Что такое SCADA

Что такое SCADA

Слово SCADA означает «Диспетчерское управление и сбор данных». Определение четко объясняет, каковы функции и цели системы SCADA, а именно надзор, контроль и сбор данных.

Система SCADA является частью архитектуры, которая включает в себя:

• Один или несколько компьютеров, соединенных друг с другом, которые выполняют функции управления и реализуют человеко-машинный интерфейс (HMI)
• Серия периферийных устройств (RTU, модули ввода/вывода, ПЛК), которые взаимодействуют с процессом (машины, установки и т.д.) через датчики и исполнительные механизмы
• Сеть связи с различными носителями передачи и протоколами связи, способная обеспечить правильный обмен данными между периферийными устройствами и диспетчерскими компьютерами

Программное обеспечение SCADA представляет собой интегрированную среду разработки, которая предоставляет все инструменты, необходимые для создания SCADA-приложений, предназначенных для работы на диспетчерских компьютерах и выполнения функций, характерных для системы SCADA: надзор, контроль и сбор данных.

РУКОВОДСТВО ПО SCADA

Надзор

Надзор - это функция, которая позволяет оператору иметь непосредственное представление о состоянии процесса и контролировать, как процесс развивается с течением времени, анализируя последовательность рабочих состояний.

Основной задачей супервизии является реализация человеко-машинного интерфейса (HMI). Чтобы быть эффективным, HMI должен предоставлять оператору быстрое и полное изображение всего процесса, выделяя состояние, эволюцию и неожиданные отклонения (сигналы тревоги).

Для эффективного HMI графическое представление имеет большое значение, поскольку оно переводит информацию, относящуюся к процессу, на визуальный язык, понятный оператору.

Например, можно отобразить состояние насоса через графический символ с разными цветами, изменение значения давления через графический тренд, возникновение тревоги через всплывающее окно.

Больше информации

Контроль

Функция управления SCADA-системы заключается в способности системы управления взаимодействовать с управляемым процессом, чтобы изменить его эволюцию в соответствии с заранее установленными правилами или решениями, принятыми оператором.

Важно подчеркнуть, что под «управлением системой SCADA» мы подразумеваем не «управление процессом в реальном времени», обычно прерогативу ПЛК, а скорее возможность изменять эволюцию процесса, например, путем отправки другого рабочего рецепта.

Чтобы лучше прояснить концепцию, можно сказать, что применительно к конкретной температуре процесса задача управления в реальном времени заключается в том, чтобы поддерживать эту температуру неизменной (воздействуя на соответствующие приводы), в то время как задача управления SCADA заключается в фиксации температуры, при которой должен работать процесс (путем отправки соответствующего заданного значения).

Сбор данных

Сбор данных означает не только передачу информации с периферийных устройств на диспетчерские компьютеры, но и передачу информации в обратном направлении, чтобы позволить диспетчерской системе управлять процессом, то есть направлять его эволюцию путем изменения значений переменных, обусловливающих его работу.

Можно сказать, что сбор данных является основной функцией среди выполняемых SCADA-системами. Фактически, помещая процесс в связь с надзором, сбор данных позволяет надзорной системе получать всю информацию о состоянии процесса, необходимую для наблюдения за самим процессом.

Задачей сбора данных является обеспечение безошибочной передачи информации между процессом и наблюдением в контексте, характеризующемся разнообразием носителей передачи и различными протоколами связи.

Больше информации

Что такое программное обеспечение SCADA

Программное обеспечение SCADA - это интегрированная среда разработки, которая позволяет создавать приложения SCADA HMI. Доступно несколько программ SCADA от различных производителей, со значительными различиями в цене и производительности. Выбор программного обеспечения SCADA, наиболее подходящего для разрабатываемого приложения, зависит от нескольких факторов, а также личных предпочтений, но, как правило, основывается на сложности проекта, требуемых производительностях, любых ограничениях, налагаемых клиентом, и доступном бюджете.

