سیستم اسکادا چیست و چه کاربردی دارد؟

سیستم اسکادا یا ASCADA به مجموعه‌ای از عناصر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری گفته می‌شود که به سازمان‌ها و کارخانه‌های مختلف اجازه می‌دهد تا فرآیندهای صنعتی را به طور مستقیم از ماشین‌آلات موجود در کارخانه رصد کرده و داده‌های موردنظر را نظارت و کنترل کنند؛ اما اینکه کارکرد این سیستم چیست و تفاوت اسکادا با dcs چگونه مشخص می‌شود، همان چیزهایی هستند که قصد داریم در این مطلب بررسی کنیم. پس، اگر کار شما هم به‌گونه‌ای با این سیستم گره‌خورده و می‌خواهید از سیر تا پیاز آن مطلع شوید، تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.

منظور از سیستم اسکادا چیست؟

در لغت SCADA مخفف Supervisory Control and Data Acquisition است که به معنی سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها در دستگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی به‌منظور کنترل، نظارت، تجزیه‌وتحلیل دلالت دارد. همان‌طور که گفته شد، این سیستم متشکل از تجهیزات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری مختلفی است که این امکان را می‌دهد تا داده‌های تجهیزات صنعتی از راه دور و در محل جمع‌آوری و ارائه شوند. این سیستم خصوصاً برای صاحبان مشاغل و کارخانه‌هایی که نیاز به مشاهده و دریافت اطلاعات از پروسه صنعتی خود هستند، مناسب خواهد بود. مثلاً؛ افرادی که به مدیریت مزارع بادی می‌پردازند، از طریق اسکادا می‌توانند بدون نیاز به حضور در محل به داده‌های توربین‌ها دسترسی داشته و از راه دور آن را کنترل کنند.

همچنین بخوانید: تابلو برق: معرفی، انواع، و کاربردها

تاریخچه SCADA

تاریخچه اسکادا به‌موازات تاریخ شروع به تکامل کرد که صحنه‌ای برای ترکیب و ادغام منابع محاسباتی مرکزی با فرآیندهای صنعتی است. در ادامه تغییرات تکاملی که در چند مرحله صورت‌گرفته را بررسی کرده‌ایم.

نسل اول؛ سیستم‌های یکپارچه

نسل اول سیستم اسکادا در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ پیاده‌سازی شد که از این طریق RTUهایی را در سایت‌های صنعتی متصل کرده و امکان ایجاد ارتباط با سیستم‌های رایانه مرکزی یا مینی رایانه‌ای را به وجود می‌آورد. این اتصال عموماً از طریق نصب در محل یا شبکه‌های گسترده صورت می‌گرفت.

نسل دوم؛ سیستم‌های توزیع شده

در دهه ۱۹۸۰، راه‌حلی اندیشیدند تا از طریق سیستم‌های اسکادا شبکه‌های اختصاصی و رایانه‌های کوچک‌تر و قدرتمندتر، اشتراک‌گذاری داده‌های عملیاتی را به‌صورت جامع‌تر و فراتر از محیط کارخانه انجام دهند. بااین‌وجود، فقدان استانداردهای شبکه باز مانع از همکاری بین فروشندگان محصولات SCADA شد.

نسل سوم؛ سیستم‌های شبکه‌ای

در دهه ۱۹۹۰ تمام این آمال و آرزوها با پذیرش صنعت و ادغام آن با پروتکل‌های شبکه استاندارد ممکن شد. در این دهه، شرکت‌ها موفق شدند تا سیستم‌ اسکادا را در زیرساخت‌های صنعتی خود به کار گیرند و  در این فرایند از سیستم‌ها و دستگاه‌های متنوع‌تری بهره ببرند.

نسل چهارم؛ سیستم‌های مبتنی بر وب یا IIoT

چیزی که امروزه به‌عنوان سیستم اسکادا می‌شناسیم، همان چیزی است که در نسل چهارم این سیستم شکل گرفت. در این دهه، فروشندگان SCADA از ابزارهای توسعه نرم‌افزار وب استقبال کردند و قابلیت دسترسی و همکاری با رابط‌های در دسترس مثل لپ‌تاپ، دستگاه‌های دستی و رایانه‌های رومیزی را فراهم می‌کنند. همچنین، امروزه رایانش ابری بر دنیای محاسبات سازمانی تسلط پیدا کرده که می‌توان برای اشتراک داده‌ها در سیستم اسکادا از آن استفاده کرد.

