Klacci 凱樂奇商用級智慧門鎖各種應用解決方案
SCADA（監督控制和資料採集，Supervisory Control And Data Acquisition）是一類工業控制系統（ICS，Industrial Control System），它遠端從工業流程中即時收集資料，以便監督和控制裝置和條件。SCADA 工具使組織能夠控制和監控其工業裝置，並就其工業流程做出資料驅動的決策。
SCADA 可用於透過圖形使用者介面（GUI）管理，幾乎任何類型的工業流程。SCADA 和 ICS 都屬於更廣泛的營運技術（OT）類別。
SCADA 系統的組成部分
SCADA 系統收集即時資料，以幫助遠端管理工業場所，以提高工業效率和產出。SCADA 系統需要硬體和軟體組成。SCADA 系統中最常見的硬體裝置包括以下內容：
- 現場裝置（感測器和執行器）。 感測器是一種檢測工業過程輸入的裝置。 它的功能就像儀表或儀表，顯示機器的狀態。 執行器控制各種過程的機制。 它就像控制裝置的開關、撥號或控制閥一樣。 感測器和執行器都由 SCADA 現場控制器控制和監控。
- SCADA 現場控制器。 這些元素是微型電腦，直接與感測器和執行器介面，並將資料傳送到人機介面（HMI）。 它們還向所附加的現場裝置傳送控制命令。 現場控制器有兩種類型：
- 遠端遙測單元。 RTU，也稱為遠端終端單元（Remote Terminal Units）或遠端電信控制單元（Remote Telecontrol Units），與感測器、執行器和閥門等現場裝置介面，以收集遙測資料，並將其轉化為供人類消費的有用資訊。RTU 通常放置在偏遠的地方，並且可程式以適應不同的環境條件和應用。 然後，他們可以根據特定的觸發器發起特定操作。
- 可程式邏輯控制器。 PLC 是一種小型數位電腦，通常用於根據某些輸入，以及為特定流程或應用，提供的標準和指令來控制工業流程。PLC 可以持續監控和控制多種類型複雜、自動化和可重複的流程。
- SCADA 監督電腦。 這些控制著所有 SCADA 流程，並用於從現場裝置收集資料。 他們還向這些裝置傳送命令，以控制工業流程。
- 通訊基礎設施。 通訊基礎設施使 SCADA 監督系統，能夠與現場裝置和現場控制器進行通訊。 該基礎設施使 SCADA 系統能夠從現場裝置收集資料並控制這些裝置。
SCADA 軟體是 HMI 軟體。 它整合並呈現來自 SCADA 現場裝置、PLC 和 RTU 的資料，供人類消費。HMI 軟體通常包含一個 GUI，使操作員能夠理解、控制、分析和修改 SCADA 控制的裝置和流程的狀態。
HMI 提供了一種對人類友好的方式來解釋資料、對警報做出反應和做出資料驅動的決策。 例如，SCADA 系統可能會向用戶的手機，傳送裝置無法正常工作的通知。 然後，操作員可以透過 HMI 決定停止裝置。HMI 將適當的命令傳送到 PLC 或 RTU，然後將命令轉發到故障裝置，並導致其停止。
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SCADA 系統的特點
大多數 SCADA 系統包括以下功能：
- 資料採集是 SCADA 系統的基礎。 感測器收集資料，並將其傳遞給現場控制器，而現場控制器又將資料饋送給 SCADA 電腦。 然後，資訊被傳遞到 HMI 裝置，以支援人類分析和決策。
- 透過現場執行器控制進行遠端控制，是基於從現場感測器獲得的資料。
- 網路資料通訊支援所有 SCADA 功能。 從感測器收集的資料必須傳輸到，與 SCADA 監督電腦通訊的 SCADA 現場控制器。 遠端控制命令從 SCADA 監督電腦傳輸回執行器。
- 資料顯示是透過 HMI 實現的，HMI 向執行 SCADA 系統的業者表示當前和歷史資料。
- 即時和歷史資料都是 SCADA 系統的重要組成部分。 使用者可以使用即時資料，進行即時裝置追蹤和維護，也可以使用歷史資料，來追蹤當前效能與歷史趨勢，並確定需要改進的內容（如果有的話）。
- 警報提醒 SCADA 業者注意潛在問題或重大情況。 警報可以配置為在程序被阻止、系統故障或 SCADA 程序的其他方面必須停止、啟動或調整時通知操作員。
