SCADAシステムとDCS、PLCの主な機能であるリモートデータ収集と監視は、産業プロセスの自動化と情報化に不可欠な基本システムと同じです。
SCADAシステム
SCADA は SupervisoryControI And Data AcquiSition System (Data Acquisition and Supervisory Control System) の頭字語で、SCADA システムは、データ収集、監視、制御システムの生産システムの長距離分散型生産ユニットの分散です。-
幅広い用途があり、電力、冶金、石油、化学などのデータ収集および監視制御、プロセス制御などの分野で使用でき、電力システムでより広く使用されており、技術の開発も最も成熟しています。これは遠隔制御システムで重要な位置を占めており、現場の操作機器を監視および制御して、データ収集、機器制御、測定、パラメータ調整、およびさまざまな種類の信号警報の機能、つまり「4 つのリモート」機能として知られている機能を実現できます。-
RTU (リモート ターミナル ユニット) と FTU (フィーダ ターミナル ユニット) は、その重要なコンポーネントです。今日の変電所では、自動化建設が非常に重要な役割を果たしています。 PC上で構築された生産自動化制御システムです。もちろん、応用分野によって必要な機能は異なりますが、いずれも次のような基本的な機能を備えています。システムステータスの動的シミュレーション。瞬間および履歴データのトレンド曲線の表示。警報処理システム。データの取得と記録。レポート出力。
SCADAシステム開発の歴史
SCADA システムは、コンピュータ技術の発展の日に開始されて以来、現在までに SCADA システムの開発と密接に関係しており、4 世代を経験しています。
第 1 世代は、専用コンピュータと専用オペレーティング システム SCADA システムに基づいています。たとえば、リモート H-80M システムによって設計された中国の鉄道電化システム向けに日本の日立が開発した華北電力網用パワー オートメーション研究所 SD176 システムです。この段階は、SCADA システムを開始したコンピューターから 70 年代までの段階です。
第 2 世代は、80 年代の汎用コンピュータをベースにした SCADA システムです。-第 2 世代では、VAX やその他の汎用ワークステーションなどの他のコンピュータが広く使用されており、オペレーティング システムは一般に汎用 UNIX オペレーティング システムです。-この段階で、SCADA システムは、経済運用分析、自動発電制御 (AGC)、送電網自動化におけるネットワーク分析と組み合わされて、EMS システム (エネルギー管理システム) を形成しました。
第 1 世代と第 2 世代の SCADA システムの共通の特徴は、集中型コンピュータ システムに基づいており、オープンではないため、メンテナンス、アップグレード、および他のシステムとのネットワーク接続が非常に困難であったことです。
90年代には、オープン性の原則に従って、分散型コンピュータネットワークとリレーショナルデータベース技術に基づいて、第3世代と呼ばれる広範囲のネットワーキングEMS/SCADAシステムを実現しました。この段階は、中国の SCADA/EMS システムが最も急速に成長している段階であり、さまざまな最新のコンピューター技術が SCADA/EMS システムに統合されています。この段階は中国の電力システム自動化と送電網建設の最大の投資期間でもあり、国は都市と地方の電力網を変革するために2700億元を投資しており、国の電力システム自動化と送電網建設の重要性の度合いが見て取れる。
第 4 世代の SCADA/EMS システムの主な特徴は、インターネット技術、オブジェクト指向技術、ニューラル ネットワーク技術、JAVA 技術やその他の技術の使用であり、SCADA/EMS システムとその他のシステムの統合、包括的なセキュリティと経済的な運用、商用運用の必要性が引き続き拡大しています。{0}
SCADA システムには次のサブシステムが含まれます。
1. ヒューマン・マシン・インターフェース（略してHMI）
プログラムのステータスを表示できるデバイス。オペレータはこのデバイスに従ってプログラムを監視および制御できます。HMI は SCADA システムのデータベースおよびソフトウェアにリンクされ、関連情報を読み取って傾向、診断データ、および定期メンテナンス手順、物流情報、特定のセンサーまたは機械の詳細配線図などの関連管理情報を表示したり、エキスパート システムのトラブルシューティングを支援したりできます。
