SCADA pomáhá průmyslovým organizacím udržovat efektivitu, komunikovat systémové problémy za účelem zmírnění prostojů a zpracovávat data pro chytřejší rozhodnutí.
Mnoho průmyslových závodů, vzdálených míst a výrobních podlaží se spoléhalo na personál, který ručně monitoroval a ručně ovládal elektrická zařízení pomocí analogových číselníků a tlačítek.
Vzhledem k tomu, že se odlehlá místa a průmyslové podlahy začaly zvětšovat, potřebovali lepší řešení pro ovládání svých elektrických zařízení na velké vzdálenosti. Některé organizace začaly používat časovače a relé, aby nabídly lepší úroveň kontroly.
I když časovače a relé řeší velké problémy, poskytují omezenou funkčnost automatizace. Opět bylo obtížné nakonfigurovat časovače a relé. Více místa zabíraly ovládací panely a vyhledávání závad. Proto se začaly objevovat další problémy.
K řešení těchto problémů byla zavedena technologie „SCADA“.
Vzestup PLC a mikroprocesorů během startu SCADA pomáhá organizacím monitorovat a řídit automatizované procesy více než dříve.
V tomto článku proberu SCADA, její použití, funkce, komponenty, typy a další.
Začněme!
Table of Contents
Co je SCADA?
Dohledové řízení a získávání dat (SCADA) je typ aplikace, která umožňuje průmyslovým odvětvím řídit jejich průmyslové procesy, jako je shromažďování dat ze vzdálených míst v reálném čase pro řízení stavu zařízení. Nabízí mnoho nástrojů potřebných k nasazení rozhodnutí na základě dat v reálném čase.
SCADA vyřešila od 70. let mnoho průmyslových procesů monitorování a řízení.
Koncem 90. let a začátkem 21. století přijala SCADA změnu tím, že se chopila otevřené systémové architektury a komunikačních protokolů, které nejsou specifické pro dodavatele. To využilo komunikačních technologií, jako je Ethernet, které umožnilo systémům komunikovat s jinými prodejci, čímž se zvýšila omezení starších systémů SCADA.
Moderní SCADA systémy umožňují průmyslovým podlahám přístup k datům v reálném čase odkudkoli na světě. Tento přístup umožňuje podnikům, jednotlivcům a vládám činit lepší rozhodnutí o tom, jak zlepšit své procesy. Bez SCADA softwaru nebude možné shromáždit dostatek dat.
Kromě toho má moderní návrhářský software SCADA funkce Rapid Application Development (RAD). To umožňuje uživatelům snadno navrhovat aplikace i s nulovými znalostmi vývoje softwaru.
Zavedení moderních postupů a standardů IT, jako jsou webové aplikace a SQL, do softwaru SCADA zlepšilo zabezpečení, spolehlivost, produktivitu a efektivitu systémů SCADA.
Velkou výhodou použití SQL databází je, že usnadňuje proces integrace do systémů ERP a MES a umožňuje bezproblémový tok dat celou organizací.
SCADA je tedy systém hardwarových a softwarových prvků, které umožňují průmyslovým organizacím:
- Řídit průmyslové procesy na vzdálených místech nebo lokálně
- Monitorujte, shromažďujte a zpracovávajte data v reálném čase
- Přímá interakce se zařízeními, jako jsou čerpadla, ventily, senzory, motory a další, prostřednictvím rozhraní Human Machine Interface (software HMI)
- Zaznamenejte všechny události do souboru protokolu
Základy jeho architektury začínají vzdálenými terminálovými jednotkami (RTU) a programovatelnými logickými řídicími jednotkami (PLC). Tyto dva jsou mikropočítače, které komunikují s širokou škálou objektů, jako jsou senzory, koncová zařízení, HMI a tovární stroje. Jednotky RTU a PLC směrují data z objektů do počítačů pomocí softwaru SCADA.
