SCADA-systemer hjelper industribedrifter med å opprettholde effektiviteten, kommunisere feil i systemet for å begrense nedetid og analysere data for å ta bedre beslutninger.
Tidligere var mange fabrikker, avsidesliggende anlegg og produksjonsområder avhengige av at ansatte manuelt overvåket og styrte elektrisk utstyr ved hjelp av analoge skiver og trykknapper.
Etter hvert som avsidesliggende steder og produksjonsanlegg ble større, oppsto behovet for mer avanserte løsninger for å styre elektrisk utstyr over lengre avstander. Noen organisasjoner begynte å ta i bruk timere og releer for å oppnå en bedre form for overvåking og kontroll.
Selv om timere og releer løste mange problemer, var automatiseringsfunksjonaliteten begrenset, de var vanskelige å konfigurere og kontrollpaneler samt feilsøking krevde mye plass. Dette medførte nye utfordringer.
Teknologien «SCADA» ble lansert som en løsning på disse problemene.
Introduksjonen av PLS-er og mikroprosessorer i begynnelsen av SCADA-utviklingen har hjulpet virksomheter med å overvåke og styre automatiske prosesser på en langt mer effektiv måte.
I denne artikkelen skal vi se nærmere på SCADA, bruken, funksjonene, komponentene, typene og mer.
La oss begynne!
Hva er SCADA?
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) er en type applikasjon som lar industrier styre sine produksjonsprosesser, som for eksempel å hente data fra avsidesliggende områder i sanntid for å overvåke utstyrstilstanden. Den tilbyr en rekke verktøy som er nødvendig for å iverksette datadrevne beslutninger i sanntid.
Siden 1970-tallet har SCADA vært med på å løse mange problemer innen industriell overvåking og kontroll.
På slutten av 90-tallet og begynnelsen av 2000-tallet gjennomgikk SCADA en endring ved å legge til rette for åpen systemarkitektur og kommunikasjonsprotokoller som ikke er leverandørspesifikke. Dette utnyttet kommunikasjonsteknologier som Ethernet, noe som gjorde det mulig for systemer å kommunisere med andre leverandører og overvinne begrensningene i eldre SCADA-systemer.
Moderne SCADA-systemer gir produksjonsområder tilgang til sanntidsdata fra hvor som helst i verden. Denne tilgangen hjelper virksomheter, enkeltpersoner og myndigheter med å ta bedre beslutninger om hvordan de skal forbedre prosessene sine. Uten SCADA-programvare ville det være umulig å samle inn tilstrekkelig med data.
I tillegg har moderne SCADA-designprogramvare funksjoner for rask applikasjonsutvikling (RAD). Dette gjør at brukere enkelt kan designe applikasjoner selv uten kunnskap om programvareutvikling.
Innføringen av moderne IT-praksis og standarder, som nettbaserte applikasjoner og SQL i SCADA-programvare, har forbedret sikkerheten, påliteligheten, produktiviteten og effektiviteten til SCADA-systemer.
En stor fordel med å bruke SQL-databaser er at det forenkler integreringen med ERP- og MES-systemer, slik at data kan flyte gjennom hele organisasjonen på en enkel måte.
SCADA er altså et system bestående av maskinvare og programvare som lar industribedrifter:
- Styre industrielle prosesser på avsidesliggende steder eller lokalt
- Overvåke, samle inn og analysere data i sanntid
- Samhandle direkte med enheter, som pumper, ventiler, sensorer, motorer og mer, gjennom Human Machine Interface (HMI-programvare)
- Lagre alle hendelser i en loggfil
Det grunnleggende i arkitekturen starter med Remote Terminal Units (RTU) og Programmerbare logiske kontrollere (PLS). Disse to er mikrokontrollere som kommuniserer med et bredt spekter av objekter, som sensorer, sluttenheter, HMI-er og fabrikkmaskiner. RTU-er og PLS-er ruter dataene fra objektene til datamaskinene ved hjelp av SCADA-programvare.
SCADA-programvaren analyserer, viser og distribuerer dataene, og hjelper ansatte og operatører med å analysere informasjonen og ta viktige beslutninger.
