SCADA hjälper industriorganisationer att upprätthålla effektivitet, kommunicera systemproblem för att minska driftstopp och bearbeta data för att fatta smartare beslut.
Många industrianläggningar, avlägsna platser och tillverkningsgolv brukade förlita sig på personal för att manuellt övervaka och manuellt styra elektrisk utrustning genom analoga rattar och tryckknappar.
Sedan de avlägsna platserna och industrigolven började skalas ut behövde de bättre lösningar för att styra sin elektriska utrustning från långa avstånd. Vissa organisationer började använda timers och reläer för att erbjuda en bättre nivå av tillsynskontroll.
Även om timers och reläer löser stora problem, ger de begränsad automationsfunktionalitet. Återigen var timers och reläer svåra att konfigurera. Kontrollpanelerna och felsökningen tog mer plats. Därför började fler problem uppstå.
En teknologi – ”SCADA” – introducerades för att lösa den här typen av problem.
Framväxten av PLC:er och mikroprocessorer under starten av SCADA hjälper organisationer att övervaka och kontrollera automatiserade processer mer än tidigare.
I den här artikeln kommer jag att diskutera SCADA, dess användningsområden, funktioner, komponenter, typer och mer.
Låt oss börja!
Innehållsförteckning
Vad är SCADA?
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) är en typ av applikation som gör det möjligt för industrier att kontrollera sina industriella processer, som att samla in data från avlägsna platser i realtid för att kontrollera utrustningens tillstånd. Den erbjuder många verktyg som behövs för att implementera datadrivna beslut i realtid.
SCADA har löst många industriella övervaknings- och styrprocesser sedan 1970-talet.
I slutet av 90-talet och början av 2000-talet antog SCADA en förändring genom att ta tag i öppen systemarkitektur och kommunikationsprotokoll, som inte är leverantörsspecifika. Detta utnyttjade kommunikationsteknologier som Ethernet, vilket gjorde det möjligt för system att kommunicera med andra leverantörer, vilket ökade begränsningarna i äldre SCADA-system.
Moderna SCADA-system tillåter industrigolv att få tillgång till realtidsdata från var som helst i världen. Denna åtkomst tillåter företag, individer och regeringar att fatta bättre beslut om hur de ska förbättra sina processer. Det kommer att vara omöjligt att samla in tillräckligt med data utan SCADA-mjukvara.
Dessutom har modern SCADA-designerprogramvara Rapid Application Development (RAD)-funktioner. Detta låter användare enkelt designa applikationer även med noll kunskap om mjukvaruutveckling.
Införandet av modern IT-praxis och standarder, såsom webbaserade applikationer och SQL i SCADA-programvaran, har förbättrat säkerheten, tillförlitligheten, produktiviteten och effektiviteten hos SCADA-system.
Den stora fördelen med att använda SQL-databaser är att det gör processen att integrera i ERP- och MES-system enklare, vilket gör att data kan flöda genom hela organisationen sömlöst.
Således är SCADA ett system av hårdvaru- och mjukvaruelement som låter industriorganisationer:
- Styr industriella processer på avlägsna platser eller lokalt
- Övervaka, samla in och bearbeta data i realtid
- Interagera direkt med enheter, såsom pumpar, ventiler, sensorer, motorer och mer, genom Human Machine Interface (HMI-programvara)
- Registrera alla händelser i en loggfil
Grunderna i dess arkitektur börjar med Remote Terminal Units (RTU) och PLC (Programmable Logic Controllers). Dessa två är mikrodatorerna som kommunicerar med ett brett utbud av objekt, såsom sensorer, slutenheter, HMI:er och fabriksmaskiner. RTU:er och PLC:er dirigerar data från objekten till datorerna med hjälp av SCADA-programvara.
SCADAs mjukvara bearbetar, visar och distribuerar data, vilket hjälper anställda och operatörer att analysera informationen och fatta viktiga beslut.
SCADA-systemet vänder sig till exempel snabbt till en operatör angående ett parti produkter som visar fel. Operatören pausar operationen, visar systemdata via HMI och fastställer orsaken till problemet. Operatören granskar sedan informationen och upptäcker att ”Maskin 4” inte fungerar.
På så sätt hjälper SCADA-systemet operatören att identifiera problemet, lösa det i tid och förhindra ytterligare förlust.
Komponenter i ett SCADA-system
SCADA-system har olika komponenter som är utplacerade i fält för att samla in data i realtid. Dessa komponenter möjliggör insamling av data och förbättring av industriell automation.
Låt oss diskutera varje komponent i detalj.
#1. Sensorer och ställdon
En sensor är en enhet eller ett system som känner av ingångsfunktioner från industriella processer. Ett ställdon är en enhet som styr mekanismen för industriella processer. Sensorer fungerar som en mätare eller mätare som visar maskinens status.
Ett ställdon fungerar som en ratt, kontroll eller omkopplare som kan användas för att styra enheten. Båda övervakas och styrs av SCADA fältkontroller.