Software SCADA však zpracovává, zobrazuje a distribuuje data a pomáhá zaměstnancům a operátorům analyzovat informace a přijímat důležitá rozhodnutí.
Například systém SCADA rychle osloví operátora ohledně šarže produktů, které vykazují chyby. Operátor pozastaví operaci, zobrazí data systému prostřednictvím HMI a určí příčinu problému. Operátor poté zkontroluje informace a zjistí, že ‚Stroj 4″ nefunguje.
Tímto způsobem SCADA systém pomáhá operátorovi identifikovat problém, vyřešit jej včas a zabránit dalším ztrátám.
Komponenty SCADA systému
SCADA systémy mají různé komponenty, které jsou nasazeny v terénu pro sběr dat v reálném čase. Tyto komponenty umožňují sběr dat a vylepšení průmyslové automatizace.
Pojďme diskutovat o každé složce podrobně.
#1. Senzory a akční členy
Senzor je zařízení nebo systém, který detekuje vstupní funkce z průmyslových procesů. Akční člen je zařízení, které řídí mechanismus průmyslových procesů. Senzory fungují jako měřidlo nebo měřidlo, které zobrazuje stav stroje.
Akční člen funguje jako číselník, ovladač nebo spínač, který lze použít k ovládání zařízení. Oba jsou monitorovány a řízeny řídicími jednotkami SCADA.
#2. SCADA polní kontroléry
Polní kontroléry jsou přímo propojeny s akčními členy a senzory. V tomto jsou dvě kategorie:
#3. SCADA dohledové počítače
Dohledové počítače řídí všechny procesy související se SCADA. Používají se ke sběru dat z provozních zařízení a k odesílání příkazů do zařízení za účelem řízení průmyslových procesů.
#4. Software HMI
Tento software poskytuje systém, který potvrzuje a prezentuje data z polních zařízení SCADA. Umožňuje také operátorům pochopit a upravit stav procesů řízených SCADA.
#5. Komunikační infrastruktura
Komunikační infrastruktura umožňuje dohledovým systémům SCADA komunikovat s polními kontroléry a polními zařízeními. To také umožňuje systémům SCADA shromažďovat data z provozních zařízení a tato zařízení ovládat.
Vlastnosti SCADA systémů
SCADA systémy obsahují speciální funkce pro konkrétní aplikace nebo průmyslová odvětví a většina systémů podporuje následující funkce:
- Získávání dat: Je to základ SCADA systémů, kde senzory shromažďují data a dodávají je do polních kontrolérů. Na oplátku kontroléry pole předávají data do počítačů SCADA.
- Dálkové ovládání: Dosahuje se ovládáním polních akčních členů, které je založeno na datech shromážděných z polních senzorů.
- Síťová datová komunikace: Umožňuje všechny funkce SCADA. Data získaná ze senzorů jsou přenášena do řídicích jednotek SCADA, které pak komunikují s řídicími počítači SCADA. Příkaz dálkového ovládání je přenášen zpět k pohonům z nadřazených počítačů.
- Prezentace dat: Toho je dosaženo prostřednictvím HMI, které představují aktuální a historická data potřebná operátory pro provoz SCADA systému.
- Alarm: Upozorňuje operátory na významné stavy ve SCADA systému. Lze jej snadno nakonfigurovat tak, aby informoval operátory, když jsou procesy zablokovány, některé systémy selžou nebo jiné aspekty potřebují zastavit, spustit nebo upravit.
- Data v reálném čase a historická data: Oba jsou základní součástí SCADA systému. To uživatelům umožní sledovat výkon aktuálního scénáře oproti historickým trendům.
- Hlášení: To zahrnuje zprávy o výkonu procesu, stavu systému a přizpůsobené zprávy pro konkrétní použití.
Práce se SCADA
SCADA systémy provádějí některé funkce, včetně sběru dat, datové komunikace, prezentace informací/dat a monitorování/řízení. Tyto funkce vykonávají komponenty SCADA, jako jsou senzory, RTU, řadiče, komunikační síť atd.