همچنین بخوانید: اتوماسیون صنعتی چیست؟

بررسی عناصر و اجزا اسکادا

این سیستم اجزا و عناصر مختلفی دارد که امکان پیکربندی، کنترل و نظارت را فراهم می‌کند و در حالت کلی به سه بخش سیستم محلی، ارتباطی و کنترل تقسیم می‌شود که هر کدام اجزا و عناصر خاص خود را دارند. اجزا اسکادا متشکل از سطوح مختلفی است که عبارت‌اند از؛

1. سطح صفر (رابط انسان و ماشین یا HMI): این سطح از دستگاه‌های میدانی مثل حسگرها برای ارسال داده‌ها به فرآیندهای میدانی و محرک‌های مورداستفاده برای کنترل فرآیندها استفاده می‌کند.
2. سطح یک (ارتباط از راه دور): این سطح کنترل مستقیم نام دارد که شامل ابزارهای کنترل‌کننده بوده که مستقیماً با RTU و PLC محلی ارتباط دارند.
3. سطح دو (کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر PLC) این سطح مربوط به نظارت کارخانه است که داده‌های سطوح مختلف را جمع‌آوری کرده و دستوراتی برای کنترل آن صادر می‌کنند.
4. سطح سه (زیرساخت ارتباطی): این سطح که کنترل تولید نام دارد، نظارت تمام سیستم‌های محلی را به عهده دارد و داده‌ها را از سطح دوم گردآوری می‌کند و از این طریق گزارش‌های خود را به سطح تولید و سایر عملکردهای سایت مانند هشدارها و گزارش‌های دیگر ارسال می‌کند.
5. سطح چهار (برنامه‌نویسی اسکادا): این سطح برنامه‌ریزی تولید بوده که برای مدیریت فرآیندهایی که در حال انجام است، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

سیستم اسکادا چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که گفته شد، بهترین سیستم اسکادا از ۳ جزء اصلی تشکیل شده که این اطمینان را می‌دهند تا داده‌های موردنظر از تجهیزاتی مثل حسگرها و موتورها که به کنترل و نظارت وابسته هستند، به رابط منتقل شوند تا داده‌ها مورد تجزیه‌وتحلیل قرار بگیرند.

همچنین بخوانید: کاربرد هوش مصنوعی در اتوماسیون صنعتی

لینک یا عامل اتصال این اجزا اسکادا، کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر PLC یا واحدهای پایانه راه دور RTU هستند. این تجهیزات میکرو کامپیوترهایی محسوب می‌شوند که به آن‌ها دستگاه میدانی نیز گفته می‌شود. این دستگاه با ترکیب تجهیزات ازیک‌طرف و از طرف دیگر با HMI که رابط انسانی یا رابط کاربری گرافیکی هستند، تعامل دارند.

حالا، نحوه کار اسکادا به این صورت است که PLC و RTUها به‌عنوان نقاط جمع‌آوری محلی داده‌ها کار می‌کنند و آن را به HMI ارسال کرده و مجدداً دستورات را به دستگاه‌های محلی ارسال می‌کنند. اپراتورهای انسانی در کارخانه‌ها با کمک HMI داده‌ها را به دست می‌آورند که می‌تواند به‌صورت ابری یا سرورهای شخصی باشد. این نرم‌افزارها در این مرحله، داده‌ها را به شکل قابل‌درک تفسیر کرده و در معرض نمایش قرار می‌دهند. در نتیجه، اپراتورها این قابلیت را دارند تا آلارم‌ها را شناسایی کنند و در سریع‌ترین حالت ممکن به آن واکنش یا پاسخ دهند. بعضی از سیستم‌های SCADA امکان اجرای اقدامات و کنترل خودکار هم هستند و یک موتور گزارش‌دهی خودکار برای این کار دارند.

کاربردهای سیستم Scada

قطعاً این سؤال برای شما پیش‌آمده که چرا باید از اسکادا استفاده کرد یا این سیستم در چه اموری کاربرد دارد. در پاسخ باید بگوییم، سیستم‌های اسکادا برای حفظ کارایی، پردازش داده‌ها و کاهش زمان خرابی در طیف گسترده‌ای از سازمان‌های تولیدی و صنعتی حیاتی هستند. برخی از صنایع اصلی که سیستم‌های اسکادا را پیاده‌سازی می‌کنند عبارت‌اند از؛

صنایع نفت و گاز

سیستم‌های اسکادا اغلب در صنعت نفت و گاز برای تسهیل کنترل و نظارت از راه دور خطوط لوله، پمپ‌ها، پالایشگاه‌ها، سکوهای دریایی و سایر مناطقی که معمولاً در مکان‌های دورافتاده‌ای قرار دارند که نظارت یا عملیات انسانی بسیار ناکارآمد است، استفاده می‌شود. علاوه بر این، قابلیت‌های کارآمد و خودکار نظارت از راه دور سیستم‌های SCADA به توزیع داده‌های مربوطه در طول عملیات کمک زیادی می‌کند که اجازه می‌دهد تا تصمیمات آگاهانه‌تری در مورد منابع ارزشمند گرفته شود.

