O que é controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA)? Definição, tipos e software

O SCADA usa computadores, redes e interfaces de usuário para monitorar e controlar processos industriais remotamente.

O controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) é definido como uma solução abrangente de hardware e software que controla e gerencia processos industriais de alto nível sem intervenção humana.

O SCADA funciona coletando dados em tempo real remotamente para processá-los e controlar condições e equipamentos. As empresas também utilizam o SCADA para tomar decisões baseadas em dados em relação aos processos industriais.

Este artigo aborda a definição, os tipos e os principais softwares do SCADA.

O que é SCADA?

O controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) é uma solução abrangente de hardware e software que controla e gerencia processos industriais de alto nível sem intervenção humana. Ele funciona coletando dados em tempo real remotamente para processá-los e controlar condições e equipamentos. As empresas também utilizam o SCADA para tomar decisões baseadas em dados em relação aos processos industriais.

A arquitetura SCADA começa com unidades terminais remotas (RTUs) ou controladores lógicos programáveis ​​(PLCs). RTUs e PLCs são microcomputadores capazes de se comunicar com componentes industriais, como máquinas de fábrica, interfaces homem-máquina, dispositivos finais e sensores. Os dados desses componentes são então transmitidos para computadores usando o software SCADA, que os processa, distribui e exibe para as equipes de operações.

Os players modernos utilizam o SCADA para controlar remota ou localmente os processos industriais e coletar, monitorar e processar dados em tempo real. O SCADA também permite que os operadores industriais controlem e gerenciem diretamente dispositivos como válvulas, sensores, motores, bombas e outros componentes usando o software de interface homem-máquina (HMI).

Além disso, o SCADA é uma solução prática de manutenção de registros, pois todos os dados são registrados sistematicamente. Além disso, as soluções SCADA permitem que as organizações industriais utilizem os dados para uma tomada de decisão mais inteligente, aumentando a eficiência e comunicando os problemas do sistema em tempo hábil para minimizar o risco de paralisação. Por exemplo, o SCADA notificará rapidamente as equipes de operações relevantes se um lote de produto estiver exibindo uma alta taxa de incidência de erros.

A equipe de operações poderia então pausar a produção e examinar os dados do sistema coletados pelo SCADA na HMI. Isso ajudaria os operadores a determinar e resolver a causa raiz dos erros e evitar que o lote ruim aumentasse de tamanho.

Evolução do SCADA

Até meados do século XX, as organizações industriais contavam com pessoal de campo para controlar e monitorar manualmente os equipamentos. No entanto, à medida que aumentava a escala de funcionamento destas instalações, tornou-se necessário conceber uma solução para controlar remotamente os equipamentos. Essa necessidade levou à introdução do controle supervisório por meio de temporizadores e relés.

‘SCADA’ como um termo foi concebido no início de 1970. Ao mesmo tempo, microprocessadores e PLCs estavam vendo um aumento em aplicações comerciais, com empresas cada vez mais os usando para controlar e monitorar processos automatizados.

A evolução do SCADA começou com computadores mainframe. Posteriormente, sistemas distribuídos foram usados ​​para conduzir o SCADA. No entanto, enquanto estavam interconectados, não podiam se comunicar com sistemas de outros fornecedores.

A próxima iteração a ser introduzida foi o SCADA em rede, que apresentava uma arquitetura de sistema aberto, permitindo a comunicação entre sistemas de diferentes fornecedores. No entanto, tecnologias proprietárias ainda eram utilizadas para tratamento de dados, levando a uma lacuna entre controles e TI.

Por fim, os modernos sistemas SCADA baseados na Web permitiram que os usuários acessassem dados de operações em tempo real de qualquer lugar do mundo. Essas soluções resolveram as deficiências das iterações anteriores e permitiram uma tomada de decisão rápida e baseada em dados. Eles melhoraram significativamente a eficiência, produtividade, confiabilidade e segurança dos processos industriais.

Usos do SCADA

Os sistemas SCADA são populares em todos os tipos de empresas porque podem ir de instalações simples a configurações grandes e complexas. O SCADA é crítico em muitas indústrias modernas, incluindo energia e energia, manufatura, alimentos e bebidas, petróleo e gás, água e águas residuais e transporte.

Praticamente toda organização industrializada ou operacionalmente intensiva depende de alguma solução SCADA para manter as coisas funcionando sem problemas. Essa pode ser uma solução que mantém a refrigeração de uma rede de restaurantes, garante uma produção contínua e segura em uma refinaria de petróleo ou até mesmo acompanha o uso de energia dos proprietários.