Senzory se používají ke sběru důležitých dat a RTU se používají k odesílání těchto dat do řídicí jednotky, aby se zobrazil stav systému. Podle stavu dává uživatel příkaz ostatním komponentám k provedení jejich funkce. Tuto funkci zajišťuje komunikační síť.
Zde probereme každou funkci, abychom pochopili princip fungování SCADA systémů.
Akvizice dat
SCADA systém v reálném čase se skládá z mnoha senzorů a komponentů pro shromažďování informací a odesílání dat k dalšímu zpracování.
Některé senzory například měří průtok vody z nádrže do vodní nádrže a jiné senzory měří tlak, když se voda uvolňuje z nádrže. Zde senzory získávají různé typy dat, aby pochopily, zda všechny procesy probíhají hladce.
Datová komunikace
Systémy SCADA využívají kabelovou síť ke sběru a přenosu dat mezi uživateli a zařízeními. SCADA aplikace v reálném čase využívají komponenty a senzory, které jsou ovládány na dálku. Využívá také internetovou komunikaci. Protože relé a senzory nejsou schopny komunikovat, RTU se používají ke komunikaci síťových rozhraní a senzorů.
Prezentace dat
Normální sítě se skládají z indikátorů, které jsou viditelné za účelem kontroly. Ve SCADA aplikacích v reálném čase existuje mnoho alarmů a senzorů, které nelze najednou spravovat. SCADA systém využívá HMI k nabízení všech dat shromážděných z různých senzorů.
Monitorování a kontrola
SCADA systém využívá k ovládání zařízení různé spínače a zobrazuje stav řízené oblasti. Pomocí těchto přepínačů lze ze stanice zapnout/vypnout kteroukoli část. SCADA aplikace je implementována tak, aby fungovala bez jakéhokoli lidského zásahu automaticky. Pouze v kritických situacích to zvládne člověk.
Typy SCADA
SCADA systémy jsou kategorizovány do čtyř typů, včetně monolitických SCADA systémů, distribuovaných SCADA systémů, síťových SCADA systémů a IoT SCADA systémů.
#1. Monolitické SCADA systémy
První nebo první generace SCADA systémů jsou známé jako monolitické SCADA systémy. V tomto se používají minipočítače. Vývoj monolitických SCADA systémů lze provést, když není k dispozici společná síťová služba. Návrh tohoto systému je jako nezávislý systém, což znamená, že návrh jednoho systému nemusí souviset s jiným systémem.
Data lze shromažďovat z RTU pomocí záložního sálového počítače. Rozhodující funkce systémů první generace je omezena na označování procesů a monitorování senzorů.
#2. Distribuované SCADA systémy
Distribuované SCADA systémy se také nazývají systémy druhé generace. Ovládací funkce jsou distribuovány mezi různé systémy připojením k síti LAN. Řídicí operace se provádějí zpracováním příkazů a sdílením dat v reálném čase.
V tomto systému jsou náklady a velikost každé stanice sníženy, ale neexistují žádné konzistentní síťové protokoly.
#3. Síťové SCADA systémy
Síťové SCADA systémy jsou známé jako systémy třetí generace. Komunikační síť současných SCADA systémů funguje přes systém WAN přes telefony nebo datové linky.
Přenos dat mezi uzly se provádí pomocí optických nebo ethernetových připojení. To využívá PLC k úpravě, monitorování a řízení operací označování, jakmile je to nutné.
#4. IoT SCADA systémy
Systémy IoT SCADA jsou známé jako systémy čtvrté generace. Zde jsou náklady na infrastrukturu systému minimalizovány implementací IoT prostřednictvím cloud computingu. Integrace a údržba těchto systémů je jednodušší než u jiných.