صنایع حمل‌ونقل

علاوه بر صنایع نفت و گاز، سیستم‌های اسکادا به طور گسترده در صنعت حمل‌ونقل مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌عنوان‌مثال، سیستم‌های اسکادا قابلیت‌های نظارت و کنترل از راه دور لازم را برای تنظیم چراغ‌های راهنمایی به نحوی فراهم می‌کنند که جریان روان و مداوم ترافیک را تسهیل کند. در همین راستا، این سیستم‌ها می‌توانند به شناسایی هرگونه نقص یا سیگنال‌های نامرتب از چراغ‌های توقف کمک کنند، به‌طوری‌که می‌توان این مشکل را بلافاصله قبل از وقوع ترافیک یا تصادفات قابل‌توجه در نتیجه چراغ توقف معیوب برطرف کرد.

علاوه بر نظارت بر تقاطع‌ها، سیستم‌های اسکادا در برنامه‌های حمل‌ونقل انبوه نیز پیاده‌سازی می‌شوند. قابلیت‌های کنترل و نظارت از راه دور بی‌درنگ این سیستم‌ها آن‌ها را برای پیگیری و مکان‌یابی قطارها، اتوبوس‌ها و سایر اشکال حمل‌ونقل عمومی بسیار مفید می‌سازد. هنگامی که حمل‌ونقل عمومی به مکان‌های دوردست سفر می‌کند، سیستم‌های SCADA برای تنظیم برق مفید هستند.

مدیریت آب و فاضلاب

سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها نیز به‌شدت در برنامه‌های مدیریت آب و فاضلاب مؤثر عمل می‌کنند. این سیستم‌ها به تسهیل تنظیم جریان آب، فشار لوله، توزیع آب و سطوح مخزن کمک می‌کنند. علاوه بر این، به نظارت بر تأسیسات جمع‌آوری فاضلاب و مراکز تصفیه آب در مکان‌های دور کمک خواهند کرد.

مدیریت انرژی

سیستم‌های SCADA در انواع صنایع مدیریت انرژی، از نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای گرفته تا نیروگاه‌های گازی، برای کمک به تسهیل تولید، انتقال و توزیع برق اجرا می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، سیستم‌های SCADA می‌توانند به نظارت از راه دور عملیات شکن یا کنترل شبکه‌های برق در حال کار کمک کنند. علاوه بر این، RTUها یا PLCها و سیستم‌های HMI مورداستفاده توسط سیستم‌های SCADA، اغلب توسط شرکت‌های برق برای تشخیص از راه دور جریان و ولتاژ خط سایت‌های خاص استفاده می‌شوند که تأثیرات مهمی بر مدیریت انرژی می‌گذارد.

صنایع تولیدی

سیستم‌های اسکادا مزایای بی‌شماری را برای صنایع تولیدی فراهم می‌کند. قابلیت‌های نظارت از راه دور سیستم‌های اسکادا به صنایع تولیدی کمک می‌کند تا فرآیندهای خود را در مناطقی که عبور از آنها برای انسان خطرناک است، زیر نظر داشته باشند. این قابلیت‌های نظارت و کنترل بلادرنگ برای صنایع تولیدی که فرآیندهای صنعتی خودکار را پیاده‌سازی می‌کنند، بسیار سودمند خواهد بود.

نرم‌افزار اسکادا چیست؟

نرم‌افزار در یک سیستم SCADA به معنی ابزاری است  که می‌تواند در مکان‌های مختلف پخش شود، گاهی اوقات در یک منطقه جغرافیایی وسیع، یا در یک مرکز واحد قرار می‌گیرد تا داده‌ها را در اختیار اپراتور قرار دهد. نرم‌افزار اسکادا به طور گسترده در صنعت کنترل فرآیند، سیستم‌های تحویل آب آشامیدنی، سیستم‌های جمع‌آوری فاضلاب، خطوط لوله و طیف وسیعی از فرآیندهای تولید دیگر استفاده می‌شود. این تجهیزات نرم‌افزاری قابلیت حفظ کارایی و شناسایی مشکلات به‌محض وقوع را دارند که بهره‌وری و سود شما را افزایش خواهند داد.

