En introduksjon til tilsynskontroll og datainnsamling (SCADA) for nybegynnere

SCADA hjelper industrielle organisasjoner med å opprettholde effektivitet, kommunisere systemproblemer for å redusere nedetid og behandle data for å ta smartere beslutninger.

Mange industrianlegg, fjerntliggende steder og produksjonsgulv pleide å stole på personell for å manuelt overvåke og manuelt kontrollere elektrisk utstyr gjennom analoge skiver og trykknapper.

Siden de avsidesliggende stedene og industrigulvene begynte å skalere ut, trengte de bedre løsninger for å kontrollere det elektriske utstyret deres fra lange avstander. Noen organisasjoner begynte å bruke tidtakere og releer for å tilby et bedre nivå av tilsynskontroll.

Selv om timere og releer løser store problemer, gir de begrenset automatiseringsfunksjonalitet. Igjen var tidtakere og reléer vanskelige å konfigurere. Kontrollpaneler og feilsøk tok mer plass. Derfor begynte flere problemer å dukke opp.

En teknologi- «SCADA»- ble introdusert for å løse denne typen problemer.

Fremveksten av PLS-er og mikroprosessorer under starten av SCADA hjelper organisasjoner med å overvåke og kontrollere automatiserte prosesser mer enn før.

I denne artikkelen vil jeg diskutere SCADA, dens bruk, funksjoner, komponenter, typer og mer.

La oss begynne!

Hva er SCADA?

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) er en type applikasjon som lar industrier kontrollere sine industrielle prosesser, for eksempel å samle data fra avsidesliggende steder i sanntid for å kontrollere utstyrsforholdene. Den tilbyr mange verktøy som trengs for å distribuere datadrevne beslutninger i sanntid.

SCADA har løst mange industrielle overvåkings- og kontrollprosesser siden 1970-tallet.

På slutten av 90-tallet og begynnelsen av 2000-tallet tok SCADA i bruk en endring ved å ta tak i åpen systemarkitektur så vel som kommunikasjonsprotokoller, som ikke er leverandørspesifikke. Dette utnyttet kommunikasjonsteknologier som Ethernet, som tillot systemer å kommunisere med andre leverandører, og heve begrensningene i eldre SCADA-systemer.

Moderne SCADA-systemer lar industrigulv få tilgang til sanntidsdata fra hvor som helst i verden. Denne tilgangen lar bedrifter, enkeltpersoner og myndigheter ta bedre beslutninger om hvordan de skal forbedre prosessene deres. Det vil være umulig å samle inn tilstrekkelig data uten SCADA-programvare.

I tillegg har moderne SCADA-designerprogramvare funksjoner for Rapid Application Development (RAD). Dette lar brukere designe applikasjoner enkelt selv med null 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.

Den store fordelen med å bruke SQL-databaser er at det gjør prosessen med å integrere i ERP- og MES-systemer enklere, slik at data kan flyte gjennom hele organisasjonen sømløst.

Dermed er SCADA et system med maskinvare- og programvareelementer som lar industrielle organisasjoner:

  • Kontroller industrielle prosesser på avsidesliggende steder eller lokalt
  • Overvåke, samle inn og behandle data i sanntid
  • Samhandle direkte med enheter, for eksempel pumper, ventiler, sensorer, motorer og mer, gjennom Human Machine Interface (HMI-programvare)
  • Registrer alle hendelsene i en loggfil

Det grunnleggende i arkitekturen begynner med Remote Terminal Units (RTUs) og Programmerbare Logic Controllers (PLCs). Disse to er mikrodatamaskinene som kommuniserer med et bredt spekter av objekter, for eksempel sensorer, sluttenheter, HMI-er og fabrikkmaskiner. RTU-er og PLS-er ruter dataene fra objektene til datamaskinene ved hjelp av SCADA-programvare.

