La adquisición y monitoreo remoto de datos como función principal del sistema SCADA y DCS, PLC, es lo mismo que la automatización de procesos industriales y la informatización del sistema básico indispensable.
Sistema SCADA
SCADA es el acrónimo de SupervisoryControI And Data AcquiSition System (Sistema de control de supervisión y adquisición de datos). El sistema SCADA es la distribución de unidades de producción descentralizadas y de larga-distancia del sistema de producción de un sistema de adquisición, monitoreo y control de datos.
Tiene una amplia gama de aplicaciones, se puede utilizar en energía eléctrica, metalurgia, petróleo, productos químicos y otros campos de adquisición de datos y control de monitoreo y control de procesos y muchos otros campos, que se utilizan más ampliamente en el sistema de energía, el desarrollo de la tecnología también es el más maduro. Ocupa una posición importante en el sistema de telecontrol, y puede monitorear y controlar los equipos operativos-in situ para realizar las funciones de adquisición de datos, control de equipos, medición, ajuste de parámetros y varios tipos de señales de alarma, es decir, lo que conocemos como la función "cuatro-remota".
RTU (Unidad terminal remota) y FTU (Unidad terminal alimentadora) son sus componentes importantes. En la automatización de subestaciones actuales, la construcción juega un papel muy importante. Es un sistema de control de automatización de la producción estructurado en un PC. Por supuesto, las funciones requeridas son diferentes para diferentes campos de aplicación, pero todas tienen las siguientes características básicas: interfaz gráfica de operación; simulación dinámica del estado del sistema; visualización de curvas de tendencia de datos instantáneos e históricos; sistema de procesamiento de alarmas; adquisición y registro de datos; salida del informe.
Historia del desarrollo del sistema SCADA
El sistema SCADA desde su inicio en la fecha del desarrollo de la tecnología informática está estrechamente relacionado con el desarrollo de los sistemas SCADA hasta la fecha ha experimentado cuatro generaciones.
La primera generación se basa en una computadora dedicada y un sistema operativo SCADA dedicado, como el sistema SD176 del Power Automation Research Institute para North China Power Grid desarrollado por Hitachi en Japón para el sistema de electrificación ferroviaria de China diseñado por el sistema remoto H-80M. Esta etapa es desde la computadora utilizada para el sistema SCADA cuando se inició en los años 70.
La segunda generación es el sistema SCADA basado en las computadoras-de uso general de los años 80. En la segunda generación, se utilizan ampliamente otras computadoras como VAX y otras estaciones de trabajo de propósito general-y el sistema operativo es generalmente el sistema operativo-UNIX de propósito general. En esta etapa, los sistemas SCADA se combinaron con el análisis de operación económica, el control automático de generación (AGC) y el análisis de red en la automatización del despacho de la red para formar sistemas EMS (sistemas de gestión de energía).
La característica común de los sistemas SCADA de primera y segunda generación era que se basaban en sistemas informáticos centralizados y no eran abiertos, lo que dificultaba mucho el mantenimiento, la actualización y la conexión en red con otros sistemas.
En los años 90, de acuerdo con el principio de apertura, se basó en redes informáticas distribuidas y tecnología de bases de datos relacionales para lograr una amplia gama de sistemas de red EMS/SCADA llamados la tercera generación. Esta etapa es el sistema SCADA/EMS de China y es la etapa de más rápido crecimiento; una variedad de la última tecnología informática se reúne en el sistema SCADA/EMS. Esta etapa es también la automatización del sistema eléctrico y la construcción de redes de China del período de mayor inversión, el país invirtió 270 mil millones de yuanes para transformar las redes eléctricas urbanas y rurales, lo que se puede ver en la automatización del sistema eléctrico y la construcción de redes del país de la importancia del grado.
La característica principal de la cuarta generación del sistema SCADA/EMS es el uso de tecnología de Internet, tecnología orientada a objetos-, tecnología de redes neuronales y tecnología JAVA y otras tecnologías, continuar expandiendo la integración del sistema SCADA/EMS y otros sistemas, seguridad integral y operación económica y la necesidad de operación comercial.
