SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
Što je to SCADA sustav?
SCADA sustavi se koriste za sakupljanje podataka i ostvarivanje kontrole na nivou nadgledanja. Neki sustavi služe samo za praćenje i nemaju mogućnosti kontrole, ali svejedno spadaju u skupinu SCADA sustava.
Sustavi za nadzor i upravljanje su sustavi koji se postavljaju povrh sustava za kontrolu u realnom vremenu kako bi nadzirali procese koji ne pripadaju SCADA sustavu (npr. računalo samo za sebe nije SCADA sustav iako ono kontrolira vlastitu potrošnju električne energije i hlađenje). Ovo implicira da sustav nije ključan za kontrolu procesa u stvarnom vremenu, budući da za to postoji odvojeni ili integrirani automatizirani sustav koji može dovoljno brzo reagirati kako bi kompenzirao promjene u procesu unutar vremenskih konstanti procesa. Procesi mogu biti industrijski, infrastrukturni ili procesi unutar objekata:
- Industrijski procesi mogu biti: manufaktura, proizvodnja, proizvodnja energije, izgradnja i razne prerade.
- Infrastrukturni procesi mogu biti javni ili privatni i uključuju: upravljanje vodama i njena distribucija, sakupljanje otpadnih tekućina i njihovo zbrinjavanje, plinovodne cijevi, transmisija i distribucija električne energije te veliki komunikacijski sustavi.
- Procesi unutar objekata mogu biti u privatnim ili javnim objektima: zgrade, aerodromi, brodovi ili svemirske postaje koje je potrebno nadgledati i kontrolirati (kontrola pristupa, potrošnja energije i slično).
Svi SCADA sustavi za navedene procese vrše kontrolu i nadgledanje uz prikupljanje podataka (engl. Supervisory Control And Data Acquisition) iako se oni funkcionalno u potpunosti razlikuju.
Koncept SCADA sustava
SCADA sustavi se sastoje od uređaja za primanje i slanje signala, kontrolnih uređaja, sučelja čovjek-stroj (engl. HMI - Human Macine Interface), komunikacije, baze podataka i programske podrške. Najčešći su kod sustava koja koriste razna mjerenja.
Termin SCADA se obično odnosi na centralni sustav kojim se nadgleda i kontrolira neki drugi sustav raširen na velikom području. Većina kontrole sustava se zapravo obavlja preko RTU (engl. Remote Terminal Unit) ili preko programibilnog logičkog kontrolera (engl. PLC – Programmable Logic Controller). No funkcije tih uređaja su obično ograničene na osnovne reakcije pri promjenama u sustavu ili na samo nadgledanje bez mogućnosti kontrole. Na primjer, PLC može kontrolirati tok vode za hlađenje kroz dio industrijskog procesa, ali SCADA sustav može dozvoliti operateru da promjeni kontrolne točke toka i dopušta zapisivanje i prikazivanje alarma pod bilo kojim uvjetima kao što je manjak protočnosti ili visoka temperatura. Krug povratnih veza je zatvoren između RTU ili PLC, SCADA sustav prati ukupne performanse tog zatvorenog kruga (Slika 1).
Slika 1: Primjer SCADA sustava.
Prikupljanje podataka započinje još na razini RTU-a ili PLC-a i uključuje rezultate mjerenja i stanje opreme koja se, po potrebi, šalju SCADA sustavu. Podaci se tada pripreme tako da operater kontrolne sobe korištenjem HMI-a može donijeti potrebne odluke da prilagodi ili premosti ranije definirane kontrole RTU-a ili PLC-a. Podaci se također mogu pohraniti u povijesne događaje kako bi bili mogući trendovi i druge analize.
Sustav čovjek-stroj (HMI)
Odnos čovjek-stroj ili HMI je instrument koji prezentira procesne podatke operateru i preko kojih operater kontrolira proces. HMI industrija se razvila iz potrebe za standardizacijom načina nadgledanja i upravljanja više udaljenih kontrolera, PLC-ova i drugih kontrolnih uređaja. PLC-ovi nude automatiziranu, unaprijed programiranu kontrolu procesa, ali su često distribuirani na velikom području što sakupljanje podataka bez SCADA sustava čini kompliciranim. Ranije PLC-ovi nisu imali standardni način prezentiranja informacije operateru. SCADA sustav sakuplja informacije od PLC-ova i kontrolera preko formirane mreže, uskladi ih i formatira. HMI također može biti povezan s bazom podataka kako bi se omogućili trendovi, dijagnoze nad podatcima i upravljanje informacijom.
SCADA sustav je popularan zbog njegove kompatibilnosti i pouzdanosti. Koristi se od malih sustava, kao što je kontrola temperature sobe, do velikih kao što je kontrola sustava za distribuciju i transmisiju električne energije.
SCADA i GIS
SCADA sustavi za kontrolu transmisije i distribucije električne energije sastoje se od kompleksne mreže elektronskih uređaja za mjerenje i slanje podataka preko LAN-a, WAN-a do kontrolnog centra. SCADA sustav poput alarmnog „psa čuvara“ (engl. watch dog) nadzire električnu mreže u stvarnom vremenu i nudi udaljene kontrole sklopkama, transformatorima i ostaloj opremi. Tako se objedinjuje mogućnost održavanja i oporavka od pogreške distribuiranih sustava.
Tipičan sustav električne energije se sastoji od proizvodnje, transmisije i distribucije. Struktura transmisije i distribucije električne energije je gusta mreža raširena na velikom geografskom području i sastoji se od raznolike opreme, trafostanica i elektrana. Veliku ulogu u prikazu i kontroli takve mreže uz SCADA sustave ima GIS (engl. Geographical Information System) koji se koristi za nadgledanje cjelokupne električne mreže od proizvodnje električne energije do točaka potrošnje uz pristup njihovim geoprostornim podacima.
