اسکادا (SCADA) چیست؟

اسکادا مخفف دسته‌ای از نرم‌افزارهای کاربردی برای کنترل فرآیندهای صنعتی است. اسکادا مخفف اول حروف عبارت «supervisory control and data acquisition» است. در این نوشته می‌خواهیم بدانیم اسکادا (SCADA) چیست و چکار می‌کند؛ پس با ما همراه باشید.

اسکادا داده‌ها را از مکان‌های دور جمع‌آوری می‌کند. این فرایند درلحظه اتفاق می‌افتد و برای کنترل تجهیزات و ابزارهای سازمان‌ها و شرکت‌ها استفاده می‌شود. ابزارهای که در تصمیم‌گیری‌های مبتنی بر داده در مورد فرآیندهای صنعتی، نقش مهمی دارند.

یکی از رایج‌ترین انواع سیستم‌های کنترل صنعتی، اسکادا است که می‌تواند برای مدیریت تقریباً هر نوع فرآیند صنعتی استفاده شود.

سیستم‌های اسکادا شامل قطعات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است. سخت‌افزار، داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند و به سیستم‌های کنترل‌کننده میدان می‌دهد که داده‌ها را به سیستم‌های دیگری ارسال می‌کند. این سیستم‌ها کارشان پردازش داده‌هاست و پس از آن دیتاها راهشان را به رابط انسان و می‌پیمایند. سیستم‌های اسکادا همچنین تمام رویدادها را برای گزارش وضعیت و مشکلات فرآیند، ثبت می‌کنند. سیستم‌های اسکادا (SKADA) وقتی که اوضاع خطرناک می‌شود، با به صدا درآوردن هشدارها، خبر می‌دهند.

اجزای یک سیستم اسکادا (SCADA) چیست؟

سیستم‌های اسکادا شامل اجزایی هستند که در این زمینه برای جمع‌آوری داده‌های لحظه‌ای و همچنین سیستم‌های مرتبط برای فعال کردن جمع‌آوری داده‌ها و افزایش اتوماسیون صنعتی مستقر شده‌اند. اجزای اسکادا SCADA شامل موارد زیر است:

سنسورها و محرک‌ها

سنسور یکی از ویژگی‌های دستگاه یا سیستمی است که اطلاعات ورودی‌های فرآیندهای صنعتی را تشخیص می‌دهد. به زبانی دیگر سنسور دریافت‌کننده اطلاعات محیطی است که حالا این محیط می‌تواند یک خودرو یا سیستم بزرگ صنعتی باشد. محرک یکی از ویژگی‌های دستگاه یا سیستمی است که مکانیسم فرآیند را کنترل می‌کند. به عبارت ساده، یک سنسور مانند یک شاخص یا متر عمل می‌کند که وضعیت یک سیستم را نمایش می‌دهد. یک محرک مانند یک کلید عمل می‌کند که می‌تواند برای کنترل یک دستگاه استفاده شود. هم سنسور و هم محرک توسط کنترلرهای میدانی اسکادا کنترل و نظارت می‌شوند.

راستی می‌توانید درباره نقش سنسورها در ردیاب خودرو نیز بخواید.

کنترل‌کننده‌های میدان اسکادا:

این کنترل‌کننده‌ها به طور مستقیم با سنسورها و محرک ها ارتباط دارند. دو دسته از کنترل‌کننده‌های میدان وجود دارد:

واحدهای سنجش از راه دور که واحدهای پایانه از راه دور (RTUs) نیز نامیده می‌شوند. اسم کامل آن Remote telemetry units) ) است.
کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)

کامپیوترهای نظارتی اسکادا چه وظایفی دارند؟

این کامپیوترها همه فرآیندهای SCADA را کنترل می‌کنند و برای جمع آوری داده‌ها از دستگاه‌های میدانی و ارسال دستورات به آن دستگاه‌ها برای کنترل فرآیندهای صنعتی، استفاده می‌شوند.

