Plan główny modernizacji systemu SCADA w branży wodno-kanalizacyjnej

Fot. freepik

W artykule przybliżamy metody opracowywania planów modernizacji komputerowych systemów sterowania procesami technologicznymi SCADA dla zakładów wodociągów i kanalizacji. Właściwy dobór komponentów sprzętowych oraz oprogramowania dla takiego systemu jest podstawą efektywnego i bezawaryjnego realizowania dostaw wody pitnej oraz oczyszczania ścieków.

Znacząca rola, jaką technologia odgrywa dziś w branży wodno-kanalizacyjnej, jest powszechnie znana. Prawidłowy dobór oraz wdrożenie komponentów komputerowych systemów sterowania procesami technologicznymi (SCADA) jest podstawą uzyskania sukcesu i zapewnienia ciągłości dostaw wody oraz oczyszczania ścieków.

Przestarzała struktura automatyki sterującej, coraz krótsze cykle życia urządzeń, wszechobecne zagrożenia dla cyberbezpieczeństwa, a także nagłe pojawienie się nowej generacji użytkowników, którzy domagają się bardziej inteligentnych technologii, to czynniki, które obecnie wymuszają wdrażanie zmian w istniejących systemach SCADA. Są one także powszechną motywacją do planowania wdrażania i modernizacji systemów SCADA w sektorze publicznym i prywatnym.

Plany główne modernizacji systemu SCADA są zwykle kształtowane przez procesy realizowane w danym zakładzie, specyficzne potrzeby użytkownika, ograniczenia budżetowe, pojawianie się nowych, rewolucyjnych technologii oraz nieoczekiwane problemy, takie jak obecna pandemia COVID-19, z której wynika potrzeba wdrażania bardziej inteligentnych systemów sterowania, mogących działać bez nadzoru człowieka oraz dostępnych zdalnie z zachowaniem cyberbezpieczeństwa.

Czym jest plan główny modernizacji systemu SCADA?

Plan główny modernizacji czy wdrożenia systemu SCADA[1] jest zorganizowanym zbiorem propozycji, dokumentów technicznych oraz wytycznych, którego celem jest stworzenie struktury dla projektu technicznego oraz harmonogramu dla projektów wydatków kapitałowych, związanych z systemem SCADA oraz zasobami automatyki, które mają być wdrożone w określonym czasie.

Jednym z pierwszych dobrze udokumentowanych SMP był plan opracowany przez miejski zakład wodociągowy w Filadelfii w 1975 roku. Składał się on z serii badań nad wykonalnością, których celem było opracowanie pięcioletniego planu wdrożenia nowoczesnego systemu automatyki sterującej dostawami wody oraz oczyszczaniem ścieków. System ten miał zapewnić dostawy wody o jak najwyższej jakości i po jak najniższych kosztach. Pierwotny plan zawierał wiele metod, które są stosowane do dziś, w tym udział specjalistów z wielu dyscyplin oraz ocenę posiadanych zasobów automatyki.

Opracowany przez organizację AWWA[2] podręcznik zarządzania dostawami mediów[3] zaleca, aby plan SMP był opracowany dla zrealizowania następujących celów:

  • ustanowienie i udokumentowanie wizji, strategii oraz celów dla efektywnego sterowania operacjami;
  • odnalezienie i nadanie priorytetów wymaganiom: biznesowym, operacyjnym i technicznym;
  • ustanowienie skoordynowanego i potraktowanego priorytetowo programu spełnienia celów operacyjnych;
  • zdefiniowanie projektów krótko- i długoterminowych, obejmujących koszty, zasoby i harmonogramy;
  • zdefiniowanie polityki, organizacja procedur oraz zarządzania technologiami i zmianami;
  • ustalenie podziału zadań i kosztów pomiędzy stronami zainteresowanymi oraz sponsorami wykonawczymi.

Podstawowym warunkiem osiągnięcia tych celów jest zrozumienie potrzeb klienta, co zapewni pełne zrozumienie oczekiwań tej firmy od systemu SCADA już na wstępnym etapie projektu. Celem ogólnym jest takie dostosowanie potrzeb procesowych, operacyjnych oraz biznesowych do możliwości technologicznych, aby opracować coś, co jest określane mianem najlepiej dopasowanego rozwiązania. Należy przy tym uzyskać wspólną wizję wśród stron zainteresowanych projektem, aby opracować plan systemu dającego się rozbudować w przyszłości, mającego trwałą podstawę, który będzie dostarczał kompleksowy zestaw usług wszystkim użytkownikom.

