Service Engineering and Management [600151]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURE ȘTI
FACULTATEA DE AUTOMATICA SI CALCULATOARE

Service Engineering and Management

Sistem SCADA pentru monitorizarea parametrilor pentru un sistem de productie de
substante radiofarmaceutice

Raport de cercetare
Semestrul 1

Coordonator Științific, Student: [anonimizat],
Sl.Dr.Ing. Silviu Raileanu Ing. Stefan Anghelescu

Cuprins

Cuprins ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 2
1. SCADA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 3
1.1 Ce este SCADA? ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 3
1.2 Cum funcționează SCADA? ………………………….. ………………………….. …………………….. 3
2. Sisteme de execuție industrială – Manufacturing Execution System (MES) …………………… 4
3. Arhitectură ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 4
3.1 Hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 4
3.2 Software ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 5
4. Dezvolarea aplicatiilor SCADA ………………………….. ………………………….. ………………………. 6
5. Utilizarea sistemului SCADA în industrie ………………………….. ………………………….. ………… 7
6. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 8

1. SCADA

1.1 Ce este SCADA?

SCADA este abrevierea de la Supervisory Control and Data Acquisition, focusându -se
pe controlul, supervizarea și achiziția de date de la echipamente hardware. Acesta face legătura
între echipamentele hardware cu care interferează. Aceste echipamente sunt, în general,
automate programabile (PLC -uri), care pot avea diverse module.
SCADA este folosit pentru monitorizarea și controlul echipamentelor, controlul fiind
automat sau fiind operat de către personal. În prima instanță, achiziția de date este făcută de
RTU (Remote Terminal Unit), care de obicei este un automat programabil . Informațiile sunt
procesate și sunt trecute printr -un filtru de alarme (dacă acestea nu trec de condițiile alarmelor,
se vor afișa mesaje de avertizare).
Datele achiziționate pot fi de trei feluri:

 Analogice
 Digitale
 Impulsuri

Achiziția de date este un proces de preluare de informații de la echipamentele existente.
Aceste date pot informa personalul despre starea echipamentelor, dacă acestea prezintă
defecțiuni , sau ce tip de decizi i trebuie luate într -o situație. De aceea acestea trebuie
monitorizate în continuu de către personal și stocate în baze de date.
Interfața de comunicare cu operatorul este făcută printr -o interfață grafic ă, cu un
calculator, care prezintă o reprezentare grafică a echipamentelor existente. Datele achiziționate
de la echipamente sunt expuse în timp real, sub formă de numere, grafice, lămpi de
semnalizare, starea pornit/oprit etc. Pot exista mai multe monitoare, pentru a facilita interfața
cu utilizatorul.
Sistemul SCADA se poate regăsi, în general, în fabrici, centrale și stații. În astfel de
locații se întâlnesc de obicei sisteme distribuite de control (DCS), care are aceleași funcții
precum SCADA, dar este folosit în zone delimitate, închise. Comunicarea poate fi făcută
printr -o rețea locală (LAN), care este o rețea fiabilă și de mare viteză. Din cauza mărimii de
extindere a unor fabrici, centrale, uzine, etc., pot exista până la câteva zeci de mii de canale de
intrare/ieșire (I/O).

1.2 Cum funcționează SCADA?

Sistemul SCADA are un Master Terminal U nit (MTU), care este numit si creierul
sistemulului si unul sau mai multe RTU -uri. RTU -urile preiau datele local si le trimit catre
MTU , care emite comenzi spre a fi executate în teren. Un software specializat se ocupa de
strângerea, interpretarea și administrare datelor.
SCADA folosește , în general, sisteme de control în buclă deschisă, ceea ce înseamnă ca
SCADA nu poate folosi f eedback pentru a determina dac ă inputurile au generat rezultate.