Tipos de Sistemas SCADA

Antes de aprendermos mais sobre os tipos de sistemas SCADA, vamos nos familiarizar com a arquitetura do sistema SCADA.

Geralmente, as soluções SCADA são implantadas em uma arquitetura centralizada para permitir o monitoramento e controle de uma ampla área. O ‘core SCADA’ é um pacote de software posicionado no topo do hardware e serve como um sistema supervisório.

Unidades terminais remotas são usadas para coletar dados e transmiti-los a um sistema mestre, bem como para controlar máquinas conforme as instruções recebidas do sistema mestre. Além disso, os PLCs podem ser personalizados para atender a requisitos operacionais específicos.

Por exemplo, o SCADA pode ajudar a regular o fluxo de água em uma instalação industrial. Os operadores conseguiriam alterar o ponto de fluxo definido e definir as condições para um alarme ser acionado em caso de alta temperatura ou perda de fluxo. No caso de se acumular muita pressão na tubulação, o SCADA pode até começar a abrir automaticamente uma válvula de alívio. Finalmente, a condição das operações seria exibida e registrada continuamente. O SCADA oferece monitoramento de desempenho de ponta a ponta para qualquer loop de processo.

Arquitetura de hardware SCADA

Um sistema de hardware SCADA normalmente pode ser classificado em duas camadas: a camada do cliente e a camada do servidor de dados. O primeiro permite interações homem-máquina, enquanto o último conduz os processos de dados.

RTUs ou PLCs permitem a comunicação entre os dispositivos e servidores de dados em uma configuração SCADA. Os CLPs podem ser conectados diretamente ao servidor de dados ou vinculados usando redes e barramentos. A estação mestra e os vários dispositivos se comunicam usando LAN ou WAN.

Finalmente, os sensores contam com RTUs ou PLCs para converter sinais em dados digitais. A unidade mestre então recebe esses dados e transmite o feedback apropriado de volta para as RTUs, que aplicam sinais elétricos aos dispositivos de acordo.

Arquitetura de software SCADA

Os processos SCADA, como multitarefa e gerenciamento de banco de dados em tempo real, são tratados no nível do servidor. Além disso, os sistemas SCADA normalmente consistem em software para exibição gráfica de dados de processo (tendências); informações de diagnóstico; e gerenciamento de dados, como manutenção programada, logística, esquemas detalhados para dispositivos específicos e solução de problemas.

Esses recursos permitem que o pessoal visualize uma representação esquemática em tempo real das operações. Exemplos de processos de software SCADA incluem verificações de alarme, registro, arquivamento e cálculos.

Tipos de sistema SCADA

Agora que estamos familiarizados com a visão geral da arquitetura do SCADA, entenderemos os vários tipos de sistema SCADA.

1. Monolítico

Os primeiros sistemas SCADA dependiam de grandes minicomputadores para processamento. Os serviços de rede padrão não existiam na época, o que significava que as soluções SCADA eram geralmente sistemas independentes sem interconectividade de rede.

Os protocolos de comunicação eram estritamente proprietários. Um sistema mainframe de backup conectado a todos os sites RTU foi a configuração preferida para redundância do sistema. Essa configuração seria ativada caso o sistema principal do mainframe falhasse.

2. Distribuído

Nesse tipo de SCADA, o processamento de informações e comandos é descentralizado. A distribuição ocorre entre estações conectadas usando LAN e o compartilhamento de dados ocorre quase em tempo real.

Uma estação especializada é designada para cada tarefa, ajudando na redução de custos em comparação com um SCADA monolítico. Os protocolos de rede ainda são proprietários, portanto, determinar a segurança das instalações SCADA não é fácil. No entanto, a segurança do sistema era geralmente negligenciada quando esse tipo de SCADA era popular.

3. Em rede

O SCADA em rede deu um passo à frente da arquitetura distribuída, com sistemas SCADA complexos sendo reduzidos a seus componentes mais básicos e vinculados usando protocolos de comunicação abertos.

Em um projeto de rede, os sistemas SCADA podem ser distribuídos em várias redes locais. Isso é conhecido como uma rede de controle de processo (PCN) e está geralmente espalhada por uma ampla área geográfica. Um SCADA em rede pode ser simplesmente uma configuração com vários SCADAs distribuídos operando em paralelo, com um historiador e supervisor. Essa configuração é econômica, especialmente para sistemas de grande escala.