El sistema SCADA incluirá los siguientes subsistemas:
1. Interfaz hombre-máquina (o HMI para abreviar)
Un dispositivo que puede mostrar el estado del programa, el operador puede monitorear y controlar el programa de acuerdo con este dispositivo, la HMI se vinculará a la base de datos y al software del sistema SCADA, leerá la información relevante para mostrar tendencias, datos de diagnóstico e información de gestión relacionada, como procedimientos de mantenimiento regular, información de logística, sensores específicos o diagramas de cableado detallados de la máquina, o puede ayudar en la resolución de problemas del sistema experto.
Los sistemas HMI suelen mostrar información del sistema gráficamente y simular el sistema real con imágenes. El operador puede ver un diagrama del sistema a controlar. Por ejemplo, una conexión al ícono de la bomba de la tubería puede mostrar que la bomba está funcionando y el flujo de líquido en la tubería, el operador puede hacer que la bomba se detenga, el software HMI mostrará el flujo de líquido en la tubería a medida que disminuye el tiempo. La simulación incluirá diagramas de cableado y esquemas para representar los elementos del proceso, pero también puede utilizar imágenes del equipo del proceso, junto con animaciones para ilustrar la situación del proceso.
El software HMI de un sistema SCADA generalmente incluye software de dibujo que permite al mantenedor del sistema modificar la presentación del sistema en la HMI. La presentación puede ser tan simple como solo las luces en la pantalla, y las luces indican el estado real de la situación, también puede ser tan compleja como usar múltiples proyectores para mostrar todos los ascensores en la ubicación del rascacielos o todos los trenes en la ubicación del ferrocarril.
Al implementar un sistema SCADA, el manejo de advertencias es una parte importante del sistema. El sistema monitorea si se cumplen las condiciones de advertencia especificadas para determinar si ha ocurrido un evento de advertencia. Cuando hay un evento de advertencia, el sistema tomará la acción correspondiente, como activar una o más instrucciones de advertencia o enviar un correo electrónico-o SMS al administrador del sistema o al operador de SCADA para informar que hay un evento de advertencia. Los operadores de SCADA deben confirmar el evento de advertencia, algunos eventos de advertencia en la confirmación de las instrucciones de advertencia se desactivarán y algunos indicadores de advertencia se desactivarán solo después de que se eliminen las condiciones de advertencia.
2. Sistema de seguimiento (computarizado)
Se pueden recopilar datos y enviar comandos para monitorear el progreso del programa.
3. Unidad terminal remota (RTU)
La RTU se puede conectar a muchos sensores utilizados en el programa y los datos digitales se transmiten al sistema de monitoreo después de la adquisición de datos.
Los sistemas de control de terminales remotos (RTU) se pueden conectar a otros equipos, y las RTU pueden convertir señales eléctricas de equipos en valores digitales, como el estado de apertura/cierre de un interruptor o válvula, o la presión, el flujo, el voltaje o la corriente medidos por un instrumento. También se puede convertir y transmitir la señal para controlar el dispositivo, como un interruptor específico o una válvula de apertura/cierre, o configurar la velocidad de una bomba.
4. controlador lógico programable (controlador lógico programable, PLC para abreviar)
Debido a su bajo costo y versatilidad, también se usa comúnmente como dispositivo de campo, en lugar de las funciones especiales del sistema de control de terminal remoto.
SCADA es la capa de gestión de programación, PLC es la capa de equipos de campo. Sistema PLC, es decir, controlador programable, adecuado para medición y control de campo industrial, funciones de control y medición de campo, rendimiento estable, alta confiabilidad, tecnología madura, ampliamente utilizado y a un precio razonable. SCADA se centra en el seguimiento y control, y puede realizarse en parte como función lógica, básicamente utilizada para la parte superior; PLC puramente para lograr la función lógica y PLC simplemente realiza la función lógica y el control, no proporciona interfaz hombre-máquina, realiza la operación con la ayuda del indicador de botón, HMI y sistema SCADA;
5. Red de comunicación
Consiste en proporcionar un sistema de monitoreo y RTU (o PLC) entre la tubería para transmitir datos.
