet, čime je omogućena komunikacija sa sistemima drugih dobavljača i nadmašena ograničenja ranijih SCADA sistema.

Savremeni SCADA sistemi omogućavaju industrijskim pogonima pristup podacima u realnom vremenu sa bilo koje lokacije u svetu. Ovaj pristup omogućava preduzećima, pojedincima i vladama da donose kvalitetnije odluke o unapređenju svojih procesa. Bez SCADA softvera, bilo bi nemoguće prikupiti dovoljno podataka.

Pored toga, savremeni SCADA softver za projektovanje ima mogućnosti brzog razvoja aplikacija (RAD). Ovo omogućava korisnicima da lako dizajniraju aplikacije, čak i bez posebnog znanja o razvoju softvera.

Uvođenje savremenih IT praksi i standarda, kao što su veb-bazirane aplikacije i SQL u SCADA softver, povećalo je sigurnost, pouzdanost, produktivnost i efikasnost SCADA sistema.

Velika prednost korišćenja SQL baza podataka je u tome što olakšava proces integracije u ERP i MES sisteme, omogućavajući neometan protok podataka kroz celu organizaciju.

Dakle, SCADA je sistem hardverskih i softverskih elemenata koji industrijskim organizacijama omogućavaju:

  • Kontrolu industrijskih procesa na udaljenim lokacijama ili lokalno
  • Praćenje, prikupljanje i obradu podataka u realnom vremenu
  • Direktnu komunikaciju sa uređajima, kao što su pumpe, ventili, senzori, motori i još mnogo toga, putem Human Machine Interface (HMI) softvera
  • Snimanje svih događaja u datoteku evidencije

Osnove arhitekture sistema čine udaljene terminalne jedinice (RTU) i programabilni logički kontroleri (PLC). To su mikro-računari koji komuniciraju sa širokim spektrom objekata, uključujući senzore, krajnje uređaje, HMI i fabričke mašine. RTU i PLC usmeravaju podatke od objekata ka računarima koji koriste SCADA softver.

SCADA softver obrađuje, prikazuje i distribuira podatke, pomažući zaposlenima i operaterima da analiziraju informacije i donose važne odluke.

Na primer, SCADA sistem brzo obaveštava operatera o seriji proizvoda koji pokazuju greške. Operater zaustavlja operaciju, pregleda sistemske podatke putem HMI-ja i utvrđuje uzrok problema. Nakon pregleda informacija, operater otkriva da „Mašina 4“ ne radi.

Na ovaj način, SCADA sistem pomaže operateru da identifikuje problem, reši ga na vreme i spreči dalje gubitke.

Komponente SCADA sistema

SCADA sistemi se sastoje od različitih komponenti koje su raspoređene na terenu za prikupljanje podataka u realnom vremenu. Ove komponente omogućavaju prikupljanje podataka i unapređenje industrijske automatizacije.

Razmotrimo svaku komponentu detaljnije.

#1. Senzori i aktuatori

Senzor je uređaj ili sistem koji detektuje ulazne funkcije iz industrijskih procesa. Aktuator je uređaj koji kontroliše mehanizme u industrijskim procesima. Senzori funkcionišu kao merači ili pokazivači koji prikazuju stanje mašine.

Aktuator deluje kao točkić, kontrola ili prekidač koji se može koristiti za kontrolu uređaja. I senzore i aktuatore nadgledaju i kontrolišu SCADA terenski kontroleri.

#2. SCADA terenski kontroleri

Terenski kontroleri su direktno povezani sa aktuatorima i senzorima. Postoje dve kategorije:

  • Udaljene telemetrijske jedinice (RTU) komuniciraju sa senzorima kako bi prikupile telemetrijske podatke, a zatim ih prosleđuju primarnom sistemu za dalje postupanje.
  • Programabilni logički kontroleri (PLC) su povezani sa aktuatorima za održavanje i kontrolu industrijskih procesa na osnovu trenutne telemetrije koju prikupljaju RTU.

#3. SCADA nadzorni računari

Nadzorni računari kontrolišu sve procese povezane sa SCADA sistemom. Koriste se za prikupljanje podataka sa terenskih uređaja i slanje komandi tim uređajima radi kontrole industrijskih procesa.

#4. HMI softver

Ovaj softver obezbeđuje sistem koji potvrđuje i prikazuje podatke sa SCADA terenskih uređaja. Takođe, omogućava operaterima da razumeju i modifikuju stanje procesa koje kontroliše SCADA.

#5. Komunikaciona infrastruktura

Komunikaciona infrastruktura omogućava SCADA nadzornim sistemima da komuniciraju sa terenskim kontrolerima i terenskim uređajima. To takođe omogućava SCADA sistemima da prikupljaju podatke sa terenskih uređaja i da kontrolišu te uređaje.