  9 beste videodørklokke som er kompatible med Google Home

Imidlertid behandler, viser og distribuerer SCADA-programvaren dataene, og hjelper ansatte og operatører med å analysere informasjonen og ta viktige beslutninger.

For eksempel henvender SCADA-systemet raskt en operatør angående et parti med produkter som viser feil. Operatøren setter operasjonen på pause, ser på systemdataene gjennom HMI og fastslår årsaken til problemet. Operatøren gjennomgår deretter informasjonen og oppdager at «Machine 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 har ulike komponenter som er utplassert i felten for å samle data i sanntid. Disse komponentene muliggjør innsamling av data og forbedring av industriell automatisering.

La oss diskutere hver komponent i detalj.

#1. Sensorer og aktuatorer

En sensor er en enhet eller et system som oppdager inngangsfunksjoner fra industrielle prosesser. En aktuator er en enhet som kontrollerer mekanismen til industrielle prosesser. Sensorer fungerer som en måler eller måler som viser statusen til maskinen.

En aktuator fungerer som en skive, kontroll eller bryter som kan brukes til å kontrollere enheten. Begge overvåkes og styres av SCADA-feltkontrollere.

#2. SCADA feltkontrollere

Feltkontrollerne kommuniserer direkte med aktuatorer og sensorer. Det er to kategorier i dette:

  • Remote Telemetry Units (RTUer) grensesnitt med sensorer for å samle telemetridata og deretter videresende det samme til et primærsystem for neste handling.
  • Programmerbare logiske kontroller (PLS) grensesnitt med aktuatorene for å vedlikeholde og kontrollere industrielle prosesser basert på gjeldende telemetri som RTU-ene samler inn.
  • #3. SCADA tilsynsdatamaskiner

    Tilsynsdatamaskiner kontrollerer alle prosesser knyttet til SCADA. De brukes til å samle inn data fra feltenheter og til å sende kommandoer til enhetene for å kontrollere industrielle prosesser.

    #4. HMI programvare

    Denne programvaren gir et system som bekrefter og presenterer data fra SCADA-feltenhetene. Det gjør det også mulig for operatører å forstå og endre statusen til de SCADA-kontrollerte prosessene.

    #5. Kommunikasjonsinfrastruktur

    Kommunikasjonsinfrastrukturen gjør at SCADAs overvåkingssystemer kan kommunisere med feltkontrollerne og feltenhetene. Dette gjør det også mulig for SCADA-systemer å samle data fra feltenhetene og kontrollere disse enhetene.

    Funksjoner i SCADA-systemer

    SCADA-systemer inkluderer spesialfunksjoner for spesifikke applikasjoner eller bransjer, og de fleste av systemene støtter følgende funksjoner:

    • Datainnsamling: Det er grunnlaget for SCADA-systemer der sensorer samler data og leverer det samme til feltkontrollere. Til gjengjeld mater feltkontrollerne data til SCADA-datamaskinene.
    • Fjernkontroll: Det oppnås ved styring av feltaktuatorene, som er basert på data samlet inn fra feltsensorer.
    • Nettverksbasert datakommunikasjon: Den tillater alle SCADA-funksjoner. Data som samles inn fra sensorer, overføres til SCADA-feltkontrollerne, som deretter kommuniserer med SCADA-tilsynsdatamaskinene. Fjernkontrollkommandoen sendes tilbake til aktuatorene fra overvåkingsdatamaskinene.

