Översikt över SCADA-system
SCADA-system underlättar för industriella organisationer att optimera effektiviteten, kommunicera systemrelaterade problem för att minska stilleståndstider och analysera data för att underbygga mer välgrundade beslut.
Tidigare var många industrianläggningar, avlägsna platser och produktionsmiljöer beroende av manuell övervakning och styrning av elektrisk utrustning genom analoga vred och tryckknappar.
I takt med att dessa platser och miljöer expanderade, uppstod ett behov av mer avancerade lösningar för att hantera elektrisk utrustning på distans. Vissa företag började experimentera med timers och reläer för att förbättra övervakningen.
Även om timers och reläer erbjöd en lösning på vissa utmaningar, hade de begränsad förmåga till automatisering. Dessutom var de svåra att konfigurera och krävde mycket utrymme för kontrollpaneler, vilket ledde till ytterligare problem.
Som svar på dessa utmaningar introducerades en teknik som kallas SCADA.
Framväxten av PLC (Programmable Logic Controllers) och mikroprocessorer i samband med utvecklingen av SCADA har revolutionerat hur organisationer övervakar och styr automatiserade processer.
I den här artikeln kommer vi att utforska vad SCADA är, dess tillämpningar, funktioner, komponenter, olika typer och mycket mer.
Låt oss börja!
Vad är SCADA?
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) är en programvaruteknik som möjliggör för industrier att fjärrstyra sina industriella processer, samla in realtidsdata och övervaka utrustningens status. Systemet erbjuder verktyg för att implementera datadrivna beslut i realtid.
SCADA har revolutionerat industriell övervakning och styrning sedan 1970-talet.
I slutet av 1990-talet och början av 2000-talet genomgick SCADA en transformation genom att anamma öppen systemarkitektur och kommunikationsprotokoll som inte är leverantörsspecifika. Detta inkluderade implementeringen av kommunikationstekniker som Ethernet, vilket gjorde det möjligt för system att interagera med enheter från olika tillverkare och övervinna begränsningarna hos äldre SCADA-system.
Moderna SCADA-system ger industriella verksamheter tillgång till realtidsdata oavsett geografisk plats. Denna förmåga möjliggör för företag, organisationer och regeringar att fatta mer välunderbyggda beslut för att optimera sina processer. Utan SCADA-system skulle det vara nästintill omöjligt att samla in den nödvändiga datamängden.
Moderna SCADA-system har dessutom stöd för snabb applikationsutveckling (RAD), vilket gör det möjligt för användare att designa applikationer utan djupgående programmeringskunskaper.
Införandet av moderna IT-metoder och standarder, som webbaserade applikationer och SQL i SCADA-programvara, har bidragit till förbättrad säkerhet, tillförlitlighet, produktivitet och effektivitet hos SCADA-system.
En annan fördel med SQL-databaser är att de underlättar integreringen av SCADA-system med ERP- och MES-system, vilket möjliggör smidigt datautbyte inom hela organisationen.
SCADA är därmed ett sammansatt system av hård- och mjukvarukomponenter som gör det möjligt för industriella organisationer att:
- Styra industriella processer på både avlägsna och lokala platser
- Övervaka, samla in och analysera realtidsdata
- Interagera direkt med enheter som pumpar, ventiler, sensorer, motorer med hjälp av Human Machine Interface (HMI-programvara)
- Logga alla händelser
Arkitekturen bygger på Remote Terminal Units (RTU) och Programmable Logic Controllers (PLC). Dessa mikrodatorer samverkar med sensorer, slutpunkter, HMI:er och fabriksmaskiner. RTU och PLC överför data till datorerna med hjälp av SCADA-programvara.
SCADA-mjukvaran bearbetar, visualiserar och distribuerar data vilket gör det möjligt för anställda och operatörer att analysera informationen och fatta viktiga beslut.
Till exempel kan ett SCADA-system snabbt uppmärksamma en operatör på ett felaktigt produktparti. Operatören kan då avbryta driften, analysera systemdata genom HMI och identifiera orsaken till problemet. Operatören kan sedan granska informationen och upptäcka att ”Maskin 4” inte fungerar korrekt.
På detta sätt underlättar SCADA-systemet för operatören att snabbt identifiera problem, åtgärda dem och förhindra ytterligare förluster.
Komponenter i ett SCADA-system
SCADA-system består av flera komponenter som samverkar för att samla in realtidsdata. Dessa komponenter bidrar till både insamling av data och förbättrad industriell automatisering.
