ซอฟต์แวร์ SCADA ในปัจจุบันมีอยู่มากมายหลายผู้ผลิต จนเหมือนเป็นของแถมมากับระบบควบคุมที่ Turn-key จากต่างประเทศ กลายเป็นเรื่องพื้นเผินของโอเปอเรเตอร์ไว้ติดต่อระบบควบคุมผ่านหน้าจอเท่านั้นเองหรือ ?

ซอฟต์แวร์ SCADA มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่ครั้งยุคระบบปฏิบัติการดอส (DOS), โอเอส/ทู (OS/2) และยูนิกซ์ (UNIX) เฟื่องฟู จนปัจจุบันแพร่หลายมากในเทคโนโลยีบนระบบปฏิบัติการไมโครซอฟต์วินโดวส์ (MS-Windows) อย่างที่เห็นกันในปัจจุบัน ซึ่งซอฟต์แวร์ SCADA ในปัจจุบันมีอยู่มากมายหลายผู้ผลิต จนบางครั้งดูเหมือนเป็นของแถมมากับระบบควบคุมที่ Turn-key จากทางต่างประเทศ พบเห็นเสมอในห้องควบคุมกับซอฟต์แวร์ SCADA มีไว้เพียงให้โอเปอเรเตอร์ติดต่อกับระบบควบคุมผ่านหน้าจอในลักษณะ HMI (Human-Machine Interface) เท่านั้น ทั้ง ๆ ที่ซอฟต์แวร์ SCADA สามารถให้ประโยชน์กับระบบได้มากกว่านั้นมาก ในแง่การนำเสนอรายงานการผลิต การเก็บบันทึกข้อมูลค่าสัญญาณในกระบวนการ การเชื่อมโยงข้อมูลจริงสู่ฐานข้อมูลโรงงาน การเชื่อมต่อยังเครือข่ายคอมพิวเตอร์และอินทราเน็ตสู่ผู้จัดการและผู้บริหารโรงงานให้เข้าถึงภาวะการผลิตในโรงงานได้อย่างทันที ทั้งหมดนี้ไม่ใช่ความมหัศจรรย์ที่เกินจริง นั่นเพราะเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในวันนี้พร้อมแล้วที่ให้ระบบซอฟต์แวร์ SCADA สามารถเอื้อประโยชน์ได้มากพอตามศาสตร์ของวิศวกรรมอุตสาหการที่เน้นในแง่การผลิต คุณภาพ และบริหารทรัพยากร นั่นเอง

อะไรหรือ ? คือ SCADA

รูปแบบระบบ SCADA

การจัดวางออกแบบระบบ SCADA สามารถกระทำได้หลายลักษณะ และมีความอ่อนตัวสูง เนื่องจากระบบ SCADA สามารถเริ่มต้นได้ตั้งแต่ระบบขนาดเล็ก เป็นระบบเดี่ยว และสามารถขยายออกไปเพื่อให้ครอบคลุมกับลักษณะงานซับซ้อนจนเป็นเครือข่าย และมีขนาดจำนวนอินพุต/เอาต์พุตมากนับเป็นพันเป็นหมื่นจุดได้ โดยพอสรุปรูปแบบของระบบ SCADA โดยทั่วไปได้ ดังนี้

ก) แบบเดี่ยว เป็นรูปแบบระบบพื้นฐานของระบบ SCADA ก็ว่าได้ เนื่องจากต้องมีส่วนประกอบ 3 ส่วนนี้ เป็นอย่างน้อย คือ อุปกรณ์ควบคุม อย่างเช่น PLC, ชุดคอมพิวเตอร์พร้อมเครื่องพิมพ์ และซอฟต์แวร์ SCADA ซึ่งโดยปกติการเชื่อมต่อสัญญาณข้อมูลมักผ่านพอร์ตสื่อสารอนุกรม RS-232c/RS-422/RS-485 หรือบัสพิเศษ อย่าง Profibus/DP และ Ethernet TCP/IP ขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์และโปรโตคอลที่อุปกรณ์ควบคุมนั้นสามารถเชื่อมโยงกับซอฟต์แวร์ได้ โดยปกติทางซอฟต์แวร์จะมีรายการรายละเอียดทางฮาร์ดแวร์ไว้เช่นกัน