For eksempel vil SCADA-systemet umiddelbart varsle en operatør om en produksjon som viser feil. Operatøren setter operasjonen på pause, ser på systemdataene gjennom HMI og finner årsaken til problemet. Operatøren analyserer informasjonen og oppdager at «Maskin 4» ikke fungerer.
På denne måten hjelper SCADA-systemet operatøren med å identifisere problemet, løse det i tide og forhindre ytterligere tap.
Komponenter i et SCADA-system
SCADA-systemer består av ulike komponenter som er plassert i felten for å samle inn sanntidsdata. Disse komponentene gjør det mulig å samle data og forbedre industriell automatisering.
La oss se nærmere på hver komponent.
#1. Sensorer og aktuatorer
En sensor er en enhet eller et system som oppdager inngangsfunksjoner fra industrielle prosesser. En aktuator er en enhet som styrer mekanismen i industrielle prosesser. Sensorer fungerer som en måler som viser maskinens status.
En aktuator fungerer som en skive, kontroll eller bryter som kan brukes til å styre enheten. Begge deler overvåkes og styres av SCADA-feltkontrollere.
#2. SCADA feltkontrollere
Feltkontrollerne kommuniserer direkte med aktuatorer og sensorer. Det finnes to kategorier:
- Remote Telemetry Units (RTUer) grensesnitt med sensorer for å samle telemetridata og sende det videre til et primærsystem for videre handling.
- Programmerbare logiske kontrollere (PLS) grensesnitt med aktuatorene for å vedlikeholde og styre industrielle prosesser basert på gjeldende telemetri samlet inn av RTU-ene.
#3. SCADA overvåkingsdatamaskiner
Overvåkingsdatamaskiner styrer alle prosesser knyttet til SCADA. De brukes til å samle inn data fra feltkomponenter og til å sende kommandoer til enhetene for å styre industrielle prosesser.
#4. HMI programvare
Denne programvaren leverer et system som bekrefter og presenterer data fra SCADA-feltkomponentene. Den gjør det også mulig for operatører å forstå og endre statusen til SCADA-styrte prosesser.
#5. Kommunikasjonsinfrastruktur
Kommunikasjonsinfrastrukturen gjør at SCADA-overvåkingssystemene kan kommunisere med feltkontrollerne og feltenhetene. Dette gjør det også mulig for SCADA-systemer å samle inn data fra feltenhetene og styre disse enhetene.
Funksjoner i SCADA-systemer
SCADA-systemer inkluderer spesialfunksjoner for spesifikke applikasjoner eller bransjer, og de fleste systemer har støtte for følgende funksjoner:
- Datainnsamling: Dette er selve fundamentet for SCADA-systemer, der sensorer samler inn data og sender dem til feltkontrollere. Feltkontrollerne sender igjen dataene videre til SCADA-datamaskiner.
- Fjernkontroll: Oppnås ved å styre feltaktuatorene basert på data innhentet fra feltsensorer.
- Nettverksbasert datakommunikasjon: Muliggjør alle SCADA-funksjoner. Data samlet inn fra sensorer overføres til SCADA-feltkontrollere, som deretter kommuniserer med SCADA-overvåkingsdatamaskinene. Fjernkontrollkommandoen sendes tilbake til aktuatorene fra overvåkingsdatamaskinene.
- Datapresentasjon: Oppnås gjennom HMI-er som viser aktuelle og historiske data som operatørene trenger for å drive SCADA-systemet.
- Alarm: Varselet operatører om viktige forhold i SCADA-systemet. Det kan enkelt konfigureres til å varsle operatører når prosesser er blokkert, enkelte systemer svikter, eller andre aspekter må stoppes, startes eller justeres.
- Sanntidsdata og historiske data: Begge er viktige deler av SCADA-systemet. Dette gjør det mulig for brukere å spore ytelsen til dagens scenario i forhold til historiske trender.
- Rapportering: Dette inkluderer rapporter om prosessytelse, systemstatus og tilpassede rapporter for spesifikke bruksområder.