نرم افزار HMI

نرم‌افزار اچ‌ام‌آی سیستمی را فراهم می‌کند که داده‌ها را از دستگاه‌های میدانی اسکادا، ادغام می‌کند و ارائه می‌دهد. و اپراتورها را قادر می‌سازد تا وضعیت فرآیندهای کنترل شده توسط اسکادا را درک کرده و در صورت نیاز تغییر دهند.

زیرساخت‌های مخابراتی

این سیستم‌های نظارتی اسکادا را قادر می‌سازد تا با دستگاه‌های میدانی و کنترل‌کننده‌های میدانی ارتباط برقرار کنند. همه این زیرساخت‌ها، به سیستم‌های اسکادا این امکان را می‌دهد تا داده‌ها را از دستگاه‌های میدانی جمع‌آوری کرده و آن دستگاه‌ها را کنترل کنند.

«اسکادا» یا «IIoT»؛ مسئله این است!

اسکادا گاهی اوقات با اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) مقایسه می‌شود. با این حال که همپوشانی درخورتوجهی بین این دو اصطلاح وجود دارد، اما تفاوت دارند. فروشندگان اسکادا تمایل دارند سیستم‌های کامل‌تر و یکپارچه‌تری را با یکپارچگی فشرده در سطوح و دستگاه‌ها ارائه دهند؛ در حالی که فروشندگان IIoT احتمالاً قابلیت همکاری بیشتر و گزینه‌های بیشتری را برای استقرار سیستم‌ها و دستگاه‌ها در تمام یک سازمان ارائه می‌کنند.

همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر درباره IoT، می‌توانید به مقاله اینترنت اشیا چیست، مراجعه کنید.

ویژگی‌های سیستم‌های اسکادا (SCADA) چیست؟

سیستم های اسکادا ممکن است دارای ویژگی‌های خاصی و سفارش‌سازی شده برای صنایع خاص باشد، اما معمولا همه آن‌ها دارای ویژگی‌های مشترک زیر هستند و از آن‌ها پشتیبانی می‌کنند:

اکتساب داده پایه و اساس سیستم‌های اسکادا است. حسگرها داده‌ها را جمع‌آوری کرده و به کنترل‌کننده‌های میدانی تحویل می‌دهند، که آن‌ها نیز داده‌ها را به رایانه‌های اسکادا می‌رسانند.
کنترل از راه دور از طریق کنترل محرک‌های میدانی بر اساس داده‌های به دست آمده از حسگرهای میدانی به دست می‌آید.
ارتباطات اطلاعات شبکه‌ای تمام عملکردهای اسکادا را فعال می‌کند. داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرها باید به کنترل‌کننده‌های میدانی اسکادا منتقل شوند که آن‌ها نیز با رایانه‌های نظارتی اسکادا ارتباط برقرار می‌کنند. دستورات کنترل از راه دور از رایانه‌های نظارتی اسکادا به محرک‌ها بازگردانده می‌شوند.
ارائه داده‌ها از طریق HMI ها انجام می‌شود که داده‌های فعلی و همچنین تاریخی را برای اپراتورهایی که سیستم اسکادا را اجرا می‌کنند، نشان می‌دهد.
داده‌های لحظه‌ای و داده‌های آرشیو شده، هر دو بخش مهمی از سیستم اسکادا هستند، زیرا به کاربران امکان می‌دهند عملکرد فعلی را در برابر روندهای گذشته ردیابی و ارزیابی کنند.
هشدارها به اپراتورهای SCADA در مورد شرایط بالقوه مهم در سیستم هشدار می دهند. هشدارها را می‌توان طوری پیکربندی کرد که هنگام مسدود شدن فرآیندها، زمانی که سیستم‌ها از کار می‌افتند، یا زمانی که سایر جنبه‌های فرآیندهای SCADA باید متوقف، شروع یا تنظیم شوند، به اپراتورها اطلاع دهند.
گزارش عملیات سیستم اسکادا می‌تواند شامل گزارش‌هایی از وضعیت سیستم، عملکرد فرآیند و گزارش‌های سفارشی‌سازی شده برای استفاده‌های خاص باشد.

