اسکادا چیست؟ معرفی SCADA، WinCC، WinCC Flexible و WinCC Advanced

کلمات کلیدی:
SCADA، اسکادا چیست، سیستم اسکادا، SCADA چیست، WinCC، WinCC Flexible، WinCC Advanced، WinCC Professional، Siemens WinCC، نرم افزار اسکادا، نرم افزار مانیتورینگ صنعتی، مانیتورینگ کارخانه، کنترل و مانیتورینگ، HMI، PLC، PLC زیمنس، S7-1200، S7-1500، TIA Portal، Industrial Automation، اتوماسیون صنعتی، کارخانه هوشمند، Industry 4.0، IIoT، داشبورد صنعتی

اسکادا چیست؟

SCADA مخفف Supervisory Control and Data Acquisition است و به معنای «کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده» است.

سیستم SCADA یکی از مهم‌ترین نرم‌افزارها و معماری‌های مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی برای مشاهده، کنترل، ثبت و تحلیل وضعیت تجهیزات و فرآیندهای صنعتی است.

در یک کارخانه، ماشین‌آلات و تجهیزات مختلف دائماً در حال تولید داده هستند. PLCها اطلاعات سنسورها و تجهیزات را دریافت و پردازش می‌کنند، اما برای مشاهده وضعیت تعداد زیادی از ماشین‌ها، ثبت اطلاعات، نمایش Alarmها، ذخیره سوابق و ایجاد رابط کاربری در سطح کارخانه، معمولاً به یک سیستم بالاتر مانند SCADA نیاز است.

یک معماری ساده SCADA می‌تواند به این شکل باشد:

Sensor

↓

PLC

↓

Industrial Network

↓

SCADA

↓

Operator

در معماری‌های پیشرفته‌تر:

Sensors

↓

PLC / Controller

↓

Industrial Network

↓

SCADA

↓

Database

↓

Dashboard / Reports

↓

Management

SCADA چه کاری انجام می‌دهد؟

یک سیستم SCADA می‌تواند وظایف مختلفی را انجام دهد، از جمله:

نمایش وضعیت ماشین‌آلات

نمایش مقادیر سنسورها

نمایش دما، فشار، سرعت و سایر پارامترها

نمایش وضعیت موتور و درایو

نمایش Alarm و خطاها

ثبت رویدادها

ذخیره اطلاعات فرآیند

نمایش Trend

گزارش‌گیری

کنترل برخی تجهیزات

مدیریت کاربران و سطح دسترسی

ثبت سوابق تولید

و ارتباط با PLCها و تجهیزات صنعتی.

SCADA و HMI چه تفاوتی دارند؟

HMI و SCADA هر دو برای ارتباط انسان با سیستم کنترل استفاده می‌شوند، اما معمولاً در سطح و مقیاس متفاوتی به کار می‌روند.

HMI یا Human Machine Interface معمولاً رابط کاربری یک ماشین یا یک بخش مشخص از فرآیند است.

برای مثال:

Operator

↓

HMI

↓

PLC

↓

Machine

اما SCADA معمولاً می‌تواند اطلاعات چندین ماشین، خط تولید یا بخش مختلف کارخانه را در یک سیستم مرکزی جمع‌آوری و نمایش دهد.

برای مثال:

Machine 1 PLC

Machine 2 PLC

Machine 3 PLC

Machine 4 PLC

↓

Industrial Network

↓

SCADA

↓

Control Room

SCADA در کارخانه چه نقشی دارد؟

در یک کارخانه، SCADA می‌تواند لایه نظارت و مانیتورینگ را تشکیل دهد.

برای مثال:

Field Devices

↓

PLC

↓

SCADA

↓

Production Monitoring

↓

Reports

در این ساختار، PLC وظیفه کنترل فرآیند را انجام می‌دهد و SCADA وضعیت فرآیند را در سطح بالاتر مشاهده، ثبت و نمایش می‌دهد.

اجزای اصلی سیستم SCADA

یک سیستم SCADA معمولاً از بخش‌های مختلفی تشکیل می‌شود.

مهم‌ترین اجزای آن عبارت‌اند از:

PLC / Controller

SCADA Server

SCADA Client

HMI / Operator Station

Industrial Network

Database

Alarm System

Historian

Reporting System

و در برخی معماری‌ها:

Redundant Server

Engineering Station

Web Client

Edge Gateway

SCADA Server چیست؟

SCADA Server سیستمی است که وظیفه جمع‌آوری و مدیریت اطلاعات مربوط به تجهیزات و فرآیند را بر عهده دارد.

