Съвременни SCADA системи

SCADA системите представляват съвкупност от програмни и апаратни средства, които дават възможност за локално или отдалечено управление параметрите на автоматизирани технологични процеси в редица промишлени отрасли.

Основна функция на тези решения е програмното осигуряване на системите за автоматизация в процесните индустрии. Съвременните SCADA платформи позволяват още комплексен мониторинг, събиране и обработка на данни в реално време, както и запис на събития под формата на логове.

SCADA системите могат директно да комуникират и взаимодействат с различни полеви устройства като сензори, клапани, помпи, мотори, задвижвания и т. н., посредством интерфейс човек-машина (HMI). Модерните решения за надзорен контрол и събиране на данни са се превърнали в интегрална част от дейността на промишлените предприятия.

Те ги подпомагат в прехода към подобрена оперативна ефективност, по-интелигентно управление на процесните съоръжения и усъвършенствана комуникация между полевото оборудване и контролните системи в ерата на Industry 4.0 и IoT технологиите.

Структура, функции и приложения
Базовата йерархична структура на SCADA системите включва четири отделни нива със ясно разпределени функции: полево оборудване; програмируеми логически контролери (PLC) и/ли отдалечени терминални възли (Remote Terminal Units – RTUs); комуникационна мрежа и SCADA софтуер. PLC и RTU са микрокомпютри, които комуникират с множество обекти, например процесно оборудване, HMI, сензори и крайни устройства, а след това насочват информацията за тях към настолни компютри или персонални мобилни устройства, на които е инсталиран и работи SCADA софтуерът.

Той обработва, разпределя и визуализира необходимите данни, помагайки на операторите на процесните съоръжения и полевото оборудване, както и на управленския персонал, да вземат информирани решения.

Основната функция на SCADA системите е получаването на данни от отдалечени устройства (вентили, помпи, предаватели и т. н.) и осигуряване на възможности за цялостен контрол на системата от разстояние посредством софтуерна SCADA платформа. Тя обезпечава и локален контрол на процесите, така че полевите устройства да се включват и изключват в подходящото време, допълвайки стратегията за отдалечено управление, събиране на данни и регистриране на различни събития.

Съвременните софтуерни SCADA платформи разполагат с графични интерфейси, опции за задаване на аларми и изпращане на известия до потребителите, комплексни инструменти за съхраняване, обработка и анализ на данни в реално време, включително идентифициране на тенденции в исторически план и т. н.

SCADA системите са приложими в много различни отрасли и типове организации поради разнообразието от решения, предлагани на пазара – от малки като мащаб и опростени конфигурации до гигантски сложни инсталации, управляващи устройства и съоръжения, разположени на стотици или дори хиляди квадратни километри.

На SCADA платформи е базирано управлението на технологични процеси в голяма част от предприятията в сферата на електроснабдяването и енергетиката, газо- и нефтодобива, ВиК сектора, хранително-вкусовата и химическата промишленост, транспорта, телекомуникациите, рециклиращата индустрия и др.

Еволюция на технологиите в областта
Първата вълна SCADA платформи стартира във времената на големите (mainframe) компютри, когато мрежовите архитектури все още не съществуват, а системите за надзорен контрол и събиране на данни функционират самостоятелно (днес това поколение системи се нарича “монолитно”). През 80-те и 90-те години на XX в. технологията продължава да се развива благодарение на все по-компактните компютърни системи, пионерските LAN мрежи и PC-базирания HMI софтуер.

Скоро SCADA платформите получават възможност да се свързват с други подобни системи. Много от LAN протоколите, използвани в такива системи, са със затворен код, което дава на големите производители сравнително монополен контрол върху оптимизацията на технологиите за трансфер на данни. Този факт обаче възпрепятства SCADA системите от един производител да комуникират с продукти, произведени от други компании. Това поколение решения е известно като разпределени SCADA системи.

През 90-те години и първото десетилетие на новия век, на базата на разпределения системен модел, SCADA системите правят сериозен завой в развитието си, възприемайки отворена системна архитектура и универсални комуникационни протоколи. Това поколение платформи, известни като мрежово свързани SCADA системи, се възползва от предимствата на комуникационни технологии като Ethernet и позволява на индустриалните предприятия да включват много повече полеви устройства в мрежовата инфраструктура.

И докато SCADA системите изживяват бурно технологично развитие, много промишлени предприятия продължават да изпитват проблеми, свързани с достъпа до индустриални данни на ниво предприятие. В края на 90-те години на миналия век и началото на новия, технологичният бум ускори развитието на персоналните компютри и IT системите.

Наред с това SQL (Structured query language) базите данни се превърнаха в стандарт в IT архитектурата, но не бяха възприети от разработчиците на SCADA решения. Това доведе до своеобразен разрив между контролните технологии, IT системите и SCADA платформите, който предопредели съдбата на SCADA решенията – да останат на едно и също технологично ниво в продължение на години.

Традиционните SCADA системи все още използват фирмени технологии със затворен код за събиране, обработка и архивиране на данни. Дали това е т. нар. data historian технология, конектор за данни или други средства за трансфер на информация, платформите от конвенционален тип продължават да се предлагат на сравнително висока цена и да са доста сложни за имплементиране. Съвременните SCADA системи правят опит да преодолеят тези предизвикателства с помощта на най-доброто от модерните контролни и IT технологии.

Особености на съвремен-ните SCADA платформи
Съвременните SCADA системи правят възможен достъпът до данни за работата на процесните съоръжения в реално време от всяка точка на света. Тези модерни платформи разполагат с възможности за бърз развой на приложения, което позволява на потребителите лесно да проектират и разработват различни приложни програми, дори без задълбочени познания в сферата на софтуерния дизайн.

