IT dla zarządzających w przemyśle
Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

System SCADA 
to nie oprogramowanie pośredniczące

-- poniedziałek, 06 listopad 2017

Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) oraz informatyczne systemy nadzorujące przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego (SCADA) mogą usprawnić operacje realizowane w aplikacjach przemysłowych.

Termin SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), czyli nadzór i akwizycja danych, odnosi się do zestawu aplikacji oprogramowania dla przemysłu, które mogą być skonfigurowane tak, aby wspierały zarządzanie prawie każdym rodzajem produkcji dyskretnej lub procesowej. Systemy SCADA znajdują się wszędzie, gdzie konieczna jest agregacja danych dotyczących sterowanego procesu przemysłowego lub koordynacja operacji związanych z takim procesem produkcyjnym. 

Czy w świecie automatyki przemysłowej, podlegającym znacznym przeobrażeniom i reorganizacji związanej z ekspansją nowych technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy, rola systemów SCADA zmieni się lub osłabnie? 

Odpowiedź brzmi „nie”. W rzeczywistości IIoT poprawia działanie systemów SCADA, nawet zanim zostaną one włączone do sieci internetowej lub chmury. Wykorzystanie tzw. lekkiego protokołu transmisji danych – MQTT (Message Queueing Telemetry Transport), w połączeniu z narzędziami brokerów informacji w oprogramowaniu pośredniczącym zorientowanym na przetwarzanie komunikatów (Message-Oriented Middleware – MOM), „modernizuje” infrastruktury systemów SCADA. Jeżeli istnieje możliwość sięgnięcia po łączność w sieci IIoT, to zamiast inwestowania zasobów w ponowne opracowanie, ponowną integrację i reorganizację systemu SCADA opartego na protokołach liczących sobie 35 lat, lepiej poświęcić czas na opracowywanie aplikacji wykorzystujących zalety np. technologii chmury i zaawansowanego przetwarzania danych oraz analityki. 

Innymi słowy technologie IIoT mogą niejako przeskoczyć nad istniejącymi, przestarzałymi infrastrukturami oraz obecnie zainstalowaną bazą urządzeń z rozwiązaniami i strategiami migracji, które działają w połączeniu z nimi. Już dzisiaj zainstalowane na poziomie obiektowym urządzenia brzegowe zapewniają łączność z istniejącymi sterownikami PLC, czujnikami bezprzewodowymi oraz innymi węzłami sieci i publikują zmienne procesowe w czasie rzeczywistym, wykorzystując protokół MQTT. 

MQTT to dwukierunkowy, lekki, z wywoływaniem zdarzeniowym, zorientowany na przetwarzanie komunikatów protokół transportowy danych, który umożliwia wydajną komunikację urządzeń z systemami backendowymi (najbardziej oddalonymi od klienta) poprzez sieci z ograniczoną przepustowością. Protokół MQTT eliminuje tzw. protokoły odpytywania cyklicznego (poll/response), zaś poprzez wdrożenie dojrzałych technologii MOM systemy SCADA połączone z siecią IIoT udostępniają szerszemu kręgowi odbiorców dane dotyczące urządzeń. Urządzenia nie są już dłużej bezpośrednio połączone z aplikacją SCADA, zostają skutecznie od niej oddzielone. System SCADA oparty na zasadach MOM redukuje czas oczekiwania na kluczowe dane dotyczące sterowania i pomiarowe. 

Aktualna przepustowość sieci – w porównaniu z poprzednio wymaganą dla protokołów odpytywania cyklicznego – jest zredukowana nawet o 85%. Dzięki temu informacje, które są często pozostawione bezużytecznie w urządzeniach, stają się dostępne. Ponadto zapewnia to pojedynczy punkt zarządzania bezpieczeństwem dla urządzeń i aplikacji obiektowych, upraszcza topologię infrastruktury dla celów redundancji, zwiększa dostępność i skalowalność oraz eliminuje budzące niejednokrotnie strach przejścia z jednej wersji SCADA na inną. Zapewnia także oddzielenie urządzeń, wymagane dla dodatkowego umożliwienia pracy w sieci IIoT. 

Implementacja istniejących systemów SCADA 

Typowy, prawidłowo wybrany pod względem sprzętu system SCADA obejmuje komputerowe stacje robocze, programowalne sterowniki logiczne PLC oraz oprzyrządowanie modułów wejść i wyjść systemowych (I/O). Innymi elementami systemu SCADA są: rozproszona baza danych i znaczniki (tagi) lub punkty danych. Każdy znacznik reprezentuje pojedynczą wartość wejściową lub wyjściową systemu. 

Pętla sprzężenia zwrotnego sterowania procesem jest realizowana przez sterownik PLC, podczas gdy system SCADA monitoruje jej działanie. Oznacza to, że sterowniki PLC przyjmują jakieś parametry sterowania, zaś operatorzy monitorują wyniki i np. zmieniają punkty nastaw. Może występować brak komunikacji typu peer-to-peer pomiędzy sterownikami. 

Systemy SCADA zasadniczo nie zmieniły się w ciągu ostatnich czterdziestu lat. Sprzęt i systemy operacyjne zostały ulepszone, zgodnie z prawem Moore’a, jednak infrastruktura i sposób przesyłania informacji do systemu z urządzeń i czujników pozostały w dużym stopniu takie same. 