برای مثال:

PLC

↓

Network

↓

SCADA Server

SCADA Server می‌تواند داده‌های PLC را دریافت کرده و برای نمایش، ذخیره‌سازی، Alarm، Trend و گزارش‌گیری در اختیار کاربران قرار دهد.

SCADA Client چیست؟

SCADA Client نرم‌افزاری است که اپراتور یا کاربر از طریق آن اطلاعات سیستم را مشاهده می‌کند.

در یک معماری چندکاربره ممکن است چند Client به یک SCADA Server متصل باشند.

برای مثال:

SCADA Server

↙ ↓ ↘

Client 1

Client 2

Client 3

SCADA و Alarm

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های SCADA مدیریت Alarm است.

اگر یک پارامتر از محدوده مجاز خارج شود، سیستم می‌تواند Alarm ایجاد کند.

برای مثال:

Temperature > High Limit

↓

Alarm

↓

SCADA

↓

Operator Notification

Alarmها می‌توانند بر اساس اولویت، زمان، تجهیز، نوع خطا و وضعیت فرآیند دسته‌بندی شوند.

SCADA و Trend

Trend برای مشاهده تغییرات یک پارامتر در طول زمان استفاده می‌شود.

برای مثال می‌توان تغییرات:

Temperature

Pressure

Speed

Current

Production Rate

و سایر متغیرها

را در یک نمودار زمانی مشاهده کرد.

این قابلیت برای بررسی رفتار فرآیند و پیدا کردن مشکلات بسیار مهم است.

SCADA و Historian

Historian به سیستم ذخیره‌سازی داده‌های فرآیندی گفته می‌شود که اطلاعات را در طول زمان ثبت می‌کند.

برای مثال:

10:00 → Temperature = 65°C

10:05 → Temperature = 68°C

10:10 → Temperature = 71°C

این داده‌ها می‌توانند بعدها برای تحلیل عملکرد، گزارش‌گیری، بررسی خطا و بهینه‌سازی فرآیند استفاده شوند.

SCADA و گزارش‌گیری

یکی دیگر از کاربردهای SCADA ایجاد گزارش‌های صنعتی است.

برای مثال:

گزارش تولید

گزارش توقفات

گزارش Alarm

گزارش مصرف انرژی

گزارش عملکرد ماشین

گزارش شیفت

و گزارش وضعیت تجهیزات.

در کارخانه‌های مدرن، این اطلاعات می‌توانند در کنار داده‌های MES و ERP نیز مورد استفاده قرار گیرند.

WinCC چیست؟

WinCC یکی از پلتفرم‌های شناخته‌شده زیمنس برای Visualization، HMI و SCADA است.

WinCC مخفف Windows Control Center است و در اکوسیستم اتوماسیون زیمنس برای ایجاد رابط‌های کاربری، مانیتورینگ فرآیند و سیستم‌های نظارتی استفاده می‌شود.

WinCC در نسل‌های مختلف محصولات زیمنس توسعه پیدا کرده و در سطوح مختلف HMI و SCADA مورد استفاده قرار گرفته است.

WinCC Flexible چیست؟

WinCC flexible یکی از نسل‌های قدیمی‌تر نرم‌افزارهای مهندسی زیمنس برای پیکربندی HMI بود.

این نرم‌افزار در نسل قبلی تجهیزات SIMATIC HMI کاربرد زیادی داشت.

WinCC flexible بیشتر برای پیکربندی پنل‌های HMI استفاده می‌شد و در پروژه‌های قدیمی زیمنس هنوز ممکن است با آن مواجه شویم.

در پروژه‌های جدید، خانواده نرم‌افزاری WinCC در محیط TIA Portal نقش مهم‌تری دارد.

WinCC Advanced چیست؟

WinCC Advanced یکی از اجزای محیط TIA Portal برای پیکربندی و مهندسی HMI است.

WinCC Advanced بیشتر برای کاربردهای HMI و Visualization در سطح ماشین و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود.

برای مثال:

PLC

↓

WinCC Advanced

↓

HMI Panel

↓

Operator

در یک پروژه ماشین، می‌توان از WinCC Advanced برای طراحی صفحات HMI، نمایش پارامترها، Alarmها، Trendها و کنترل فرآیند استفاده کرد.