    • Datapresentasjon: Det oppnås gjennom HMI-er som representerer gjeldende og historiske data som trengs av operatørene for å kjøre SCADA-systemet.
    • Alarm: Den varsler operatørene om de betydelige forholdene i SCADA-systemet. Den kan enkelt konfigureres til å varsle operatører når prosessene er blokkert, noen systemer svikter, eller andre aspekter må stoppes, startes eller justeres.
    • Sanntidsdata og historiske data: Begge er viktige deler av SCADA-systemet. Dette vil gjøre det mulig for brukere å spore ytelsen til det gjeldende scenarioet i forhold til historiske trender.
    • Rapportering: Dette inkluderer rapporter om prosessytelse, systemstatus og tilpassede rapporter for spesifikke bruksområder.
      Hvordan skjule en chat i Telegram uten å slette

    Arbeider med SCADA

    SCADA-systemene utfører noen funksjoner, inkludert datainnsamling, datakommunikasjon, informasjon/datapresentasjon og overvåking/kontroll. Disse funksjonene utføres av komponentene i SCADA, som sensorer, RTUer, kontrollere, et kommunikasjonsnettverk, etc.

    Sensorene brukes til å samle essensielle data, og RTUer brukes til å sende disse dataene til kontrolleren for å vise systemets status. I henhold til statusen gir brukeren kommandoen til andre komponenter for å utføre sin funksjon. Et kommunikasjonsnettverk utfører denne funksjonen.

    Her vil vi diskutere hver funksjon for å forstå arbeidsprinsippet til SCADA-systemene.

    Datainnsamlinger

    Et sanntids SCADA-system består av mange sensorer og komponenter for å samle informasjon og sende dataene for videre behandling.

    For eksempel måler noen av sensorene vannstrømmen fra et reservoar til vanntanken, og andre sensorer måler trykket når vannet slippes ut av reservoaret. Her henter sensorer forskjellige typer data for å forstå om alle prosessene går jevnt.

    Datakommunikasjon

    SCADA-systemene bruker et kablet nettverk for å samle inn og overføre data mellom brukere og enheter. Sanntids SCADA-applikasjoner bruker komponenter og sensorer som er fjernstyrt. Den bruker også internettkommunikasjon. Siden releer og sensorer ikke er i stand til å kommunisere, brukes RTUer til å kommunisere nettverksgrensesnitt og sensorer.

    Datapresentasjon

    De vanlige nettverkene består av indikatorer som er synlige for å kontrollere. I sanntids SCADA-applikasjoner er det mange alarmer og sensorer som er umulige å håndtere samtidig. SCADA-systemet bruker HMI for å tilby all 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. Enhver del kan slås på/av fra stasjonen ved å bruke disse bryterne. SCADA-applikasjonen implementeres automatisk for å fungere uten menneskelig innblanding. Bare i kritiske situasjoner vil det bli håndtert av et menneske.

    Typer SCADA

    SCADA-systemer er kategorisert 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 Monolithic SCADA-systemer. I dette brukes minidatamaskiner. Utviklingen av monolittiske SCADA-systemer kan gjøres når en felles nettverkstjeneste ikke er tilgjengelig. Utformingen av dette systemet er 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 avgjørende funksjonen til førstegenerasjonssystemer er begrenset til flaggingsprosesser og overvåking av sensorene.

    #2. Distribuerte SCADA-systemer

    Distribuerte SCADA-systemer kalles også andregenerasjonssystemer. 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 er ingen konsistente nettverksprotokoller.

    #3. Nettverksbaserte SCADA-systemer

    De nettverksbaserte SCADA-systemene er kjent som tredjegenerasjonssystemer. Kommunikasjonsnettverket til nåværende SCADA-systemer fungerer via WAN-systemet gjennom telefoner eller datalinjer.

    Dataoverføringen mellom nodene gjøres ved bruk av fiberoptiske eller Ethernet-forbindelser. Denne bruker PLS for å justere, overvåke og kontrollere flaggingsoperasjonene når det er nødvendig.

    #4. IoT SCADA-systemer

    IoT SCADA-systemer er kjent som fjerdegenerasjonssystemer. Her minimeres systemets infrastrukturkostnader 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.