4. Web

Finalmente, os sistemas SCADA baseados na web permitem que os usuários visualizem e troquem dados e controlem os processos de maneira independente de localização usando uma conexão SOCKET da web. Um sistema SCADA da web geralmente usa um navegador da Internet como interface gráfica do usuário (GUI). Esse tipo de SCADA é conhecido por sua implantação simplificada no lado do cliente. Os usuários podem acessar o sistema da maioria das plataformas, incluindo servidores, computadores pessoais e smartphones.

Componentes SCADA

Agora que estamos esclarecidos sobre os tipos de sistemas SCADA, entenderemos os componentes incluídos nesses tipos.

1. Controlador de supervisão

O controlador de supervisão, também chamado de unidade terminal mestre (MTU), desempenha o papel de um servidor de comunicação central. Ele está localizado no centro de controle e gerencia a troca de informações entre a interface homem-máquina e as RTUs, sensores, PLCs e outros dispositivos.

Um único computador pessoal poderia servir satisfatoriamente como controlador de supervisão em uma configuração SCADA menor. No entanto, a unidade terminal principal para implantações SCADA maiores geralmente inclui vários servidores, aplicativos de software distribuídos e medidas para recuperação de desastres. Esse sistema pode usar medidas de espera ativa para garantir que os processos industriais críticos permaneçam inalterados em caso de falha do sistema.

2. Unidades terminais remotas

Uma unidade terminal remota (RTU), ou uma unidade de telemetria remota, é um dispositivo eletrônico usado para telemetria remota e controle de processo. Esses dispositivos baseados em microprocessadores são conectados a transmissores, sensores, monitores e outros dispositivos no local remoto.

As RTUs coletam e transmitem dados para o centro de controle, onde são monitorados e processados. A transmissão de dados entre as RTUs e a estação central geralmente ocorre ao usar portas seriais como RS232.

3. Controladores lógicos programáveis

Um controlador lógico programável (PLC) é um dispositivo eletrônico de estado sólido que pode controlar equipamentos e processos do sistema substituindo a RTU. Está ligado aos sensores e converte a sua saída num sinal digital.

Um PLC apresenta um design mais simples e um processo de instalação mais direto do que uma RTU. Os CLPs também são mais confiáveis ​​e econômicos. Além disso, são mais compactos e ocupam menos espaço que as RTUs. Finalmente, a solução de problemas é fácil e rápida em caso de erros.

4. Interface homem-máquina

Uma interface homem-máquina (HMI) exibe informações geralmente como uma representação gráfica do sistema SCADA para monitoramento e controle por operadores humanos. Os funcionários usam HMIs para acessar unidades de controle, como PLCs e RTUs.

As IHMs são idealmente projetadas para serem simples e intuitivas. Por exemplo, uma representação gráfica de uma bomba conectada a uma caixa d’água seria visível na HMI, e o usuário humano poderia visualizar em tempo real a vazão da água e sua pressão.

O sistema de alarme é crítico para um sistema HMI e pode ser acionado com base em valores predefinidos. No exemplo do tanque de água, um operador humano pode definir o alarme de nível de água em 80% e 90%. O alarme daria um aviso padrão assim que o nível da água ultrapassasse 80%. Um alarme crítico seria acionado se o nível da água ultrapassasse 90% e uma válvula de liberação abriria automaticamente.

5. Dispositivos eletrônicos inteligentes

Dispositivos eletrônicos inteligentes incluem controladores baseados em microprocessadores, reguladores e relés. Esses dispositivos são capazes de comunicação serial com os outros dispositivos no sistema SCADA.

Dispositivos eletrônicos inteligentes podem transmitir e receber dados de dispositivos externos e controlar ou ser controlados por eles. Os dispositivos externos incluem transdutores, relés, unidades de controle e dispositivos semelhantes.

6. Servidor de gerenciamento de rede

Um servidor de gerenciamento de rede (NMS) monitora o hardware e o software da rede para o sistema SCADA. O administrador de rede e o NMS são responsáveis ​​pelo gerenciamento de componentes de rede individuais.

O NMS registra dados de componentes remotos, sendo então relatados ao administrador do sistema. As funções executadas pelo NMS incluem monitoramento de dispositivos, análise de desempenho, descoberta e gerenciamento de dispositivos e análise de alerta e notificações.