#2. SCADA fältkontroller
Fältregulatorerna samverkar direkt med ställdon och sensorer. Det finns två kategorier i detta:
#3. SCADA övervakningsdatorer
Övervakande datorer styr alla processer relaterade till SCADA. 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 system som bekräftar och presenterar data från SCADA-fältenheterna. Det gör det också möjligt för operatörer att förstå och ändra statusen för de SCADA-kontrollerade processerna.
#5. Kommunikationsinfrastruktur
Kommunikationsinfrastrukturen tillåter SCADAs övervakningssystem att kommunicera med fältkontroller och fältenheter. Detta gör det också möjligt för SCADA-system att samla in data från fältenheterna och styra dessa enheter.
Funktioner hos SCADA-system
SCADA-system inkluderar specialfunktioner för specifika applikationer eller industrier, och de flesta av systemen stöder följande funktioner:
- Datainsamling: Det är en grund för SCADA-system där sensorer samlar in data och levererar samma till fältkontrollanter. I gengäld matar fältkontrollerna data till SCADA-datorerna.
- Fjärrkontroll: Det uppnås genom styrning av fältställdonen, som är baserad på data som samlats in från fältsensorer.
- Nätverksansluten datakommunikation: Den tillåter alla SCADA-funktioner. Data som samlas in från sensorer överförs till SCADA fältkontroller, som sedan kommunicerar med SCADAs övervakningsdatorer. Fjärrkontrollkommandot sänds tillbaka till ställdonen från övervakningsdatorerna.
- Datapresentation: Det uppnås genom HMI:er som representerar aktuella och historiska data som behövs av operatörerna för att kunna köra SCADA-systemet.
- Larm: Det uppmärksammar operatörerna på de betydande förhållandena i SCADA-systemet. Den kan enkelt konfigureras för att meddela operatörer när processerna är blockerade, vissa system misslyckas eller andra aspekter behöver stoppas, startas eller justeras.
- Realtidsdata och historiska data: Båda är väsentliga delar av SCADA-systemet. Detta kommer att göra det möjligt för användare att spåra prestandan för det aktuella scenariot mot historiska trender.
- Rapportering: Detta inkluderar rapporter om processprestanda, systemstatus och anpassade rapporter för specifika användningar.
Arbetar med SCADA
SCADA-systemen utför vissa funktioner, inklusive datainsamling, datakommunikation, information/datapresentation och övervakning/kontroll. Dessa funktioner utförs av komponenterna i SCADA, såsom sensorer, RTU:er, styrenheter, ett kommunikationsnätverk, etc.
Sensorerna används för att samla in väsentlig data, och RTU:er används för att skicka dessa data till regulatorn för att visa systemets status. Beroende på status ger användaren kommandot till andra komponenter att utföra sin funktion. Ett kommunikationsnätverk utför denna funktion.
Här kommer vi att diskutera varje funktion för att förstå arbetsprincipen för SCADA-systemen.
Datainsamlingar
Ett SCADA-system i realtid består av många sensorer och komponenter för att samla in information och skicka data för vidare bearbetning.
Till exempel mäter några av sensorerna vattenflödet från en reservoar till vattentanken, och andra sensorer mäter trycket när vattnet släpps ut från reservoaren. Här samlar sensorer in olika typer av data för att förstå om alla processer går smidigt.
Datakommunikation
SCADA-systemen använder ett trådbundet nätverk för att samla in och överföra data mellan användare och enheter. Realtids-SCADA-applikationer använder komponenter och sensorer som fjärrstyrs. Den använder också internetkommunikation. Eftersom reläer och sensorer inte kan kommunicera, används RTU:er för att kommunicera nätverksgränssnitt och sensorer.
Datapresentation
De normala nätverken består av indikatorer som är synliga för att kontrollera. I realtids-SCADA-applikationer finns det många larm och sensorer som är omöjliga att hantera samtidigt. SCADA-systemet använder HMI för att erbjuda all data som samlas in från olika sensorer.
Övervakning och kontroll
SCADA-systemet använder olika omkopplare för att styra enheter och visar status för det kontrollerade området. Vilken del som helst kan slås på/av från stationen med dessa omkopplare. SCADA-applikationen implementeras automatiskt för att fungera utan mänsklig inblandning. Endast i kritiska situationer kommer det att hanteras av en människa.
Typer av SCADA
SCADA-system är kategoriserade i fyra typer, inklusive monolitiska SCADA-system, distribuerade SCADA-system, nätverksanslutna SCADA-system och IoT SCADA-system.
#1. Monolitiska SCADA-system
Den tidiga eller första generationens SCADA-system är kända som monolitiska SCADA-system. I detta används minidatorer. Utvecklingen av monolitiska SCADA-system kan göras när en gemensam nätverkstjänst inte är tillgänglig. Utformningen av detta system är som ett oberoende system, vilket innebär att utformningen av ett system inte behöver vara relaterad till ett annat system.
Data kan samlas in från RTU:erna genom att använda en backup-stordator. Den avgörande funktionen hos första generationens system är begränsad till flaggningsprocesser och övervakning av sensorerna.