به همین علت، بهترین نرم‌افزار باید کمیت و کیفیت تولید را بهبود بخشد، هزینه‌ها را کاهش دهد، ضایعات را به حداقل برساند و کاملاً قابل‌اعتماد باشد. نرم‌افزار اسکادا همچنین باید در سیستم‌های مختلف سازمان شما افزایش کارایی داشته باشد و عملکرد دستگاه و تجهیزات شما را بهبود بخشد. برای ارزش بخشیدن به سازمان شما، سیستم‌های اسکادا باید چرخه عمر دارایی‌های شما را طولانی کرده و هزینه‌ها تعمیر و نگهداری شما را کاهش دهند. از جمله این نرم‌افزارها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Adroit Ignite
• Fernhill-SCADA
• Simatic
• CloudView NMS
• Combivis
• Genesis 64
• Aircada
• INDAS It Solutions
• Cimplicity

مزایای استفاده از SCADA

همان‌طور که گفته شد، سیستم‌های اسکادا هنگام استفاده در کاربردهای صنعتی مزایا و مزایای بی‌شماری را ارائه می‌دهند. در اینجا برخی از مزایای متعدد سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها را آورده‌ایم تا با عملکرد و تأثیرات مثبت آن بیشتر آشنا شوید.

انجام فرآیندهای صنعتی خودکار

سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها مجهز به حسگرها و دستگاه‌های اندازه‌گیری هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا کنترل فرآیندهای صنعتی و ماشین‌آلات را در مواردی که تحت کنترل انسان است، خودکار کنند که در غیر این صورت امکان‌پذیر نخواهد بود.

ارائه کنترل از راه دور فرآیندهای صنعتی

سیستم‌های اسکادا علاوه بر کمک به خودکارسازی عملکردهای صنعتی، مزایای کنترل فرآیندهای صنعتی را از مکان‌های دور نیز ارائه می‌دهند که به کاهش خطاهای انسانی و افزایش بهره‌وری کمک می‌کند.

پردازش داده‌های بلادرنگ

سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها می‌توانند داده‌ها را 24/7 در زمان واقعی جمع‌آوری و پردازش کنند که نظارت کارآمد تجهیزات را تسهیل می‌کند و امکان آن به‌صورت دستی وجود ندارد. در این شرایط، شما هیچ داده و گزارشی را از دست نخواهید داد.

کاهش زمان خاموشی

با ارائه نظارت کارآمد و بی‌درنگ تجهیزات از طریق استفاده از حسگرها و دستگاه‌های اندازه‌گیری، هرگونه نقص، ناهنجاری یا مشکل را می‌توان قبل از بدتر شدن، سریعاً شناسایی و برطرف کرد. سیستم‌های اسکادا حتی می‌توانند به مسائل مربوط به عملکرد کنترل خودکار برنامه‌ریزی‌شده برای اقدام فوری پاسخ دهند. در نتیجه زمان توقف در تأسیسات صنعتی را می‌توان به میزان قابل‌توجهی کاهش داد که بیانگر افزایش تولیدات است.

ثبت و ذخیره رویدادها

کاربرد اسکادا برای اینکه امکان تجزیه‌وتحلیل داده‌های عملکرد را در آینده فراهم کنند، این است که این سیستم‌ها قادر به ثبت و ثبت رویدادها هم هستند.

تعامل مستقیم با دستگاه‌های میدانی

بهترین سیستم اسکادا از طریق اجرای نرم‌افزار رابط انسان و ماشین (HMI)، توانایی تعامل مستقیم با انواع دستگاه‌های میدانی مانند شیرها، حسگرها، موتورها و پمپ‌ها را به دست می‌آورد و از این طریق آن‌ها را مدیریت و کنترل می‌کند.

کلام پایانی

سیستم اسکادا در چرخه تولید صنعتی مانند یک راه میان‌بر است که تسلط و کنترل شما را روی واحدهای تولیدی افزایش می‌دهد. این سیستم که به‌عنوان ابزار نظارت و کنترل شناخته می‌شود، قابلیت‌های مختلفی دارد که در طول زمان گسترش‌یافته است. همچنین، در مراحل و سطوح مختلف و با ترکیب فناوری و تجهیزات نرم‌افزاری این امکان را به شما می‌دهد تا گزارش‌هایی از وضعیت دستگاه‌ها و روند تولید داشته باشید تا در شرایط حاد دخالت کرده و مشکلات را برطرف کنید. اطلاع از نحوه کار SCADA و شناخت کاربردهای اسکادا برای هر فردی که در حوزه صنعتی فعال است، ضروری خواهد بود. در این مطلب تلاش کردیم تا اطلاعات جامع و کامل را در اختیار شما قرار دهیم تا بینش درستی نسبت به این سیستم پیدا کنید. امیدواریم که این اطلاعات برای شما کاربردی و مفید باشد.