ساختار اسکادا چگونه است؟

سیستم‌های اسکادا در پنج سطح کار می‌کنند:

سطح 0. سطح میدان شامل دستگاه‌های میدانی مانند سنسورهاست که برای ارسال داده‌های مربوط به فرآیندهای میدانی و محرک های که برای کنترل فرآیندها استفاده می‌شود.
سطح 1. سطح کنترل مستقیم شامل کنترل‌کننده‌های محلی، مانند PLCs و RTUs است که مستقیماً با دستگاه‌های میدانی، از جمله پذیرش داده‌های ورودی از سنسورها و ارسال دستورات به محرک‌های دستگاه میدانی، ارتباط دارند.
سطح 2. سطح نظارت کارخانه شامل سیستم‌های نظارت محلی است که داده‌های کنترل‌کننده‌های سطح را جمع‌آوری و دستوراتی را برای آن کنترل‌کننده‌ها صادر می‌کند.
سطح 3. سطح کنترل تولید شامل سیستم‌های نظارتی در سراسر سیستم است که داده‌ها را از سیستم‌های سطح 2 جمع‌آوری می‌کند تا گزارش‌های مداوم را به سطح برنامه‌ریزی تولید، و همچنین سایر عملکردهای سایت یا منطقه، مانند هشدارها و گزارش‌ها، تولید کند.
سطح 4. سطح برنامه‌ریزی تولید شامل سیستم‌های تجاری است که برای مدیریت فرآیندهای در حال انجام استفاده می‌شود.

اسکادا در کجاها استفاده می‌شود؟

SCADA برای کمک به خودکارسازی و مدیریت فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود که برای نظارت و کنترل انسانی بسیار پیچیده یا دست‌وپاگیر شده‌اند. اسکادا به‌ویژه برای فرآیندهایی مفید است که می‌توان از راه دور نظارت و کنترل کرد. همچنین در مواردی که امکان کاهش هزینه‌های پِرت و افزایش بازدهی وجود دارد.

برخی از نمونه‌های صنعتی که از در آن از سیستم اسکادا استفاده می‌شود:

تولید و توزیع برق؛
عملیات پالایش نفت و گاز؛
زیرساخت‌های مخابراتی؛
زیرساخت‌های حمل‌ونقل و کشتیرانی؛
ساخت و سایر پردازش‌های صنعتی؛
پردازش مواد غذایی و آشامیدنی؛
تولید مواد شیمیایی؛
زیرساخت‌های آب و برق از جمله کنترل آب و پسماند

با اسکادا می‌توان این فرآیندها را با دقت بررسی کرد و به منظور افزایش کارایی در طول زمان، بهینه‌سازی کرد.

تکامل ساختار اسکادا در طِی دهه‌ها

تاریخچه اسکادا به موازات تاریخ محاسبات سازمانی است. اولین سیستم‌های اسکادا (SCADA) در شرکت‌های صنعتی بزرگ پیاده‌سازی شدند؛ زیرا برای اولین بار شروع به ادغام منابع محاسباتی مرکزی با فرآیندهای صنعتی کردند.

با بهبود محاسبات، شبکه و سیستم‌های نظارت و کنترل فرآیند اسکادا (SCADA)، طی چهار مرحله زیر تکامل یافت:

