Hoe SCADA-systemen werken: industriële processen monitoren en controleren

SCADA is misschien een van de meest gebruikte acroniemen in de controle-industrie, verwijzend naar Supervisory Control and Data Acquisition systemen. De softwareapplicatie wordt wijdverspreid gebruikt in procescontrole, samengesteld uit een centraal controlsysteem samen met controller-netwerkinterfaces, input/output en communicatieapparatuur.

Het primaire doel van SCADA-systemen is om apparatuur in industriële processen te monitoren en te controleren, wat productie, ontwikkeling, fabricatie en vervaardiging omvat. Bovendien worden deze systemen ook gebruikt in infrastructuurprocessen zoals Olie & Gas, Stroomdistributie en Waterbeheer.

Architectuur

Een SCADA-systeem is doorgaans gebouwd op gecentraliseerde topologieën, een heel geografisch gebied monitorerend en controlerend. Het is een softwarepakket dat bovenop een laag hardware zit, data over het proces verzamelt en het doorstuurt. Controlacties worden ondernomen via Remote Terminal Units (RTUs), doorgaans PLC's en geassocieerde controllers. Bijvoorbeeld, in een thermische elektriciteitscentrale, wordt temperatuur gesenseerd door een array van sensoren terwijl passende controle-actie (klep) ondernomen wordt via PLC-analoge outputs.

SCADA-systemen stellen operators in staat om setpoints te wijzigen, alarmcondities te modificeren en noodzakelijke logs in te stellen voor latere analyse. De systemen communiceren doorgaans door een mesh van draadloze en bedrade technologieën en kunnen draaien op proprietaire protocollen.

Hardware

Over het algemeen kunnen SCADA-systemen in twee opgedeeld worden:

• Client-laag
• Data-service-laag

De client-laag houdt te maken met man-machine-interactie, terwijl de data-service-laag data-verwerkingsactiviteiten afhandelt. De data-service communiceert met veldapparaten zoals RTUs, sensoren, etc. over WAN of LAN-netwerken. RTUs converteren sensorsignalen naar digitaal formaat voordat ze het naar de master sturen, waarna passende controle-signalen gegenereerd worden naar relais.

Software

Servers gebruikt in SCADA-systemen zijn primair voor multi-tasking en real-time database-functies. Ze zijn verantwoordelijk voor het verzamelen & afhandelen van data, het leveren van trends en diagnostische informatie over de operatie. Afhankelijk van hun features, kunnen er ook opties zijn om predictive maintenance-schema's, logistieke informatie en dergelijke in te stellen. De capaciteiten van de software-kant zijn afhankelijk van de vendor of het ontwikkelteam.

Werkprocedure van SCADA-systeem

De primaire functies van SCADA-systemen kunnen als volgt opgebroken worden. Deze functies worden uitgevoerd door een combinatie van sensoren, RTUs, controllers en communicatienetwerken.

• Data-acquisitie:

Real-world systemen bestaan uit duizenden nodes, wat hun management een uitdagende taak maakt. Het is vitaal om nauwkeurige informatie te hebben over de status van specifieke sensoren. De nauwkeurigheid van controlsystemen hangt af van de kwaliteit van data-acquisitie.

• Datacommunicatie

SCADA-systemen kunnen bedrade of draadloze communicatietechnologieën tussen apparaten en gebruikers gebruiken. Real-time systemen hebben sensoren en apparaten verspreid over een wijd geografisch gebied, wat draadloze netwerken de norm maakt. Bovendien, voor SCADA-systemen die meerdere remote gebieden managen, kan internetcommunicatie ook gebruikt worden. Over het algemeen hebben SCADA-systemen specifieke protocollen en vindt communicatie plaats via VPN's om inbraak te voorkomen.

• Informatie/datapresentatie

Een HMI of Human Machine Interface wordt door SCADA ingezet om de gebruiker te voorzien van informatie verzameld van diverse netwerkapparaten. De informatie wordt op een manier weergegeven die begrijpelijk en actionable is, aangezien er momenten kunnen zijn dat snelle gebruikersactie vereist is. De interface maakt doorgaans gebruik van grafische afbeeldingen van real-world objecten zoals die van een pomp of tank om processen begrijpelijk te maken.

• Monitoring/control

SCADA-systemen gebruiken verschillende schakelaars voor operatie van meerdere apparaten en het weergeven van hun status op het controlegebied. Processen kunnen aan/uit gezet of gewijzigd worden op basis van een analoge waarde door deze schakelaars. Meeste processen zijn geautomatiseerd tegen door gebruiker gedefinieerde setpoints, terwijl andere kritieke taken additionele menselijke interventies kunnen vereisen.

Een van de grootste voordelen van SCADA-systemen is hun schaalbaarheid. Het uitbreiden van SCADA-systemen is eenvoudig en vereist geen buitengewone inspanningen. Bovendien zijn deze systemen al decennia in ontwikkeling en hebben daarom een niveau van volwassenheid bereikt, wat ze bruikbaar maakt voor mission-critical applicaties.