2. Sisteme de execuție industrială – Manufacturing Execution System (MES)

MES sunt sisteme computerizate care sunt folosite în industrie pentru monitorizarea și
documentarea proceselor de execuție a materialelor, de la materie primă până la produsul finit.
Acesta funcționează în timp real, furnizând informații despre produs, în orice moment dorit,
precum și decizii de fabricare.
În plus, MES primește informații de la toate echipamentele existe nte în zona industrială
(roboți industriali, mașini unelte, etc.) și chiar și informații de la personal. Deși, aceste sisteme
sunt de sine stătătoare, acestea sunt integrate într -un sistem de planificare a resurselor
inteprinderii (ERP).
Unul din rolul MES este de a prelua comenzile generate de ERP și d e a le transforma în
algoritmi, el oferind mai multe soluții pentru acestea. În func ție de comenzi, sistemul îți
planifică timpul d e producție, prioritizând astfel unele operații în detrimentul altora. Un
exemplu în acest sens este data de livrare a unui produs către cli ent.
Scopul MES este d e a crește performanța și de a reduce timpul de operare. Astfel se pot
produce și livra produse calitative într -un timp mult mai scurt și la un cost mult mai redus.
Astfel companiile pot obține avantaje, pot găsi soluții și măsuri pentru a răspunde pieții, pentru
a se adapta cerinței acesteia.
De obicei, se folosește sistemul SCADA pentru control, mai ales pentru echipamente
complexe. Acesta preia din funcțiile MES, prin administrarea proceselor de produc ție și a
parametrilor echipamentelor. In general cele două sisteme sunt interconectate, unele informații
ale sistemului SCADA, fiind menținute de MES.

3. Arhitectură

3.1 Hardware

Sistemul SCADA este un sistem care colectează informații de la diferiți senzori plasați
în diverse puncte ale unui sistem tehnologic. Aceste date sunt trimise la un calculator central,
care are rolul de Server SCADA, care gestionează și controlează aceste date. După ce
operatorul uman interveni sau după ce datele sunt procesate în mod automat, se pot trimite
comenzi spre sistemul tehnologic.
Sistemul SCADA include un sistem hardware (interf ața pentru semnalele I/ O),
automate progr amabile, relee, echipamente de comunicații, etc) și un sistem software (interfața
cu utilizatorul – HMI, baze de date, drivere, aplicații, etc)
Cel mai importa nt lucru îl constituie faptul că, sistemul SCADA ofera control în timp
real permițând optimizarea exploatării sistemului tehnologic.
Automatele programabile nu sunt conectate direct la serverul SCADA, ci sunt conectate
la MTU ( Master Terminal Unit) care are rolul de a colecta și centraliza datele preluate. Î n
funcție de nevoi se pot conecta mai multe dispozitive MTU , însă este nevoie de o nouă
magistrala de date.
O linie seriala RS 485 permite conectarea mai multor dispozitive pe aceeași magistral ă
de date. Serverul SCADA dispune doar de interfața RS -232, de ci e nevoie de un convertor RS –
232/RS -484. În loc de a folosi mai multe convertoare RS -232/RS -484, se poate folosi un sistem
multi -dropping.
Pentru creșterea fiabilității sistemului, se pot plasa mai multe servere.

Fig. 1. Arhitectură sistem SCADA

3.2 Software

Aplicatia SCADA este compusă în general din două părți: server și client. Aplicația
Server este multi -tasking si este responsabilă de achiziția de date și de stocarea acestora într -o
baza de date. Aplicația Client utilizează baza de date actualizata de către serverul SCADA în
scopul de a realiza interfețe grafice pentru utilizatori, asa numitele HMI (Human Machine
Interface).
Un HMI mi nimizează un proces tehnologic, crează liste de evenimente, rapoarte, liste
de alarm e și de avertizare . Pentru o m ai bun ă interacțiune cu utilizatorul, aplicațiile SCADA
dispun si de compoenta web, ceea ce necesita si un server pentru acest lucru. Acest server are
rolul de a genera pagini web dinamice.
Utilizatorii web au aproape aceleași facilități ca un client norm al (acces în timp real la
parametri, evenimente, alarme , baza de date) , prin intermediul unui browser , însă nu
beneficiază de aceeasi intervață grafică. Se poate realiza acest lucru prin intermediul unor
aplicații bazate pe servicii și instrumente virtual e.
Componenta software , în concluzie, are rolul de a transfera informațiile de la
echipamente către utilizator. Acesta se realizeaza prin transferul datelor în fișiere de tip XML.

4. Dezvolarea aplicatiilor SCADA

Dezvoltarea aplicatiilor SCADA sunt realizate în două etape. Prima dată, sunt definite ,
prin anumiți parametrii predefiniți și apoi grafic , parametrii de proces si anumite informații,
cum ar fi alarmele. Alarmele sunt în strânsă legătur ă cu parametrii de proces.
Pe piață, în acest moment, există diferite software -uri, care oferă o interfață grafică ușor
de interacționat cu programatorul. Acesta dezvoltă pagini și foldere, în care este configu rat
programul SCADA. De asemenea aceste programe au optiunea de configurare și export de
baze de date, care pot fi accesate și modificate și on -line.
Aceste software -uri de dezvoltare a aplicațiilor SCADA, oferă programatorului o serie
vastă de instrument e, ce îi ușurează munca:

 Editor grafic (linii, poligoane, forme, inserare de fotografii). De asemenea are o
librărie de simboluri grafice, care pot fi și animate, prin asocierea cu diverite
variabile.
 Configurator de baze de date
 API
 Limbaj de programare.