รูปที่ 1ก แสดงรูปแบบระบบ SCADA ในลักษณะระบบเดี่ยว

รูปที่ 1ข แสดงรูปแบบระบบ SCADA ในลักษณะระบบเดี่ยวที่เชื่อมโยงอุปกรณ์ควบคุมเป็นเครือข่าย

ข) แบบกระจาย มักมีรูปแบบการนำเอาข้อมูลของระบบ SCADA แบบเดี่ยวมาเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน เพื่อประโยชน์ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสายผลิต หรือในกรณีสายผลิตที่มีจุดควบคุมย่อย ซึ่งมักเชื่อมโยงกันผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ หรือ LAN นั่นเอง ผ่านสายสัญญาณอีเทอร์เนต นอกจากนี้ ยังสามารถเพิ่มจุดต่อเครือข่ายไปยังผู้จัดการและผู้บริหารได้เช่นกัน

รูปที่ 2 แสดงรูปแบบระบบ SCADA ในลักษณะระบบกระจาย

ค) แบบสื่อสารระยะไกล เป็นรูปแบบระบบ SCADA กับงานควบคุมเชิงภาคสนามที่มีระยะไกลมาก ซึ่งมักเลือกใช้เป็นอุปกรณ์ RTU (Remote Terminal Unit) และมีเครือข่ายคลื่นวิทยุความถี่สูงอย่าง UHF ในลักษณะ Trunking Radio มีโปรโตคอลสื่อสารข้อมูลในแบบ HDLC (High Data Level Control) ควบคุมไว้ และในปัจจุบัน เริ่มมีแนวโน้มใช้เป็นเครือข่ายโทรศัพท์ไร้สายผ่าน GSM โมเด็มเป็นตัวกลางเชื่อมข้อมูลระหว่าง RTU กับ SCADA เนื่องจากต้นทุนที่ต่ำกว่าและไม่ซับซ้อนกับผู้ดูแลระบบ

รูปที่ 3 แสดงรูปแบบระบบ SCADA ในลักษณะสื่อสารระยะไกล

กลับด้านบน

โครงสร้างซอฟต์แวร์ SCADA

ซอฟต์แวร์ SCADA โดยทั่วไปมักมีโครงสร้างและส่วนประกอบหลักอยู่ 3 ส่วน คือ

1. ส่วนเซิร์ฟเวอร์แอพพลิเคชัน (SCADA Server) เป็นส่วนหลักที่ให้ศักยภาพของซอฟต์แวร์ SCADA ให้สามารถทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการโอเอส โดยเฉพาะกับไมโครซอฟต์วินโดวส์ได้ในแบบเรียลไทม์ (Real-Time) ซึ่งถือว่าสำคัญมาก เนื่องจากซอฟต์แวร์ SCADA มีภารกิจมากมายในตัวแอพพลิเคชันอยู่แล้ว จึงต้องมีการจัดการภายในให้เป็นไปในลักษณะของมัลติทาสก์กิ้งที่มากกว่าการทำงานของไมโครซอฟต์วินโดวส์ปกติ ถือว่าเป็นเครื่องยนต์ภายในสำคัญของซอฟต์แวร์ SCADA โดยทั่วไปที่ต้องมี นอกจากนี้ ยังต้องมีส่วนโมดูลของแอพพลิเคชันที่เชื่อมโยงและจัดการอยู่เบื้องหลัง อาทิ การติดต่อกับอุปกรณ์ควบคุม (I/O tag) , การเฝ้าระวังแจ้งเตือนเหตุการณ์ (Alarm and Event), การเชื่อมโยงกับฐานข้อมูล, การบันทึกข้อมูล (Logging) เป็นต้น