Вы также должны учитывать время обучения, которое обычно выше в случае более сложного программного обеспечения SCADA. Как правило, выбор сложного программного обеспечения SCADA оправдан, когда в проекте задействован крупный и дорогостоящий завод, для которого стоимость программного обеспечения и время обучения уже не актуальны. в случае малых и средних проектов с ограниченным бюджетом целесообразно перейти на программное обеспечение SCADA, которое имеет более низкую стоимость и требует более короткого времени обучения.

Однако все программное обеспечение SCADA, независимо от сложности, должно иметь общие черты в отношении следующих тем:

• Коммуникация: набор средств разработки и коммуникационных драйверов для взаимодействия с большинством электронных устройств (ПЛК, контроллеров, счетчиков и т.д.) от различных производителей, работающих на рынке промышленной автоматизации. Он позволяет строить БД переменных для обмена с внешними устройствами и включает в себя наиболее распространенные протоколы связи, такие как OPC, Siemens, Omron, Allen Bradley, Modbus RTU, Modbus TCP, KNX, Bacnet и др.
• Человеко-машинный интерфейс (HMI): набор инструментов разработки и графических библиотек для создания статических и анимированных шаблонов. Важно подчеркнуть важность графики при разработке приложения SCADA. Человеко-машинный интерфейс (HMI) на самом деле тем эффективнее, чем больше он способен предоставить оператору оперативное и полное изображение всего процесса, выделяя состояние, эволюцию и неожиданные отклонения (сигналы тревоги).
• Информация о процессе: набор инструментов разработки, позволяющих оператору иметь всю информацию, описывающую текущее состояние процесса (онлайн-данные) и его эволюцию с течением времени (исторические данные). Например, чтобы позволить оператору оперативно уведомляться в случае неисправности или анализировать графические тенденции отслеживаемых и записанных переменных процесса.
• Отчеты: набор инструментов разработки для сортировки и обработки информации, полученной в результате процесса, с целью создания отчетов для менеджеров по производству и качеству. Отчеты обычно относятся к конкретной производственной партии, выделяя ее характеристики и удостоверяя ее соответствие требованиям.
• Архитектура: набор инструментов и правил для построения сложных архитектур в случае взаимодействия нескольких приложений друг с другом через локальные (LAN) или публичные (Internet) сети и способных взаимодействовать с несколькими операторами как локальными, так и удаленными (через браузер)

Больше информации

Зачем использовать программное обеспечение SCADA

Приложения SCADA используются сегодня в большинстве промышленных областей и являются незаменимой помощью для всех компаний, независимо от размера и сектора деятельности. Программное обеспечение SCADA является наиболее подходящей средой разработки для простого и интуитивно понятного создания сложных SCADA-приложений.

Приложения SCADA предоставляют несколько преимуществ, но, выделив одно в частности, можно сказать, что они заменяют человека при выполнении многих рутинных и утомительных задач, что повышает производительность труда, обеспечивает более быстрое управление сигналами тревоги и снижает риск возникновения потенциально опасных ситуаций для окружающей среды. В более общем плане, мы можем сказать, что приложения SCADA:

• Предоставьте большой объем информации. Вся информация о состоянии системы, как полученная от полевых датчиков, так и предоставляемая устройствами управления в режиме реального времени (ПЛК), собирается, сохраняется и предоставляется для дальнейшей обработки, направленной на контроль качества, повышение эффективности и оптимизацию производства
• Обеспечить синтетическую и четкую картину производственного предприятия. Серия шаблонов, входящих в состав человеко-машинного интерфейса (HMI), предоставляет оператору графическую картину всего процесса, его эволюции с течением времени и неожиданных отклонений (сигналов тревоги). Таким образом, вся информация, относящаяся к процессу, переводится на визуальный язык, понятный оператору.
• Может расти и легко адаптироваться к росту компании. Модульная и гибкая структура программного обеспечения SCADA позволяет адаптироваться к различным ситуациям, которые возникают, когда компании необходимо расти или меняться, чтобы реагировать на вызовы глобализированного рынка. Программное обеспечение SCADA включает в себя, например, все средства разработки, которые позволяют модифицировать приложение SCADA с целью обеспечения связи с новыми устройствами, в контексте, характеризующемся разнообразием носителей передачи и различными протоколами связи.
• Обеспечивает централизованное управление удаленными устройствами. Многие компании, особенно те, которые управляют сетями коммунальных услуг (вода, электричество и т.д.), характеризуются распределенной по всей территории структурой, которая традиционно требует фиксированного или запрограммированного присутствия технического персонала для эксплуатации и технического обслуживания. Приложение SCADA обеспечивает удаленное управление периферийными устройствами и позволяет техническому персоналу получать доступ ко всей информации с помощью простого браузера.