HMI システムは多くの場合、システム情報をグラフィカルに表示し、画像を使用して実際のシステムをシミュレートします。オペレータは、制御対象のシステムの図を確認できます。たとえば、パイプライン ポンプ アイコンに接続すると、ポンプの動作とパイプライン内の液体の流れを表示できます。オペレーターはポンプを停止させることができ、HMI ソフトウェアはパイプライン内の液体の流れを時間の経過とともに表示します。シミュレーションには、プロセスの要素を表す配線図や回路図が含まれますが、プロセスの状況を説明するためにアニメーションと組み合わせてプロセス機器の写真を使用する場合もあります。
SCADA システムの HMI ソフトウェアには、通常、システム保守者が HMI でのシステムの表示を変更できる描画ソフトウェアが含まれています。プレゼンテーションは、実際の状況の状態をライトで示す、スクリーン上のライトだけの単純なものにすることもできますが、複数のプロジェクターを使用して高層ビルの場所にあるすべてのエレベーターや鉄道の場所にあるすべての電車を表示するなど複雑なものにすることもできます。
SCADA システムを実装する場合、警告処理はシステムの重要な部分です。システムは、指定された警告条件が満たされているかどうかを監視して、警告イベントが発生したかどうかを判断します。警告イベントが発生すると、システムは 1 つ以上の警告指示をアクティブにしたり、システム管理者または SCADA オペレータに電子メールや SMS を送信して警告イベントが発生したことを通知したりするなど、対応するアクションを実行します。- SCADA オペレーターは警告イベントを確認する必要があり、警告指示の確認の一部の警告イベントはオフになり、一部の警告インジケーターは警告条件がクリアされた後にのみオフになります。
2. (コンピュータ化された) 監視システム
データを収集し、コマンドを送信してプログラムの進行状況を監視できます。
3. リモート端末装置 (RTU)
RTU はプログラムで使用される多くのセンサーに接続でき、データ取得後にデジタル データが監視システムに送信されます。
リモート端末制御システム (RTU) は他の機器に接続でき、RTU は機器からの電気信号をデジタル値 (スイッチやバルブの開閉ステータス、機器によって測定された圧力、流量、電圧、電流など) に変換できます。特定のスイッチやバルブの開閉、ポンプの速度設定など、機器を制御する信号に変換して送信することもできます。
4. プログラマブルロジックコントローラー（プログラマブルロジックコントローラー、略してPLC）
安価で汎用性が高いため、リモート端末制御システムの特別な機能の代わりにフィールドデバイスとしても一般的に使用されます。
SCADA はスケジューリング管理層、PLC はフィールド機器層です。 PLCシステム、つまりプログラマブルコントローラは、産業分野の測定と制御に適しており、フィールド測定と制御機能、安定したパフォーマンス、高い信頼性、成熟した技術、広く使用されており、手頃な価格です。 SCADAは監視と制御に焦点を当てており、ロジック機能の一部で実現でき、基本的には上位に使用されます。 PLCは純粋にロジック機能を実現し、PLCは単にロジック機能と制御を実現し、ヒューマンマシンインターフェースを提供せず、ボタンインジケータ、HMIおよびSCADAシステムの助けを借りて操作を実現します。-
5. 通信ネットワーク
データを送信するパイプラインの間に監視システムと RTU (または PLC) を提供します。
従来の SCADA システムは、ブロードキャスト、シリアル、またはモデムを使用して通信機能を実現します。また、一部の大規模 SCADA システム（発電所や鉄道など）では、イーサネットまたはネットワーク プロトコル上の同期光ネットワーク（SONET）または同期デジタル システム（SDH）のアーキテクチャもよく使用されます。{0}リモート管理または監視機能における SCADA システムは、テレメトリと呼ばれることがよくあります。
典型的な SCADA システム アーキテクチャ
SCADA システムの開発は、集中型 SCADA システム段階、分散型 SCADA システム段階、ネットワーク型 SCADA システムの 3 つの段階を経ました。
集中型 SCADA システムでは、すべての監視機能がホスト (メインフレーム) に依存し、広域ネットワークを使用してフィールド RTU とホストを接続します。ネットワーク プロトコルは比較的単純ですが、オープン性が低く、機能も弱いです。
ネットワーク化された SCADA システムは、さまざまなネットワーク技術に基づいており、より分散化された制御構造とより集中化された情報管理を備えています。システムは一般にクライアント/サーバー (C/S) とブラウザ/サーバー構造 (B/S) に基づいており、ほとんどのシステム構造には両方の構造が含まれていますが、C/S 構造は主に B/S 構造であり、主にリモート監視のニーズを満たすインターネット アプリケーションをサポートします。