2. ส่วนไคลเอนต์แอพพลิเคชัน (SCADA Client) เป็นส่วนติดต่อยังผู้ใช้โดยแท้จริง ทั้งในส่วนการแสดงภาพกราฟิก, แสดงกราฟสัญญาณ, แจ้งเตือนเหตุการณ์, แสดงค่าสัญญาณที่บันทึกไว้ รวมถึงการเชื่อมโยงกับแอพพลิเคชันภายนอก ตลอดจนการนำเสนอข้อมูลในรูปแบบสำหรับอินทราเน็ตอย่าง JAVA, XML, SOAP, WML

3. ส่วนพัฒนาแอพพลิเคชั่น (SCADA Development) เป็นส่วนที่ให้วิศวกรผู้วางระบบ SCADA สามารถดำเนินการพัฒนารูปแบบหน้าตาของกราฟิกและการทำงานของแอพพลิเคชันให้ตรงกับกระบวนการควบคุมในโรงงาน ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดข้อมูลที่ใช้ติดต่อกับอุปกรณ์ควบคุม (I/O tag), กำหนดค่าเงื่อนไขเพื่อแจ้งเตือนเหตุการณ์ (Alarm and Event), กำหนดกราฟสัญญาณ, การสร้างสคริปต์ และจัดทำรายงาน

ในสองส่วนแรกนี้ บางผู้ผลิตอาจเรียกรวมเป็นส่วนเดียวกันว่า ส่วนรันไทม์ (Runtime) ซึ่งนำเอาไฟล์ข้อมูลที่สร้างจากส่วนพัฒนาแอพพลิเคชันมาทำงานตามที่กำหนดไว้ในโปรแกรมนั่นเอง 

กลับด้านบน

กราฟิกใน SCADA

เส้นกราฟสัญญาณสู่การเก็บประวัติข้อมูล (Trending and History Data)

การแสดงเส้นกราฟสัญญาณและการเก็บบันทึกประวัติข้อมูล ถือเป็นอีกส่วนหลักพื้นฐานที่ซอฟต์แวร์ SCADA ต้องมีให้กำหนดใช้งาน โดยถือเป็นส่วนที่อ่อนไหวในเรื่องเรียลไทม์เช่นกัน โดยปกติซอฟต์แวร์ SCADA จะให้วิศวกรผู้วางระบบสามารถกำหนดช่วงเวลาและเงื่อนไขในการเก็บบันทึกข้อมูลสัญญาณ และสามารถสร้างกรอบหน้าต่างเพื่อแสดงเส้นกราฟ ณ เวลาปัจจุบัน และเวลาที่ได้บันทึกย้อนหลัง การบันทึกค่าวันเวลาของค่าข้อมูลสัญญาณนั้นมักใช้เวลาฐานจากนาฬิกาเวลาจริงในคอมพิวเตอร์ ซึ่งในบางกรณีโดยเฉพาะงานควบคุมที่มีระยะทางไกลมาก อาจเป็นหลายสิบหลายร้อยกิโลเมตร การบันทึกเวลาของค่าข้อมูลสัญญาณอาจต้องกระทำที่อุปกรณ์ควบคุมเลย เนื่องจากหากบันทึกเวลาที่ SCADA แน่นอนว่าเป็นเวลาที่คลาดเคลื่อนโดยค่าเวลาหน่วงที่เกิดขึ้นจากระยะทางที่ไกลมาก นั่นเอง ดังนั้น บางครั้งในบางซอฟต์แวร์ SCADA ยังสามารถเลือกการบันทึกค่าวันเวลาได้ทั้งจากภายในระบบหรือจากอุปกรณ์ภายนอก โดยกระทำการส่งค่าวันเวลาผ่านโปรโตคอลที่ติดต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ควบคุมกับซอฟต์แวร์ SCADA