- 關於 SCADA 系統操作的報告，可以包括關於系統狀態、流程效能，和針對特定用途客製化的報告的報告。
SCADA 架構
SCADA 系統在普渡大學企業參考架構（PERA）中定義的六個等級中的五個執行，PERA 是一個顯示 OT 和 IT 之間關係的概念模型：
- 第 0 級。 現場等級包括現場裝置，如感測器 —— 用於轉發與現場流程相關的資料，和用於控制流程的執行器。
- 第 1 級。 直接控制等級包括本地控制器，如 PLC 和 RTU，這些控制器以包括接受感測器的資料輸入，和向執行器傳送命令在內的方式，直接與現場裝置介面。 控制處理器和特定於過程的微控制器，也處於這個等級。
- 第 2 級。 工廠監督等級包括本地監督系統，該系統彙總了來自等級控制器的資料，並發出命令供這些控制器執行。 此類系統的例子包括警報伺服器和過程分析系統。
- 第 3 級。 生產或全場域監督/控制等級，包括全系統監督系統，該系統從第 2 級系統彙總資料，以生成持續報告到生產排程等級，以及其他場域或區域範圍的功能，如警報、報告和 HMI。
- 第 4 級。 生產排程等級包括用於管理持續流程的業務系統和網路。
- 第 5 級。 支援單個業務部門和使用者的等級，系統通常位於公司資料中心，如支援人力資源系統、內部電子郵件、客戶關係管理、文件管理、備份、活動目錄和安全操作的伺服器。
為什麼 SCADA 系統很重要？
工業環境中的許多流程 —— 如製造業、石油和天然氣、化學品、運輸、可再生能源、公用事業、配電、製藥、電信和水管理 —— 處理關鍵裝置和材料，並以時間敏感的方式運作。 即使單個裝置出現故障或單個程序停止工作，整個系統也會出現故障，中斷生產。 這可能會導致巨大的財務損失，並導致其他問題，如水或能源短缺，以及供應鏈中斷。
為了防止此類問題，工業和生產設施必須持續監控、控制和分析其所有裝置和流程，並在問題升級之前主動解決問題。SCADA 系統是幾乎所有工業和生產設施中不可或缺的。 這些系統連線工廠中不同類型的裝置，以提供有關溫度、壓力和速度等，重要參數的寶貴即時資訊。
這些資訊使組織能夠更好地控制其工業流程，發現和減輕錯誤，防止停機，並找到提高工廠效率和生產力的機會。
SCADA 系統還記錄和記錄所有事件以進行報告。 這些報告有助於預測性維護和事件追蹤，使工業組織能夠預測機器何時可能出現故障，並採取主動行動來防止故障並減少停機時間。 此外，SCADA 為潛在的危險情況或事件 —— 例如化學品洩漏或過熱 —— 發出警報，該警報系統提供了一個確保工業環境中人員和裝置的安全。
最後，SCADA 系統實現了工業自動化。 透過對工業裝置進行精確和自動化的控制，並透過自動化以前由人類執行的常見日常任務，SCADA 系統可以更好地控制地理分佈的大型工廠。 自動化還可以消除人為錯誤，最大限度地減少環境災難的可能性，並提高生產現場的可操作性和生產力。
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SCADA 使用案例和產業案例
SCADA 自動化和管理許多過於複雜或繁瑣的工業流程，無法進行人工監控和控制。SCADA 對於監控和控制遠端流程特別有用，它可以幫助減少浪費並提高整體生產效率。
SCADA 最常用於以下工業環境：
- 發電和配電。
- 石油和天然氣煉油作業。
- 電信基礎設施。
- 運輸和航運基礎設施。
- 製造和其他工業加工。
- 食品和飲料加工。
- 回收操作。
- 化學製造。
- 水和廢棄物控制。
憑藉 SCADA 的即時監控、遠端控制和洞察力生成功能，這些流程可以密切監控和調整，以隨著時間的推移提高效能和輸出。
SCADA 的歷史和演變
最早的 SCADA 系統是在大型工業企業中實施的，當時他們最初開始將大型機計算資源與工業流程整合。 這些系統是整體的和獨立的，幾乎沒有網路功能。 如今，SCADA 系統具有可擴充性、可互操作性、整合性，它們支援無線通訊技術，以提高工業可靠性、效能和成本效益。
隨著運算、網路、過程監控和控制系統的改進，SCADA 經歷了以下四個階段：
- 第一代：整體系統。 20 世紀 60 年代和 70 年代實施的 SCADA 系統，通常在直接連線到大型機或微型電腦系統的工業現場整合 RTU，通常也在現場或透過廣域網連線。
