Qu'est-ce que le contrôle de supervision et l'acquisition de données (SCADA) ?

Le contrôle de supervision et l'acquisition de données (SCADA) est une solution matérielle et logicielle complète qui contrôle et gère les processus industriels de haut niveau sans intervention humaine. Il fonctionne en collectant à distance des données en temps réel pour les traiter et contrôler les conditions et les équipements. Les entreprises tirent également parti de SCADA pour prendre des décisions basées sur les données concernant les processus industriels.

L'architecture SCADA commence par des unités terminales distantes (RTU) ou des contrôleurs logiques programmables (PLC). Les RTU et les API sont des micro-ordinateurs capables de communiquer avec des composants industriels tels que des machines d'usine, des interfaces homme-machine, des périphériques finaux et des capteurs. Les données de ces composants sont ensuite transmises aux ordinateurs à l'aide du logiciel SCADA, qui les traite, les distribue et les affiche aux équipes d'exploitation.

Les acteurs modernes exploitent SCADA pour contrôler à distance ou localement les processus industriels et collecter, surveiller et traiter les données en temps réel. SCADA permet également aux opérateurs industriels de contrôler et de gérer directement des dispositifs tels que des vannes, des capteurs, des moteurs, des pompes et d'autres composants à l'aide d'un logiciel d'interface homme-machine (IHM). De plus, SCADA est une solution pratique de tenue de registres, car toutes les données sont systématiquement enregistrées.

En outre, les solutions SCADA permettent aux organisations industrielles d'utiliser les données pour une prise de décision plus intelligente, en améliorant l'efficacité et en communiquant les problèmes système à temps pour minimiser le risque de temps d'arrêt. Par exemple, SCADA informera rapidement les équipes opérationnelles concernées si un lot de produits présente un taux élevé d'incidence d'erreurs.

L'équipe d'exploitation serait alors en mesure de suspendre la production et d'examiner les données système collectées par SCADA sur l'IHM. Cela aiderait les opérateurs à déterminer et à traiter la cause première des erreurs et empêcherait le mauvais lot de grossir.

Jusqu'au milieu du XXe siècle, les organisations industrielles comptaient sur le personnel de terrain pour contrôler et surveiller manuellement les équipements. Cependant, à mesure que l'échelle de fonctionnement de ces installations s'est accrue, il est devenu nécessaire d'imaginer une solution pour contrôler les équipements à distance. Ce besoin a conduit à l'introduction d'un contrôle de surveillance via des minuteries et des relais.

« SCADA » en tant que terme a été conçu au début des années 1970. À peu près à la même époque, les microprocesseurs et les automates connaissaient une augmentation des applications commerciales, les entreprises les utilisant de plus en plus pour contrôler et surveiller les processus automatisés.

L'évolution de SCADA a commencé avec les ordinateurs centraux. Par la suite, des systèmes distribués ont été utilisés pour piloter le SCADA. Cependant, alors qu'ils étaient interconnectés, ils ne pouvaient pas communiquer avec les systèmes d'autres fournisseurs.

La prochaine itération à introduire était le SCADA en réseau, qui comportait une architecture de système ouverte, permettant la communication entre les systèmes de différents fournisseurs. Cependant, des technologies propriétaires étaient encore utilisées pour le traitement des données, ce qui entraînait un fossé entre les contrôles et l'informatique.

Enfin, les systèmes SCADA modernes basés sur le Web ont permis aux utilisateurs d'accéder aux données d'exploitation en temps réel de n'importe où dans le monde. Ces solutions comblaient les lacunes des itérations précédentes et permettaient une prise de décision rapide et basée sur les données. Ils ont considérablement amélioré l'efficacité, la productivité, la fiabilité et la sécurité des processus industriels.

Les systèmes SCADA sont populaires dans tous les types d'entreprises car ils peuvent aller d'installations simples à de grandes configurations complexes. SCADA est essentiel dans de nombreuses industries modernes, notamment l'énergie et l'électricité, la fabrication, l'alimentation et les boissons, le pétrole et le gaz, l'eau et les eaux usées et le transport.

Pratiquement toutes les organisations industrialisées ou à forte intensité opérationnelle s'appuient sur une solution SCADA pour assurer le bon fonctionnement des choses. Cela pourrait être une solution qui maintient la réfrigération pour une chaîne de restaurants, assure une production transparente et sûre dans une raffinerie de pétrole, ou même suit la consommation d'énergie des propriétaires.

Voir plus : Qu'est-ce que l'haptique ? Signification, types et importance

Avant d'en savoir plus sur les types de systèmes SCADA, familiarisons-nous avec l'architecture du système SCADA.