El sistema SCADA tradicional utilizará transmisión, serie o módem para lograr la función de comunicación; algunos sistemas SCADA de gran-escala (como plantas de energía o ferrocarriles) también utilizarán a menudo la arquitectura en la red óptica síncrona (SONET) o el sistema digital síncrono (SDH) en Ethernet o protocolos de red. El sistema SCADA en la función de gestión o monitoreo remoto a menudo se denomina telemetría.
Arquitectura típica del sistema SCADA
El desarrollo del sistema SCADA ha pasado por tres etapas: etapa del sistema SCADA centralizado, etapa del sistema SCADA distribuido y sistema SCADA en red.
El sistema SCADA centralizado consiste en que todas las funciones de monitoreo dependen de un host (mainframe), utilizando una red de área amplia para conectar la RTU de campo y el host. El protocolo de red es relativamente simple, con poca apertura y funcionalidad débil.
El sistema SCADA en red se basa en varias tecnologías de red, con una estructura de control más descentralizada y una gestión de la información más centralizada. El sistema generalmente se basa en una estructura cliente/servidor (C/S) y navegador/servidor (B/S). La mayor parte de la estructura del sistema contiene ambas estructuras, pero la estructura C/S es principalmente una estructura B/S que admite aplicaciones de Internet para satisfacer las necesidades de monitoreo remoto.
En comparación con el sistema SCADA de segunda-generación, el sistema SCADA de tercera-generación tiene una estructura más abierta, mejor compatibilidad y se puede integrar perfectamente en todo el sistema de automatización integral de la planta. Dado que la escala del sistema SCADA puede ser desde varios cientos de puntos hasta decenas de miles de puntos, la demanda del usuario para el sistema SCADA es diversa, por lo que plantea altos requisitos para la arquitectura del sistema.
El sistema SCADA pertenece al típico sistema de aplicación informática distribuida; en dicho sistema, la arquitectura es lo más esencial en el sistema de software, una buena arquitectura significa universal, eficiente y estable. Puede manejar eficientemente una amplia variedad de necesidades individuales. Al mismo tiempo, la arquitectura permanece estable durante un cierto período de tiempo. Cuando los requisitos cambian, el programador puede prescindir de modificar la arquitectura del sistema.
1. Arquitectura cliente/servidor
La estructura C / S de la comunicación entre el cliente y el servidor se realiza de forma "solicitud - respuesta". El cliente envía una solicitud al servidor y el servidor responde a la solicitud.
La característica más importante de la arquitectura C/S es que no es un entorno maestro{0}}esclavo, sino un entorno igual, es decir, las computadoras en un sistema C/S pueden ser clientes y servidores en diferentes ocasiones. En las aplicaciones C/S, al usuario sólo le preocupa la solución completa de sus propias aplicaciones, no le preocupa qué computadora o qué computadora completar.
Por ejemplo, en un sistema SCADA, cuando el servidor SCADA solicita datos del PLC, es el cliente, y cuando otras estaciones operativas solicitan servicios del servidor SCADA, es el servidor. Obviamente, esta estructura puede aprovechar al máximo las ventajas del entorno de hardware en ambos extremos y asignar razonablemente tareas para su realización entre el lado del cliente y el servidor, lo que reduce la sobrecarga de comunicación del sistema.
2. Estructura del navegador/servidor
Con la popularidad y el desarrollo de Internet, la estructura anterior de host/terminal y C/S no puede cumplir con los nuevos requisitos de la actual red global abierta, interconectada, información en todas partes e intercambio de información, por lo que surge una estructura B/S.
La estructura B / S se caracteriza por: el usuario puede acceder a texto, datos, imágenes, animaciones, videos-on-demanda e información de sonido a través del navegador de Internet. Esta información es generada por muchos servidores web, y cada servidor web se puede conectar a una variedad de formas y servidores de bases de datos, una gran cantidad de datos realmente se almacenan en el servidor de bases de datos. La mayor ventaja de esta estructura es que el cliente está unificado mediante el navegador, lo que no solo hace que el usuario sea fácil de usar, sino que también evita que el cliente tenga problemas de mantenimiento.
3. Comparación de las dos estructuras.
(1) las ventajas y desventajas del modelo B / S
Las ventajas de la estructura B/S se muestran en:
Características distribuidas, puede consultar, navegar y otros procesos comerciales en cualquier momento y en cualquier lugar.