WinCC Professional چیست؟

WinCC Professional یک راهکار پیشرفته‌تر برای Visualization و SCADA در محیط TIA Portal است.

این نسخه برای پروژه‌هایی با نیازهای بالاتر در زمینه:

SCADA

Visualization

Server / Client

Data Management

Alarm

Trend

و مانیتورینگ صنعتی

طراحی شده است.

بنابراین در یک نگاه ساده:

WinCC flexible

نسل قدیمی‌تر مهندسی HMI

WinCC Advanced

HMI و Visualization در TIA Portal

WinCC Professional

راهکار پیشرفته‌تر Visualization و SCADA

WinCC Unified چیست؟

WinCC Unified نسل جدیدتر پلتفرم Visualization زیمنس است که برای ایجاد HMI و Visualization مدرن در محیط TIA Portal توسعه یافته است.

WinCC Unified بر پایه فناوری‌های وب و معماری مدرن‌تر طراحی شده و برای ایجاد رابط‌های کاربری جدید و سیستم‌های Visualization مقیاس‌پذیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این پلتفرم در مسیر توسعه سیستم‌های Visualization و SCADA مدرن زیمنس اهمیت زیادی پیدا کرده است.

تفاوت WinCC Advanced و WinCC Professional

WinCC Advanced بیشتر برای HMI و Visualization در سطح ماشین مناسب است.

WinCC Professional برای پروژه‌های بزرگ‌تر Visualization و SCADA طراحی شده است.

به‌صورت ساده:

Machine

↓

PLC

↓

WinCC Advanced

↓

HMI

اما:

Multiple Machines

↓

Multiple PLCs

↓

Network

↓

WinCC Professional

↓

SCADA

WinCC و PLC زیمنس

یکی از کاربردهای اصلی WinCC، ارتباط با PLCهای زیمنس است.

برای مثال:

S7-1200

↓

PROFINET

↓

WinCC

یا:

S7-1500

↓

Industrial Network

↓

WinCC

WinCC می‌تواند اطلاعات PLC را دریافت و برای اپراتور نمایش دهد.

WinCC و S7-1200

S7-1200 می‌تواند با HMIهای زیمنس و محیط WinCC در TIA Portal مورد استفاده قرار گیرد.

برای یک ماشین کوچک می‌توان معماری زیر را ایجاد کرد:

S7-1200

↓

PROFINET

↓

HMI

↓

WinCC

در این ساختار اپراتور می‌تواند وضعیت ماشین را مشاهده و کنترل کند.

WinCC و S7-1500

S7-1500 نیز می‌تواند در پروژه‌های بزرگ‌تر با سیستم‌های Visualization و SCADA مبتنی بر WinCC مورد استفاده قرار گیرد.

برای مثال:

S7-1500

↓

Industrial Ethernet / PROFINET

↓

WinCC

↓

SCADA

↓

Control Room

WinCC و TIA Portal

یکی از ویژگی‌های مهم نسل جدید محصولات زیمنس، یکپارچگی مهندسی در TIA Portal است.

در TIA Portal می‌توان بخش‌هایی مانند:

PLC

HMI

Network

Drive

I/O

و Visualization

را در یک محیط مهندسی پیکربندی کرد.

این یکپارچگی باعث کاهش پیچیدگی مهندسی و ساده‌تر شدن مدیریت پروژه می‌شود.

SCADA و PLC چه تفاوتی دارند؟

PLC و SCADA دو وظیفه متفاوت اما مکمل دارند.

PLC:

کنترل فرآیند

اجرای Logic

خواندن Sensor

کنترل Actuator

اجرای برنامه کنترلی

SCADA:

نمایش اطلاعات

مانیتورینگ

Alarm

Trend

ثبت داده

گزارش‌گیری

و نظارت بر فرآیند

به زبان ساده:

PLC = Control

SCADA = Supervisory Monitoring

SCADA و MES چه تفاوتی دارند؟

SCADA بیشتر بر کنترل نظارتی و داده‌های لحظه‌ای فرآیند تمرکز دارد.

MES یا Manufacturing Execution System بیشتر برای مدیریت و اجرای عملیات تولید در سطح کارخانه استفاده می‌شود.

یک معماری ساده:

Machine

↓

PLC

↓

SCADA

↓

MES

↓

ERP

در این معماری، هر لایه وظیفه متفاوتی دارد.