Cele planowania oraz czasy realizacji projektów modernizacji systemów SCADA

Decyzje na temat wielkości każdego projektu zależą od kilku czynników, w tym wymagań dotyczących procesów, wykonalności, budżetu, zasobów, operacji, wpływu na działalność firmy oraz zakresu projektu. W efektywnych projektach SMP dokonuje się oceny potrzeb tych projektów w celu takiego opracowania harmonogramu, aby zrealizować pożądane cele.

Projekty długoterminowe zwykle mają znaczny poziom złożoności oraz wymagają dużych inwestycji. Zwykle mają spełniać wiele niezależnych celów. Wiele projektów długoterminowych ma na celu dopasowanie się do coraz większych wymagań dotyczących uzdatniania wody, co przekłada się na konieczność dokonania ulepszeń systemu automatyki. Obszary tych usprawnień to: udostępnianie danych, komunikacja sieciowa, standardy sprzętu i oprogramowania oraz cyberbezpieczeństwo. Skuteczny długoterminowy projekt SMP powinien mieć priorytety i być podzielony na projekty krótkoterminowe, którymi da się zarządzać.

Cechą charakterystyczną projektów krótkoterminowych jest ich skupienie na konkretnych celach, których realizacja wymaga mniejszego budżetu i czasu. Wyjątkiem mogą być tu nieplanowane zdarzenia, które wymagają podjęcia natychmiastowych działań, takich jak usuwanie skutków katastrof lub naprawa uszkodzeń. W większości przypadków z projektów krótkoterminowych wynikają zmiany w infrastrukturze systemów SCADA, które w minimalnym stopniu wpływają na realizację bieżących operacji. Elementami planów krótkoterminowych mogą być kluczowy sprzęt lub usługi, które mają wpływ na realizację celów długoterminowych, takich jak wymaganie wyspecjalizowanych pakietów od dostawców, poprawa parametrów sieci lub infrastruktury cyberbezpieczeństwa.

Projekty pilotażowe lub próbne to realizacje na małą skalę, których celem jest udowodnienie opłacalności jakiejś idei przy jednoczesnym zarządzaniu ryzykami oraz identyfikowaniu niedoborów przed poświęceniem zasobów do wdrożenia obejmującego całą fabrykę. Projekt pilotażowy powinien potwierdzić wykonalność i skalowalność proponowanej koncepcji, co pozwoli użytkownikom końcowym zaplanować środki bezpieczeństwa, metody oraz alokację zasobów w celu zmniejszenia ryzyka podczas wdrożenia na pełną skalę. W niektórych przypadkach projekty pilotażowe mogą być narzędziem do porównania rozwiązań dostępnych w handlu.

Charakterystyka sektora wodno-kanalizacyjnego

W sektorze wodno-kanalizacyjnym można wyróżnić trzy podstawowe obszary: uzdatnianie wody, oczyszczanie ścieków oraz zarządzanie zasobami wody. Uzdatnianie wody obejmuje ujęcia wody, oczyszczanie oraz dystrybucję wody wodociągowej w celu spożycia lub zużycia przez ludzi. Taką wodę nazywamy wodą pitną. Oczyszczanie ścieków jest uzdatnianiem zużytej lub zanieczyszczonej wody, która pochodzi z obiektów wykorzystywanych przez człowieka, takiej jak ścieki kanalizacyjne czy przemysłowe. Uzdatnianie tej wody ma na celu zwrócenie jej do środowiska naturalnego przy minimalnych szkodach ekologicznych. Obydwa systemy zwykle obejmują scentralizowany system SCADA, który steruje działaniem odległych stacji poboru i dystrybucji wody.

Według Departamentu Rolnictwa USA zarządzanie zasobami wodnymi to kontrola nad nimi, mająca na celu minimalizowanie zagrożeń dla życia i własności oraz taka dystrybucja wody, aby zmaksymalizować jej użyteczne wykorzystanie. Zarządzanie zasobami wodnymi odnosi się do zarządzania czynnikami ryzyka związanymi z wodą, takimi jak powodzie, susze i zanieczyszczenia wody. Zasoby wodne muszą być też zrównoważone pod względem zapotrzebowania na wodę pitną oraz na wodę dla potrzeb sanitarnych, do produkcji żywności oraz generowania energii przy jednoczesnym utrzymaniu ekosystemów zależnych od wody i naturalnych zbiorników wodnych.