7. Componentes de comunicação

Os sistemas SCADA utilizam uma mistura de conexões de rádio, com fio direto e internet para transferência de dados. No caso de implantações em grande escala, como em usinas elétricas e ferrovias, também podem ser usados ​​ONET ou SDH.

8. Linguagem de programação

HMI e MTU usam programação para gerar mapas e diagramas para fornecer informações críticas sobre operações regulares e falhas de eventos. Os sistemas SCADA comerciais geralmente usam programação C ou uma linguagem de programação derivada.

Prós e Contras do SCADA

Os sistemas SCADA são uma parte indispensável da maioria das configurações industriais modernas. No entanto, eles não são perfeitos. Como tal, é crucial entender mais sobre os prós e contras do SCADA.

Começaremos examinando os prós das soluções SCADA.

1. Informações em tempo real

Os sistemas SCADA mantêm as operações industriais seguras e simplificadas, fornecendo informações em tempo real sobre o status de todos os dispositivos e processos críticos. Graças ao SCADA, os operadores podem identificar e resolver rapidamente possíveis problemas, garantindo assim uma continuidade robusta dos negócios.

2. Controle unificado

O SCADA fornece uma interface centralizada para o pessoal de operações controlar e monitorar todos os dispositivos e processos críticos de um único local. As equipes de operações podem ajustar com rapidez e eficiência qualquer parte do sistema unificado.

3. Maior confiabilidade e eficiência

Os sistemas SCADA são, por definição, altamente confiáveis ​​e eficientes. O SCADA impulsiona a operação contínua de processos críticos, o que é vital para garantir a confiabilidade das operações industriais. Os sistemas SCADA podem continuar operando mesmo durante a falha de um componente ou outros erros do sistema.

Além disso, o SCADA automatiza várias tarefas cruciais que fazem parte do monitoramento e controle de operações de grande escala. Ao remover a dependência da intervenção humana e, portanto, a possibilidade de erro humano, o SCADA aumenta a eficiência e melhora a velocidade e a precisão do processo.

4. Acesso remoto

Finalmente, os sistemas SCADA vêm com suporte para funcionalidades de acesso remoto. O pessoal de operações pode usar o SCADA para controlar e monitorar processos industriais a partir de qualquer dispositivo seguro com uma conexão confiável à Internet. Isso é especialmente útil para gerenciar e monitorar equipamentos de difícil acesso ou de alto risco.

Os sistemas SCADA têm muitos profissionais essenciais. No entanto, eles também têm alguns contras notáveis.

1. Alto custo

A consideração imediata enfrentada pelas empresas que adotam uma solução SCADA é seu alto custo. As implantações do SCADA podem ser caras porque geralmente precisam de várias unidades de hardware especializado, software personalizado e treinamento de operadores humanos para uso diário e manutenção regular.

Além disso, os sistemas SCADA são geralmente críticos para operações industriais. Portanto, qualquer forma de tempo de inatividade ou falha nesses sistemas pode ser cara. Isso ocorre porque os reparos seriam dispendiosos, assim como o custo do tempo de inatividade para desligar os processos afetados.

2. Complexidade

Sem o treinamento adequado, os sistemas SCADA podem ser bastante complicados e complexos de usar. Uma implantação do SCADA requer conhecimento especializado para que os operadores o utilizem eficazmente. Mesmo operadores bem treinados devem realizar operações de manutenção complexas de forma rápida e eficiente para manter o sistema funcionando. Responder a problemas pode ser complicado, pois as configurações do SCADA, hardware e software, geralmente são complexas em design.

Além disso, uma configuração SCADA é normalmente personalizada conforme o ambiente industrial exato que ele controla e gerencia. Isso dificulta atualizar ou modificar essas soluções após implantadas. Fazer isso geralmente requer conhecimento especializado e, mesmo assim, os usuários precisam estar preparados para possíveis interrupções em suas operações.

3. Riscos de cibersegurança

Os sistemas SCADA não são imunes a ataques cibernéticos. O risco de segurança cibernética nessas soluções surge porque o SCADA está conectado a redes como LAN, WAN ou internet. Se as práticas corretas de segurança de rede não forem seguidas, as implantações do SCADA podem ficar vulneráveis ​​a acesso não autorizado. Isso pode levar ao controle indesejado ou manipulação de processos industriais, o que pode colocar em risco a vida e a propriedade.