Karakteristike SCADA sistema

SCADA sistemi uključuju posebne karakteristike za određene aplikacije ili industrije, a većina sistema podržava sledeće karakteristike:

  • Prikupljanje podataka: To je osnova SCADA sistema gde senzori prikupljaju podatke i dostavljaju ih terenskim kontrolerima. Terenski kontroleri zatim unose podatke u SCADA računare.
  • Daljinsko upravljanje: Postiže se kontrolom terenskih aktuatora na osnovu podataka prikupljenih sa terenskih senzora.
  • Mrežna komunikacija podataka: Omogućava sve SCADA funkcije. Podaci prikupljeni od senzora se prenose do SCADA terenskih kontrolera, koji zatim komuniciraju sa SCADA nadzornim računarima. Komanda za daljinsko upravljanje se prenosi nazad na aktuatore sa nadzornih računara.

  • Prikaz podataka: Ostvaruje se putem HMI-ja koji prikazuju trenutne i istorijske podatke neophodne operaterima za pokretanje SCADA sistema.
  • Alarmiranje: Upozorava operatere na značajne uslove u SCADA sistemu. Može se lako konfigurisati da obaveštava operatere kada su procesi blokirani, kada neki sistemi otkazuju ili kada drugi aspekti zahtevaju zaustavljanje, pokretanje ili prilagođavanje.
  • Podaci u realnom vremenu i istorijski podaci: Oba su suštinski delovi SCADA sistema. Ovo omogućava korisnicima da prate performanse trenutnog scenarija u odnosu na istorijske trendove.
  • Izveštavanje: Ovo uključuje izveštaje o performansama procesa, stanju sistema i prilagođene izveštaje za specifične potrebe.

Kako radi SCADA

SCADA sistemi obavljaju nekoliko funkcija, uključujući prikupljanje podataka, komunikaciju podataka, prikaz informacija/podataka i praćenje/kontrolu. Ove funkcije obavljaju SCADA komponente kao što su senzori, RTU, kontroleri, komunikaciona mreža itd.

Senzori se koriste za prikupljanje važnih podataka, a RTU se koriste za slanje tih podataka kontroleru koji prikazuje stanje sistema. Na osnovu stanja, korisnik daje komandu drugim komponentama da obavljaju svoje funkcije. Ovu funkciju obavlja komunikaciona mreža.

U nastavku ćemo razmotriti svaku funkciju da bismo razumeli princip rada SCADA sistema.

Prikupljanje podataka

SCADA sistem u realnom vremenu sastoji se od mnogih senzora i komponenti za prikupljanje informacija i slanje podataka na dalju obradu.

Na primer, neki od senzora mere protok vode iz rezervoara u vodotoranj, dok drugi senzori mere pritisak dok se voda ispušta iz rezervoara. Ovde senzori prikupljaju različite vrste podataka kako bi razumeli da li svi procesi teku glatko.

Komunikacija podataka

SCADA sistemi koriste žičanu mrežu za prikupljanje i prenos podataka između korisnika i uređaja. SCADA aplikacije u realnom vremenu koriste komponente i senzore koji se kontrolišu daljinski. Takođe koristi internet komunikacije. Pošto releji i senzori nisu sposobni da komuniciraju, RTU se koriste za komunikaciju mrežnih interfejsa i senzora.

Prikaz podataka

Standardne mreže se sastoje od indikatora koji su vidljivi u svrhu kontrole. U SCADA aplikacijama u realnom vremenu postoji mnogo alarma i senzora kojima je nemoguće upravljati odjednom. SCADA sistem koristi HMI kako bi pružio sve podatke prikupljene od različitih senzora.

Praćenje i kontrola

SCADA sistem koristi različite prekidače za upravljanje uređajima i prikazuje stanje kontrolisane oblasti. Bilo koji deo se može uključiti/isključiti sa stanice pomoću ovih prekidača. SCADA aplikacija je implementirana da radi automatski bez ljudske intervencije, osim u kritičnim situacijama.

Vrste SCADA sistema

SCADA sistemi se mogu podeliti u četiri tipa: monolitni SCADA sistemi, distribuirani SCADA sistemi, mrežni SCADA sistemi i IoT SCADA sistemi.

#1. Monolitni SCADA sistemi

Rani SCADA sistemi prve generacije poznati su kao monolitni SCADA sistemi. Oni koriste mini računare. Razvoj monolitnih SCADA sistema se može izvršiti kada zajednička mrežna usluga nije dostupna. Dizajn ovih sistema je takav da su samostalni, što znači da dizajn jednog sistema ne mora biti povezan sa drugim sistemom.

Podaci se mogu prikupljati sa RTU pomoću rezervnog glavnog računara. Ključna funkcija sistema prve generacije je ograničena na procese označavanja i praćenje senzora.

#2. Distribuirani SCADA sistemi

Distribuirani SCADA sistemi se takođe nazivaju sistemima druge generacije. Kontrolne funkcije su raspoređene na različite sisteme povezane putem LAN-a. Kontrolne operacije se izvode obradom komandi i deljenjem podataka u realnom vremenu.

U ovom sistemu su smanjeni troškovi i veličina svake stanice, ali ne postoje dosledni mrežni protokoli.

