Apa itu Sistem SCADA: Senibina & Berfungsinya

Sebilangan besar proses berlaku di kawasan industri besar. Setiap proses, anda perlu memantau sangat rumit kerana setiap mesin memberikan output yang berbeza. Sistem SCADA digunakan untuk mengumpulkan data dari sensor dan instrumen yang terletak di kawasan terpencil. Komputer kemudian memproses data ini dan memberikannya dengan segera. Sistem SCADA mengumpulkan maklumat (seperti kebocoran saluran paip berlaku) dan memindahkan maklumat kembali ke sistem sambil memberi amaran bahawa kebocoran telah berlaku dan memaparkan maklumat secara logik dan teratur. Sistem SCADA digunakan untuk menjalankan sistem operasi DOS dan UNIX. Keseluruhan proses ini dikenali sebagai automasi . Artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan sistem SCADA.

Apa itu Sistem SCADA?

SCADA bermaksud kawalan penyeliaan dan pemerolehan data. Ini adalah sejenis program aplikasi perisian untuk kawalan proses. SCADA adalah sistem kawalan pusat yang terdiri daripada pengawal antara muka rangkaian, input / output, peralatan komunikasi, dan perisian. Sistem SCADA digunakan untuk memantau dan mengendalikan peralatan dalam proses industri yang meliputi pembuatan, produksi, pengembangan, dan fabrikasi. Proses infrastruktur meliputi pengedaran gas dan minyak, tenaga elektrik, pengedaran air. Kemudahan awam merangkumi sistem lalu lintas bas, lapangan terbang. Sistem SCADA mengambil pembacaan meter dan memeriksa status sensor secara berkala sehingga memerlukan gangguan minimum manusia.

Rangkaian SCADA am

Sejarah SCADA

Sebelumnya, pengendalian kilang industri dan pembuatan lantai dapat dilakukan secara manual dengan bantuan peralatan analog dan butang tekan. Oleh kerana saiz industri semakin meningkat, maka mereka menggunakan timer dan relay untuk memberikan kawalan pengawasan ke tahap tetap untuk automasi minimum. Oleh itu, sistem automatik dengan sistem yang lebih cekap diperlukan untuk semua industri.

Kita tahu bahawa, untuk tujuan kawalan industri, komputer dilaksanakan pada tahun 1950. Selepas itu, konsep telemetri dilaksanakan untuk penghantaran data dan juga maya komunikasi . Pada tahun 1970, sistem SCADA dikembangkan bersama dengan mikropemproses dan juga PLC.

Oleh itu, konsep ini dibantu sepenuhnya semasa mengembangkan automasi yang dikendalikan dalam industri dari jarak jauh. Sistem SCADA yang diedarkan dilaksanakan pada tahun 2000. Setelah itu, sistem SCADA baru dikembangkan untuk memantau & mengendalikan data masa nyata di mana sahaja di dunia.

Senibina Sistem SCADA

Secara amnya, sistem SCADA adalah sistem terpusat yang memantau dan mengawal seluruh kawasan. Ini adalah pakej perisian tulen yang diletakkan di atas perkakasan. Sistem penyeliaan mengumpulkan data mengenai proses dan menghantar kawalan perintah ke proses tersebut. SCADA adalah unit terminal jauh yang juga dikenali sebagai RTU.

Sebilangan besar tindakan kawalan dilakukan secara automatik oleh RTU atau PLC. RTU terdiri daripada penukar logik yang dapat diprogramkan yang dapat ditetapkan untuk keperluan tertentu. Sebagai contoh, di loji tenaga termal, aliran air dapat diatur ke nilai tertentu atau dapat diubah sesuai dengan keperluan.

Sistem SCADA membolehkan pengendali mengubah titik ditetapkan untuk aliran, dan mengaktifkan keadaan penggera sekiranya kehilangan aliran dan suhu tinggi, dan keadaan tersebut dipaparkan dan direkodkan. Sistem SCADA memantau prestasi keseluruhan gelung. Sistem SCADA adalah sistem terpusat untuk berkomunikasi dengan teknologi berwayar dan tanpa wayar ke peranti Clint. Kawalan sistem SCADA dapat menjalankan semua jenis proses industri sepenuhnya.

Sebagai contoh, jika tekanan yang terlalu banyak terbentuk di saluran paip gas, sistem SCADA dapat membuka injap pelepas secara automatik.