Principais Softwares SCADA O SCADA tornou-se indispensável para gerenciar e controlar os processos industriais e garantir uma produtividade contínua e segura. Com inúmeras opções no mercado hoje, veremos algumas das principais soluções de software SCADA.

1. Siemens SIMATIC

SIMATIC é uma solução SCADA especializada na transparência da planta e na maximização da produtividade. Seus principais recursos incluem abertura, inovação, escalabilidade e visualização de processos.

Este software compreende vários atributos de alto desempenho que permitem o monitoramento contínuo de processos automatizados. É útil para sistemas de usuário único e multiusuários distribuídos que incluem servidores redundantes.

O sistema aberto Siemens SIMATIC tem todas as funções normalmente necessárias para aplicações industriais. Ele pode visualizar tarefas e aplicativos SCADA altamente complexos. Além disso, vem com uma solução SCADA móvel para smartphones e tablets. Os usuários também podem estender a funcionalidade do sistema usando complementos.

2. GÊNESIS DE ICÔNICOS 64

O GENESIS64 é um conjunto HMI avançado para Microsoft Windows e pode oferecer alto desempenho em conectividade padrão, como OPC, Modbus e BACnet. Usando a tecnologia OPC UA, ela se concentra em fornecer conectividade ininterrupta de instalações prediais e chão de fábrica a sistemas corporativos.

O ICONICS GENESIS64 permite monitorar dados em tempo real das frentes de manufatura, energia e negócios em um painel de visualização centralizado. Outros recursos incluem um sistema de alarme distribuído em toda a empresa, gráficos 2D e 3D, a capacidade de exportar configurações atualizadas e tendências e logs históricos.

3. GE CIMPLICIDADE

A CIMPLICITY da General Electric é especializada em IHM de alto desempenho otimizada para a eficiência do operador. Além de seus recursos avançados de visualização, esta solução também é preferida por sua capacidade de auxiliar na redução de riscos para os procedimentos de gerenciamento da fábrica. Seus principais recursos incluem coleta segura de dados, adaptabilidade a diferentes fontes de dados e recursos robustos de controle e monitoramento. Além disso, a HMI e os painéis suportam visualização nativa e baseada em HTML5.

O GE CIMPLICITY também possui um sistema de alarme detalhado para detecção de anomalias. Além disso, a funcionalidade desta solução pode ser estendida usando APIs e scripts para configurações personalizadas e aquisição de dados. Ele também é conhecido por sua alta disponibilidade, tempo de atividade 24 horas por dia e redundância.

O CIMPLICITY oferece aos usuários um painel de operações com todos os KPIs e dados de conformidade para geração de relatórios. Ele também possui um processo de configuração fácil, pois os ambientes de nuvem e híbridos são suportados.

4. Ignição hábil

O Adroit Ignite apresenta uma IHM sofisticada e alta flexibilidade, escalabilidade, velocidade e facilidade de uso. Ele foi desenvolvido para o Microsoft Windows e possui funcionalidade avançada para usuários experientes. Este software é adequado para empresas de automóveis, alimentos e bebidas, serviços públicos, ciências da vida, telecomunicações, IoT, manufatura e gerenciamento de edifícios.

Um dos principais destaques desta solução é sua barra de ferramentas de faixa de opções intuitiva que ajuda a aumentar a produtividade do usuário. Seus aplicativos Operator e Designer são compatíveis on-line, tornando-o útil para aplicativos locais e na nuvem.

5. Ignição por Automação Indutiva

Ignition é uma ferramenta SCADA poderosa e flexível para automação e controle industrial. Os principais destaques incluem ferramentas de script, um designer de arrastar e soltar e suporte integrado para vários protocolos industriais.

As interfaces Java, SQL e baseadas na Web impulsionam a ignição por Automação Indutiva. Integra-se facilmente com outros sistemas e suporta visualização e análise de dados em tempo real. Segurança robusta e escalabilidade tornam esta solução adequada para projetos em escala.

Conclusão

O SCADA é um componente crucial da fabricação moderna. Agiliza a produção, aumenta a eficiência e diminui os custos. O SCADA também melhora o controle de desastres, a manutenção de máquinas e a precisão do processo.

Existem várias soluções de software SCADA no mercado, e a escolha certa depende das necessidades de negócios específicas de uma empresa. A ferramenta SCADA deve garantir o controle ideal sobre os pisos de produção, suprimentos de serviços públicos e outras instalações, ao mesmo tempo, em que garante equipamentos e resultados caros.

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