La expansión empresarial es simple y conveniente; mediante la adición de páginas web se puede aumentar la función del servidor.
El mantenimiento es simple y conveniente, solo necesita cambiar la página web, puede realizar la sincronización de todos los usuarios para actualizar.
Desarrollo simple y fuerte intercambio.
Las desventajas de la estructura B/S son las siguientes:
Las funciones personalizadas se reducen obviamente y es imposible cumplir con los requisitos de las funciones personalizadas.
El funcionamiento se basa en el ratón como modo de funcionamiento más básico, incapaz de cumplir los requisitos de un funcionamiento rápido.
Actualización dinámica de la página, la velocidad de respuesta se reduce significativamente.
Las funciones se debilitan y es difícil cumplir con los requisitos de funciones especiales en el modo tradicional.
(2) Ventajas y desventajas del modelo C / S
Las ventajas de la estructura C/S:
Como el cliente realiza la conexión directa con el servidor, no existe un enlace intermedio, por lo que la velocidad de respuesta es rápida.
La interfaz de operación es hermosa, diversa y puede satisfacer completamente los requisitos personalizados del cliente.
La estructura C / S del sistema de información de gestión tiene una fuerte capacidad de procesamiento de transacciones y puede realizar procesos comerciales complejos.
Estructura C / S de las deficiencias de la actuación:
La necesidad de un programa de instalación de cliente especializado, la función de distribución es débil, para una amplia gama de puntos y no cuenta con las condiciones de red del grupo de usuarios, no se puede realizar una implementación rápida de la instalación y configuración.
La mala compatibilidad, para diferentes herramientas de desarrollo, tiene mayores limitaciones. Si utiliza herramientas diferentes, deberá reescribir el programa.
Mayores costos de desarrollo, que requieren un cierto nivel de personal técnico profesional para completarse.
La diferencia entre SCADA y DCS, PLC
Los sistemas de control industrial cubren una variedad de tipos de sistemas de control, antes hablábamos de los sistemas de control distribuido (DCS), los controladores lógicos programables (PLC), y los sistemas de adquisición y monitoreo de datos (SCADA) más comunes y fáciles de confundir. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre SCADA, DCS y PLC?
DCS
Un sistema DCS, o Sistema de Control Distribuido, es un sistema que se utiliza principalmente para controlar los procesos de producción en el mismo entorno geográfico.
Los sistemas DCS utilizan monitoreo y control centralizados para coordinar a los controladores locales para ejecutar todo el proceso de producción. Al modularizar el sistema de producción, DCS reduce el impacto de fallas individuales en todo el sistema. En muchos sistemas modernos, los sistemas DCS están interconectados con los sistemas empresariales para permitir que el proceso de producción se refleje en la operación general del negocio.
Los sistemas DCS se utilizan comúnmente en áreas de control industrial como refinerías de petróleo, plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de energía, plantas químicas y plantas farmacéuticas. Estos sistemas se utilizan normalmente para control de procesos o sistemas de control discretos.
SCADA
Los sistemas SCADA, o sistemas de monitoreo y adquisición de datos, son sistemas centrales para el control industrial, utilizados principalmente para controlar activos descentralizados con el fin de realizar una recopilación de datos centralizada que es tan importante como el control.
Los sistemas SCADA integran sistemas de adquisición de datos, sistemas de transmisión de datos y software HMI para proporcionar monitoreo y control centralizados para las entradas y salidas del proceso. Los sistemas SCADA están diseñados para recopilar información del campo, transmitir esa información a un sistema informático y mostrar esa información en forma de imagen o texto. Como resultado, un operador puede monitorear y controlar todo el sistema en tiempo real desde una ubicación centralizada, controlar cualquiera de los sistemas individuales de acuerdo con la complejidad y la configuración relevante de cada sistema, y automatizar operaciones o tareas relevantes, que también se pueden realizar automáticamente mediante comandos del operador.
Los sistemas SCADA se utilizan principalmente en sistemas distribuidos como tratamiento de agua, oleoductos y gasoductos, sistemas de transmisión y distribución de energía, ferrocarriles y otros sistemas de transporte público.
