A különböző ipari tevékenységek során nagyon fontos a folyamatok részeletekbe menő monitoringja. Mivel rendkívül bonyolult és egymásra ható folyamatokról van szó, a megfelelő technika nélkül ez a feladat kivitelezhetetlen volna. A két legelterjedtebb ilyen technológia a SCADA és a PLC; felületesen szemlélve a helyzetet úgy tűnhet, hogy ez a két rendszer egymás vetélytársai, mivel a funkciójuk hasonló, míg a metodikájuk más, de valójában szinergiában működnek és így nyújtják a legjobb eredményt.
Mi a PLC rendszer?
A PLC egy hardver, és programozható logikai vezérlőnek lehetne fordítani (programmable logic controller). A vezérlő, mint bementei hardver, egy monitorhoz, kimeneti eszközhöz van kapcsolva: a PLC-re felvitt és vizsgált dologról összegyűjtött adatok a rendszer feldolgozza és csak a lényeges információk jelennek meg a monitoron. A technika egyik előnye, hogy a folyamatba való beavatkozás automatizálható, de az egyedi, egyszeri utasítások közvetetlenül is végrehajthatók. A PLC sokoldalúsága tehát abban rejlik, hogy információt gyűjt, illetve feldolgoz, ami alapján automatikusan beavatkozik, ha úgy programoztuk, valós idejű információval látja el az embert és lehetővé teszi az azonnali, manuális intervenciót is, ráadásul anyagát tekintve strapabíró és ellenálló.
Mivel egy félautomata rendszerről van szó, a legkomplexebb feladatoknál érdemes elsősorban alkalmazni ezt a technikát, de ott szinte elengedhetetlen, hiszen ember már nem képes átlátni túl nagy skálájú rendszereket. Viszont nagyobb PLC-k komolyabb erőforrásokat is igényelnek, avagy halmozni kell őket. A PLC eredeti célja is egyfajta standardizálás és halmozás volt: a reléket és időzítőket integrálta és váltotta ki idővel, létrehozva ezzel egy dinamikus és átfogó hatókörű rendszert.
Mi a SCADA rendszer?
A SCADA-t magyarul folyamatirányító és adatgyűjtő rendszernek szokták fordítani (supervisory control and data acquisition). A PLC-vel ellentétben ez egy szoftver, ami a hardverek irányítását szolgálja és az adatgyűjtést és -feldolgozást koordinálja automatikusan. Az adatgyűjtés lefed szenzorokat, PLC-ket, illetve az információ grafikusan (pl. diagramok) és számokkal is megjeleníthető egyszerre több eszközön is. Mivel az információ begyűjtése, -elemzése, -megjelenítése egyidőben zajlik, a SCADA-t egy hálózatként szokták értelmezni, amely egy egész gyártóüzemet képes hatékonyan menedzselni.
A SCADA-ba egy sor egyéb rendszer is integrálható (pl. PLC) és az automatizálható mivoltának köszönhetően, akár egy ember is elég, hogy – nem is azért, hogy irányítsa – csak hogy felügyelje, hogy minden rendben halad-e az üzemben. Az integrált gyártósorok méretétől függően természetesen, akár több üzem is irányítható a SCADA-n keresztül egy ember által.
Mi a különbség a PLC és a SCADA között?
A két rendszer összehasonlításánál érdemes az alapoktól kezdeni. Az alapvető különbség a technológiák típusában rejlik. A PLC valójában egy „darab” hardver, míg a SCADA egy szoftver. A PLC-t látja az ember, megvizsgálhatja, míg a SCADA számítógépen fut, Windowson, vagy bármi más operációs rendszeren. Mivel fizikálisan nem korlátozott, a SCADA hatóköre sokkal jobban kiterjeszthető. A PLC csak egy konkrét elemre koncentrál, azt teljes mértékben képes vezérelni, de a SCADA önmagában nem használható, mert nem képes tényleges beavatkozásra fizikai értelemben, de egyszerre több dolgot is képes felügyelni.
Mi a kapcsolat a két rendszer között?