Въвеждането на съвременни IT стандарти, практики и технологии, като SQL и уеб-базирани приложения, в SCADA софтуера оптимизира ефективността, сигурността, производителността и надеждността на SCADA системите. Софтуерните платформи, които разполагат със SQL бази данни, осигуряват редица предимства на потребителите в сравнение с морално остарелите конвенционални SCADA системи, включително лесната интеграция в съществуващи MES (manufacturing execution system) и ERP (enterprise resource planning) системи за изпълнение на производството и ресурсно планиране, позволяващ и унифициран поток данни из цялото предприятие.

Информацията от SCADA системата в исторически план също може да бъде съхранявана в SQL бази данни, което прави по-лесен анализът на данни посредством идентифициране на тенденции.

Всеки от гореописаните етапи в развитието на SCADA се характеризира с инкорпорирането на най-съвременните технологии към момента. Първата е опосредствана от появата на микрокомпютрите, втората – от разпределените контролни технологии, третата – от експоненциалното развитие на Глобалната мрежа и интернет приложенията.

Четвъртата фаза, случваща се днес, се отличава с влиянието на концепциите за Internet of Things (IoT), индустриален Internet of Things (IIoT), Industry 4.0 и интелигентна индустрия. Това са основни технологични тенденции, отбелязващи развитието на четвъртата индустриална революция и преходът през дигитализиране на производствените платформи към кибер-физични системи.

И ако третата индустриална революция поставя фокус върху автоматизацията, а CNC, SCADA, ERP и MES системите са сред водещите технологични иновации за този етап, то ключови за Industry 4.0 са иновативните производствени концепции, базирани на свързани, интегрирани, модулни, облачни и интелигентни технологии. Именно облачните изчисления са в основата на дълго отлаганата модерна технологична еволюция и при SCADA системите.

Хибридни SCADA/MES системи
Възникването на комбинирани и хибридни SCADA/MES за автоматизация на ниво предприятие е сред най-значимите стъпки напред в съвременното развитие на процесните производства, улесняващи управлението на данни. А данните в модерната високотехнологична индустрия са с все по-големи обеми, което налага разработването на усъвършенствани SCADA решения.

SCADA/MES хибридните системи ще продължат да играят важна роля в оперативното управление в реално време на интелигентни фабрики и процесни производства на бъдещето чрез събиране, съхранение и управление на данните, опосредствано от последните достижения в ИТ технологиите и автоматизацията, убедени са експертите. Традиционните облачни архитектури постепенно ще еволюират благодарение на т. нар. Edge computing – метод за оптимизиране на изчислителни системи в облак чрез обработка на данни в края на мрежата, в близост до източника на данните.

Това ще доведе до редуциране на количеството данни, които се съхраняват в облачните сървъри и намаляване латентността на мрежата, което в крайна сметка ще подобри и времето за реагиране на системите в критични приложения, очакват пазарните анализатори. Възприемането на Edge computing стратегията ще позволи по-масовото използване и на иновативни комуникационни стандарти като LTE и LoRA, които правят възможен мигновеният достъп до данни от всяка точка на света.

Друг стратегически двигател на еволюцията при съвременните SCADA системи е нарастващата нужда от колаборация между информационните и оперативни технологии. Със сливането и интегрирането на SCADA и MES платформите в хибридни решения, на преден план излиза необходимостта от дефиниране и строго разпределяне на отговорностите между процесните и информационните технологии. Хибридизацията ще конституира и ново, споделено разбиране на концепциите за системи “в реално време” и “в почти реално време” (near-real-time).

Предимства на облачно базираните SCADA технологии
Сред основните предимства на облак-базираните SCADA системи е повсеместната им достъпност. Обобщение на събитията от последния час, включително справки за скоростта на производство, ефективността на машините и оборудването, продължителността на процесните цикли и т. н., могат да бъдат визуализирани на всяко мобилно устройство във всяка точка чрез съответното приложение.

Друго съществено предимство на облачно базираните системи са аналитичните инструменти, ключови в ерата на Internet of Things технологиите. В индустриалните платформи анализът на данни е от критично значение за покриването на стандартите за интелигентно производство.

Базови аналитични функции могат да бъдат имплементирани в сензорите, а интелигентна функционалност – в крайните устройства, за да е възможно отсяването на критичната информация от огромните потоци данни, постъпващи в SCADA системата.

Алгоритмите за машинно обучение и платформите за анализ на големи обеми данни (Big data) могат да се прилагат директно в облачната инфраструктура, където системата се “учи” да взема автоматизирани решения без човешка намеса на основата на съответните модели и големи бази данни. Тази функционалност надгражда ролята на автоматизацията в съвременните процесни системи до възможности за прогнозна поддръжка.

Сред останалите значими предимства на облачно базираните SCADA технологии са разходната ефективност и ресурсната сигурност. Елиминирането на разходите, свързани със закупуване и обслужване на хардуерна архитектура, значително оптимизира бюджетното планиране и изпълнение на SCADA системите в облачни платформи. Аналитичните инструменти, позволяващи превантивна поддръжка допълнително намаляват рисковете от внезапно възникване на неизправности в оперативните системи и оборудване.

Авариите, свързани с физически устройства и хардуерна инфраструктура, често водят до необратима загуба на критични данни. При съхраняването им в облачни сървъри обаче тези ресурси са защитени, а достъпът до тях може да бъде осъществен по всяко време и от всяко място след необходимото удостоверяване/идентифициране на потребителя.