Låt oss titta närmare på varje komponent:
#1. Sensorer och ställdon
En sensor är en enhet eller ett system som upptäcker information från industriella processer. Ett ställdon är en enhet som kontrollerar mekanismer i dessa processer. Sensorer agerar som mätare som indikerar maskinens status.
Ett ställdon fungerar som ett vred, en kontroll eller en omkopplare för att styra enheten. Båda dessa övervakas och styrs av SCADA-fältenheter.
#2. SCADA-fältenheter
Fältenheterna interagerar direkt med ställdon och sensorer. De kan delas in i två kategorier:
- Remote Telemetry Units (RTU) samlar in telemetridata från sensorer och skickar dem vidare till ett centralt system.
- Programmable Logic Controllers (PLC) samverkar med ställdonen för att upprätthålla och styra industriella processer baserat på telemetridata från RTU:erna.
#3. SCADA-övervakningsdatorer
Övervakningsdatorerna styr alla processer i SCADA-systemet. De används för att samla in data från fältenheter och för att skicka kommandon till enheterna för att styra industriella processer.
#4. HMI-programvara
Denna programvara tillhandahåller ett gränssnitt för att bekräfta och presentera data från SCADA-fältenheterna. Den gör det också möjligt för operatörer att förstå och ändra statusen på SCADA-styrda processer.
#5. Kommunikationsinfrastruktur
Kommunikationsinfrastrukturen tillåter SCADA-övervakningssystemet att kommunicera med fältenheter och fältkontroller. Den gör det möjligt för SCADA-system att samla in data och styra dessa enheter.
Funktioner hos SCADA-system
SCADA-system innefattar specialfunktioner för olika applikationer och industrier, men de flesta system stöder följande funktioner:
- Datainsamling: Sensorer samlar in data och skickar dem till fältkontroller, som i sin tur vidarebefordrar data till SCADA-datorerna.
- Fjärrkontroll: Detta uppnås genom att styra fältställdonen baserat på data från fältsensorer.
- Nätverksansluten datakommunikation: Data från sensorer överförs till SCADA-fältenheter som kommunicerar med SCADA-övervakningsdatorer. Fjärrkontrollkommandon sänds sedan tillbaka till ställdonen.
- Datapresentation: HMI presenterar aktuella och historiska data som operatörerna behöver för att styra SCADA-systemet.
- Larm: Systemet varnar operatörer vid signifikanta händelser. Det kan konfigureras för att meddela operatörer när processer är blockerade, system felar eller andra aspekter behöver justeras.
- Realtids- och historisk data: Systemet tillhandahåller både realtidsdata och historisk data, vilket gör det möjligt att jämföra aktuell prestanda med tidigare trender.
- Rapportering: Systemet genererar rapporter om processprestanda, systemstatus och anpassade rapporter för specifika behov.
Hur SCADA fungerar
SCADA-system utför datainsamling, datakommunikation, datapresentation och övervakning/kontroll. Dessa funktioner utförs av komponenter som sensorer, RTU:er, styrenheter och ett kommunikationsnätverk.
Sensorer samlar in data, och RTU:er skickar data till styrenheten för att visa systemstatus. Baserat på denna status utför användaren kommandon till andra komponenter via ett kommunikationsnätverk.
Låt oss utforska dessa funktioner mer i detalj:
Datainsamling
Ett SCADA-system i realtid använder sensorer och andra komponenter för att samla in information och överföra data för vidare bearbetning.
Till exempel mäter vissa sensorer vattenflödet från en reservoar till en tank, medan andra sensorer mäter trycket när vattnet släpps ut. Detta säkerställer att alla processer fungerar som de ska.
Datakommunikation
SCADA-system använder ett trådbundet nätverk för dataöverföring. Realtidsapplikationer använder fjärrstyrda komponenter och sensorer samt internetkommunikation. RTU:er används för att hantera kommunikationen mellan nätverksgränssnitt och sensorer.
Datapresentation
Nätverk har vanligtvis indikatorer som är synliga för kontroll. I realtidsapplikationer är det omöjligt att hantera alla larm och sensorer manuellt. SCADA-system använder HMI för att presentera all data som samlats in.
Övervakning och kontroll
SCADA-system använder omkopplare för att styra enheter och visar status för ett kontrollerat område. Olika delar kan aktiveras eller inaktiveras från en central plats. SCADA-system kan automatiskt implementeras för att fungera utan mänsklig inblandning, men i kritiska situationer kan en människa ta över.
Typer av SCADA-system
SCADA-system kan delas in i fyra kategorier: monolitiska, distribuerade, nätverksanslutna och IoT-baserade system.
#1. Monolitiska SCADA-system
Den första generationens SCADA-system kallas monolitiska. De använder minidatorer och utvecklas ofta när gemensamma nätverkstjänster saknas. Systemen är fristående och oberoende av andra system.