SCADA و ERP

ERP معمولاً در سطح مدیریت کسب‌وکار قرار دارد.

SCADA در سطح عملیات و کنترل کارخانه قرار می‌گیرد.

برای مثال:

Field

↓

PLC

↓

SCADA

↓

MES

↓

ERP

این معماری یکی از روش‌های ایجاد ارتباط میان دنیای OT و IT در کارخانه است.

SCADA و IIoT

در کارخانه هوشمند، SCADA می‌تواند یکی از منابع مهم داده برای سیستم IIoT باشد.

برای مثال:

PLC

↓

SCADA

↓

Database / Historian

↓

IIoT Platform

↓

Dashboard

↓

Analytics / AI

در این معماری، داده‌های صنعتی از سطح ماشین به سامانه‌های دیجیتال بالاتر منتقل می‌شوند.

SCADA و داشبورد هوشمند

SCADA بیشتر برای مانیتورینگ و کنترل فرآیند طراحی شده است، اما داده‌های آن می‌توانند در داشبوردهای مدیریتی و هوشمند نیز مورد استفاده قرار گیرند.

برای مثال یک داشبورد مدیریتی می‌تواند اطلاعات:

تولید

OEE

توقفات

مصرف انرژی

Alarm

و وضعیت ماشین‌آلات

را از سیستم‌های مختلف جمع‌آوری کند.

SCADA و هوش مصنوعی

داده‌های SCADA می‌توانند منبع ارزشمندی برای تحلیل داده و هوش مصنوعی باشند.

برای مثال:

SCADA Data

Machine Data

Production Data

↓

AI / Analytics

↓

Anomaly Detection

↓

Predictive Maintenance

در این معماری، هوش مصنوعی جایگزین PLC یا SCADA نمی‌شود؛ بلکه در لایه تحلیل و تصمیم‌سازی به آن‌ها اضافه می‌شود.

SCADA در کارخانه هوشمند

در کارخانه هوشمند، SCADA می‌تواند نقش رابط میان کنترل صنعتی و سامانه‌های دیجیتال را ایفا کند.

یک معماری نمونه:

Sensors

↓

PLC

↓

SCADA

↓

Historian

↓

MES / IIoT

↓

Dashboard

↓

AI

این معماری امکان مشاهده، ثبت و تحلیل داده‌های کارخانه را فراهم می‌کند.

SCADA و Cyber-Physical Systems

در سیستم‌های Cyber-Physical، تجهیزات فیزیکی با سیستم‌های دیجیتال در ارتباط هستند.

SCADA می‌تواند یکی از لایه‌های Visualization و Supervisory Control در این معماری باشد.

Machine

↓

Sensor

↓

PLC

↓

SCADA

↓

Digital Platform

↓

Analytics

آیا SCADA همان HMI است؟

خیر.

HMI می‌تواند رابط کاربری یک ماشین یا تجهیز باشد.

SCADA معمولاً یک سیستم گسترده‌تر برای مانیتورینگ، جمع‌آوری داده، Alarm، Trend و مدیریت فرآیند در سطح بزرگ‌تر است.

البته مرز میان HMI و SCADA در برخی محصولات و معماری‌های مدرن می‌تواند کاملاً یکسان و ثابت نباشد و به نوع سیستم بستگی دارد.

آیا WinCC فقط برای PLC زیمنس است؟

WinCC در درجه اول بخشی از اکوسیستم اتوماسیون زیمنس است و برای کار با تجهیزات SIMATIC بسیار مناسب است.

با این حال، قابلیت‌های ارتباطی WinCC و نسخه مورد استفاده تعیین می‌کنند که با چه تجهیزات و پروتکل‌هایی می‌توان ارتباط برقرار کرد.

بنابراین هنگام طراحی یک پروژه چندبرندی باید سازگاری دقیق نسخه WinCC، درایورها و پروتکل ارتباطی بررسی شود.

انتخاب سیستم SCADA مناسب

برای انتخاب یک سیستم SCADA باید موارد مختلفی بررسی شود:

تعداد PLCها

تعداد Tagها

تعداد کاربران

تعداد ماشین‌ها

نوع شبکه

نیاز به Redundancy

نیاز به Historian

نیاز به Web Access

نیاز به گزارش‌گیری

نیاز به Alarm Management

نیاز به اتصال به MES

نیاز به اتصال به ERP

نیاز به IIoT

و نیازهای آینده کارخانه.