Généralement, les solutions SCADA sont déployées dans une architecture centralisée pour permettre la surveillance et le contrôle d'une zone étendue. Le « core SCADA » est un progiciel placé au-dessus du matériel et sert de système de supervision.

Les terminaux distants sont utilisés pour collecter des données et les transmettre à un système maître, ainsi que pour contrôler les machines selon les instructions reçues du système maître. De plus, les API peuvent être personnalisés pour répondre à des exigences opérationnelles spécifiques.

Par exemple, SCADA peut aider à réguler le débit d'eau dans une configuration industrielle. Les opérateurs pourraient modifier le point de débit défini et définir les conditions pour qu'une alarme se déclenche en cas de température élevée ou de perte de débit. En cas d'accumulation de trop de pression dans le pipeline, le SCADA pourrait même commencer automatiquement à ouvrir une soupape de décharge. Enfin, l'état des opérations serait affiché et enregistré en continu. SCADA offre une surveillance des performances de bout en bout pour n'importe quelle boucle de processus.

Un système matériel SCADA peut généralement être classé en deux couches : la couche client et la couche serveur de données. Le premier permet les interactions homme-machine, tandis que le second pilote les processus de données.

Les RTU ou les automates permettent la communication entre les appareils et les serveurs de données dans une configuration SCADA. Les automates peuvent être connectés directement au serveur de données ou reliés à l'aide de réseaux et de bus. La station maître et les différents appareils communiquent via LAN ou WAN.

Enfin, les capteurs s'appuient sur des RTU ou des automates pour convertir les signaux en données numériques. L'unité maître reçoit ensuite ces données et transmet le retour approprié aux RTU, qui appliquent des signaux électriques aux appareils en conséquence.

Les processus SCADA tels que le multitâche et la gestion de base de données en temps réel sont gérés au niveau du serveur. De plus, les systèmes SCADA consistent généralement en un logiciel pour l'affichage graphique des données de processus (tendances); informations de diagnostic ; et la gestion des données, telles que la maintenance planifiée, la logistique, les schémas détaillés pour des appareils spécifiques et le dépannage.

Ces capacités permettent au personnel de visualiser une représentation schématique en temps réel des opérations. Des exemples de processus logiciels SCADA incluent les contrôles d'alarme, la journalisation, l'archivage et les calculs.

Maintenant que nous sommes familiarisés avec l'aperçu architectural de SCADA, comprenons les différents types de systèmes SCADA.

Les premiers systèmes SCADA reposaient sur de grands mini-ordinateurs pour le traitement. Les services réseau standard n'existaient pas à l'époque, ce qui signifiait que les solutions SCADA étaient généralement des systèmes indépendants sans interconnectivité réseau.

Les protocoles de communication étaient strictement propriétaires. Un système central de sauvegarde connecté à tous les sites RTU était la configuration préférée pour la redondance du système. Cette configuration serait activée en cas de défaillance du système central principal.

Dans ce type de SCADA, le traitement des informations et des commandes est décentralisé. La distribution se produit entre les stations connectées à l'aide du réseau local et le partage des données se produit en temps quasi réel.

Une station spécialisée est affectée à chaque tâche, ce qui permet de réduire les coûts par rapport à un SCADA monolithique. Les protocoles réseau sont toujours propriétaires, il n'est donc pas facile de déterminer la sécurité des installations SCADA. Cependant, la sécurité du système était généralement négligée lorsque ce type de SCADA était populaire.

Le SCADA en réseau a pris une longueur d'avance sur l'architecture distribuée, les systèmes SCADA complexes étant réduits à leurs composants les plus élémentaires et reliés à l'aide de protocoles de communication ouverts.

Dans une conception en réseau, les systèmes SCADA peuvent être répartis sur plusieurs réseaux locaux. Ceci est connu sous le nom de réseau de contrôle de processus (PCN) et est généralement réparti sur une vaste zone géographique. Un SCADA en réseau pourrait simplement être une configuration avec plusieurs SCADA distribués fonctionnant en parallèle, avec un historien et un superviseur. Une telle configuration est rentable, en particulier pour les systèmes à grande échelle.

Enfin, les systèmes SCADA basés sur le Web permettent aux utilisateurs de visualiser et d'échanger des données et de contrôler les processus de manière indépendante de l'emplacement à l'aide d'une connexion Web SOCKET. Un système SCADA Web utilise généralement un navigateur Internet comme interface utilisateur graphique (GUI). Ce type de SCADA est connu pour son déploiement simplifié côté client. Les utilisateurs peuvent accéder au système à partir de la plupart des plates-formes, y compris les serveurs, les ordinateurs personnels et les smartphones.