A különbségeik miatt a két dolog valójában nem ellentétei egymásnak, hanem kiegészítik egymást egy adott kontextusban, egy adott gyártási folyamat hatékony felügyelete és irányítása céljából. A PLC egy alkotóeleme a SCADA által ellenőrzött struktúrának. A kettő közti kapcsolat úgy írható le, mint a szem, kéz és agy kapcsolata az emberben, amiből a szem és a kéz a PLC, ami az információt szolgáltatja és az az alapján kiadott parancsot végrehajtja.
A karbantartási feladatok tekintetében nagyon fontos, hogy a fent leírt információ-parancs-végrehajtás folyamat automatizálható. A karbantartás az állapotmegőrzést szolgálja, tehát az programozható múltbéli és elvárt adatok alapján, kézi beavatkozás itt ritkán szükséges. Például, ha egy turbina mozgása a monitoring tárgya, a PLC jelezheti, hogy túl nagy vibráció terheli a rendszert. A túllépés közvetítve van a SCADA-hoz, ami „kitalálja”, hogy mi okozza a problémát és azt, hogy az hogyan megoldható, milyen beavatkozásra van szükség. Az eredmény és a parancs pedig visszakerül a PLC-hez, ami korrigál, például lassítja a turbinát vagy leállítja azt, lehetővé téve a javítást vagy alkatrészcserét, ha annak szükségessége lett a SCADA ítélete. A két rendszer kapcsolata így egy technológiai partnerség.
Kommunikációs infrastruktúra és -eljárás
A rendszer hagyományosan radión, kábelen kommunikál, habár szinkronos optikai hálózatot is gyakran használtak/használnak olyan nagy hálózatok menedzselésére, mint a vasutak vagy erőművek. A távolsági megfigyelés és irányítást gyakran telemetriaként szokták emlegetni. (Ilyen van például a Forma-1-ben, ahol a mérnökök folyamatosan elemzik az autók állapotát és tájékoztatják róla a pilótákat.) Sok vállalat már felépítette az infrastruktúrát és alkalmazzák is, de megtartották a korábbi alacsony sávszélességű hálózataikat is.
A SCADA protokollok nagyon kompaktak. A legtöbb úgy lett megtervezve, hogy csak akkor küldjenek parancsot, használjanak erőforrást, ha az szükséges az előre felprogramozott paraméterek fényében. Az adatforrások között lehet Modbus RTU, RP-570, Profibus és Conitel. A fő különbség ezek között, hogy eltérő mértékű automatizációt tesznek lehetővé a rendszerben. Az, hogy a protokollok melyik eszközt használják, rendszerint a kivitelező cégtől függ, de néhány alaptípus széleskörben használatos: IEC 60870-5-101 vagy -104, IEC 61850 és DNP3. Ezek az alaptípusok kompatibilisek a TCP/IP-okkal is (átviteli vezérlő internetprotokoll, transmission control internet protocol). A TCP/IP bevezetése egy mérföldkő volt az internet ipari használatát illetően a ’70-es évek elején (IEEE Communication Surveys, 2012).
A szigordó biztonsági előírások miatt a szatellit-alapú kommunikáció rohamosan terjedt. Ennek a legnagyobb előnye, hogy a telefonhálózat sérülékenységéből és lehallgathatóságából adódó kockázatok kezelhetők, és az adatok változatosan kódolt és titkosított formában is továbbíthatók. A dekódolás algoritmusa szintén védhető és mivel egy megbízható átviteli rendszerről van szó, az adatvesztés esélye is minimális.
A korábban említett RTU-k (remote telemetry unit) még az internet ipari elterjedése előtt lettek kifejlesztve és sok SCADA-val foglalkozó cég még mindig ezt használja, de ezeknek egyre kisebb a kereslete, ahogy a PLC lassan átveszi az RTU-k szerepét. Az érintett szereplők közös érdekét szolgálja a standardizálás, egy ilyen kezdeményezés az OPC konzorcium Open Platform Communication Unified Architecture protokollja. A szervezet kezdeményezésének elsődleges célja az ipari automatizálás előre mozdítása a gépek közötti kommunikáció uniformizálása által.