Integracija GIS sustava sa SCADA sustavom uzdiže računalne mogućnosti kako bi se pružile vrlo korisne informacije velikom broju korisnika u vrijeme dok se susrećemo s povećanjem potrebe za informacijama u stvarnom vremenu. Napredne mogućnosti kao što su analize predviđanja, simulacijski alati, analize slučajnosti i nadgledanje mreže sežu do te mjere da iskorištenje električne energije bude uspješno.
Potreba za integracijom GIS-a i SCADA-e
S problemima kao što su: veliki gubitci električne energije, loša kvaliteta i pouzdanost opskrbe, krađa energije i sl. se, čak i u današnje vrijeme, susreće mnogo tvrtki za distribuciju električne energije. Ovo rezultira neefikasnom djelatnošću, nezadovoljstvom potrošača i smanjenjem tržišne vrijednosti kompanija. Ovi su problemi uglavnom usko vezani sa sustavima mreža transmisije i distribucije električne energije. Tradicionalni pristupi razvoja mreže trebali bi se zamijeniti pristupom baziranim na tehničkim zahtjevima i zahtjevima pouzdanosti, ekonomskim razmatranjima cijene gubitaka energije i proširivanjem sustava kako bi se postigao rast budućih zahtjeva uz manju cijenu.
Potrebne su pouzdane i dovoljno detaljne informacije postojećih mreža kako bi se olakšalo donošenje odluka svih aktivnosti sustava za upravljanje. Poboljšanje učinkovitosti, smanjenje vremena ispada i kontroliranje cijena postaje ključno za kompanije kako bi bile uspješne u današnjem okruženju visoke konkurentnosti.
Kompanije za distribuciju električne energije vide potrebu da sustavi imaju mogućnost sakupljanja, pohranjivanja i objavljivanja različitih podataka kako bi se oni podijelili među njima tako se održi konzistentnost podataka. Implementacija informacijske tehnologije (engl. IT – Information Technology) postaje od velike važnosti. Postoji mnogo različitih sustava za postizanje specifičnih ciljeva. Većina komunalnih kompanija ima implementiran IT sustav kao SAP, ISU-CCS, SCADA, DMS, AMR, OMS i GIS za njihovo poslovanje. Ti su IT sustavi dovoljno fleksibilni i podesivi kako bi se susreli s promjenjivim uvjetima tržišta na raznim nivoima organizacije, ali su izolirani jedni od drugih. Podaci se mogu održavati i dostupni su samo onima koje koriste iste sustave. Postojeći podaci jednog sustava ipak mogu biti dostupni drugim sustavima integracijom ovih sustava.
Zahtjevi za podatcima raznih korisnika mogu biti – podaci u stvarnom vremenu dobiveni od SCADA sustava i kompletna mreža iz GIS-a. Ovi podaci se mogu pohraniti i kasnije pronaći i koristiti od strane različitih ljudi iz bilo kojeg dijela svijeta za različite namijene. Ako se podacima rukuje ručno, vrlo je vjerojatno da će oni biti izgubljeni ili uništeni. Niti jedan sustav se ne može koristiti kao zamjena za drugi sustav i zato je potrebna tehnika integracije potrebna za razmjenu podataka različitih sustava.
Iako se SCADA već koristi za nadzor i upravljanje, GIS kao dodatak integrira različite sustave kako bi ujedinio njihove prednosti.
Zašto koristiti GIS sustav kao osnovu integracije?
Nakon što se uvidjela potreba za integracijom bilo je dobro istražiti što bi mogao biti osnovni sustav kojim bi se ona mogla ostvariti. Od točke generacije električne energije do potrošača, električna mreža ima geografske reference. One se mogu kreirati ili preslikati u GIS s dodatkom geografskih obilježja na jedinstveni način koji nije moguć u nekim drugim sustavima. GIS-om se dobije brz, točan i jedinstven prikaz mrežnih podataka. Pogled na električnu mrežu ostvarenu GIS-om se može lako interpretirati. Zaposlenicima je lako razumjeti (u okviru vizualizacije) i upravljati podatcima prikazanim na taj način. Korištenje GIS tehnologije obećava dobrobit, ne samo u povećanju efikasnosti operabilnosti već i poboljšanju sigurnosti, donošenju odluka, bolje komunikacije i širenju informacija.
GIS se može koristiti za:
- vizualizaciju mreže,
- rekonfiguraciju/optimizaciju mreže,
- pripremanje dizajna/sheme,
- upravljanje greškama u sustavu,
- analizama – što ako?,
- razvoju poslovanja,
- strateškom planiranju.
Ako se razmotri tipični scenarij gubitka električne energije; kad se gubitak prijavi SCADA ili bilo kojem sustavu koji radi u stvarnom vremenu, integrirani GIS sustav može, uz pomoć algoritma za predviđanje, trenutno odrediti najvjerojatniji dio električne mreže (npr. uređaj za napajanje) kod kojeg je došlo do pogreške zajedno s njegovom lokacijom. Može također prijaviti koji će dio mreže pasti zbog određenog problema koji se dogodio ranije. Operateri koji nadgledaju sustav će brzo dobiti informaciju i moći će obavijestiti korisnike koliko je, od prilike, vremena potrebno da se kvar otkloni. U međuvremenu ekipa (ili više njih) mogu odmah krenuti na lokacije kvara s odgovarajućom opremom te obaviti popravak u znatno bržem vremenu.
Svaki od sustava (npr. SCADA, Analizator mreže, i slični) ima specijaliziranu ulogu. GIS sustav neće zamijeniti niti jedan od tih sustava, ali ako je integriran uz njih može znatno poboljšati njihove mogućnosti.