Maintenant que nous sommes clairs sur les types de systèmes SCADA, comprenons les composants inclus dans ces types.

Composants de SCADA

Le contrôleur de supervision, également appelé unité terminale maître (MTU), joue le rôle d'un serveur central de communication. Il est situé dans le centre de contrôle et gère l'échange d'informations entre l'interface homme-machine et les RTU, capteurs, automates et autres dispositifs.

Un seul ordinateur personnel pourrait servir de manière satisfaisante de contrôleur de supervision dans une configuration SCADA plus petite. Cependant, l'unité terminale principale pour les déploiements SCADA plus importants comprend généralement de nombreux serveurs, des applications logicielles distribuées et des mesures de reprise après sinistre. Un tel système peut utiliser des mesures de secours pour s'assurer que les processus industriels critiques ne sont pas affectés en cas de défaillance du système.

Une unité terminale à distance (RTU), ou une unité de télémétrie à distance, est un appareil électronique utilisé pour la télémétrie à distance et le contrôle de processus. Ces appareils à microprocesseur sont reliés à des émetteurs, des capteurs, des moniteurs et d'autres appareils sur le site distant.

Les RTU collectent et transmettent les données au centre de contrôle, où elles sont surveillées et traitées. La transmission de données entre les RTU et la station centrale se produit généralement lors de l'utilisation de ports série tels que RS232.

Un contrôleur logique programmable (PLC) est un dispositif électronique à semi-conducteurs qui peut contrôler l'équipement et les processus du système en remplaçant la RTU. Il est relié aux capteurs et convertit leur sortie en un signal numérique.

Un PLC présente une conception plus simple et un processus d'installation plus simple qu'un RTU. Les automates sont également plus fiables et économiques. De plus, ils sont plus compacts et occupent moins d'espace que les RTU. Enfin, le dépannage est simple et rapide en cas d'erreur.

Une interface homme-machine (IHM) affiche des informations généralement sous forme de représentation graphique du système SCADA pour la surveillance et le contrôle par des opérateurs humains. Les employés utilisent des IHM pour accéder aux unités de contrôle telles que les API et les RTU.

Les IHM sont idéalement conçues pour être simples et intuitives. Par exemple, une représentation graphique d'une pompe connectée à un réservoir d'eau serait visible sur l'IHM, et l'utilisateur humain serait en mesure de visualiser le débit d'eau en temps réel et sa pression.

Le système d'alarme est essentiel pour un système IHM et peut être déclenché en fonction de valeurs prédéfinies. Dans l'exemple du réservoir d'eau, un opérateur humain peut régler l'alarme de niveau d'eau à 80 % et 90 %. L'alarme donnerait un avertissement standard une fois que le niveau d'eau franchit 80 %. Une alarme critique serait déclenchée si le niveau d'eau franchit 90%, et une soupape de décharge s'ouvrirait automatiquement.

Les appareils électroniques intelligents comprennent des contrôleurs, des régulateurs et des relais basés sur des microprocesseurs. Ces appareils sont capables de communiquer en série avec les autres appareils du système SCADA.

Les appareils électroniques intelligents peuvent transmettre et recevoir des données d'appareils externes et les contrôler ou être contrôlés par eux. Les dispositifs externes comprennent les transducteurs, les relais, les unités de commande et les dispositifs similaires.

Un serveur de gestion de réseau (NMS) surveille le matériel et les logiciels du réseau pour le système SCADA. L'administrateur réseau et le NMS sont responsables de la gestion des composants réseau individuels.

NMS enregistre les données des composants distants, qui sont ensuite transmises à l'administrateur système. Les fonctions exécutées par NMS incluent la surveillance des appareils, l'analyse des performances, la découverte et la gestion des appareils, ainsi que l'analyse des alertes et des notifications.

Les systèmes SCADA exploitent une combinaison de connexions radio, câblées directes et Internet pour le transfert de données. Dans le cas de déploiements à grande échelle, comme dans les centrales électriques et les chemins de fer, ONET ou SDH peuvent également être utilisés.

HMI et MTU utilisent la programmation pour générer des cartes et des diagrammes afin de fournir des informations critiques sur les opérations régulières et les défaillances d'événements. Les systèmes SCADA commerciaux utilisent généralement la programmation C ou un langage de programmation dérivé.

Voir plus : Qu'est-ce que la télématique ? Signification, fonctionnement, types, avantages et applications en 2022

Les systèmes SCADA sont un élément indispensable de la plupart des configurations industrielles modernes. Cependant, ils ne sont pas sans défaut. En tant que tel, il est crucial de mieux comprendre les avantages et les inconvénients de SCADA.