#3. Umreženi SCADA sistemi

Umreženi SCADA sistemi su poznati kao sistemi treće generacije. Komunikaciona mreža postojećih SCADA sistema radi preko WAN sistema putem telefona ili datal linija.

Prenos podataka između čvorova se vrši pomoću optičkih ili Ethernet veza. Ovaj sistem koristi PLC za podešavanje, nadgledanje i kontrolu operacija označavanja kada postoji potreba.

#4. IoT SCADA sistemi

IoT SCADA sistemi su poznati kao sistemi četvrte generacije. Ovde se troškovi infrastrukture sistema minimiziraju implementacijom IoT-a putem računarstva u oblaku. Integrisanje i održavanje ovih sistema je jednostavnije u poređenju sa ostalima.

U sistemu u realnom vremenu, stanje komponenti ili uređaja se lako može pratiti putem računarstva u oblaku.

Prednosti SCADA

Prednosti SCADA sistema su sledeće:

  • Skalabilnost: Savremeni SCADA sistemi su skalabilni iz više razloga, kao što su bolja dostupnost podržanog softvera i hardvera, korišćenje računarstva u oblaku za zadovoljavanje potreba opterećenja itd.
  • Interoperabilnost: Savremeni SCADA sistemi se ne oslanjaju na vlasnički softver i hardver, što rezultira eliminacijom zaključavanja kod dobavljača.
  • Komunikacija: SCADA podržava savremene komunikacione protokole koji omogućavaju veću dostupnost SCADA kontrola i podataka.
  • Podrška: Savremeni SCADA sistemi imaju dobru podršku proizvođača. Upotreba standarda otvorenog umrežavanja, modernih platformi za razvoj softvera i komercijalnog hardvera koji se lako nabavlja, čini i nezavisne dobavljače pristupačnijim.

Ograničenja SCADA

Neka od ograničenja SCADA sistema su sledeća:

  • Sistemi sadrže složene hardverske jedinice i zavisne module.
  • Za održavanje su mu potrebni programeri, vešti operateri i analitičari.
  • Troškovi instalacije su visoki.
  • Postoje spekulacije da SCADA može povećati stopu nezaposlenosti.

Slučajevi upotrebe SCADA

SCADA se koristi u mnogim industrijskim postrojenjima kao pomoć u upravljanju i automatizaciji industrijskih procesa i namena, jer su ti procesi postali suviše složeni i obimni za ljudsku kontrolu i nadzor.

SCADA je posebno korisna za procese koji se mogu kontrolisati i nadgledati na daljinu, naročito kada je moguće minimizirati otpad i povećati efikasnost.

Uobičajeni industrijski primeri SCADA automatizacije su sledeći:

  • Operacije prerade nafte i gasa
  • Proizvodnja i distribucija električne energije
  • Hemijska proizvodnja
  • Telekomunikaciona infrastruktura
  • Proizvodnja i srodni procesi
  • Transportna i pomorska infrastruktura
  • Komunalne infrastrukture, kao što su kontrola vode i otpada
  • Prerada hrane i pića

Uz pomoć SCADA tehnologije, ovi procesi se mogu pažljivo pratiti i pravilno kontrolisati kako bi se poboljšale performanse tokom vremena. Efikasni sistemi rezultiraju značajnim uštedama novca i vremena.

Savremeni svet koristi neku vrstu SCADA sistema. Neki od primera mogu biti: održavanje sistema za hlađenje, obezbeđivanje bezbednosti proizvodnje u rafineriji, postizanje standarda kvaliteta u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda, praćenje potrošnje energije u vašem domu i još mnogo toga.

Kako implementirati SCADA rešenje

Morate uzeti u obzir sledeće važne korake prilikom implementacije SCADA sistema:

  • Jasno definišite šta želite da nadgledate i u potpunosti to razumite
  • Odredite koju vrstu podataka želite da prikupite i kako
  • Dodajte mrežne prolaze da biste se povezali sa najnovijim tačkama prikupljanja podataka
  • Kreirajte tačke za prikupljanje podataka ako je to potrebno
  • Centralizujte podatke na lokaciju za nadzor koju želite
  • Mapirajte podatke u SCADA aplikaciji po vašem izboru
  • Dodajte vizualizacije kontrola i procesa podataka
  • Definišite pravila i automatizaciju

Kada završite sa svim koracima, SCADA softver će se pobrinuti za ostalo. Pomoći će vam da komunicirate sa postrojenjem, upozoravaćete vas na probleme, informisaćete vas o prediktivnom održavanju i ponudićete kontrolu nad opremom.

Zaključak

SCADA nudi efikasan način za kontrolu i upravljanje industrijskim procesima i podacima, kao i za otkrivanje sistemskih problema i brzo reagovanje na njih. Umesto da sve radite ručno ili da gubite vreme i novac, možete automatizovati procese koristeći SCADA sistem.

SCADA se implementira sa specifičnim ciljevima. Zato, kada želite da je implementirate u svojoj kompaniji, prvo odredite svoje potrebe i automatizujte procese u skladu sa tim.