چهارمین انقلاب صنعتی، که به نام صنعت 4.0 نیز شناخته می‌شود، امکان اتصال اشیاء فیزیکی و مجازی را فراهم کرده است. شرکت‌های صنعتی می‌توانند به این ترتیب محیط‌های تولید هوشمند ایجاد کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد فرآیندها را در زمان واقعی نظارت کنند، در صورت نیاز به‌سرعت مداخله کنند و در درازمدت عملیات را بهینه‌سازی کنند.
سیستم اسکادا (SCADA) که مخفف عبارت “Supervisory Control and Data Acquisition” به معنای “کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها” است، یکی از فناوری‌های کلیدی در حوزه اتوماسیون صنعتی و مدیریت زیرساخت‌ها به شمار می‌رود. این سیستم‌ها به‌منظور نظارت، کنترل و جمع‌آوری اطلاعات از فرآیندهای صنعتی، تأسیسات زیربنایی و تجهیزات در زمان واقعی طراحی شده‌اند. اسکادا در صنایعی مانند تولید برق، تصفیه آب، نفت و گاز، حمل‌ونقل و حتی مدیریت ساختمان‌ها کاربرد گسترده‌ای دارد.
علاوه بر نرم‌افزارهای ERP و MES، سیستم‌های SCADA نیز نقش مهمی در تحقق تحول دیجیتال در شرکت‌های صنعتی و بهینه‌سازی جامع فرآیندها ایفا می‌کنند. در ابرار صنعتی به بررسی این موضوع می‌پردازیم که این سیستم‌ها چیستند و کارکردها و مزایای آن‌ها را توضیح می‌دهیم.
تعریف سیستم اسکادا
به زبان ساده، سیستم اسکادا سیستمی است که امکان نظارت و کنترل فرآیندهای پیچیده را از راه دور فراهم می‌کند. این سیستم با استفاده از حسگرها، دستگاه‌های کنترلی و نرم‌افزارهای پیشرفته، داده‌ها را از تجهیزات جمع‌آوری کرده، آن‌ها را تحلیل می‌کند و به اپراتورها اجازه می‌دهد تا تصمیمات لازم را اتخاذ کنند یا دستورات کنترلی را صادر کنند.
به عنوان مثال، در یک نیروگاه برق، اسکادا می‌تواند دمای توربین‌ها، فشار بخار و میزان تولید برق را نظارت کرده و در صورت نیاز تنظیمات لازم را اعمال کند. بر اساس کتاب “Industrial Automation: Hands On” نوشته‌ی فرانک لمب (Frank Lamb)، اسکادا به‌عنوان لایه‌ای بالاتر از سیستم‌های کنترلی مانند PLC (کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر) عمل می‌کند و بیشتر بر نظارت و مدیریت کلان متمرکز است تا کنترل مستقیم و لحظه‌ای تجهیزات.
کارکرد: سیستم SCADA چه می‌کند؟
نرم‌افزار SCADA داده‌های جمع‌آوری‌شده از عملیات و ماشین‌آلات (BDE و MDE) را تحلیل می‌کند. این سیستم می‌تواند داده‌های عملیاتی را تجسم کرده و تحلیل کند و در صورت عبور از یک حد یا آستانه از پیش تعیین‌شده، آن را تشخیص دهد. در چنین مواردی، سیستم با ارسال هشدار به کارکنان اطلاع‌رسانی می‌کند. به این ترتیب، شرکت‌ها قادر می‌شوند فوراً مداخله کنند و اقداماتی مانند تعمیر و نگهداری را انجام دهند. در عین حال، این سیستم امکان ذخیره‌سازی داده‌ها را فراهم می‌کند تا بعداً در گزارش‌دهی مورد استفاده قرار گیرند.
آیا SCADA یک سیستم کنترل فرآیند است؟
سیستم‌های SCADA می‌توانند به‌عنوان سیستم‌های کنترل فرآیند طبقه‌بندی شوند. این سیستم‌ها برای نظارت و کنترل کل تأسیسات استفاده می‌شوند و معمولاً به‌صورت غیرمتمرکز طراحی شده‌اند.
اجزای یک سیستم SCADA
رابط‌های کاربری که در این حوزه استفاده می‌شوند، به‌عنوان HMI (رابط انسان و ماشین) شناخته می‌شوند. این رابط‌های کاربری مبتنی بر کامپیوتر قابل تنظیم هستند و ارتباط و تبادل اطلاعات بین سطح بالاتر/PLC و انسان را تضمین می‌کنند. آن‌ها سیستم را برای انسان قابل‌فهم و قابل‌استفاده می‌کنند. راه‌حل‌های صنعتی SCADA اغلب شامل نمادهای بصری و شهودی متعددی برای اجزای مختلف تأسیسات هستند تا کاربرپسندی بالایی را تضمین کنند.