Avantages et inconvénients de SCADA

Commençons par examiner les avantages des solutions SCADA.

Les systèmes SCADA assurent la sécurité et la rationalisation des opérations industrielles en fournissant des informations en temps réel sur l'état de tous les dispositifs et processus critiques. Grâce à SCADA, les opérateurs peuvent rapidement identifier et résoudre les problèmes potentiels, assurant ainsi une continuité d'activité solide.

SCADA fournit une interface centralisée permettant au personnel d'exploitation de contrôler et de surveiller tous les dispositifs et processus critiques à partir d'un seul emplacement. Les équipes opérationnelles peuvent ajuster rapidement et efficacement n'importe quelle partie du système unifié.

Les systèmes SCADA sont, de par leur conception, hautement fiables et efficaces. SCADA pilote le fonctionnement continu des processus critiques, ce qui est vital pour assurer la fiabilité des opérations industrielles. Les systèmes SCADA peuvent continuer à fonctionner même en cas de défaillance d'un composant ou d'autres erreurs système.

De plus, SCADA automatise plusieurs tâches cruciales qui font partie de la surveillance et du contrôle des opérations à grande échelle. En supprimant le recours à l'intervention humaine et, par conséquent, la possibilité d'erreur humaine, SCADA améliore l'efficacité et améliore la vitesse et la précision du processus.

Enfin, les systèmes SCADA prennent en charge les fonctionnalités d'accès à distance. Le personnel d'exploitation peut utiliser SCADA pour contrôler et surveiller les processus industriels à partir de n'importe quel appareil sécurisé avec une connexion Internet fiable. Ceci est particulièrement utile pour gérer et surveiller les équipements difficiles à atteindre ou à haut risque.

Les systèmes SCADA ont de nombreux avantages essentiels. Cependant, ils présentent également des inconvénients notables.

La considération immédiate à laquelle sont confrontées les entreprises qui adoptent une solution SCADA est son coût élevé. Les déploiements SCADA peuvent être coûteux car ils nécessitent généralement plusieurs unités de matériel spécialisé, des logiciels personnalisés et la formation d'opérateurs humains pour une utilisation quotidienne et une maintenance régulière.

De plus, les systèmes SCADA sont généralement essentiels pour les opérations industrielles. Par conséquent, toute forme d'indisponibilité ou de défaillance de ces systèmes peut s'avérer coûteuse. En effet, les réparations seraient coûteuses, tout comme le coût des temps d'arrêt liés à l'arrêt des processus concernés.

Sans la formation appropriée, les systèmes SCADA peuvent être assez délicats et complexes à utiliser. Un déploiement SCADA nécessite des connaissances spécialisées pour que les opérateurs l'utilisent efficacement. Même des opérateurs bien formés doivent effectuer des opérations de maintenance complexes rapidement et efficacement pour maintenir le fonctionnement du système. Répondre aux problèmes peut être délicat, car les configurations SCADA (matérielles et logicielles) sont généralement de conception complexe.

En dehors de cela, une configuration SCADA est généralement personnalisée en fonction de l'environnement industriel exact qu'elle contrôle et gère. Cela rend ces solutions difficiles à mettre à niveau ou à modifier une fois déployées. Cela nécessite généralement une expertise spécialisée, et même dans ce cas, les utilisateurs doivent être préparés à d'éventuelles perturbations de leurs opérations.

Les systèmes SCADA ne sont pas à l'abri des cyberattaques. Le risque de cybersécurité dans ces solutions survient parce que SCADA est connecté à des réseaux tels que LAN, WAN ou Internet. Si les pratiques de sécurité réseau correctes ne sont pas suivies, les déploiements SCADA peuvent être vulnérables à un accès non autorisé. Cela pourrait conduire à un contrôle ou à une manipulation indésirable des processus industriels, ce qui peut mettre en danger la vie et la propriété.

Voir plus : Qu'est-ce que l'informatique utilitaire ? Définition, processus, exemples et meilleures pratiques

Le SCADA est devenu indispensable pour gérer et contrôler les processus industriels et assurer une productivité fluide et sécurisée. Avec de nombreuses options sur le marché aujourd'hui, examinons quelques-unes des meilleures solutions logicielles SCADA.

SIMATIC est une solution SCADA spécialisée dans la transparence de l'usine et la maximisation de la productivité. Ses caractéristiques principales incluent l'ouverture, l'innovation, l'évolutivité et la visualisation des processus.

Ce logiciel comprend plusieurs attributs performants qui permettent une surveillance transparente des processus automatisés. Il est utile pour les systèmes mono-utilisateur et multi-utilisateurs distribués qui incluent des serveurs redondants.