Типы программного обеспечения SCADA

Первое отличие касается типа программной платформы:

• Выделенные платформы, состоящие из программного обеспечения, разработанного «ad hoc» для контроля конкретной машины или конкретного завода. Они могут быть разработаны тем же производителем, который также поставляет машину для надзора, или разработчиком программного обеспечения на основе спецификаций, предоставленных клиентом для осуществления, например, надзора за установкой. Даже если оператор имеет возможность изменять параметры конфигурации и рецептуры процесса, это надзорное программное обеспечение находит свое главное ограничение в невозможности выращивания или адаптации к различным условиям использования, которые изначально не предусмотрены.
• Открытые платформы, состоящие из программного обеспечения, предоставляющего пользователю интегрированную среду разработки для создания SCADA-приложений, т.е. делающего доступными инструменты, необходимые для управления типичными функциями SCADA-приложения (протоколы для связи с полевыми устройствами, графические библиотеки для создания шаблонов и т.д.). В этом случае программное обеспечение структурировано на двух уровнях: первый уровень, общий для всех пользователей, состоящий из платформы SCADA, и второй уровень, типичный для машины или установки, подлежащей контролю, состоящий из приложения SCADA, созданного пользователем. Большим преимуществом открытой платформы перед закрытой является то, что она дает пользователю полную свободу для расширения или изменения проекта.

Второе отличие касается архитектуры системы SCADA:

• Система, состоящая из одного диспетчерского ПК, подключенного к полевым устройствам. Это самый распространенный случай, который не обязательно является самым простым. Вы можете иметь очень сложные системы SCADA, с несколькими предприятиями для наблюдения, которые распределены по географическим районам, удаленным друг от друга; точно так же, как на сложность системы влияет количество переменных для управления (от нескольких единиц до десятков тысяч тегов), разнообразие подключенных полевых устройств, различные протоколы связи. В простейших случаях, когда система SCADA состоит из одного ПК, подключенного к одной машине (обычно управляемой одним ПЛК), мы также говорим о SCADA-HMI.
• Системы, состоящие из нескольких диспетчерских ПК, соединенных друг с другом через локальную сеть (LAN) или публичную сеть (Internet) и распределенных на нескольких иерархических уровнях. Наиболее распространенная система характеризуется несколькими ПК на одном иерархическом уровне, подключенными к центральному ПК; ПК второго уровня различаются по географическим характеристикам (каждый ПК относится к своей географической зоне) или функциональному (каждый ПК управляет определенной функцией); центральный ПК делает всю информацию доступной из одного места.

Наконец, третье различие касается требований к реальному времени:

• Классические SCADA-системы без особых требований к реальному времени. Основной функцией является получение информации из процесса, чтобы обеспечить сводное представление о состоянии, оперативно сообщать о возникновении аварийных сигналов, записывать всю информацию и формировать отчеты для менеджеров по производству или качеству. Отправка данных на полевые устройства обычно ограничивается конфигурацией системы или отправкой рецептов обработки; даже когда программное обеспечение SCADA выполняет функции управления процессом, допустимо, что могут возникать задержки более одной секунды.
• ScADA-системы характеризуются строгими требованиями к реальному времени. Обычно это системы, состоящие из нескольких микроконтроллеров, соединенных друг с другом и с диспетчерским ПК через локальную сеть, с детерминированными операционными системами, способными обеспечить время отклика порядка тысячных долей секунды. В этих случаях правильнее говорить о системах DCS, гораздо более дорогих как с точки зрения затрат на разработку, так и эксплуатационных расходов, использование которых оправдано только в случае крупных установок, требующих исключительной производительности с точки зрения надежности и безопасности.