SOCIEDAD ANÓNIMA
Sistema PLC, es decir, controlador lógico programable PLC es una nueva generación de dispositivos de control industrial basada en la introducción de tecnología microelectrónica, tecnología informática, tecnología de control automático y tecnología de comunicación en los controladores secuenciales tradicionales con el objetivo de reemplazar las funciones de control secuencial como relés, lógica de ejecución, cronometraje, conteo, etc. y establecer sistemas de control programados flexibles. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) promulgó las disposiciones del PLC: el controlador programable es una operación informática digital del sistema electrónico, diseñado para su aplicación en entornos industriales. Utiliza una memoria programable, que se utiliza para almacenar instrucciones para realizar operaciones lógicas, control secuencial, temporización, conteo y operaciones aritméticas en su interior, y para controlar diversos tipos de maquinaria o procesos de producción a través de entradas y salidas digitales y analógicas. El controlador programable y su equipo relacionado debe ser fácil de formar un todo con el sistema de control industrial, fácil de expandir su funcionalidad del principio de diseño.
En la arquitectura de red de los sistemas de control y automatización industrial, el PLC, como componente de control importante, generalmente se usa en sistemas SCADA y DCS para realizar operaciones específicas y control de procesos de equipos industriales y proporcionar gestión de procesos locales a través del control de bucle.
En los sistemas SCADA, el PLC funciona como una RTU (es decir, Unidad Terminal Remota). Cuando se utilizan en sistemas DCS, los PLC se utilizan como controladores locales con un programa de control de supervisión. Al mismo tiempo, los PLC se utilizan a menudo como componentes importantes para configurar sistemas de control más pequeños.
Los PLC tienen memorias programables-por el usuario para almacenar instrucciones para lograr funciones específicas como control de E/S, lógica, temporización, conteo, control PID, comunicaciones, aritmética y procesamiento de datos y archivos. Con el desarrollo de la tecnología de comunicación, los PLC también pasaron de protocolos de comunicación privados cerrados al uso de protocolos públicos abiertos, lo que mejora en gran medida la compatibilidad del sistema y facilita el mantenimiento y la actualización del sistema.
Conclusión
De lo anterior se puede ver fácilmente: SCADA, DCS es un concepto y PLC es un producto, los tres no son comparables:
1, PLC es un producto mediante el cual puede constituir SCADA, DCS;
2, DCS es un control de proceso desarrollado, PLC es un sistema de control lógico de relé-desarrollado;
3, PLC es un dispositivo, DCS, SCADA es el sistema.
En términos estrictos, DCS se utiliza principalmente para la automatización de procesos, PLC se utiliza principalmente para la automatización de fábricas (línea de producción), SCADA se utiliza principalmente para necesidades de áreas-amplias, como campos petroleros, que se extienden por miles de kilómetros de oleoductos. Si desde el punto de vista de la computadora y la red están unificados, la razón por la cual existe una diferencia, principalmente en los requisitos de la aplicación, DCS a menudo requiere algoritmos de control avanzados. Al igual que en la industria de refinación de petróleo, el PLC requiere una alta velocidad de procesamiento, porque a menudo se usa en sistemas de enclavamiento e incluso a prueba de fallas. SCADA también tiene algunos requisitos especiales, como monitoreo de vibración, cálculo de flujo, regulación de picos y valles, etc.
Por tanto, también se puede considerar simplemente:
SCADA es la gestión de programación.
DCS es la capa de gestión de la planta.
PLC es la capa de equipos de campo.
El sistema SCADA tiene una larga historia, pero aún se encuentra en el rápido desarrollo de las cosas "recién nacidas", con un sistema complejo, estándares de interfaz abiertos y profundidad de integración de la red de Internet y otras características, la necesidad de integrar la producción, la academia, la investigación y el uso de todos los aspectos de la investigación del sistema SCADA de teoría y tecnología de seguridad de la información, para alentar a los fabricantes nacionales de sistemas SCADA a acumular e innovar tecnología, cultivar el equipo de investigación y desarrollo de tecnología del sistema SCADA para alcanzar el nivel avanzado del mundo, y promover gradualmente el uso de sistemas SCADA localizados con derechos de propiedad intelectual independientes para reemplazar sistemas extranjeros en industrias clave.