第 2 世代の SCADA システムと比較して、第 3 世代の SCADA システムはよりオープンな構造で、互換性が優れており、プラント全体の包括的な自動化システムにシームレスに統合できます。- SCADAシステムの規模は数百点から数万点に及ぶため、SCADAシステムに対するユーザーの要求は多岐にわたり、そのシステムアーキテクチャには高い要求が求められます。
SCADAシステムは典型的な分散コンピュータアプリケーションシステムに属します。このようなシステムでは、アーキテクチャがソフトウェアシステムで最も重要なものであり、優れたアーキテクチャは普遍的で効率的で安定していることを意味します。さまざまな個人のニーズに効率的に対応できます。同時に、アーキテクチャは一定期間安定した状態を保ちます。要件が変わった場合でも、プログラマはシステムのアーキテクチャを変更せずに済みます。
1. クライアント/サーバーのアーキテクチャ
クライアントとサーバー間の「リクエスト - レスポンス」ウェイ間の通信の C/S 構造。クライアントはサーバーにリクエストを送信し、サーバーはリクエストに応答します。
C/S アーキテクチャの最も重要な特徴は、マスター スレーブ環境ではなく、同等の環境であることです。つまり、C/S システム内のコンピュータは、さまざまな場合にクライアントとサーバーの両方になることができます。{0} C/S アプリケーションでは、ユーザーは自分のアプリケーションの完全なソリューションのみに関心があり、システムがどのコンピュータでこれらのアプリケーションを完成させるかには関心がありません。
たとえば、SCADA システムでは、SCADA サーバーが PLC からのデータを要求するときはクライアントとなり、他のオペレーティング ステーションが SCADA サーバーにサービスを要求するときはサーバーになります。もちろん、この構成により、両端のハードウェア環境の利点を最大限に活用し、クライアント側とサーバー側にタスクを合理的に割り当てて実現し、システムの通信オーバーヘッドを削減できます。
2. ブラウザ/サーバーの構造
インターネットの普及と発展に伴い、以前のホスト/端末と C/S 構造は、現在のグローバル ネットワークのオープン、相互接続、どこにでも情報と情報共有の新しい要件を満たすことができなくなり、B/S 構造が出現しました。
B/S 構造の特徴は次のとおりです。ユーザーはブラウザを介してインターネットのテキスト、データ、画像、アニメーション、ビデオ オン デマンド、音声情報にアクセスできます。この情報は多くの Web サーバーによって生成され、各 Web サーバーはさまざまな方法でデータベース サーバーに接続でき、実際には大量のデータがデータベース サーバーに保存されます。この構成の最大のメリットは、クライアントがブラウザで統一されているため、使いやすいだけでなく、クライアントのメンテナンスの問題も発生しないことです。
3. 2つの構造の比較
(1)B/Sモデルのメリット・デメリット
B/S 構造の利点は次のとおりです。
分散特性により、いつでもどこでもクエリ、参照、その他のビジネス プロセスを実行できます。
Webページを追加することでサーバーの機能を拡張できるため、ビジネスの拡張が簡単かつ便利になります。
メンテナンスは簡単で便利です。Web ページを変更するだけで、すべてのユーザーの更新の同期を実現できます。
シンプルな開発と強力な共有。
B／S構造のデメリットは以下の通りです。
パーソナライズ機能は明らかに減少しており、パーソナライズ機能の要求を実現することは不可能である。
操作は最も基本的なマウス操作に基づいており、迅速な操作の要求を満たすことができません。
動的ページ更新により、応答速度が大幅に低下します。
機能が弱体化され、従来のモードでは特殊な機能要件を実現することが困難になります。
(2) C/Sモデルのメリット・デメリット
C/S構造の利点:
クライアントはサーバーとの直接接続を実現するため、中間リンクが存在せず、応答速度が速くなります。
操作インターフェイスは美しく、多様で、顧客の個別の要件を完全に満たすことができます。
経営情報システムのC/S構造は強力なトランザクション処理能力を持ち、複雑なビジネスプロセスを実現できます。
パフォーマンスの欠点の C/S 構造:
専用のクライアント インストール プログラムが必要で、配布機能が弱く、広範囲のポイントに対応し、ユーザー グループのネットワーク条件がないため、インストールと構成の迅速な展開を実現できません。
互換性が低いと、さまざまな開発ツールに大きな制限が生じます。別のツールを使用する場合は、プログラムを書き直す必要があります。
開発コストが高くつき、完成させるには一定レベルの専門技術スタッフが必要になります。
SCADAとDCS、PLCの違い
産業用制御システムにはさまざまなタイプの制御システムが含まれますが、分散制御システム (DCS)、プログラマブル ロジック コントローラー (PLC)、それら、およびより一般的で混同しやすいデータ収集監視システム (SCADA) について説明しました。では、SCADA、DCS、PLC の違いは何でしょうか?
