Co to jest SCADA? Wizualizacja procesów przemysłowych – korzyści zastosowania

Artykuł z serii: WebHMI - SCADA bez limitów i licencji w jednym urządzeniu

Większość systemów automatyki dzisiaj działa we współpracy z ludźmi. Interakcje pomiędzy człowiekiem a maszyną są nieodzowne w obecnych systemach sterowania. Operatorzy w swojej codziennej pracy mają możliwość wpływania na wiele parametrów produkcyjnych. W celu ułatwienia ich pracy producenci maszyn i systemów automatyki swoje produkty wyposażają w specjalne interfejsy człowiek-maszyna (z ang. HMI, Human Machine Interface). Interfejsy te najczęściej przybierają formę ekranów, za pośrednictwem których do systemu można wprowadzać informacje, ale też pobierać i wyświetlać dane o produkcji.

Czym jest SCADA? Co to jest wizualizacja?

SCADA to skrót od Supervisory Control And Data Acquisition co możemy dosłownie przetłumaczyć jako nadzór i akwizycja danych. W rzeczywistości SCADA to system informatyczny nadzorujący przebieg procesu technologicznego, jest nadrzędny w stosunku do warstwy sprzętowej (sterowniki, moduły I/O) i realizuje następujące zadania:

• Wymiana danych w czasie rzeczywistym ze sterownikiem PLC lub modułem I/O.
• Przetwarzanie informacji w czasie rzeczywistym.
• Wyświetlanie informacji na ekranie w postaci czytelnej dla człowieka.
• Utrzymywanie bazy danych w czasie rzeczywistym z informacjami technologicznymi.
• Zarządzanie alarmami oraz sygnalizacja alarmów.
• Przygotowanie i generowanie raportów o postępach procesu technologicznego.
• Archiwizacja informacji technologicznych.

Czym jest SCADA, systemy SCADA, tak na „chłopski rozum”

Zacznijmy od tego czym są panele HMI, gdyż spotkasz je w pralce, samochodzie, bankomacie itp. a są w zasadzie taką „uproszczoną formą SCADA”.  Nawet Pani w markecie klika na panelu HMI podczas obsługiwania Twoich zakupów.  Można spotkać się z myśleniem, że HMI oraz SCADA to właściwie różne nazwy tych samych systemów. W rzeczywistości interfejsy HMI są tylko jednym z elementów podrzędnych w systemach SCADA. Panele HMI występują w różnych formach: z przyciskami, dotykowe, o przekątnej 4,3″, 7″ 10″ 15″ a nawet 21″ i więcej. Panele HMI są montowane zazwyczaj bezpośrednio przy maszynie lub przy obiekcie automatyki i służą do sterowania, zadawania parametrów, a także do informowania operatorów o bieżącym stanie maszyny.

Maszyną steruje sterownik PLC bądź innego rodzaju urządzenie sterujące np. komputer przemysłowy. Sterownik PLC podejmuje decyzje (steruje urządzeniami np. silnikiem) na podstawie informacji o stanie maszyny bądź obiektu, dzięki podłączonym do jego wejść sensorów, czujników lub przetworników.

Fot. YouTube: RealPars

Ogólnie mówiąc, na tym etapie kończy się zastosowanie HMI: sterowanie i wyświetlanie informacji w pobliżu obiektu automatyki bądź maszyny. Oczywiście z takich paneli da się wycisnąć całkiem sporo ale ogólne zastosowanie jest w zasadzie lokalne.

Wyobraź sobie jednak procesy gdzie zastosowanie panelu HMI nie wystarczy chociażby z powodu rozproszonych obiektów, które współpracują ze sobą aby finalnie powstał jeden produkt. Wtedy potrzebujemy systemu nadrzędnego, takiego aby nie było konieczności biegania pomiędzy obiektami aby coś ustawić lub zdiagnozować. Z pomocą przychodzą różnego rodzaju systemy wizualizacji SCADA, które zbierają informacje z wielu miejsc pokazując operatorom wszelkie dane w jednym spójnym interfejsie komputerowym.

