سیستمی را در نظر بگیرید که قرار است در یک کارخانه و یا فضای صنعتی، کلیه فرآیندها را کنترل کند. این سیستم کلیه داده‌های سنسورها، شیرآلات صنعتی، موتورها و دیگر تجهیزات صنعتی را درلحظه جمع‌آوری (و یا مانیتور) کند و سپس بر اساس برنامه‌ریزی که برای آن شده، تصمیماتی را اجرا می‌کند. به چنین سیستمی اسکادا (SCADA) گفته می‌شود.
کلمه اسکادا (SCADA) مخفف عبارت Supervisory Control And Data Acquisition و به معنی «سامانه نظارت، کنترل و گردآوری داده» است؛ سیستمی متشکل از عناصر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری که به یک مجموعه صنعتی امکان‌های زیر را می‌دهد:
- روی فرآیندهای صنعتی خود به صورت در محل، یا از راه دور کنترل داشته باشند.
- روی داده‌های درلحظه نظارت کنند و آن‌ها را گردآوری و پردازش کنند.
- به صورت مستقیم با دستگاه‌هایی مانند حسگرها، شیرآلات، پمپ‌ها، موتورها و نرم‌افزارهای واسط انسان و ماشین کار کنند.
- رویدادها را در یک فایل لاگ، ذخیره کنند.
سیستم‌های اسکادا برای سازمان‌های صنعتی حیاتی هستند زیرا کمک می‌کنند کارآیی حفظ شود، داده‌ها برای تصمیمات هوشمندانه‌تر پردازش شوند و مشکلات سیستم منتقل شود تا زمان در دسترس نبودن آن به حداقل برسد.
معماری ساده اسکادا با PLCها (کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌پذیری) یا RTUها (واحدهای پایانه دوردست) آغاز می‌شود.
PLCها و RTUها میکروکامپیوترهایی هستند که با اشیای مختلف، مانند ماشین‌های کارخانه، HMIها (رابط‌های انسان و ماشین) حسگرها و دستگاه‌های در اختیار کاربران ارتباط برقرار می‌کنند و اطلاعات را از این اشیا به کامپیوترهایی منتقل می‌کنند که نرم‌افزارهای اسکادا دارند. نرم‌افزار اسکادا کار پردازش، توزیع و نمایش داده‌ها را دارد و به اپراتورها و دیگر کارکنان کمک می‌کند که داده‌ها را تحلیل کنند و تصمیمات مهم را بگیرند.
برای مثال، در صورتی که یک دسته محصول معمولا دچار خطا می‌شوند، سیستم اسکادا این را به یک اپراتور خبر می‌دهد. اپراتور عملیات را متوقف می‌کند و داده‌های سیستم اسکادا را از طریق یک HMI مشاهده می‌کند تا دلیل مشکل را پیدا کند. اپراتور داده‌ها را بازبینی می‌کند و درمی‌یابد که مثلا ماشین 4 خراب شده است. این که سیستم اسکادا به اپراتور خبر داده که مشکلی وجود دارد، باعث می‌شود او بتواند آن را حل کند و نگذارد که محصولات تولیدی خراب شوند.
چه کسی از اسکادا استفاده می‌کند؟
سیستم‌های اسکادا را سازمان‌ها و شرکت‌های صنعتی در بخش‌های دولتی و خصوصی استفاده می‌کنند تا بتوانند کارآیی را کنترل و حفظ کنند، داده‌ها را برای تصمیمات هوشمندانه‌تر توزیع کنند و مشکلات سیستم را اطلاع‌رسانی کنند. سیستم‌های اسکادا در انواع شرکت‌ها به کار می‌آیند چون هم می‌توان یک نصب ساده از آن‌ها داشت و هم یک نصب پیچیده و بزرگ. سیستم‌های اسکادا ستون بسیاری از صنایع مدرن، مانند صنایع انرژی، نفت و گاز، حمل و نقل، غذا، برق، آب و فاضلاب و … هستند.