Prog ramele existente pe piață oferă mai multe facilități pentru utilizatori, oferind solu ții
pentru industrie, precum și soluții de automatizare. Pe piață , oferta pentru dezvoltare a
aplicațiilor SCADA crește din ce în ce mai mult, oferind produse de înaltă tehnologie, la preț uri
competitive și oferind suport tehnic pentru produsele din această gamă .

 Ușor de implementat, config urat și utilizat
 Securitate sporită
 Definirea alarmelor
 Interfață grafică accesibilă oricărui utilizator
 Raportarea, colec tarea și istoricul informațiilor
 Acces area informațiilor on -line

5. Utilizarea sistemului SCADA în industrie

Siste stemul SCADA este folosit pentru controlul tuturor echipamentelor dintr -o
fabrica, monitorizarea parametr ilor acestor echipamente și creearea unor rapoarte despre
activitatea lor.
Una dintre cele mai importante industrii, unde este necesar existența unui sistem
SCADA, este industria radio farmaceutică. Aceasta necesită un control strict a unor sute de
variabile, cum ar fi umiditate, temperatură, expunere la radiații, etc.
Substanțele utilizate trebuiesc strict controlate în procesul de producere. Acestea
trebuiesc menținute la aceleași caracteristic i, pentru fiecare lot, pe întreg procesul de
producere – de la procesare până șa transportul final.
Industria radio farmaceutică trebuie să îndeplinească mai multe cerințe, precum
fiabilitate și acuratețe, încadrându -se în standarde riguroase. Sub incidența acestor standarde,
trebuiesc înregistrate informații despre parametrii de producere, condiții de producere și
stocare a medicamentelor. De asemenea, un lucru important îl constituie siguranța și
securitatea echipamentelor ș i al substanțelor existente.
De aseme nea, sunt necesare tehnologi de ultimă generație, care au diverse cerințe.
Pentru integrarea acestora într -un sistem centralizat, este necesară existența unui sistem
SCADA, care să monitorizeze și să controleze liniile de producție.
Integrarea u nei componente web face ca sistemul să fie monitorizat și în lipsa
operatorilor din fabrică. În acest mod poate crește eficiența, atât a personalului, cât și a
dezvoltatorilor de sistem , aceștia având o analiză clară .
Informațiile preluate de la sistem sunt monitorizate în timp real. Dacă acestea depășesc
cotele setate, personalul este informat printr -o alarmă. Această alarmă poate apărea pe
monitorul operatorilor, prin lumini de alarmare în camera operatorilor sau prin alertarea
persona lului pe telefonul mobil.
Informațiile sunt trimise într -o bază de date SQL, cu ajutorul unui software dedicate .
Datele pot fi afișate sub formă de grafice pentru o mai bună analiză. Raportul statistic poate fi
generat la orice moment dorit. Este de dorit generarea unui raport după producerea unui lot de
produs. Accesarea acestor informatii, precum și modificarea parametrilor, se face de către
personalul autorizat. Astfel de actiuni, trebuiesc monitorizate.

6. Bibliografie

1. Daneels , A., Salter, W ., What is SCADA ?, , Trieste International Conference on Accelerator
and Large Experimental Physics Control Systems, 1999
2. Răileanu, S., Borangiu, Th., Silișteanu, A., Centralized HMES with Enviromental
Adaptation for Production of Radiopharmaceutica ls, Bucure ști
3. Ivănescu, N., Curs – SCADA și rețele de automate , Universitatea Politehnica București
4. Turc, T., Curs – Sisteme SCADA , Universitatea Petru Maior, Targu Mureș
5. Hossu, D., Făgărășan , I., Dumitru, I., Arghira, N., Iliescu, S.S., Ghid practic de proiectare
și implementare a aplicațiilor SCADA , București : Conspress, 2013
6. Meyer, H., Fuchs, F., Thiel, F. , Manufacturing Execution Systems , New York: The
McGraw -Hill Companies, Inc. , 2009