Fot. YouTube: RealPars

W takiej strukturze wyróżnić można trzy warstwy. Pierwszą tworzą urządzenia takie jak sterowniki przemysłowe i wyspy rozproszone, które najczęściej znajdują się w rozdzielnicach sterujących potocznie zwanych „szafy elektryczne”. Druga warstwa to serwer, który zbiera dane i baza danych, która je archiwizuje. Ostatnią warstwę tworzą urządzenia klienckie, na których wyświetlane są wizualizacje, raporty, z których można też zarządzać systemem SCADA.

Najczęściej stosowane przez polskich inżynierów systemy SCADA to Wonderware Intouch, MAPS, iFIX, asix, CITECT SCADA, Control Maestro, Indusoft Web Studio.

Finalnie system SCADA jest postrzegany jako pomieszczenie z wieloma monitorami, na których wyświetlana jest „wizualizacja procesu przemysłowego”. Jest to zrealizowane w większym lub mniejszym stopniu w zależności od wielkości i stopnia zaawansowania procesu przemysłowego.

Jak powstają systemy SCADA?

Z punktu widzenia operatora i klienta zamawiającego system wizualizacji, SCADA jest monitorami wyświetlającymi dane procesowe. To, co dzieje się poza monitorami jest już obsługiwane przez dział techniki, utrzymanie ruchu bądź przez zatrudnionego automatyka, w zależności od specyfiki i wielkości zakładu. W związku z tym, bardzo ważnym jest aby lokalny dział techniczny był w stanie odpowiednio reagować na zaistniałe sytuacje z każdym elementem systemu SCADA. Ma na to wpływ Integrator Systemów, który wdraża system SCADA w firmie. Powinien on przeszkolić pracowników z każdej części systemu. Operatorów z użytkowania, techników z serwisowania a nawet z wdrażania zmian w odebranym systemie wizualizacji. Z tym ostatnim są częste problemy, gdyż interfejsy SCADA potrafią być niezwykle skomplikowane. Może okazać się, że niezbędne będzie wysłanie techników utrzymania ruchu na dodatkowe płatne szkolenie specjalistyczne.

Jak wyżej wspomniano SCADA to ogromny system, który integruje wiele elementów w obrębie maszyn, jak i całego zakładu produkcyjnego. Stworzenie takiego systemu nie może być i nie jest proste. Cały proces integrowania wymaga współpracy specjalistów z różnych dziedzin. SCADA sprzęga dane pochodzące ze sterowników i modułów I/O z danymi wyświetlanymi na wizualizacjach. Można więc stwierdzić, że osoby programujące system SCADA muszą współpracować z programistą PLC (lub też nim być) z elektroautomatykami, którzy wdrożyli system sterowania, z projektantem, który zaprojektował system sterowania i układy elektryczne, a także z lokalnymi technikami. Lokalni pracownicy utrzymania ruchu oraz operatorzy mają najczęściej największą wiedzę o działającym już systemie sterowania, więc są jednym z najważniejszych źródeł pozyskiwania informacji w celu zbudowania przyszłego systemu SCADA.

Inaczej jest w przypadku, gdy obiekt automatyki powstaje na nowo, wtedy albo nad całością pracuje kilku podwykonawców np. jeden od systemu sterowania i automatyki, drugi od instalacji elektrycznych, a trzeci od wizualziacji SCADA. Natomiast większa firma integrująca systemy automatyki powinna być w stanie cały obiekt wraz z systemem wizualizacji wdrożyć samodzielnie. Na iAutomatyka.pl można w katalogu branżowym zobaczyć spis Integratorów Automatyki oraz Producentów Maszyn, a także dodać swoją firmę bezpłatnie.

W obu przypadkach, z perspektywy klienta, należy oczekiwać przeszkolenia pracowników z użytkowania wizualizacji. Można również przedyskutować z integratorem płatny bądź bezpłatny okres wsparcia technicznego. Dodatkowo system SCADA tworzony jest po to, żeby służyć ludziom pracującym w zakładzie, więc musi być odpowiedzią na potrzeby osób z utrzymania ruchu, operatorów, analityków czy też planistów.