W większości systemów SCADA nadal znajdziemy system hostujący, bezpośrednio połączony szeregowo z dowolnym urządzeniem obiektowym wykorzystującym protokoły odpytywania cyklicznego. Te sterowniki protokołów odpytywania cyklicznego narzucają bezpośrednie łączenie urządzeń z aplikacją hosta SCADA. 

Z punktu widzenia operacji systemy te się sprawdziły. Z drugiej strony, funkcje biznesowe potrzebują często dostępu do danych, których dostarczają urządzenia inteligentne i czujniki. Aby zapewnić ten dostęp, w tablicach hosta SCADA muszą być umieszczone dodatkowe cykliczne mechanizmy odpytywania (polls). Dostęp do danych wymaga dodatkowych aplikacji. Muszą być podane parametry odnoszące się do bezpieczeństwa i kontroli dostępu. Operacje muszą zarządzać dodatkowymi odpytywaniami cyklicznymi i unikać wszelkich negatywnych wpływów na prędkość aktualizacji. 

System SCADA zbiera teraz dane, nie zawsze mu potrzebne – tylko po to, aby przekazać je do innych aplikacji. Z czasem jako element koordynacji operacji SCADA funkcjonuje coraz bardziej jak oprogramowanie pośredniczące, przetwarzające komunikaty, chociaż nigdy nie miało takim być. A ponieważ aplikacja hostująca SCADA ewoluuje, staje się trudna do zarządzania. Stąd wysiłki mające na celu uzyskanie korzyści z dodatkowych informacji zbieranych z urządzeń obiektowych zmierzają ku końcowi. 

Na drodze adaptacji nowych technologii przeszkodą są także dawne praktyki bezpośredniego podłączania urządzeń do systemu SCADA, z wykorzystaniem sieci protokołów odpytywania cyklicznego. Po wdrożeniu protokołu użytkownicy stają przed dylematem, co stanie się, gdy będzie dostępna nowa technologia. W nowych urządzeniach mogą się pojawić protokoły nieobsługiwane przez istniejący system SCADA. Nie można sprawdzić i ocenić działania alternatywnego hosta SCADA równolegle z istniejącym hostem na funkcjonującym już systemie. Podłączanie urządzeń do aplikacji przy wykorzystaniu protokołów odpytywania cyklicznego może być stosowane do tworzenia rozwiązań tymczasowych, gdyż są one później trudne do zaktualizowania.

**********

Kilka uwag na temat protokołu MQTT

Protokół MQTT został po raz pierwszy użyty w latach 90. XX wieku, w mającym kluczowe znaczenie systemie czasu rzeczywistego SCADA, działającym w przemyśle ropy i gazu. Dla większości takich systemów podstawę sieci komunikacyjnej stanowiła technologia nadawania sygnału telewizyjnego VSAT (Very Small Aperture Terminal), a zatem jej przepustowość była minimalna. Wykorzystanie w systemach SCADA protokołu MQTT okazało się być atrakcyjne, ponieważ jest on:

→ natywnie wbudowany na szczycie stosu protokołów TCP/IP, z umożliwieniem realizacji sesji TCP/IP po stronie klienta;

→ prosty do zrozumienia i do wdrożenia;

→ wydajny pod względem przepustowości sieci;

→ niedookreślony pod względem danych – może działać z różnymi systemami.

Jeśli wyeliminuje się HTTP jako opłacalny protokół transportowy dla systemu SCADA (ponieważ jest on bezstanowy i wymaga dużej przepustowości), pojawia się wtedy MQTT jako opłacalny protokół transportowy dla szerokiego obszaru aplikacji IIoT. Dodatkowo MQTT został oryginalnie zaprojektowany dla infrastruktury VSAT SCADA. Pozwala na optymalizację segmentów przestrzeni VSAT pod względem liczby zdalnych miejsc w zakresie segmentu przestrzeni. 

A zatem, po ustanowieniu sesji klienta MQTT całkowita wielkość metadanych typu overhead dla wiadomości to tylko trzy bajty. Ponadto MQTT w pełni wykorzystuje leżącą poniżej warstwę transportową TCP/IP. Oznacza to, że protokół MQTT jest ekstremalnie lekki i mało wymagający pod względem przepustowości, szczególnie dla topologii VSAT i sieci komórkowych. Dla systemów SCADA w hali fabrycznej może to oznaczać wielką redukcję ruchu w sieci. 

Protokół MQTT jest obecnie globalnym standardem, wspieranym przez kilka wiodących organizacji normalizacyjnych, w tym OASIS, ISO i IEC.

**********


Przeczytaj także

 

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Fabryka Roku 2017
2017-11-23 - 2017-11-23
Miejsce: Warszawa

Katalog

CAD-Project
CAD-Project
Stefana Czarnieckiego 35/9
53-626 Wrocław
tel. 717223347

Zarten Sp. J.
Zarten Sp. J.
Kwietniowa 30a
93-361 Łódź
tel. 882421594

DPS Software
DPS Software
Postępu 6
02-676 Warszawa
tel. 22 339 64 00

zobacz wszystkie



Aktualne wydania
O nas   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce