Как работают SCADA-системы: мониторинг и контроль промышленных процессов

SCADA может быть одним из самых используемых акронимов в индустрии контроля, относящимся к системам Супервизорного Контроля и Сбора Данных (Supervisory Control and Data Acquisition). Программное приложение широко используется в процессном контроле, состоящем из центральной системы управления вместе с сетевыми интерфейсами контроллеров, вводом/выводом и коммуникационным оборудованием.

Первичная цель SCADA-систем — мониторинг и контроль оборудования в промышленных процессах, которые включают производство, разработку, мануфактуринг и фабрикацию. Более того, эти системы также используются в инфраструктурных процессах, таких как Нефть и Газ, Распределение Энергии и Водоконтроль.  

Архитектура

SCADA-система обычно строится на централизованных топологиях, мониторя и контролируя всю географическую область. Это программный пакет, который сидит поверх слоя железа, собирая данные о процессе и отправляя их дальше. Контрольные действия предпринимаются через Удаленные Терминальные Блоки (RTU), обычно PLC и ассоциированные контроллеры. Например, в тепловой электростанции температура чувствуется через массив датчиков, в то время как соответствующее контрольное действие (клапан) предпринимается через аналоговые выходы PLC.

SCADA-системы позволяют операторам менять заданные точки, модифицировать условия аварий и настраивать необходимые логи для последующего анализа. Системы обычно коммуницируют через меш беспроводных и проводных технологий и могут работать на проприетарных протоколах.  

Железо

Обычно SCADA-системы можно разбить на два:

• Клиентский слой
• Слой данных

Клиентский слой занимается человеко-машинным взаимодействием, тогда как слой данных обрабатывает активности обработки данных. Слой данных коммуницирует с полевыми устройствами, такими как RTU, датчики и т.д. через WAN или LAN сети. RTU конвертируют сигналы датчиков в цифровой формат перед отправкой мастеру, после чего генерируются соответствующие контрольные сигналы для реле.

ПО

Серверы, используемые в SCADA-системе, в основном для мультитаскинга и функций базы данных реального времени. Они отвечают за сбор и передачу данных, предоставление трендов и диагностической информации об операции. В зависимости от их функций, могут быть опции для настройки схем предиктивного обслуживания, логистической информации и так далее. Возможности программной стороны зависят от вендора или команды разработки.

Рабочая процедура SCADA-системы

Первичные функции SCADA-систем можно разбить следующим образом. Эти функции выполняются через комбинацию датчиков, RTU, контроллеров и коммуникационных сетей.

 

• Сбор данных:

Реальные системы состоят из тысяч узлов, делая их управление сложной задачей. Жизненно важно иметь точную информацию о статусе конкретных датчиков. Точность систем контроля зависит от качества сбора данных.

 

• Передача данных

SCADA-системы могут использовать проводные или беспроводные коммуникационные технологии между устройствами и пользователями. Системы реального времени имеют датчики и устройства, разбросанные по широкой географической области, делая беспроводные сети нормой. Более того, для SCADA-систем, управляющих множеством удаленных зон, интернет-коммуникации также могут использоваться. Обычно SCADA-системы имеют специфические протоколы и коммуникация происходит через VPN для предотвращения вторжений.

 

• Презентация информации/данных

HMI или Человеко-Машинный Интерфейс используется SCADA для предоставления пользователю информации, собранной из различных сетевых устройств. Информация отображается способом, понятным и действительным, так как могут быть моменты, когда требуется быстрые действия пользователя. Интерфейс обычно использует графические изображения реальных объектов, таких как насос или бак, чтобы сделать процессы понятными.

 

• Мониторинг/контроль

SCADA-системы используют разные переключатели для операции множественных устройств и отображения их статуса в зоне контроля. Процессы могут быть включены/выключены или модифицированы на основе аналогового значения через эти переключатели. Большинство процессов автоматизированы против пользовательских заданных точек, в то время как другие критические задачи могут требовать дополнительных человеческих вмешательств.

Одним из крупнейших преимуществ SCADA-систем является их масштабируемость. Расширение SCADA-систем просто и не требует экстраординарных усилий. Более того, эти системы развивались десятилетиями и поэтому достигли уровня зрелости, делая их пригодными для миссионно-критических приложений.