V systému v reálném čase lze stav komponent nebo zařízení snadno hlásit prostřednictvím cloud computingu.
Výhody SCADA
Výhody SCADA systémů jsou následující:
- Škálovatelnost: Moderní SCADA systémy jsou škálovatelné z několika důvodů, jako je lepší dostupnost podporovaného softwaru a hardwaru, využití cloud computingu za účelem uspokojení poptávky po pracovní zátěži atd.
- Interoperabilita: Moderní SCADA systémy se nespoléhají na proprietární software a hardware, což má za následek nulové uzamčení dodavatele.
- Komunikace: SCADA podporuje moderní komunikační protokoly, které umožňují lepší přístup k ovládacím prvkům a datům Scada.
- Podpora: Moderní SCADA systémy jsou dobře podporovány prodejci. Díky používání otevřených síťových standardů, moderních platforem pro vývoj softwaru a komerčního hardwaru jsou také dodavatelé třetích stran dostupnější.
Omezení SCADA
Některá z omezení SCADA systému jsou následující:
- Dodává se se složitými hardwarovými jednotkami a závislými moduly.
- Potřebuje programátory, kvalifikované operátory a analytiky pro údržbu.
- Náklady na instalaci jsou vysoké.
- Mnozí spekulují, že SCADA může pomoci zvýšit míru nezaměstnanosti.
Případy použití SCADA
SCADA se používá na mnoha průmyslových podlahách jako pomoc při řízení a automatizaci průmyslových procesů a účelů, protože tyto procesy se staly složitými a těžkopádnými pro lidské ovládání a monitorování.
SCADA je užitečná pro procesy, které lze řídit a monitorovat na dálku, zejména v případě, kdy je docela možné minimalizovat plýtvání a zvýšit efektivitu.
Běžné průmyslové příklady automatizace SCADA jsou následující:
- Operace rafinace ropy a zemního plynu
- Výroba a rozvod elektřiny
- Chemická výroba
- Telekomunikační infrastruktura
- Výroba a související procesy
- Dopravní a lodní infrastruktura
- Infrastruktury veřejných služeb, jako je řízení vody a odpadu
- Zpracování potravin a nápojů
Pomocí technologie SCADA lze tyto procesy podrobně sledovat a správně řídit, aby se v průběhu času zlepšil výkon. Efektivní systémy vedou k výrazné úspoře peněz a času.
Moderní svět používá nějaké systémy SCADA. Některé příklady mohou být – údržba chladicích systémů, zajištění bezpečnosti výroby v rafinérii, získání standardů kvality v čističce odpadních vod, sledování spotřeby energie u vás doma a další.
Jak implementovat SCADA řešení
Při implementaci SCADA systému musíte zvážit tyto důležité kroky:
- Jasně definujte, co chcete sledovat, a pochopte to
- Určete, jaký typ dat chcete shromažďovat a jak
- Přidejte brány a připojte se k nedávným bodům sběru dat
- V případě potřeby vytvořte body sběru dat
- Centralizujte data na požadované místo monitorování
- Mapová data ve SCADA aplikaci dle vašeho výběru
- Přidejte vizualizace ovládacích prvků a datových procesů
- Definujte pravidla a automatizaci
Jakmile budete se vším hotovi, software SCADA se postará o zbytek. Pomáhá vám komunikovat se zařízením, upozorňovat na problémy, informovat o prediktivní údržbě a nabízet kontrolu nad zařízením.
Závěr
SCADA nabízí efektivní způsob, jak řídit a řídit průmyslové procesy a data, zjišťovat systémové problémy a komunikovat je pro rychlou opravu. Takže místo toho, abyste vše dělali ručně nebo plýtvali časem a penězi, můžete tyto procesy automatizovat pomocí systému SCADA.
SCADA je implementován se specifickými cíli. Pokud jej tedy chcete implementovat ve vaší společnosti, určete své potřeby a podle toho zautomatizujte procesy.