กลับด้านบน

แจ้งเหตุเตือนภัยพร้อมวิเคราะห์เหตุการณ์ (Alarming and Event Summary)

ฟังก์ชันการแจ้งเตือนและเก็บบันทึกเหตุการณ์ เป็นอีกส่วนหลักในซอฟต์แวร์ SCADA
ซึ่งอาจมีการกำหนดที่แตกต่างกันไปตามแต่ละผู้ผลิตซอฟต์แวร์ การกำหนดการแจ้งเตือน
หรือ Alarming นี้ มีข้อกำหนดที่ต้องพิจารณาอยู่ 3 ข้อ คือ

1) เงื่อนไขในการแจ้งเตือน โดยอาจเป็นการกำหนดเป็นเงื่อนไขสมการและฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์
อาทิ มากกว่า, น้อยกว่า, อัตราเปลี่ยนแปลงของค่าสัญญาณเมื่อเทียบกับเวลา (Differential) เป็นต้น

2) เอาต์พุตที่แสดงการแจ้งเตือน เป็นการเลือกและกำหนดให้การแจ้งเตือนนี้แสดง
ข้อความแจ้งเตือนบนกรอบข้อความ หรือหน้าต่างแสดงเหตุการณ์, กำหนดให้มีเสียงเตือนหรือข้อความพูด, กำหนดให้บันทึกลงแฟ้มข้อมูลหรือให้พิมพ์ออกทางเครื่องพิมพ์ ซึ่งทั้งหมดนี้วิศวกรผู้วางระบบสามารถกำหนดเอาต์พุตได้ในแต่ละเหตุการณ์ที่ต้องการแจ้งเตือนที่คาดว่าเหมาะสมกับ
การตอบสนองจากโอเปอเรเตอร์ได้อย่างทันท่วงที

3) ลำดับความสำคัญของเหตุการณ์ เป็นสิ่งที่วิศวกรผู้วางระบบจำเป็นต้องพึงระลึกไปพร้อมกับ
การสร้างกลุ่มของการแจ้งเหตุการณ์ ซึ่งทำให้โอเปอเรเตอร์สามารถใช้ข้อมูลของลำดับเหตุการณ์
เพื่อรับมือสถานการณ์เฉพาะหน้าที่แปรปรวน และสามารถตัดสินใจได้ว่าควรควบคุมสิ่งไหนก่อน/หลัง

กลับด้านบน

SQL: ขุมพลังแห่งฐานข้อมูล

พลังแห่งฐานข้อมูล คงไม่ต้องเอ่ยถึงว่ามีศักยภาพเพียงใด ? ในซอฟต์แวร์ SCADA
นั้นในแต่ละส่วนแต่ละฟังก์ชันมีการผนวกเก็บลงในฐานข้อมูลของซอฟต์แวร์ทั้งสิ้น
ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลของอินพุต/เอาต์พุต, ข้อมูลของกราฟิกเคลื่อนไหว, ข้อมูลเก็บประวัติสัญญาณ,
ข้อมูลการแจ้งเตือน ทุกส่วนมีฐานข้อมูลที่สัมพันธ์กันทั้งหมด
แต่วิศวกรผู้วางระบบหรือผู้ใช้ภายนอกจะไม่สามารถนำฐานข้อมูลเหล่านี้มาใช้โดยตรงได้เลย
เพราะเป็นการทำงานภายในของแต่ละฟังก์ชันในซอฟต์แวร์ SCADA และโดยปกติมักมีเครื่องมือจำพวกคำสั่งสคริปต์ (Script)
หรือรีพอร์ตเจนเนอเรเตอร์ (Report Generator)
ในการแปลงข้อมูลสัญญาณในรูปของแฟ้มข้อมูลแบบข้อความ (Text File) ให้อยู่แล้ว เป็นรูปแบบง่าย ๆ
ที่ไม่สามารถนำไปเชื่อมโยงกับฐานข้อมูลใดๆ ได้ ขาดประสิทธิภาพในด้านจัดการข้อมูล ดังนั้นในซอฟต์แวร์ SCADA ปัจจุบัน
จึงมักมีส่วนประกอบด้านฟังก์ชันคำสั่ง SQL เพิ่มให้อีกส่วนหนึ่ง
เพื่อให้เป็นทางออกหนึ่งของการจัดเก็บค่าสัญญาณและเหตุการณ์สู่ฐานข้อมูลมาตรฐานอย่าง
Oracle, Informix, MS-SQL, DB/2, Sybase สามารถนำฐานข้อมูลเหล่านี้ไปสร้างรายงาน
และวิเคราะห์เฉพาะความต้องการจากระบบได้จากภาษาพัฒนาโปรแกรมมาตรฐานอย่าง
Visual Basic, Delphi, PowerBuilder และ Visual C++ นั่นเอง