Le système ouvert Siemens SIMATIC dispose de toutes les fonctions généralement requises pour les applications industrielles. Il peut visualiser des tâches et des applications SCADA très complexes. De plus, il est livré avec une solution SCADA mobile pour smartphones et tablettes. Les utilisateurs peuvent également étendre les fonctionnalités du système à l'aide de modules complémentaires.

GENESIS64 est une suite IHM avancée pour Microsoft Windows et peut offrir des performances élevées sur une connectivité standard telle que OPC, Modbus et BACnet. Utilisant la technologie OPC UA, il se concentre sur la fourniture d'une connectivité ininterrompue des installations du bâtiment et des étages d'usine aux systèmes de l'entreprise.

ICONICS GENESIS64 permet de surveiller les données en temps réel des secteurs de la fabrication, de l'énergie et des affaires sur un tableau de bord de visualisation centralisé. Les autres fonctionnalités incluent un système d'alarme distribué à l'échelle de l'entreprise, des graphiques 2D et 3D, la possibilité d'exporter des configurations mises à jour, ainsi que des tendances et des journaux historiques.

CIMPLICITY de General Electric est spécialisé dans les IHM hautes performances optimisées pour l'efficacité de l'opérateur. Outre ses capacités de visualisation avancées, cette solution est également préférée pour sa capacité à contribuer à la réduction des risques pour les procédures de gestion de l'usine. Ses principales caractéristiques comprennent la collecte de données sécurisée, l'adaptabilité à différentes sources de données et des capacités de contrôle et de surveillance robustes. De plus, l'IHM et les tableaux de bord prennent en charge la visualisation native et basée sur HTML5.

GE CIMPLICITY dispose également d'un système d'alarme en profondeur pour la détection d'anomalies. En dehors de cela, la fonctionnalité de cette solution peut être étendue à l'aide d'API et de scripts pour des configurations personnalisées et l'acquisition de données. Il est également connu pour sa haute disponibilité, sa disponibilité 24 heures sur 24 et sa redondance.

CIMPLICITY offre aux utilisateurs un tableau de bord des opérations avec tous les KPI et les données de conformité pour le reporting. Il propose également un processus de configuration facile car les environnements cloud et hybrides sont pris en charge.

Adroit Ignite dispose d'une IHM sophistiquée et d'une flexibilité, d'une évolutivité, d'une vitesse et d'une facilité d'utilisation élevées. Il est conçu pour Microsoft Windows et dispose de fonctionnalités avancées pour les utilisateurs chevronnés. Ce logiciel convient aux entreprises de l'automobile, de l'alimentation et des boissons, des services publics, des sciences de la vie, des télécommunications, de l'IdO, de la fabrication et de la gestion des bâtiments.

L'un des points forts de cette solution est sa barre d'outils ruban intuitive qui permet d'améliorer la productivité de l'utilisateur. Ses applications Operator et Designer sont compatibles en ligne, ce qui la rend utile à la fois pour les applications sur site et dans le cloud.

Ignition est un outil SCADA puissant et flexible pour l'automatisation et le contrôle industriels. Les principaux points forts incluent des outils de script, un concepteur par glisser-déposer et une prise en charge intégrée de nombreux protocoles industriels.

Les interfaces Java, SQL et Web pilotent l'allumage par Inductive Automation. Il s'intègre facilement à d'autres systèmes et prend en charge la visualisation et l'analyse des données en temps réel. La sécurité et l'évolutivité robustes rendent cette solution adaptée aux projets à grande échelle.

En savoir plus : Qu'est-ce que l'Internet des objets ? Définition, rôle, exemples et tendances pour 2022

Le SCADA est un élément crucial de la fabrication moderne. Il rationalise la production, améliore l'efficacité et réduit les coûts. SCADA améliore également le contrôle des catastrophes, la maintenance des machines et la précision des processus.

Plusieurs solutions logicielles SCADA existent sur le marché, et le choix de la bonne dépend des besoins commerciaux spécifiques d'une entreprise. L'outil SCADA doit assurer un contrôle optimal des étages de production, des fournitures de services publics et d'autres installations tout en sécurisant les équipements et les sorties coûteux.

Cet article vous a-t-il aidé à comprendre SCADA en détail ? Partagez vos opinions sur FacebookOuvre une nouvelle fenêtre , TwitterOuvre une nouvelle fenêtre ou LinkedInOuvre une nouvelle fenêtre . Nous aimerions recevoir de vos nouvelles!

Source de l'image : Shutterstock

Rédacteur technique