Выбор программного обеспечения SCADA

Выбор программного обеспечения SCADA для использования зависит от различных факторов, а также личных предпочтений, но в целом это обусловлено сложностью разрабатываемого приложения, требуемыми характеристиками, любыми ограничениями, налагаемыми заказчиком, и имеющимся бюджетом. Также необходимо учитывать время обучения, которое намного больше, чем сложнее программное обеспечение SCADA. В целом можно сказать, что использование сложного программного обеспечения SCADA оправдано при работе с крупномасштабными системами, с такой высокой стоимостью, что стоимость лицензий и сроков разработки практически неактуальна; в случае малых или средних заводов и не особенно высокой стоимости, лучше перейти к более дешевому программному обеспечению SCADA, которое требует меньше времени на обучение. Ограничивая наш анализ случаем не особенно сложного приложения, с одним контрольным ПК, подключенным к нескольким полевым устройствам без строгих требований в режиме реального времени, мы перечисляем моменты, подлежащие анализу, чтобы выбрать наиболее подходящее программное обеспечение SCADA:

• Размеры проекта: первым моментом, который нужно установить, является количество переменных для управления (tag), где «tag» означает внешнюю переменную, т.е. переменную, обмениваемую с полевыми устройствами. Количество тегов важно, поскольку оно влияет на выбор лицензии, время отклика системы и затраты на разработку.
• Интерфейс с полевыми устройствами: необходимо убедиться, что программное обеспечение SCADA поддерживает все протоколы связи с полевыми устройствами. Или, в качестве альтернативы, что OPC-сервер доступен для установки на ПК, чтобы обеспечить связь по протоколу OPC.
• Подключение к другому программному обеспечению: проверьте, требуется ли приложение для взаимодействия с другим программным обеспечением, таким как MES или ERP; в этих случаях сопряжение обычно осуществляется через протоколы OPC UA Server и OPC UA Client.
• Доступность через браузер: запрос на то, чтобы удаленные операторы могли получить доступ к серверному приложению через браузер со стационарных (настольный компьютер) или мобильных (смартфон) устройств.
• Взаимодействие с внешней СУБД: проверьте, должно ли приложение взаимодействовать с внешней СУБД (MySQL, ...) для записи таблиц данных (функция Datalogger) или для взаимодействия через определенные инструкции (API), которые позволяют выполнять общие запросы (SELECT, INSERT, UPDATE, ...)
• Дистанционное обслуживание: возможность доступа оператора к удаленным устройствам (обычно ПЛК) с использованием SCADA в качестве «моста» для программирования удаленных устройств без прямого подключения (фиксированный IP, DNS или другое).

SCADA, IoT и Индустрия 4.0

Аббревиатуры IoT и IIoT (Internet of Things and Industrial Internet of Things) обозначают все те технологии, которые позволяют преобразовать любой объект, будь то датчик, исполнительный механизм, транспортное средство или устройство, в устройство, подключенное к Интернету, которое способно отправлять данные в облако с помощью легких и быстрых протоколов, таких как MQTT (Message Queue Telemetry Transport).

Растущая тенденция к использованию облачных приложений подтолкнула технологии SCADA к развитию в сторону интеграции с Интернетом вещей. Фактически, SCADA-системы могут увеличить потенциал промышленного интернета вещей. Интегрируя две технологии, можно получить гораздо более быстрый, детальный и еще более безопасный сбор и проверку данных компании.

Эти системы, благодаря своей архитектуре, особенно подходят для управления:

• дистанционное обслуживание, дистанционная диагностика и дистанционное управление
• мониторинг и контроль условий труда машин
• мониторинг потребления энергии и воды и сокращение выбросов
• контроль качества на уровне производственной системы и связанных с ней процессов.

Эти системы включают в себя ключевые технологии (Key Enabling Technologies - KET's) Индустрии 4.0 (SCADA, IoT, облако, большие данные, кибербезопасность).

Больше информации

Примеры приложений SCADA

Разработка приложений SCADA начинается в рамках промышленной автоматизации, как ответ на запрос о централизации всей информации, связанной с промышленным процессом, в единой диспетчерской, с особым вниманием к аспектам, касающимся хорошей работы промышленного предприятия (техническое обслуживание и управление сигнализацией).