Jaką przewagę daje wykorzystanie systemów SCADA?

Jakość decyzji podejmowanych przez operatora często zależy od tego, w jakich warunkach musi pracować. Decyzje te mogą wpływać nie tylko na jakość wytwarzanych dóbr, ale też na bezpieczeństwo w miejscu pracy. Dlatego komfort w miejscu pracy, łatwość i zrozumiałość interfejsu HMI, tworzenie wskazówek dla operatorów i blokowanie możliwości popełnienia przez nich błędów to największe zalety wykorzystania systemów SCADA.

W dojrzałych przedsiębiorstwach, zakładach produkcyjnych SCADA pomaga w osiąganiu lepszych wyników finansowych. Możliwość archiwizacji w jednym systemie danych ze wszystkich urządzeń produkcyjnych pozwala lepiej planować produkcję, szybciej odnajdować powody przestojów i popełnionych błędów. Większość systemów SCADA posiada nawet narzędzia, które mogą wykonywać część tej pracy za analityków.

Większość zadań związanych z automatyzacją jest często wykonywana za pomocą sterowników przemysłowych, ale częściowo zadania te mogą być wykonane z użyciem jedynie systemów SCADA. W małych systemach sterowania komputer przemysłowy z zainstalowanym na nim SCADA może być jedynym narzędziem do sterowania procesem.

SCADA czy WebSCADA?

Termin WebSCADA z reguły oznacza wykorzystanie interfejsu człowiek-maszyna (HMI) i systemów SCADA opartych na technologiach internetowych. Pozwala to kontrolować i zarządzać systemem SCADA za pomocą standardowej przeglądarki internetowej działającej w tym przypadku jako klient. Architektura takich systemów obejmuje WebSCADA (serwer) i terminale klienckie: komputery stacjonarne, urządzenia PDA lub telefony komórkowe z przeglądarką internetową. Łączenie klientów z serwerem WebSCADA za pośrednictwem Internetu umożliwia im interakcję z aplikacją automatyzacji jako prostej strony WWW lub strony WAP.

Wady tradycyjnych systemów wizualizacji

Patrząc tylko na zalety można stwierdzić, że przy dużych systemach sterowania i przedsiębiorstwach aspirujących do dojrzałego zarządzania stosowanie systemów SCADA jest koniecznością. Jednak stosowanie tych systemów jest bardzo kosztowne. Używanie gotowego oprogramowania od wiodących producentów wiąże się z zakupem licencji, które nierzadko muszą być cyklicznie odnawiane. Wiele tradycyjnych systemów w ramach licencji ogranicza możliwość wykorzystania rejestrów, czyli ilości różnych danych, które serwer może wymieniać ze sterownikami. Tę ilość można oczywiście zwiększyć, najczęściej płacąc za droższą licencję. Dodatkowo często przy chęci korzystania z wizualizacji na wielu stacjach istnieje konieczność kupna licencji dla każdej ze stacji. Całość inwestycji to koszty sięgające dziesiątek a nawet setek tysięcy złotych. Poza kosztownością ważne jest to, że budowa systemu SCADA jest skomplikowana, wymaga kooperacji wielu osób, a co za tym idzie czas realizacji jest długi.

Alternatywy systemów SCADA

Co, jeżeli mniejsze przedsiębiorstwo chce skorzystać z dużej ilości zalet systemu SCADA, ale nie może pozwolić sobie na tak duże koszty? Sam system może zostać napisany indywidualnie na potrzeby danej firmy, nie potrzeba korzystać z rozwiązań dużych producentów. Takie rozwiązanie też pewnie będzie kosztowne. Na rynku funkcjonują jednak urządzenia, które umożliwiają za niewielką cenę skorzystanie z wielu najważniejszych funkcji systemów SCADA. Ważne też aby nie trzeba było angażować całych zespołów do zbudowania lub modernizacji systemu SCADA, a wystarczyła jedna osoba a najlepiej lokalny pracownik utrzymania ruchu. Jednym z takich urządzeń jest WebHMI.