Senibina Perkakasan

Sistem SCADA secara amnya dapat dikelaskan kepada dua bahagian:

• Lapisan pelanggan
• Lapisan pelayan data

Lapisan Clint memenuhi interaksi manusia-mesin.

Lapisan pelayan data menangani sebahagian besar proses aktiviti data.

Stesen SCADA merujuk kepada pelayan dan ia terdiri daripada satu PC. Pelayan data berkomunikasi dengan peranti di lapangan melalui pengawal proses seperti PLC atau RTU. PLC disambungkan ke pelayan data secara langsung atau melalui rangkaian atau bas. Sistem SCADA menggunakan rangkaian WAN dan LAN, WAN dan LAN terdiri daripada protokol internet yang digunakan untuk komunikasi antara stesen induk dan peranti.

Peralatan fizikal seperti sensor yang disambungkan ke PLC atau RTU. RTU menukar isyarat sensor ke data digital dan menghantar data digital ke induk. Menurut maklum balas induk yang diterima oleh RTU, ia menggunakan isyarat elektrik pada relay. Sebilangan besar operasi pemantauan dan kawalan dilakukan oleh RTU atau PLC seperti yang dapat kita lihat dalam gambar.

Senibina Perkakasan Sistem SCADA

Senibina Perisian

Sebilangan besar pelayan digunakan untuk pangkalan data multitasking dan masa nyata. Pelayan bertanggungjawab untuk pengumpulan dan pengendalian data. Sistem SCADA terdiri dari program perangkat lunak untuk menyediakan tren, data diagnostik, dan mengelola informasi seperti prosedur penyelenggaraan berjadual, maklumat logistik, skema terperinci untuk sensor atau mesin tertentu, dan panduan penyelesaian masalah sistem pakar. Ini bermaksud pengendali dapat melihat gambaran skematik kilang yang sedang dikendalikan.

Senibina Perisian SCADA

Contohnya ialah pemeriksaan penggera, pengiraan, pembalakan, dan pengarkiban pengawal pemilihan pada satu set parameter, yang biasanya disambungkan ke pelayan.

Sistem SCADA Berfungsi

Sistem SCADA melakukan fungsi berikut

• Pemerolehan Data
• Komunikasi Data
• Penyampaian Maklumat / Data
• Pemantauan / Kawalan

Fungsi ini dilakukan oleh sensor, RTU, pengawal, rangkaian komunikasi. Sensor digunakan untuk mengumpulkan maklumat penting dan RTU digunakan untuk menghantar maklumat ini kepada pengawal dan memaparkan status sistem. Mengikut status sistem, pengguna dapat memberikan perintah kepada komponen sistem lain. Operasi ini dilakukan oleh rangkaian komunikasi.

Pemerolehan Data

Sistem masa nyata terdiri daripada ribuan komponen dan sensor. Adalah sangat penting untuk mengetahui status komponen dan sensor tertentu. Sebagai contoh, beberapa sensor mengukur aliran air dari takungan ke tangki air dan beberapa sensor mengukur tekanan nilai ketika air dilepaskan dari takungan.

Komunikasi Data

Sistem SCADA menggunakan rangkaian berwayar untuk berkomunikasi antara pengguna dan peranti. Aplikasi masa nyata menggunakan banyak sensor dan komponen yang harus dikendalikan dari jarak jauh. Sistem SCADA menggunakan komunikasi internet. Semua maklumat dihantar melalui internet menggunakan protokol tertentu. Sensor dan relay tidak dapat berkomunikasi dengan protokol rangkaian sehingga RTU digunakan untuk berkomunikasi sensor dan antara muka rangkaian.

Penyampaian Maklumat / Data

Rangkaian litar normal mempunyai beberapa petunjuk yang dapat dilihat oleh kawalan tetapi dalam sistem SCADA masa nyata, terdapat ribuan sensor dan penggera yang mustahil dikendalikan secara serentak. Sistem SCADA menggunakan antara muka manusia-mesin (HMI) untuk memberikan semua maklumat yang dikumpulkan dari pelbagai sensor .

Pemantauan / Kawalan

Sistem SCADA menggunakan suis berbeza untuk mengendalikan setiap peranti dan memaparkan status kawasan kawalan. Sebarang bahagian proses boleh dihidupkan / dimatikan dari stesen kawalan menggunakan suis ini. Sistem SCADA dilaksanakan untuk berfungsi secara automatik tanpa campur tangan manusia tetapi dalam situasi kritikal, ia dikendalikan oleh tenaga kerja.