Приложения SCADA используются практически во всех секторах промышленной автоматизации, от пластика до дерева, от керамики до продуктов питания, от текстиля до упаковки, обеспечивая серию автоматических опор, направленных на оптимизацию производственного процесса (контроль качества, соответствие, возвраты, производственные отчеты).

За короткое время приложения SCADA выходят за рамки промышленной автоматизации и используются для дистанционного управления сетями общего пользования (электрическими сетями, водопроводными сетями, железнодорожными сетями и т.д.), для автоматизации зданий и, наконец, для домашней автоматизации.

Ниже приведен ряд примеров применения SCADA; В каждом примере есть ссылка на дополнительную информацию:

• Надзор за сетями низкого и среднего напряжения: возможность выбора наиболее подходящего контракта между различными поставщиками энергии делают все более удобной систему контроля, способную обеспечить непрерывный мониторинг энергопотребления и энергозатрат сетей низкого и среднего напряжения.
• Контроль качества при термообработке металла: обеспечивает контроль качества термообработки в цеховом подразделении, оснащенном разнородными печами (многокамерные печи, шахтные печи, печи закалки и закалки), замене традиционных бумажных регистраторов и создании производственных отчетов.
• Система тестирования дровяных печей: позволяет проводить сравнительные испытания дровяных печей, работающих в различных условиях окружающей среды; температуры отображаются в виде термографических карт, чтобы обеспечить быстрое и эффективное представление о тепловой ситуации.
• Диспетчерское управление прядильной фабрикой: позволяет производить полипропиленовые нити таким образом, чтобы гарантировать, что все характеристики продукта (кручение, название, прочность, стабилизация, цвет, ...) идеально соответствуют техническим характеристикам, запрошенным заказчиком, и могут быть воспроизведены даже через месяцы.
• Мониторинг медицинских изделий с контролируемой температурой: он установлен во многих больницах и научно-исследовательских учреждениях с целью обеспечения непрерывного мониторинга местного и дистанционного оборудования, используемого для сохранения органических тканей; система формирует периодические отчеты для сертификации качества в соответствии с действующим законодательством.
• Система контроля уровня пылевого загрязнения: обеспечивает непрерывный мониторинг уровня пылевого загрязнения, обнаруженного с помощью трибоэлектрических датчиков, что позволяет вмешиваться в работу установки до достижения предельных значений концентрации.
• Диспетчерское управление заводом по производству пленки: система применяется на заводе по производству пленок с газовым барьером, сочетающим в себе технологии «литой пленки» и «экструзионного покрытия»; она позволяет контролировать из одной точки работу всех частей многоступенчатой линии, которая включает в себя различные машины и управляющее оборудование.
• Система контроля качества в пищевой промышленности: процессы производства и хранения в пищевой промышленности подчиняются специфическим законам, связанным с контролем качества; система дает возможность соответствовать требуемым критериям контроля качества, ограничивая как инвестиционные затраты, так и производственные потери при монтаже.
• Надзорный контроль завода по производству мороженого: в целях соблюдения действующих правил и защиты безопасности потребителей система гарантирует качество процесса пастеризации, обеспечивает систематический контроль за рабочим состоянием смесей, содержащихся в репинирующих резервуарах, обеспечивает эффективность очистки и стерилизации.
• Диспетчерский контроль печей для обжига кирпича и керамики: обеспечивает повторяемость и качество продукции путем управления рецептурами производства и формирования отчетов о партиях; система отображает текущие и теоретические температурные кривые в непрерывных печах и позволяет устанавливать температурную кривую и кривую разрежения воздуха в прерывистых печах.
• Диспетчерское управление автоматической установкой для термообработки: партии материалов увязываются с рецептурами их обработки и размещаются на парковочных площадках; затем они направлены на цементацию, отпуск и термическую обработку упрочнения; оптимизирующая система периодического применения обеспечивает наилучшую последовательность рационального и экономичного использования всех элементов термообработки.
• Надзор за заводами по производству вина: обеспечивает контроль качества всех этапов процесса производства вина, от выжимания винограда до розлива вина: контроль температуры брожения, вакуумной концентрации, десульфуризации, производства MCR, зубной стабилизации, обогащения сусла осмосом и т.д.

Больше информации