نسل اول: سیستم‌های یکپارچه سیستم‌های SCADA که در دهه‌های 1960 و 1970 پیاده‌سازی شدند. معمولاً RTU‌هایی را در سایت‌های صنعتی متصل می‌کردند که مستقیماً به سیستم‌های رایانه مرکزی یا مینی رایانه‌ای متصل می‌شدند، معمولاً در محل یا از طریق شبکه گسترده متصل می‌شدند.
نسل دوم: سیستم‌های توزیع شده سیستم های SCADA از در دسترس بودن گسترده شبکه‌های محلی اختصاصی و رایانه‌های کوچکتر و قدرتمندتر در طول دهه 1980 استفاده کردند تا امکان اشتراک‌گذاری بیشتر داده‌های عملیاتی را در سطح کارخانه و فراتر از آن فراهم کنند. با این حال، فقدان استانداردهای شبکه باز مانع از همکاری بین فروشندگان محصولات اسکادا شد.
نسل سوم: سیستم‌های شبکه ای سیستم‌های SCADA به قابلیت‌های متقابل بیشتری وابسته بودند که با پذیرش صنعت و ادغام پروتکل‌های شبکه استاندارد در طول دهه 1990 فراهم شد. سیستم‌های SCADA می‌توانند آسان‌تر مقیاس شوند. زیرا شرکت‌ها می‌توانستند سیستم‌ها را در زیرساخت‌های صنعتی خود یکپارچه کنند، در حالی که از دستگاه‌ها و سیستم‌های متنوع‌تری استفاده می‌کردند.
نسل چهارم: سیستم های مبتنی بر وب یا IioT. سیستم‌های SCADA در اوایل دهه 2000 ظاهر شدند، زیرا فروشندگان SCADA از ابزارهای توسعه نرم‌افزار وب استقبال کردند تا قابلیت همکاری و دسترسی شفاف را از طریق رابط‌های در دسترس جهانی فراهم کنند. مانند مرورگرهای وب که بر روی دستگاه‌های دستی، لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های رومیزی کار می‌کنند.

همانطور که محاسبات ابری به طور فزاینده‌ای بر دنیای محاسبات سازمانی تسلط دارد، سیستم های اسکادا را نیز تغییر می‌دهد. سیستم‌های اسکادا را می‌توان با تخصیص منابع محاسبات ابری در صورت نیاز برای افزایش سرعت و کاهش آن منابع در هنگام کاهش تقاضا، سریع‌تر و آسان‌تر مقیاس‌پذیر کرد.

گذشته اسکادا در مقابل آینده SCADA چیست؟!

سازمان‌ها هنوز از منابع محاسباتی SCADA قدیمی مانند مین‌فریم‌ها و حسگرها و محرک‌های اختصاصی قدیمی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها ممکن است هنوز هم کاربردی باشند، در این صورت سازمان‌ها می‌توانند تمایلی به سرمایه‌گذاری در سیستم‌های SCADA مدرن‌تر نداشته باشند.

سیستم‌های SCADA مدرن که بر قابلیت همکاری شبکه، محاسبات توزیع‌شده و زیرساخت‌های ارتباطی مدرن متکی هستند، بازدهی بهتری از سرمایه‌گذاری زمان و منابع ارائه می‌کنند.

اما چرا باید به اسکادای نسخه‌های جدید رو بیاوریم؟

مقیاس‌پذیری. سیستم‌های SCADA مدرن به دلایل مختلفی از جمله در دسترس بودن بهتر سخت‌افزار و نرم‌افزار پشتیبانی‌شده و استفاده از محاسبات ابری برای برآورده کردن حجم کار، مقیاس‌پذیرتر از سیستم‌های قدیمی هستند.
قابلیت همکاری. سیستم‌های SCADA قدیمی بر سخت‌افزار و نرم‌افزار اختصاصی تکیه می‌کنند که در نتیجه دست‌وبال صاحبان صنایع را می‌بندد.
ارتباطات. سیستم‌های SCADA مدرن از پروتکل‌های ارتباطی با پشتیبانی گسترده‌تر و مدرن پشتیبانی می‌کنند که دسترسی بیشتر به داده‌ها و کنترل‌های SCADA را ممکن می‌سازد.
پشتیبانی. سیستم‌های SCADA قدیمی ممکن است گزینه‌های محدودی برای پشتیبانی داشته باشند، در حالی که سیستم‌های مدرن احتمالاً توسط فروشندگان به خوبی پشتیبانی می‌شوند.

در این نوشته تلاش شده بود که مفهوم اسکادا (SCADA) به خوبی باز شود و بدانیم که دقیقا چیست و چکار می‌کند. این مقاله ترجمه‌ای بود از سایت techtarget. قطعا بی‌عیب و نقص نیست و ممنون خواهیم شد که اشکالات آن را با ما در میان بگذارید.