Komponen SCADA

Komponen sistem SCADA merangkumi yang berikut.

Sistem Penyeliaan

Sistem penyeliaan berfungsi seperti pelayan komunikasi di antara perisian antara muka manusia-mesin di ruang kawalan stesen kerja dan juga radasnya seperti RTU, Sensor, PLC, dll. Sistem SCADA yang lebih kecil hanya merangkumi satu komputer peribadi untuk berfungsi seperti master sistem sebaliknya diselia sedangkan, sistem SCADA yang besar merangkumi banyak pelayan, laman untuk pemulihan tragedi dan juga aplikasi perisian yang diedarkan. Pelayan disambungkan seperti pembentukan hot-standby sebaliknya tidak berlebihan untuk memantau kegagalan pelayan secara berterusan.

RTU (Unit Terminal Jauh)

RTU atau unit terminal jauh adalah peranti elektronik dan juga dikenali sebagai unit telemetri jauh. Sistem ini merangkumi objek fizikal yang dihubungkan melalui RTU.

Pengendalian peranti ini dapat dilakukan melalui mikropemproses. Di sini, mikroprosesor digunakan untuk mengendalikan RTU yang digunakan untuk mengirimkan data yang direkam ke sistem penyeliaan. Data dapat diterima dari sistem induk untuk mengawal objek yang disambungkan.

PLC (Pengawal Logik yang Boleh Diprogramkan)

Istilah PLC bermaksud pengawal logik yang dapat diprogramkan yang digunakan dalam sistem SCADA dengan bantuan sensor. Pengawal ini disambungkan ke sensor untuk menukar isyarat output sensor menjadi data digital. Berbanding dengan RTU, ini digunakan kerana fleksibiliti, konfigurasi, fleksibiliti & kemampuan mereka.

Infrastruktur Komunikasi

Dalam sistem SCADA, campuran radio & sambungan kabel langsung digunakan. Tetapi, SONET atau SDH juga dapat digunakan untuk sistem unggul seperti stesen janakuasa & kereta api. Beberapa protokol yang diakui 7 standard digunakan antara protokol SCADA yang ringkas untuk menyampaikan maklumat sebaik sahaja RTU ditinjau melalui stesen pengawasan.

Pengaturcaraan SCADA

Di stesen induk HMI sebaliknya, pengaturcaraan SCADA digunakan terutamanya untuk membuat peta, diagram untuk memberikan maklumat yang sangat penting sepanjang perkembangan sebaliknya jika kegagalan peristiwa berlaku. Sebilangan besar sistem SCADA komersial menggunakan antara muka yang konsisten dalam bahasa pengaturcaraan C, sebaliknya bahasa pengaturcaraan yang diturunkan juga dapat digunakan.

Antaramuka Mesin Manusia

Sistem SCADA menggunakan antara muka manusia-mesin. Maklumat tersebut dipaparkan dan dipantau untuk diproses oleh manusia. HMI menyediakan akses ke beberapa unit kawalan yang boleh menjadi PLC dan RTU. HMI menyediakan persembahan grafik sistem.

Sebagai contoh, ia memberikan gambaran grafik mengenai pam yang disambungkan ke tangki. Pengguna dapat melihat aliran air dan tekanan air. Bahagian penting dari HMI adalah sistem penggera yang diaktifkan mengikut nilai yang telah ditentukan.

Antaramuka Mesin Manusia

Sebagai contoh , penggera tahap air tangki ditetapkan nilai 60% dan 70%. Sekiranya paras air mencapai melebihi 60%, penggera memberikan amaran biasa dan jika paras air melebihi 70%, penggera memberi amaran kritikal.

Jenis-jenis Sistem SCADA

Sistem SCADA dikelaskan kepada empat jenis yang merangkumi yang berikut.

• Sistem SCADA Monolitik
• Sistem SCADA yang diedarkan
• Sistem SCADA Berangkaian
• Sistem IoADA SCADA

Sistem SCADA Monolitik

Sistem SCADA monolitik disebut sebagai sistem generasi awal atau pertama. Dalam jenis sistem ini, komputer mini digunakan. Pembangunan sistem ini dapat dilakukan apabila perkhidmatan rangkaian umum tidak tersedia. Perancangan sistem ini dapat dilakukan seperti sistem bebas tanpa kaitan dengan sistem lain.