กลับด้านบน

พลังแห่งสคริปต์ และขยายศักยภาพด้วยโปรแกรมภาษามาตรฐาน

บ่อยครั้งที่มีความจำเป็นต้องมีการสร้างเงื่อนไข หรือการวางขั้นตอนซีเควนซ์ในระบบควบคุมให้เป็นไปตามเงื่อนไข ซึ่งซอฟต์แวร์ SCADA มักมีส่วนให้วิศวกรผู้วางระบบสามารถสร้างเงื่อนไขได้อย่างง่ายดายด้วยฟังก์ชั่นและตัวเปรียบเทียบไว้ให้พร้อมแล้ว บางครั้งเราเรียกส่วนนี้ว่า "สคริปต์" (Script) ซึ่งเป็นไปในลักษณะ If-Then ในแบบเงื่อนไขเดียวไม่ซับซ้อนในการลำดับตัวโปรแกรม ในบางซอฟต์แวร์อาจเอื้อความสะดวกสำหรับความต้องการเขียนเป็นโปรแกรมได้ในลักษณะเชิง VB script ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับภาษา Visual Basic ซึ่งเป็นภาษาโปรแกรมที่เรียนรู้ง่ายและเป็นที่นิยม หรืออีกในลักษณะ บางซอฟต์แวร์มีการติดตั้งคอมโปแนนต์โมดูลผ่านเทคโนโลยีมาตรฐานของไมโครซอฟต์อย่าง COM, DCOM, ActiveX ให้เข้าภาษาโปรแกรมมาตรฐานอย่าง Visual Basic และ Visual C++ เพื่อให้พัฒนาแอพพลิเคชั่นโปรแกรมเสริมและทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์ SCADA นั้น ๆ ได้เลยก็มี

กลับด้านบน

OPC: มาตรฐานใหม่ของไดรเวอร์อุปกรณ์ควบคุม

โดยส่วนใหญ่ซอฟต์แวร์ SCADA ที่มีการพัฒนามาต่อเนื่องนานนับสิบปี มักมีรายการไดรเวอร์สำหรับกำหนดค่ารีจิสเตอร์ของอุปกรณ์ควบคุมที่ต้องการติดต่อได้ โดยพัฒนาเป็นโมดูลไดรเวอร์เฉพาะซอฟต์แวร์นั้น ๆ ดังนั้น ไดรเวอร์สำหรับ PLC ยี่ห้อเดียวกันรุ่นเดียวกัน สำหรับซอฟต์แวร์ SCADA จากผู้ผลิตรายหนึ่ง จะไม่สามารถใช้งานได้กับซอฟต์แวร์ SCADA อื่นได้เลย ซึ่งค่อนข้างเป็นปัญหามากสำหรับความต้องการของผู้ใช้และผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมในแถบยุโรปและอเมริกาที่ต้องการให้มีลักษณะเป็นระบบเปิด (Open System)