سایر اجزا
علاوه بر HMI و PLC، سیستم‌های SCADA شامل زیرساخت ارتباطی نیز هستند. این زیرساخت همچنین شامل واحدهای ترمینال راه دور (RTU) است. RTU یک دستگاه الکترونیکی است که اشیاء فیزیکی را با سیستم متصل می‌کند. از آنجا که این اتصال از طریق انتقال داده‌های تله‌متری انجام می‌شود، RTUها به‌عنوان واحدهای تله‌متری راه دور نیز شناخته می‌شوند. در نهایت، یک کامپیوتر نظارتی که داده‌ها به آن منتقل می‌شوند، هسته اصلی سیستم را تشکیل می‌دهد.
اجزای اصلی سیستم اسکادا
سیستم اسکادا از چند بخش اصلی تشکیل شده است که هر یک نقش مشخصی در عملکرد کلی آن دارند:
- واحدهای میدانی (Field Devices): شامل حسگرها، شیرها، پمپ‌ها و سایر تجهیزات فیزیکی که داده‌ها را تولید یا دریافت می‌کنند.
- واحدهای ترمینال راه دور (RTU) یا PLCها: این دستگاه‌ها داده‌ها را از واحدهای میدانی جمع‌آوری کرده و به سیستم مرکزی ارسال می‌کنند.
- سیستم مرکزی (Master Station): قلب سیستم اسکادا که شامل سرورها و نرم‌افزارهایی است که داده‌ها را پردازش، ذخیره و نمایش می‌دهند.
- رابط کاربری انسان-ماشین (HMI): صفحه‌ای گرافیکی که به اپراتورها امکان مشاهده وضعیت سیستم و صدور دستورات را می‌دهد.
- شبکه ارتباطی: بستری برای انتقال داده‌ها بین اجزای مختلف، که می‌تواند شامل کابل، فیبر نوری یا ارتباطات بی‌سیم باشد. پیشرفت در فناوری‌های ارتباطی مانند اینترنت اشیا (IoT) و شبکه‌های 5G، کارایی و انعطاف‌پذیری سیستم‌های اسکادا را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داده است.
نحوه عملکرد سیستم اسکادا
عملکرد اسکادا را می‌توان در چند مرحله خلاصه کرد:
- جمع‌آوری داده‌ها: حسگرها اطلاعات را از تجهیزات جمع‌آوری کرده و از طریق RTU یا PLC به سیستم مرکزی ارسال می‌کنند.
- پردازش و ذخیره‌سازی: داده‌ها در سرور مرکزی تحلیل شده و در پایگاه داده ذخیره می‌شوند.
- نمایش و نظارت: اطلاعات به‌صورت گرافیکی در HMI به اپراتورها نشان داده می‌شود.
- کنترل: اپراتورها می‌توانند دستوراتی مانند روشن یا خاموش کردن تجهیزات را از طریق سیستم ارسال کنند.
به عنوان مثال، در صنعت نفت، اگر فشار در یک خط لوله از حد مجاز فراتر رود، اسکادا این مشکل را تشخیص داده، به اپراتور هشدار می‌دهد و حتی می‌تواند به‌صورت خودکار شیرها را ببندد.
مزایا و معایب
اسکادا مزایای متعددی دارد، از جمله افزایش بهره‌وری، کاهش خطای انسانی، و امکان مدیریت سیستم‌های بزرگ و پراکنده. با این حال، چالش‌هایی مانند هزینه بالای پیاده‌سازی، نیاز به نگهداری مداوم و تهدیدات امنیتی (مانند حملات سایبری) نیز وجود دارند. بر اساس گزارشی از شرکت تحقیقاتی Gartner، با افزایش وابستگی صنایع به سیستم‌های دیجیتال، امنیت سایبری اسکادا به یکی از اولویت‌های اصلی تبدیل شده است.
سیستم اسکادا به‌عنوان یکی از ستون‌های اصلی اتوماسیون صنعتی، نقش حیاتی در بهبود کارایی و ایمنی فرآیندها ایفا می‌کند. این فناوری با ترکیب نظارت دقیق و کنترل از راه دور، به صنایع کمک می‌کند تا با پیچیدگی‌های دنیای مدرن سازگار شوند. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌رود که اسکادا همچنان تکامل یابد و کاربردهای بیشتری در زندگی روزمره و صنایع پیدا کند.
SCADA در کدام صنایع استفاده می‌شود؟
نرم‌افزار SCADA برای استفاده در صنایع متعددی مناسب است. هم در شرکت‌های تولید گسسته و هم در تولید فرآیندی، این سیستم‌ها می‌توانند مفید باشند. این سیستم‌ها در صنعت غذایی به همان اندازه در صنعت خودروسازی کاربرد دارند. علاوه بر این، شرکت‌های تأمین‌کننده (مانند شرکت‌های آب و برق) نیز می‌توانند از استفاده از نرم‌افزار SCADA بهره‌مند شوند.
استفاده از نرم‌افزار SCADA مزایای متعددی برای شرکت‌ها به همراه دارد. این سیستم‌های کاربرپسند درجه بالاتری از اتوماسیون در نظارت و کنترل فرآیندها فراهم می‌کنند، شفافیت را افزایش می‌دهند و امکان بهینه‌سازی عملیات را ممکن می‌سازند.
منبع: ابرار صنعتی