امروزه، همه‌جا، سیستم‌های اسکادا را می‌بینید که پشت پرده هستند: از سیستم‌های حفظ سرمایش در سوپرمارکت‌های محلی گرفته تا سیستم‌های تولید و ایمنی در پالایشگاه‌ها و از تضمین کیفیت استاندارد در مرکز فاضلاب گرفته تا نظارت بر مصرف انرژی در خانه شما. سیستم‌های موثر اسکادا می‌توانند پول و زمان زیادی را برای شما صرفه‌جویی کنند.
اسکادا از کجا به وجود آمد؟
برای این که به سراغ ریشه‌های اسکادا برویم، باید مشکلاتی که سازمان‌های صنعتی با آن روبرو هستند را درک کنیم. پیش از آن که اسکادا در اواسط قرن بیستم معرفی شود، بسیاری از کارخانه‌ها و نیروگاه‌ها حتی در جاهای دوردست، از پرسنل خود استفاده می‌کردند تا تجهیزات را از نزدیک کنترل کنند و روی عملکردشان نظارت داشته باشند. آن‌ها با استفاده از پیچ‌ها و دکمه‌های آنالوگ این کار را انجام می‌دادند.
هنگامی که کارخانه‌ها و مراکز دوردست توسعه یافتند، نیاز به این پیدا شد که از راه دور هم بتوان تجهیزات را کنترل کرد. سازمان‌های صنعتی شروع کردند به استفاده از رله‌ها و تایمرها تا بدون نیاز به فرستادن افراد به مناطق دوردست، تا حدی بر عملکرد دستگاه‌ها نظارت داشته باشند.
رله‌ها و تایمرها کار را به صورت محدود خودکار کردند اما وقتی مقیاس کار گسترش یافت، مشکلات بیشتری پدیدار شدند. پیکربندی مجدد رله‌ها و تایمرها کار سختی بود و دستگاه‌های کنترلی فضای زیادی را اشغال می‌ساختند. به این ترتیب نیاز به یک سیستم کنترل و نظارت کاراتر و کاملا خودکار حس می‌شد.
در اوایل دهه 1950، کامپیوترها توسعه یافتند و برای مقاصد صنعتی هم استفاده شدند. به این ترتیب، کنترل نظارتی در میان شرکت‌های بزرگ، خطوط لوله نفتی و گازی و دیگر بازارهای صنعتی محبوب شد.
در دهه 1960، از تله‌متری (دوری‌سنجی) برای نظارت استفاده شد که این امکان را می‌داد که ارتباطات به صورت خودکار برقرار شود و داده‌ها از جاهای دوردست گردآوری شده و به دستگاه‌های نظارتی انتقال داده شوند. اصطلاح SCADA در اوایل دهه 1970 برای اولین بار استفاده شد.
حضور پررنگ ریزپردازنده‌ها و PLCها در آن دهه باعث شد که توانایی شرکت‌ها در زمینه سرپرستی و کنترل فرآیندهای خودکار بیش از هر زمان دیگری شود.
تکامل اسکادا
اولین نسل اسکادا از مین‌فریم‌ها استفاده می‌کردند. شبکه‌ها در آن زمان مانند امروز نبودند و هر سیستم اسکادا شبکه خود را داشت. این سیستم‌ها را به نام سیستم‌های یکپارچه می‌شناسیم.
در دهه‌های 1980 و 1990، اسکادا با کوچک‌تر شدن ابعاد کامپیوترها، به وجود آمدن شبکه‌های LAN و نرم‌افزارهای HMI که در داخل کامپیوترهای شخصی اجرا می‌شدند رشد کرد. سیستم‌های اسکادا حالا می‌توانستند به سیستم‌های مشابه وصل شوند. بسیاری از پروتکل‌های مورد استفاده در شبکه‌ها متعلق به شرکت‌های سازنده بودند و آن‌ها این امکان را داشتند که انتقال داده‌ها را بهینه سازند. اما به همین دلیل، این سیستم‌ها نمی‌توانستند با سیستم‌هایی که توسط شرکت‌های دیگری ساخته شده بودند، ارتباط برقرار کنند. به این‌ها سیستم‌های توزیع‌شده اسکادا می‌گوییم.