WebHMI – SCADA w jednym urządzeniu

WebHMI to urządzenie, które łączy w sobie wiele zalet i cech charakterystycznych dla zaawansowanych systemów SCADA, a jednocześnie jest to rozwiązanie wyjątkowo nisko kosztowe. Recenzję tego urządzenia zobacz TUTAJ.

Przede wszystkim WebHMI jest urządzeniem prostym w konfiguracji. Każdy programista PLC, który ma na koncie choć jedno zbudowanie ekranów na jakimkolwiek panelu HMI, poradzi sobie ze stworzeniem wizualizacji z wykorzystaniem tego urządzenia. Aby zacząć tworzyć wizualizację wystarczy połączyć swój komputer z WebHMI za pomocą przewodu sieciowego lub technologii Wi-Fi, a następnie otworzyć przeglądarkę.

WebHMI obsługuje protokół Modbus RTU/ASCII/TCP oraz protokoły komunikacyjne dedykowane, tworzone przez producentów sterowników np. Siemens, Mitsubishi Electric i inne, a zatem nie ma problemu by połączyć go z dowolnym urządzeniem sterującym.

WebHMI NIE ogranicza liczby rejestrów, które można wykorzystać. Właściwie jest to druga co do wielkości zaleta urządzenia zaraz po prostocie konfiguracji. Płacąc za urządzenie użytkownik otrzymuje dostęp do wszystkich jego funkcjonalności. WebHMI nie korzysta z licencji, posiadając fizyczne urządzenie jesteś jego panem. W związku z tym cena urządzenia i koszt stworzenia systemu SCADA korzystając z WebHMI jest dużo niższy niż w przypadku tradycyjnych rozwiązań.

WebHMI to urządzenie warstwy fizycznej systemu sterowania. Wystarczy spojrzeć na poniższy schemat, by zrozumieć jak bardzo uproszcza się struktura w stosunku do tradycyjnego systemu SCADA przy użyciu tego urządzenia.

Jedyna płatna opcja w WebHMI to możliwość przeniesienia urządzenia na drugi poziom (Level 2). Przejście na level 2 umożliwia w głównej mierze korzystanie z chmury, VPN – level2 oraz Proxy HTTP. Co nam to daje? Przede wszystkim dostęp do swojej wizualizacji z dowolnego miejsca na świecie. Oprócz tego można skorzystać z dodatkowych opcji takich jak powiadamianie użytkownika poprzez SMS czy e-mail. Najlepiej zobrazuje to poniższy obrazek.

Oczywiście usługa level2 to alternatywa do wygodnego korzystania ze zdalnego dostępu. WebHMI posiada w sobie zaawansowany router (z klientem VPN) oraz obsługuje modemy 3G więc istnieje możliwość konfiguracji zdalnego połączenia we własnym zakresie.

Zobacz też:

• Opis funkcji WebHMI na zestapro.pl 
• rel=”nofollow”Pierwsze wrażenia z testów WebHMI od iAutomatyka.pl
• Jak połączyć WebHMI ze sterownikiem Siemens S7-1200
• Jak połączyć WebHMI ze sterownikiem Siemens LOGO!8
• Jak połączyć WebHMI ze sterownikiem WAGO PFC200
• Jak połączyć WebHMI ze sterownikiem Mitsubishi Electric FX5U
• Lista dystrybutorów WebHMI

Podsumowanie

Rozwój systemów SCADA wynika z faktu, że są intensywnie wykorzystywane w produkcji, gdzie ważną rolę odgrywają automatyczne systemy kontroli. Ich popularność doprowadziła do tego, że na rynku istnieje stosunkowo wiele rozwiązań, a każdy z nich ma swój własny przemysłowy obszar specjalizacji i odpowiadające mu funkcje. W przypadku dużych systemów, gdzie zarządzamy całą produkcją, należy rozważać skalowalne rozwiązania. Natomiast WebHMI doskonale sprawdzi się jako integralna część dużych systemów np. jako bramka danych i tłumacz protokołów lub jako samodzielny system wizualizacji SCADA.

Dla zestapro.pl przygotował
Piotr Gwiazdowski