Slik fungerer SCADA
SCADA-systemer utfører ulike funksjoner, inkludert datainnsamling, datakommunikasjon, informasjon/datapresentasjon og overvåking/kontroll. Disse funksjonene utføres av komponentene i SCADA, som sensorer, RTU-er, kontrollere, et kommunikasjonsnettverk, osv.
Sensorene brukes til å samle inn viktig data, og RTU-er brukes til å sende dataene til kontrolleren for å vise systemstatus. Basert på statusen gir brukeren kommandoen til andre komponenter for å utføre sin funksjon. Et kommunikasjonsnettverk utfører denne funksjonen.
Her skal vi se nærmere på hver funksjon for å forstå arbeidsprinsippene til SCADA-systemene.
Datainnsamling
Et sanntids SCADA-system består av mange sensorer og komponenter for å samle inn informasjon og sende dataene for videre behandling.
For eksempel måler noen av sensorene vannstrømmen fra et reservoar til vanntanken, mens andre sensorer måler trykket når vannet slippes ut av reservoaret. Her henter sensorer ulike typer data for å bekrefte at alle prosessene går jevnt.
Datakommunikasjon
SCADA-systemer bruker et kablet nettverk for å samle inn og overføre data mellom brukere og enheter. Sanntids SCADA-applikasjoner bruker komponenter og sensorer som er fjernstyrte. Det brukes også internettkommunikasjon. Siden releer og sensorer ikke kan kommunisere, brukes RTU-er for å kommunisere med nettverksgrensesnitt og sensorer.
Datapresentasjon
De vanlige nettverkene består av indikatorer som er synlige for kontroll. I sanntids SCADA-applikasjoner finnes det mange alarmer og sensorer som er umulige å håndtere samtidig. SCADA-systemet bruker HMI for å presentere alle data som er samlet inn fra ulike sensorer.
Overvåking og kontroll
SCADA-systemet bruker ulike brytere for å betjene enheter og viser statusen til det kontrollerte området. Hver del kan slås på/av fra stasjonen ved hjelp av disse bryterne. SCADA-applikasjonen implementeres automatisk for å fungere uten menneskelig innblanding. Bare i kritiske situasjoner vil den håndteres av et menneske.
Typer SCADA
SCADA-systemer er delt inn i fire typer, inkludert monolittiske SCADA-systemer, distribuerte SCADA-systemer, nettverksbaserte SCADA-systemer og IoT SCADA-systemer.
#1. Monolittiske SCADA-systemer
De tidlige eller første generasjons SCADA-systemene er kjent som monolittiske SCADA-systemer. Her brukes minidatamaskiner. Monolittiske SCADA-systemer kan utvikles når en felles nettverkstjeneste ikke er tilgjengelig. Dette systemet er designet som et uavhengig system, noe som betyr at utformingen av ett system ikke trenger å være relatert til et annet system.
Dataene kan samles inn fra RTU-ene ved å bruke en backup-stormaskin. Den viktigste funksjonen til førstegenerasjonssystemer er begrenset til å overvåke sensorer og flagge prosesser.
#2. Distribuerte SCADA-systemer
Distribuerte SCADA-systemer kalles også andre generasjonssystemer. Kontrollfunksjonene er fordelt på ulike systemer ved å koble til et LAN. Kontrolloperasjonene utføres ved kommandobehandling og deling av sanntidsdata.
I dette systemet er kostnadene og størrelsen på hver stasjon redusert, men det finnes ingen konsistente nettverksprotokoller.
#3. Nettverksbaserte SCADA-systemer
Nettverksbaserte SCADA-systemer er kjent som tredje generasjonssystemer. Kommunikasjonsnettverket til dagens SCADA-systemer fungerer via WAN-systemet gjennom telefoner eller datalinjer.
Dataoverføringen mellom nodene gjøres ved hjelp av fiberoptiske eller Ethernet-forbindelser. PLS brukes til å justere, overvåke og styre flaggingsoperasjoner når det er nødvendig.
#4. IoT SCADA-systemer
IoT SCADA-systemer er kjent som fjerde generasjonssystemer. Her reduseres kostnadene for systeminfrastruktur ved å implementere IoT via cloud computing. Det er enklere å integrere og vedlikeholde disse systemene enn andre.