เมื่อซอฟต์แวร์ SCADA โดยส่วนมากพัฒนาและทำงานร่วมกับระบบปฏิบัติการวินโดวส์ ไมโครซอฟต์และผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมรายใหญ่ ๆ ได้ร่วมกันสร้างมาตรฐาน OPC (OLE for Process Control) สำหรับไดรเวอร์ในงานควบคุมกระบวนการ โดยทำงานกันในลักษณะ Client/Server คือ ฝั่งทางผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุม สามารถสนับสนุนไดรเวอร์ในลักษณะ OPC server และฝั่งทางผู้ผลิตซอฟต์แวร์ SCADA สร้างโมดูลไดรเวอร์รับในลักษณะ OPC Client ดังนั้น OPC Server ของทุกอุปกรณ์ควบคุมสามารถใช้ร่วมกับทุกซอฟต์แวร์ SCADA ที่มี OPC client เป็นโมดูลเชื่อมรับ ระบบโดยรวมสามารถทำให้ผู้ใช้และวิศวกรผู้พัฒนาระบบเองได้รับประโยชน์ได้เต็มที่จากลักษณะของระบบเปิด นั่นเอง

กลับด้านบน

เกาะติดสถานการณ์โรงงานด้วยเว็บเทคโนโลยี

เว็บเทคโนโลยีที่ถือเป็นส่วนปฏิวัติในด้านเทคโนโลยีเครือข่ายคอมพิวเตอร์อย่างมาก
ปัจจุบันทุกอย่างกำลังก้าวเข้าสู่การสื่อสารที่ผ่านทางเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ข้อมูลต่าง ๆ
สามารถวิเคราะห์ผ่านหน้าจอได้จากทั่วทุกมุมโลก ในซอฟต์แวร์ SCADA เองก็เช่นกัน
เกือบทุกผู้ผลิตได้ผนวกเอาเว็บเทคโนโลยีเข้ามาแล้ว ทำให้หน้ากราฟิกที่สร้างขึ้นจากซอฟต์แวร์ SCADA และข้อมูลจริงในโรงงานสามารถโลดแล่นได้ทุกจุดในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ภายในโรงงานและบริษัทแม่
ซึ่งเป็นแนวโน้มใหม่ในการใช้เว็บเทคโนโลยีกับระบบ SCADA ที่เอื้อให้ทุกอย่างใน SCADA สามารถนำเสนอผ่านหน้าเว็บ ซึ่งถือเป็นจุดได้เปรียบสำหรับผู้เห็นประโยชน์ในการนำเอาเว็บเทคโนโลยีมาสร้างกลุ่มเครือข่ายข้อมูลเพื่อ
นำเสนอสู่ภาวะสถานการณ์ของโรงงานสู่ผู้บริหารในแง่การจัดการ และลูกค้าต่างประเทศในแง่แสดงถึงคุณภาพ
และกำลังการผลิต เพื่อนำเสนอขายผลิตภัณฑ์จากโรงงานในอีกฟากฝั่งโลก

รายชื่อซอฟต์แวร์ SCADA บางส่วน

กลับด้านบน

สรุป

ระบบ SCADA มีแนวโน้มในการประยุกต์ใช้งานเพื่อการจัดการสำหรับโรงงานและการผลิตมากขึ้น และกระแสการจัดการและวางแผนธุรกิจด้วย ERP (Enterprise Resource Planning) มาประยุกต์ใช้ในองค์กรธุรกิจด้วยแล้วนั้น ระบบที่สามารถนำเสนอข้อมูลเชิงการผลิตได้ดีเยี่ยมและสอดรับกับ ERP ด้วยแล้ว ย่อมไม่พ้นระบบ SCADA ที่เชื่อมโยงข้อมูลตรงยังกระบวนการผลิตของโรงงาน นั่นเอง