Data dapat dikumpulkan dari semua RTU menggunakan kerangka utama sandaran. Fungsi utama sistem generasi pertama ini terhad kepada proses menandakan kes-kes krisis & untuk memantau sensor.

Sistem SCADA yang diedarkan

Sistem SCADA yang diedarkan disebut sistem generasi kedua. Pembahagian fungsi kawalan dapat dilakukan di banyak sistem dengan menghubungkan dengan rangkaian kawasan setempat. Operasi kawalan dapat dilakukan dengan berkongsi data masa nyata & pemprosesan perintah.

Dalam jenis sistem ini, ukuran dan kos setiap stesen dikurangkan namun tidak ada protokol rangkaian yang konsisten. Oleh kerana protokol tersebut adalah hak milik, semakin sedikit orang yang memahami keselamatan sistem SCADA semasa pemasangan & faktor ini tidak diendahkan.

Sistem SCADA Berangkaian

Sistem SCADA yang dirangkai juga dikenali sebagai sistem generasi ketiga. Rangkaian dan komunikasi sistem SCADA yang ada sekarang dapat dilakukan dengan menggunakan sistem WAN melalui talian data atau telefon. Penghantaran data di antara dua nod boleh dilakukan dengan bantuan sambungan Ethernet atau Fiber-optik.

Jenis sistem SCADA ini menggunakan PLC untuk menyesuaikan dan memantau operasi penandaan hanya apabila ada keperluan untuk pilihan utama.

Sistem IoADA SCADA

Sistem IoT SCADA adalah sistem generasi keempat. Dalam sistem ini, biaya infrastruktur sistem dikurangkan dengan menerapkan IoT hingga pengkomputeran awan . Menyelenggara dan mengintegrasikan sistem ini mudah dibandingkan dengan yang lain.

Dalam masa nyata, keadaan sistem ini dapat dilaporkan melalui pengkomputeran awan. Oleh itu, pelaksanaan algoritma seperti kawalan rumit dapat dilakukan yang sering digunakan pada PLC biasa.

Keselamatan SCADA

Pada masa ini, rangkaian SCADA digunakan secara meluas dalam industri semasa untuk memeriksa & memeriksa data masa nyata, proses industri dapat dikendalikan, berkomunikasi dengan peranti. Jadi sistem SCADA sangat penting untuk organisasi industri kerana sistem ini merangkumi perkakasan & perisian. Jadi, keselamatan SCADA juga penting dalam industri.

Istilah keselamatan SCADA digunakan untuk melindungi rangkaian SCADA yang dibuat dengan perkakasan komputer. Rangkaian SCADA yang digunakan oleh beberapa sistem adalah elektrik , gas asli, dan lain-lain. Organisasi swasta dan kerajaan telah mengambil langkah-langkah rangkaian ini kerana peranan yang sangat penting untuk memastikan keselamatan sistem SCADA.

Contoh Keselamatan SCADA

Ancaman yang berlaku dalam sistem SCADA termasuk yang berikut.

• Penggodam
• Pengganas
• Perisian hasad
• Ralat Di Dalam

Kelemahan keselamatan SCADA berlaku terutamanya kerana sebab-sebab berikut.

• Latihan yang lemah
• Celah Pembangunan Aplikasi
• Masalah semasa Pemantauan
• Kurang Penyelenggaraan

Sistem SCADA dapat dilindungi dengan memetakan semua sistem yang ada, memantau, dan mengesan lembaga tersebut, dan membuat proses untuk keamanan jaringan.

Perbezaan antara PLC dan SCADA

Perbezaan antara PLC dan SCADA merangkumi yang berikut.

SCDA untuk Loji Perindustrian Jauh

Di kawasan industri besar, banyak proses berlaku secara serentak dan masing-masing perlu dipantau, yang merupakan tugas yang kompleks. Sistem SCADA digunakan untuk memantau dan mengendalikan peralatan dalam proses industri yang meliputi pengedaran air, pengedaran minyak, dan pengedaran tenaga. Tujuan utama projek ini adalah untuk memproses data masa nyata dan mengawal persekitaran industri terpencil berskala besar. Dalam senario masa nyata, sistem pembalakan suhu untuk operasi kilang terpencil diambil.