      Beste kodende Bootcamp-plattformer for å transformere karrieren din

    Fordeler med SCADA

    Fordelene med SCADA-systemer er som følger:

    • Skalerbarhet: Moderne SCADA-systemer er skalerbare av flere grunner, for eksempel bedre tilgjengelighet av støttet programvare og maskinvare, bruk av cloud computing for å møte etterspørselen etter arbeidsbelastning, etc.
    • Interoperabilitet: Moderne SCADA-systemer er ikke avhengige av proprietær programvare og maskinvare, noe som resulterer i null leverandørlåsing.
    • Kommunikasjon: SCADA støtter moderne kommunikasjonsprotokoller som muliggjør større tilgjengelighet til Scada-kontroller og data.
    • Støtte: Moderne SCADA-systemer støttes godt av leverandørene. Bruken av åpne nettverksstandarder, moderne programvareutviklingsplattformer og kommersiell hyllevare gjør også tredjepartsleverandører mer tilgjengelige.

    Begrensninger for SCADA

    Noen av begrensningene til et SCADA-system er følgende:

    • Den kommer med komplekse maskinvareenheter og avhengige moduler.
    • Den trenger programmerere, dyktige operatører og analytikere for vedlikehold.
    • Installasjonskostnadene er høye.
    • Mange spekulerer i at SCADA kan bidra til å øke arbeidsledigheten.

    Brukstilfeller av SCADA

    SCADA brukes på mange industrigulv for å hjelpe til med å administrere og automatisere industrielle prosesser og formål siden disse prosessene har blitt komplekse og tungvinte for menneskelig kontroll og overvåking.

    SCADA er nyttig for prosesser som kan kontrolleres og overvåkes eksternt, spesielt i tilfeller der det er fullt mulig å minimere avfall og øke effektiviteten.

    De vanlige bransjeeksemplene på SCADA-automatisering er som følger:

    • Olje- og gassraffineringsvirksomhet
    • Elektrisitetsproduksjon og distribusjon
    • Kjemisk produksjon
    • Telekommunikasjonsinfrastruktur
    • Fabrikasjon og relaterte prosesser
    • Transport- og skipsfartsinfrastruktur
    • Nytteinfrastrukturer, som vann- og avfallskontroll
    • Bearbeiding av mat og drikke

    Ved hjelp av SCADA-teknologi kan disse prosessene spores nøye og kontrolleres riktig for å forbedre ytelsen over tid. Effektive systemer resulterer i betydelige besparelser av penger og tid.

    Den moderne verden bruker SCADA-systemer av noe slag. Noen eksempler kan være – vedlikehold av kjølesystemer, sikring av produksjonssikkerhet ved et raffineri, få kvalitetsstandarder på et avløpsrenseanlegg, sporing av energibruk hjemme, og mer.

    Hvordan implementere en SCADA-løsning

    Du må vurdere disse viktige trinnene mens du implementerer et SCADA-system:

    • Definer hva du vil overvåke klart og forstå det
    • Bestem hvilken type data du vil samle inn og hvordan
    • Legg til gatewayer for å bli med i nylige datainnsamlingspunkter
    • Opprett datainnsamlingspunkter om nødvendig
    • Sentraliser dataene til overvåkingsstedet du ønsker
    • Kartdata i SCADA-applikasjonen du ønsker
    • Legg til visualiseringer av kontroller og dataprosesser
    • Definer regler og automatisering

    Når du er ferdig med alt, tar SCADA-programvaren seg av resten. Den hjelper deg med å samhandle med anlegget, varsle problemer, informere om prediktivt vedlikehold og gi kontroll over utstyret.

    Konklusjon

    SCADA tilbyr en effektiv måte å kontrollere og administrere industrielle prosesser og data og oppdage systemproblemer og kommunisere dem for rask fiksering. Så i stedet for å gjøre alt manuelt eller kaste bort tid og penger, kan du automatisere disse prosessene ved å bruke et SCADA-system.

    SCADA implementeres med spesifikke mål. Så når du ønsker å implementere det i din bedrift, må du bestemme behovene dine og automatisere prosessene deretter.

    x