Data kan samlas in från RTU:erna med hjälp av en central server. Systemets funktioner är begränsade till flaggningsprocesser och övervakning av sensorer.
#2. Distribuerade SCADA-system
Distribuerade system är också kända som andra generationens system. Styrfunktionerna är uppdelade på olika system anslutna via ett LAN. Styrning sker genom kommandon och delning av realtidsdata.
Kostnaden och storleken för varje station reduceras i detta system, men det saknas konsekventa nätverksprotokoll.
#3. Nätverksanslutna SCADA-system
Nätverksanslutna SCADA-system är tredje generationens system. Kommunikationen sker via WAN-system med hjälp av telefon eller datalinjer.
Data överförs mellan noderna med hjälp av fiberoptiska kablar eller Ethernet. PLC används för att justera, övervaka och kontrollera flaggningsoperationer.
#4. IoT SCADA-system
IoT SCADA-system representerar den fjärde generationen. Kostnaden för infrastrukturen reduceras genom att implementera IoT via molntjänster. Dessa system är lättare att integrera och underhålla än andra.
I ett realtidssystem kan komponenternas status rapporteras via molnet.
Fördelar med SCADA
Fördelarna med SCADA-system är bland annat:
- Skalbarhet: Moderna system är skalbara tack vare bättre tillgång till mjuk- och hårdvara, molnbaserad databehandling och anpassning till varierande arbetsbelastningar.
- Interoperabilitet: Moderna system är inte beroende av proprietär mjuk- och hårdvara, vilket undviker beroende av enskilda leverantörer.
- Kommunikation: SCADA stöder moderna kommunikationsprotokoll, vilket ökar tillgängligheten till kontroller och data.
- Support: Moderna system har god support från leverantörerna. Användningen av öppna nätverksstandarder, moderna programutvecklingsplattformar och kommersiell hårdvara gör det även lättare att hitta support från tredje part.
Begränsningar för SCADA
Några begränsningar med SCADA-system är följande:
- De kan bestå av komplexa hårdvaruenheter och beroende moduler.
- De kräver programmerare, erfarna operatörer och analytiker för underhåll.
- Installationskostnaden kan vara hög.
- Vissa anser att SCADA-system kan bidra till ökad arbetslöshet.
Användningsområden för SCADA
SCADA används i många industriella verksamheter för att hantera och automatisera processer som är för komplexa för manuell kontroll och övervakning.
SCADA är lämpligt för processer som kan fjärrstyras och övervakas, särskilt i de fall där det är möjligt att minska avfall och öka effektiviteten.
Vanliga industriella tillämpningar inkluderar:
- Olje- och gasraffinering
- Elproduktion och distribution
- Kemisk tillverkning
- Telekommunikationsinfrastruktur
- Tillverkning och relaterade processer
- Transport- och sjöfartsinfrastruktur
- Offentliga tjänster som vatten- och avfallshantering
- Livsmedels- och dryckesproduktion
Med hjälp av SCADA-teknik kan processerna spåras och kontrolleras noggrant, vilket leder till förbättrad prestanda över tid. Effektiva system bidrar till betydande besparingar i både tid och pengar.
SCADA-system används i olika former i dagens samhälle, t ex för underhåll av kylsystem, kvalitetssäkring i reningsverk eller spårning av energianvändning i hem.
Hur man implementerar en SCADA-lösning
Här följer viktiga steg att beakta vid implementering av ett SCADA-system:
- Definiera vad du vill övervaka
- Bestäm vilken typ av data du vill samla in och hur
- Använd gateways för att ansluta till de senaste datainsamlingspunkterna
- Skapa datainsamlingspunkter vid behov
- Centralisera data till önskad övervakningsplats
- Kartlägg data i din valda SCADA-applikation
- Lägg till visualiseringar av kontroller och dataprocesser
- Definiera regler och automatisering
När du har slutfört dessa steg tar SCADA-programvaran hand om resten. Den hjälper dig att interagera med anläggningen, varna för problem, ge information för prediktivt underhåll och erbjuda kontroll över utrustningen.
Sammanfattning
SCADA-system erbjuder ett effektivt sätt att styra och hantera industriella processer och data, identifiera systemproblem och meddela dem för snabba åtgärder. Genom att använda ett SCADA-system kan du automatisera processer och undvika både manuell hantering, tidsspillan och slöseri med pengar.
SCADA-system implementeras med specifika mål. När du vill implementera det i ditt företag bör du därför identifiera dina behov och automatisera processerna i enlighet med dem.