I et sanntidssystem kan tilstanden til komponentene eller enhetene enkelt rapporteres gjennom skydatabehandling.
Fordeler med SCADA
Fordelene med SCADA-systemer er som følger:
- Skalerbarhet: Moderne SCADA-systemer er skalerbare av ulike grunner, som for eksempel bedre tilgang til støttet programvare og maskinvare, bruk av cloud computing for å imøtekomme behovet for arbeidsbelastning, osv.
- Interoperabilitet: Moderne SCADA-systemer er ikke avhengige av proprietær programvare og maskinvare, noe som fører til at det ikke er behov for å forholde seg til én bestemt leverandør.
- Kommunikasjon: SCADA støtter moderne kommunikasjonsprotokoller som muliggjør bedre tilgjengelighet for SCADA-kontroller og data.
- Støtte: Moderne SCADA-systemer har god støtte fra leverandørene. Bruk av åpne nettverksstandarder, moderne programvareutviklingsplattformer og kommersielle hyllevareprodukter gjør også tredjepartsleverandører mer tilgjengelige.
Begrensninger ved SCADA
Noen av begrensningene til et SCADA-system er følgende:
- Systemet leveres med komplekse maskinvareenheter og avhengige moduler.
- Det krever programmerere, dyktige operatører og analytikere for vedlikehold.
- Installasjonskostnadene er høye.
- Mange spekulerer i at SCADA kan bidra til å øke arbeidsledigheten.
Bruksområder for SCADA
SCADA brukes i mange fabrikker for å hjelpe til med å administrere og automatisere industrielle prosesser, siden disse prosessene har blitt for komplekse og tungvinte for menneskelig kontroll og overvåking.
SCADA er nyttig for prosesser som kan styres og overvåkes eksternt, spesielt i tilfeller der det er mulig å redusere avfall og øke effektiviteten.
Vanlige eksempler på bransjer som bruker SCADA-automatisering er som følger:
- Olje- og gassraffinerivirksomhet
- Elektrisitetsproduksjon og distribusjon
- Kjemisk produksjon
- Telekommunikasjonsinfrastruktur
- Fabrikasjon og tilhørende prosesser
- Transport- og skipsfartsinfrastruktur
- Nyttig infrastruktur, som vann- og avfallskontroll
- Bearbeiding av mat og drikke
Ved hjelp av SCADA-teknologi kan disse prosessene spores nøye og kontrolleres på en god måte for å forbedre ytelsen over tid. Effektive systemer gir betydelige besparelser i penger og tid.
Den moderne verden bruker SCADA-systemer av en eller annen type. Noen eksempler er – vedlikehold av kjølesystemer, sikring av produksjonssikkerhet ved et raffineri, oppnåelse av kvalitetsstandarder ved et avløpsrenseanlegg, sporing av energiforbruk hjemme, og mer.
Slik implementerer du en SCADA-løsning
Du må ta hensyn til disse viktige trinnene når du implementerer et SCADA-system:
- Definer tydelig hva du ønsker å overvåke og forstå det
- Bestem hvilken type data du vil samle inn og hvordan
- Legg til gateway for å koble til nye datainnsamlingspunkter
- Opprett datainnsamlingspunkter der det er nødvendig
- Sentraliser dataene til ønsket overvåkingssted
- Koble dataene i den ønskede SCADA-applikasjonen
- Legg til visualiseringer av kontroller og dataprosesser
- Definer regler og automatisering
Når du er ferdig med alt dette, tar SCADA-programvaren seg av resten. Den hjelper deg med å samhandle med anlegget, varsle om problemer, gi informasjon om forebyggende vedlikehold og gi kontroll over utstyret.
Konklusjon
SCADA tilbyr en effektiv måte å styre og administrere industrielle prosesser og data, oppdage systemproblemer og kommunisere dem for rask utbedring. I stedet for å gjøre alt manuelt eller kaste bort tid og penger, kan du automatisere disse prosessene ved hjelp av et SCADA-system.
SCADA implementeres med bestemte mål. Når du ønsker å implementere det i virksomheten din, må du derfor definere behovene dine og automatisere prosessene deretter.