در دهه 1990 و اوایل دهه 2000، اسکادا بر پایه مدل‌های توزیع‌شده، تغییراتی مرحله به مرحله داشت و به سراغ معماری‌های سیستمی و ارتباطی باز رفت که تنها مختص یک شرکت نبودند. این نسل جدید اسکادا، که سیستم اسکادای شبکه‌ای نام گرفت، از فناوری‌های ارتباطی مانند اترنت استفاده کرد. سیستم‌های اسکادای شبکه‌های به سیستم‌های فروشنده‌های مختلف اجازه می‌دادند که با هم ارتباط برقرار کنند، محدودیت‌های سیستم‌های قدیمی را بردارند و به سازمان‌ها این امکان را دادند که دستگاه‌های بیشتری را به شبکه وصل کنند.
سیستم‌های اسکادا تکامل بسیاری یافته‌اند، اما بسیاری از سازمان‌های صنعتی همچنان با دستری به داده‌های صنعتی مشکل دارند. در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000، فناوری آی‌تی شکوفا شد و توسعه گسترش یافت. پایگاه‌های داده‌ای SQL تبدیل به استاندارد شدند اما برنامه‌نویس‌های اسکادا از آن‌ها استفاده نکردند. به این ترتیب دو رشته کنترل و آی‌تی مسیرهای مجزایی را رفتند و فناوری اسکادا به مرور زمان قدیمی شد.
سیستم‌های سنتی اسکادا همچنان از فناوری‌های مخصوص خود برای مدیریت داده بهره می‌گیرند. این کار بسیار پرهزینه است. سیستم‌های مدرن اسکادا از بهترین بخش‌های کنترل و آی‌تی استفاده می‌کنند تا عملکرد بالاتری داشته باشند.
سیستم‌های مدرن اسکادا این امکان را می‌دهند که داده‌ها در لحظه از کارخانه به هر جای دنیا ارسال شوند. این اطلاعات درلحظه باعث می‌شود دولت‌ها، شرکت‌ها و افراد تصمیمات مبتنی بر داده‌ها را برای بهبود فرآیندهایشان بگیرند. بدون نرم‌افزارهای اسکادا، بی‌نهایت سخت خواهد بود که داده‌های کافی برای تصمیمات درست گردآوری شود.
همچنین، اکثر برنامه‌های مدرن اسکادا از قابلیت RAD (توسعه سریع نرم افزار) استفاده می‌کنند که به کاربران اجازه می‌دهد برنامه‌هایشان را به‌آسانی بسازند، حتی اگر دانش زیادی از توسعه نرم‌افزار نداشته باشند.
آمدن استانداردهای مدرن آی‌تی مانند SQL و برنامه‌های مبتنی بر وب به اسکادا، باعث افزایش قابل توجه کارآیی، امنیت، تولید و اتکاپذیری سیستم‌های اسکادا شده است.
نرم‌افزارهای اسکادا که از پایگاه‌های داده‌ای SQL بهره می‌گیرند برتری قابل توجهی نسبت به نرم‌افزارهای قدیمی اسکادا دارند. به این صورت، می‌توان داده‌های آن‌ها را به‌راحتی به سیستم‌های MES (سیستم اجرایی تولید) و ERP (مدیریت منابع سازمانی) برد.
همچنین داده‌های قدیمی اسکادا را می‌توان در جداول SQL قرار داد، که این کار باعث می‌شود تحلیل داده‌های گذشته هم آسان گردد.