Blok Diagram Loji Industri Kawalan Suhu

Sensor suhu disambungkan ke mikrokontroler, yang disambungkan ke PC di hujung depan, dan perisian dimuat di komputer. Data dikumpulkan dari sensor suhu. Sensor suhu secara berterusan menghantar isyarat ke pengawal mikro yang dengan sewajarnya memaparkan nilai-nilai ini pada panel depannya.

Seseorang dapat menetapkan parameter seperti had rendah dan had tinggi pada skrin komputer. Apabila suhu sensor berada di atas set-set, mikrokontroler akan menghantar perintah ke geganti yang sesuai. Pemanas yang disambungkan melalui kenalan geganti dimatikan dan AKTIF.

Ini adalah sistem pembalakan suhu. Di sini 8 sensor suhu dalam mod multiplexing disambungkan ke mikrokontroler melalui ADC 0808. Kemudian nilai semua sensor dihantar secara bersiri oleh mikrokontroler melalui Max 32 ke port komputer. Perisian 'Sistem DAQ' yang dimuat pada PC mengambil nilai-nilai ini dan menunjukkannya di panel depannya, dan juga memasukkannya ke pangkalan data 'daq.mdb'.

Seseorang boleh menetapkan dengan cara interaktif beberapa parameter seperti titik atur, had rendah, dan had tinggi pada skrin komputer. Apabila suhu beberapa sensor meningkat melampaui setpoint, mikrokontroler mengirimkan arahan ke relai IC pemacu. Pemanas yang disambungkan melalui kenalan geganti (khusus untuk sensor itu) dimatikan (atau AKTIF dalam kes berlawanan). Had tinggi dan had rendah adalah untuk penggera. Apabila suhu melebihi had tinggi atau di bawah had rendah, penggera akan dihidupkan.

SCADA untuk Loji Perindustrian Jauh

Kelebihan

Kelebihan sistem SCADA merangkumi yang berikut.

• Kualiti perkhidmatan dapat ditingkatkan
• Kebolehpercayaan dapat ditingkatkan
• Kos penyelenggaraan lebih rendah
• Operasi dapat dikurangkan
• Parameter sistem yang besar dapat dipantau
• Tenaga manusia dapat dikurangkan
• Masa pembaikan dapat dikurangkan
• Pengesanan kesalahan & penyetempatan kesalahan
• Ia menyimpan sejumlah besar data
• Sesuai dengan keperluan pengguna, ia memaparkan data dalam berbagai format.
• Ribuan sensor dapat dihubungkan dengan SCADA untuk mengawal dan memantau
• Simulasi data sebenar boleh didapati oleh pengendali
• Memberi tindak balas yang pantas
• Ia fleksibel dan berskala sambil menambah sumber tambahan.
• Sistem SCADA memberikan maklumat mekanikal dan grafik di atas kapal
• Sistem SCADA mudah dikembangkan. Kami dapat menambahkan satu set unit kawalan dan sensor mengikut keperluan.
• Sistem SCADA dapat beroperasi dalam keadaan kritikal.

Kekurangan

Kelemahan sistem SCADA merangkumi yang berikut.

• Ia kompleks dari segi modul & unit perkakasan yang bergantung.
• Ia memerlukan penganalisis, pengaturcara & pengendali mahir untuk mengekalkannya
• Kos pemasangan yang tinggi
• Kadar pengangguran dapat ditingkatkan
• Sistem ini menyokong peranti perkakasan dan perisian terhad

Permohonan

Aplikasi sistem SCADA merangkumi yang berikut.

• Penjanaan dan Pembahagian Kuasa
• Pengangkutan awam
• Sistem Air dan Kumbahan
• Pembuatan
• Industri & Bangunan
• Rangkaian Komunikasi
• Industri Minyak & Gas
• Penjanaan, penghantaran, dan pengedaran tenaga
• Sistem pengagihan dan takungan air
• Bangunan awam seperti sistem pemanasan dan penyejukan elektrik.
• Penjana dan turbin
• Sistem kawalan lampu isyarat

Oleh itu, ini semua berkaitan gambaran keseluruhan sistem SCADA (Kawalan penyeliaan dan Perolehan Data). Sistem ini dikendalikan oleh komputer, digunakan untuk mengawal dan juga memantau proses yang berbeza pada tanaman. Sistem ini menggunakan GUI (antara muka pengguna grafik), komunikasi data & pengurusan lanjutan untuk sistem pemantauan. Inilah soalan untuk anda, apa itu PLC?

Kredit Foto:

• Jaringan SCADA am oleh mycpanel