DCS
DCS システム (分散制御システム) は、主に同じ地理的環境で生産プロセスを制御するために使用されるシステムです。
DCS システムは、集中監視と制御を使用してローカル コントローラーを調整し、生産プロセス全体を実行します。 DCS は、実稼働システムをモジュール化することで、個々の障害がシステム全体に与える影響を軽減します。多くの最新のシステムでは、DCS システムはエンタープライズ システムと連携して、生産プロセスをビジネス全体の運営に反映できるようにしています。
DCS システムは、石油精製所、廃水処理プラント、発電所、化学プラント、製薬プラントなどの産業制御分野で一般的に使用されています。これらのシステムは通常、プロセス制御システムまたはディスクリート制御システムに使用されます。
スカダ
SCADA システム (データ収集および監視システム) は産業用制御の中核システムであり、主に制御と同じくらい重要な集中データ収集を実行するために分散資産を制御するために使用されます。
SCADA システムは、データ収集システム、データ送信システム、および HMI ソフトウェアを統合して、プロセスの入出力の集中監視と制御を提供します。SCADA システムは、現場から情報を収集し、その情報をコンピュータ システムに送信し、その情報を画像またはテキスト形式で表示するように設計されています。その結果、オペレータは、一元的な場所からシステム全体をリアルタイムで監視および制御し、各システムの複雑さと関連する設定に従って個別のシステムを制御し、関連する操作やタスクを自動化することができ、これらはオペレータのコマンドによって自動的に実行することもできます。
SCADA システムは主に、水処理、石油およびガスのパイプライン、送電および配電システム、鉄道およびその他の公共交通システムなどの分散システムで使用されます。
PLC
PLCシステム、すなわちプログラマブルロジックコントローラPLCは、リレー、実行ロジック、計時、計数などのシーケンシャル制御機能を置き換え、柔軟なプログラム制御システムを確立することを目的として、従来のシーケンシャルコントローラにマイクロエレクトロニクス技術、コンピュータ技術、自動制御技術、通信技術を導入した新世代の産業用制御デバイスです。国際電気標準会議 (IEC) は、PLC の規定を公布しました。プログラマブル コントローラーは、電子システムのデジタル コンピューティング操作であり、産業環境でのアプリケーション向けに設計されています。これはプログラマブル メモリを使用しており、論理演算、逐次制御、タイミング、計数、算術演算を実行するための命令をメモリ内に保存し、デジタルおよびアナログの入出力を通じてさまざまな種類の機械や生産プロセスを制御するために使用されます。プログラマブル コントローラとその関連機器は、産業用制御システムとの一体化が容易であり、その機能拡張が容易な設計原理である必要があります。
産業用オートメーションおよび制御システムのネットワーク アーキテクチャでは、重要な制御コンポーネントとして、PLC は通常、SCADA および DCS システムで使用され、産業用機器の特定の操作とプロセス制御を実現し、ループ制御を通じてローカル プロセス管理を提供します。
SCADA システムでは、PLC は RTU (つまりリモート端末ユニット) として機能します。 DCS システムで使用される場合、PLC は監視制御プログラムを備えたローカル コントローラーとして使用されます。同時に、PLC は、より小規模な制御システムを構成するための重要なコンポーネントとしてよく使用されます。
PLC には、I/O 制御、ロジック、タイミング、計数、PID 制御、通信、算術演算、データ、ファイル処理などの特定の機能を実現するための命令を保存するための、ユーザーがプログラム可能なメモリがあります。-通信技術の発展に伴い、PLC もクローズドなプライベート通信プロトコルからオープンなパブリック プロトコルの使用に移行し、システムの互換性が大幅に向上し、システムの保守と更新が容易になりました。
結論
上記から、SCADA、DCS は概念、PLC は製品であることが簡単にわかります。これら 3 つは比較できません。
1、PLC は SCADA、DCS を構成できる製品です。
2、DCS は開発されたプロセス制御であり、PLC は開発されたリレーロジック制御システムです。-
3、PLC はデバイス、DCS、SCADA はシステムです。
狭義に言うと、DCS は主にプロセス オートメーションに使用され、PLC は主にファクトリー オートメーション（生産ライン）に使用され、SCADA は主に、数千マイルにわたるパイプラインなどの油田などの広域ニーズに対応します。{0}コンピュータとネットワークの観点から見るとそれらは統一されていますが、主にアプリケーション要件に違いがある理由は、DCS が高度な制御アルゴリズムを必要とすることが多いためです。石油精製業界などでは、PLC はインターロック システムやフェールセーフ システムでよく使用されるため、高い処理速度が必要です。また、SCADA には、振動監視、流量計算、ピークとトラフの調整などの特別な要件もあります。-
したがって、単純に次のように考えることもできます。
SCADA はスケジュール管理です
DCS はプラント管理層です
PLC はフィールド機器層です
SCADAシステムは長い歴史がありますが、まだ「新生」の急速な発展の途上にあり、複雑なシステム、オープンインターフェイス規格、インターネットネットワークの統合の深さなどの特徴を備えており、生産、学術、研究、研究のすべての側面を統合する必要性があるSCADAシステムの情報セキュリティ理論と技術、国内のSCADAシステムメーカーが技術の蓄積と革新を奨励し、世界先進レベルに達するSCADAシステム技術研究開発チームを育成することを奨励します。 そして、主要産業における外国システムを置き換えるために、独立した知的財産権を持つローカライズされたSCADAシステムの使用を段階的に促進します。