#2. Distribuerade SCADA-system
Distribuerade SCADA-system kallas även andra generationens system. Styrfunktionerna är fördelade över olika system genom att ansluta till ett LAN. Styroperationerna utförs genom kommandobearbetning och delning av realtidsdata.
I detta system reduceras kostnaden och storleken för varje station, men det finns inga konsekventa nätverksprotokoll.
#3. Nätverksanslutna SCADA-system
De nätverksanslutna SCADA-systemen är kända som tredje generationens system. Kommunikationsnätverket för nuvarande SCADA-system fungerar via WAN-system via telefoner eller datalinjer.
Dataöverföringen mellan noderna görs med hjälp av fiberoptiska eller Ethernet-anslutningar. Detta använder PLC för att justera, övervaka och kontrollera flaggningsoperationerna när det är nödvändigt.
#4. IoT SCADA-system
IoT SCADA-system är kända som fjärde generationens system. Här minimeras systemets infrastrukturella kostnad genom att implementera IoT via cloud computing. Att integrera och underhålla dessa system är lättare än andra.
I ett realtidssystem kan komponenternas eller enheternas tillstånd enkelt rapporteras genom molnberäkning.
Fördelar med SCADA
Fördelarna med SCADA-system är följande:
- Skalbarhet: Moderna SCADA-system är skalbara av flera anledningar, såsom bättre tillgång på mjukvara och hårdvara som stöds, användning av molnbaserad datoranvändning för att möta efterfrågan på arbetsbelastning, etc.
- Interoperabilitet: Moderna SCADA-system förlitar sig inte på proprietär mjukvara och hårdvara, vilket resulterar i noll leverantörslåsning.
- Kommunikation: SCADA stöder moderna kommunikationsprotokoll som möjliggör större tillgänglighet till Scadas kontroller och data.
- Support: Moderna SCADA-system stöds väl av leverantörerna. Användningen av öppna nätverksstandarder, moderna mjukvaruutvecklingsplattformar och kommersiell hårdvara från hyllan gör även tredjepartsleverantörer mer tillgängliga.
Begränsningar för SCADA
Några av begränsningarna för ett SCADA-system är följande:
- Den levereras med komplexa hårdvaruenheter och beroende moduler.
- Det behöver programmerare, skickliga operatörer och analytiker för underhåll.
- Installationskostnaden är hög.
- Många spekulerar i att SCADA kan bidra till att öka arbetslösheten.
Användningsfall av SCADA
SCADA används på många industrigolv för att hjälpa till att hantera och automatisera industriella processer och ändamål eftersom dessa processer har blivit komplexa och krångliga för mänsklig kontroll och övervakning.
SCADA är användbart för processer som kan styras och övervakas på distans, särskilt i de fall där det är fullt möjligt att minimera avfall och öka effektiviteten.
De vanligaste industriexemplen på SCADA-automatisering är följande:
- Olje- och gasraffineringsverksamhet
- Elproduktion och distribution
- Kemisk tillverkning
- Telekommunikationsinfrastruktur
- Tillverkning och relaterade processer
- Transport- och sjöfartsinfrastruktur
- Allmännyttiga infrastrukturer, såsom vatten- och avfallskontroll
- Bearbetning av mat och dryck
Med hjälp av SCADA-teknik kan dessa processer spåras noggrant och kontrolleras ordentligt för att förbättra prestandan över tid. Effektiva system resulterar i betydande besparingar av pengar och tid.
Den moderna världen använder SCADA-system av något slag. Några exempel kan vara – underhåll av kylsystem, säkerställa produktionssäkerhet på ett raffinaderi, få kvalitetsstandarder på ett avloppsreningsverk, spåra energianvändning i ditt hem och mer.
Hur man implementerar en SCADA-lösning
Du måste överväga dessa viktiga steg när du implementerar ett SCADA-system:
- Definiera vad du vill övervaka tydligt och förstå det
- Bestäm vilken typ av data du vill samla in och hur
- Lägg till gateways för att gå med i de senaste datainsamlingspunkterna
- Skapa datainsamlingspunkter vid behov
- Centralisera data till den övervakningsplats du vill ha
- Kartdata i valfri SCADA-applikation
- Lägg till visualiseringar av kontroller och dataprocesser
- Definiera regler och automatisering
När du är klar med allt tar SCADA-programvaran hand om resten. Det hjälper dig att interagera med anläggningen, varna problem, informera om prediktivt underhåll och erbjuda kontroll över utrustningen.
Slutsats
SCADA erbjuder ett effektivt sätt att kontrollera och hantera industriella processer och data och upptäcka systemproblem och kommunicera dem för snabb fixering. Så istället för att göra allt manuellt eller slösa bort din tid och pengar kan du automatisera dessa processer med hjälp av ett SCADA-system.
SCADA implementeras med specifika mål. Så när du vill implementera det i ditt företag, bestäm dina behov och automatisera processerna därefter.