SCADA در معماری اتوماسیون صنعتی

در یک معماری استاندارد اتوماسیون صنعتی می‌توان لایه‌ها را به شکل زیر در نظر گرفت:

Field Level

Sensors / Actuators

↓

Control Level

PLC / Controller

↓

Supervisory Level

SCADA / HMI

↓

Production Management

MES

↓

Business Level

ERP

↓

Digital / Analytics

IIoT / AI / Data Platform

این معماری نشان می‌دهد که SCADA یکی از لایه‌های مهم میان کنترل مستقیم ماشین و سیستم‌های مدیریتی و دیجیتال است.

مانا افزار سپهر و سیستم‌های SCADA و مانیتورینگ صنعتی

مانا افزار سپهر در حوزه اتوماسیون صنعتی، PLC، HMI، SCADA، داشبوردهای هوشمند، IoT صنعتی، اتصال تجهیزات و سامانه‌های هوشمند فعالیت می‌کند.

در یک پروژه صنعتی، SCADA می‌تواند اطلاعات PLCها و تجهیزات مختلف را جمع‌آوری و در اختیار اپراتورها و مدیران قرار دهد.

اما در معماری‌های مدرن، هدف فقط نمایش چند عدد و چراغ روی صفحه نیست.

داده‌های ماشین می‌توانند از سطح PLC و SCADA به سامانه‌های بالاتر مانند Historian، IIoT، داشبوردهای مدیریتی، سامانه‌های مدیریت تولید، تحلیل داده و هوش مصنوعی منتقل شوند.

به این ترتیب، مانا افزار سپهر می‌تواند در مسیر اتصال لایه OT به IT و ایجاد زیرساخت کارخانه هوشمند، از سطح کنترل و مانیتورینگ تا جمع‌آوری داده و Visualization هوشمند، راهکارهای متناسب با نیاز صنعت ارائه کند.

برای آشنایی بیشتر با راهکارهای مانا افزار سپهر در حوزه اتوماسیون صنعتی، مانیتورینگ، داشبورد هوشمند، IoT و کارخانه هوشمند می‌توانید به وب‌سایت مانا افزار سپهر مراجعه کنید:

manaafzar.com

جمع‌بندی

SCADA یا Supervisory Control and Data Acquisition یکی از مهم‌ترین سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل نظارتی در اتوماسیون صنعتی است.

SCADA می‌تواند اطلاعات PLCها، سنسورها، درایوها و تجهیزات مختلف را جمع‌آوری کرده و در قالب صفحات گرافیکی، Alarm، Trend، گزارش و داده‌های تاریخی در اختیار اپراتور و مدیران قرار دهد.

در اکوسیستم زیمنس، WinCC یکی از مهم‌ترین پلتفرم‌های Visualization و SCADA است.

WinCC flexible نسل قدیمی‌تر محصولات HMI زیمنس بود.

WinCC Advanced بیشتر برای HMI و Visualization در سطح ماشین و محیط TIA Portal استفاده می‌شود.

WinCC Professional برای کاربردهای پیشرفته‌تر Visualization و SCADA در محیط TIA Portal مورد استفاده قرار می‌گیرد.

WinCC Unified نیز نسل جدیدتر پلتفرم Visualization زیمنس است که رویکرد مدرن‌تری برای HMI و Visualization ارائه می‌کند.

در نهایت، SCADA را باید بخشی از یک معماری بزرگ‌تر دانست:

Sensor

↓

PLC

↓

SCADA

↓

MES / IIoT

↓

Dashboard

↓

AI / Analytics

این معماری، یکی از مسیرهای اصلی حرکت از اتوماسیون صنعتی سنتی به سمت کارخانه هوشمند، Industry 4.0 و تحول دیجیتال صنعتی است.

مطالب مرتبط

اتوماسیون صنعتی چیست؟

PLC چیست؟

PLCهای زیمنس S7-1200 و S7-1500 چیستند؟

HMI چیست؟

CNC Controller چیست؟

Motion Control چیست؟

سرووموتور چیست؟

انکودر چیست؟

اینورتر یا درایو چیست؟

کارخانه هوشمند چیست؟

Industry 4.0 چیست؟

اینترنت اشیاء صنعتی چیست؟

داشبورد هوشمند چیست؟

تحول دیجیتال چیست؟

Cyber-Physical Systems چیست؟