- 第二代：分散式系統。 在 20 世紀 80 年代，SCADA 系統利用專有區域網和更小、更強大的電腦的廣泛可用性，以實現更大的營運資料共享。 然而，由於缺乏開放網路標準，SCADA 產品供應商之間無法互操作。
- 第三代：網路系統。 在 20 世紀 90 年代，SCADA 系統依賴於行業對標準網路協議的接受和整合，所提供的更大的互操作性。 這些系統可以更容易地擴充，因為企業可以在自己的工業基礎設施中整合系統，同時使用更廣泛的裝置和系統。
- 第四代：基於網路或工業物聯網的 SCADA 系統。 這些系統在 21 世紀初開始出現。 在此期間，SCADA 供應商採用了網路軟體開發工具，透過普遍可用的介面，實現透明的互操作性和連線存取，例如在手持裝置、膝上型電腦和桌上型電腦上，執行的網路瀏覽器。
隨著雲端運算日益主導企業運算世界，它改變了 SCADA 系統。 支援雲端的 SCADA 系統可以透過為激增分配雲端運算資源，並在需求下降時減少這些資源來更快、更輕鬆地擴充。
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傳統與現代 SCADA
許多組織仍然使用傳統的 SCADA 運算資源，如大型機、專有感測器和執行器。 如果這些系統仍然有效，企業通常不願意投資現代 SCADA 系統。 然而，與傳統的 SCADA 系統相比，現代系統提供了以下優勢：
- 可擴充性。 現代 SCADA 系統具有高度的可擴充性，並且比舊系統支援更多的硬體裝置和軟體應用程式。 這些系統還經常使用雲端運算，來滿足新工業工作負載的需求。
- 互操作性。 傳統的 SCADA 系統依賴於專有硬體和軟體，導致供應商鎖定。 現代系統很少出現這個問題，這意味著組織可以佈署最適合其特定目標和要求的裝置和應用程式。
- 通訊。 現代 SCADA 系統支援現代通訊協議，從而可以更好地連線 SCADA 資料和控制。
- 支援。 傳統 SCADA 系統的支援選項可能有限，而現代系統更有可能得到供應商的良好支援。 使用商業現成的硬體、開放網路標準和現代軟體開發平台，也使第三方支援更容易獲得。
SCADA與工業物聯網
SCADA 有時被比作工業物聯網（IIoT）。 兩者都用於工業環境中的裝置監控和控制，因此它們之間存在相當大的重疊。 然而，這兩個術語指的是完全不同的東西。
SCADA 系統從感測器和執行器等現場現場裝置收集資料，然後在現場處理。 這些裝置通常需要有線連線來實現監督監控和控制，儘管無線 SCADA 變得越來越普遍。 然後，資訊透過 HMI 提供給人類使用者，以促進資料驅動的決策，特別是在出現問題時。
IIoT 平台可以從包括無線裝置在內的，更廣泛的裝置中收集各種資料。 它還可以將資料儲存在現場或雲端，並以各種格式（如 JSON）提供給使用者。 因為它可以收集更多資料，因此更適合預測性維護，並且是組織必須確定改善工業營運的機會的理想選擇。
SCADA 系統往往是整體的，資料容量和資料轉換能力有限。 可擴充性和整合也可能是 SCADA 的挑戰，因為不同製造商製造的裝置有時不容易整合。 這就是為什麼資料和流程孤島是 SCADA 的常見問題，以及為什麼 SCADA 系統無法實現高水準的互操作性。
IIoT 平台為在整個組織佈署系統和裝置，提供了更大的互操作性和更多選項。 它們支援用於資料轉換的豐富 API，並且通常基於無伺服器架構，便於可擴充。
最後，SCADA 系統通常用於監控和控制特定的工業流程。 IIoT 平台有更多種類的應用案例，因為它們沒有 SCADA 常見的限制：有限的可擴充性、複雜的架構、隨著使用者數量的增加而效能下降、收集和處理的資料類型有限，或依賴 HMI 來顯示見解。
SCADA 和 IIoT 都對工業的營運很有用。 然而，工業組織是實施 SCADA 還是 IIoT 取決於系統的目的。SCADA 最適合遠端控制操作，並獲取特定流程中問題的即時警報。IIoT 通常是高階分析和長期流程最佳化的更好選擇。
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