Firmy z branży wodno-kanalizacyjnej wykorzystują systemy informacji geograficznej do zbierania, zarządzania i analizowania danych dotyczących lokalizacji związanych z wodą, co jest podstawą podejmowania przemyślanych decyzji operacyjnych. Systemy informacji geograficznej mogą śledzić wzorce zużycia wody i jej zanieczyszczenia oraz identyfikować problemy, takie jak awarie sieci wodociągowej oraz wymagania konserwacyjne.

Kto potrzebuje planów SMP i dlaczego?

Plany SMP w wielu przypadkach są zależne od ograniczeń i braków w istniejącej infrastrukturze systemów SCADA lub konieczności przygotowania się na ewentualne zakończenie cyklu życia takiego istniejącego systemu.

W innych przypadkach projekty SMP wchodzą w zakres projektów ulepszeń związanych z inwestycjami kapitałowymi. Projekty te są inicjowane przez takie czynniki jak:

  • rozbudowa zakładów, która znacznie wpływa na istniejącą infrastrukturę;
  • konieczność zwiększenia niezawodności systemu sterowania na skutek przestarzałości jego elementów, problemów ze wsparciem ze strony ich producentów lub zmianami w technologii;
  • konieczność dostosowania zakładów do wymagań określonych nowymi przepisami i standardami, co wymaga znacznych inwestycji. Przykładem może być sytuacja w Portoryko w 2007 roku, gdy przedsiębiorstwo wodno-kanalizacyjne[4] opracowało główny program automatyzacji, a motywacją była konieczność uzyskania porozumienia z Amerykańską Agencją Ochrony Środowiska;
  • egzekwowanie przepisów prawa lub umów;
  • coraz większe zagrożenia dla cyberbezpieczeństwa;
  • konieczność zmniejszenia kosztów operacyjnych za pomocą standaryzacji sprzętu i oprogramowania automatyki;
  • wykorzystywanie różnego sprzętu i/lub oprogramowania w wielu projektach w ciągu kilku lat.

Rys 1: Komponenty rozwiązania ?najlepszego dopasowania?. | Źródło: CDM Smith

Czynnik ludzki oraz standaryzacja i cykl życia komponentów systemów SCADA

Operatorzy systemów SCADA, personel kierowniczy oraz działów utrzymania ruchu to podstawowe strony zainteresowane projektami modernizacji tych systemów. Dlatego wskaźniki poziomu ich satysfakcji mogą być efektywnym miernikiem sukcesu wdrożenia systemów SCADA.

Amerykańsko-kanadyjski psycholog Albert Bandura w swoim artykule z 1977 r. ?Poczucie własnej skuteczności: w kierunku ujednoliconej teorii zmiany zachowań?[5] napisał: ?postrzegana przez osobę zdolność do skutecznego używania produktu wpływa na jej ocenę i reakcję behawioralną na ten produkt?[6].

Wykonano kilka badań, które modelowały tę koncepcję. Opisał to P. C. Lai w artykule zatytułowanym ?Przegląd literatury na temat modeli adopcji technologii oraz różnych teorii dla nowatorskich technologii?[7]. Ocena gotowości obecnie wykorzystywanych technologii, akceptacja nowych technologii oraz potrzeby, oczekiwania i warunki pracy personelu obsługującego system SCADA, a także dokładne zrozumienie narzędzi do zarządzania wiedzą oraz utrzymaniem ruchu przez personel techniczny działów operacyjnych ? są to niezbędne wymagania przy każdym planowaniu modernizacji systemu SCADA.

Idealny plan SMP powinien zawierać plan działań, który pozwala na replikowanie proponowanego rozwiązania poprzez standaryzację wspólnych elementów systemów SCADA, takich jak panele sterownicze, sprzęt i oprogramowanie, programowe interfejsy operatorskie (HMI) oraz programowalne sterowniki logiczne (PLC) i ich aplikacje. Cele tej standaryzacji mogą być różne, jednak najczęstszą przesłanką jest oszczędność kosztów, poprawa bezpieczeństwa, usprawnienie utrzymania ruchu lub skrócenie czasu nauki nowego systemu przez personel.

Ten proces standaryzacji jest dobrze znany w wielu gałęziach przemysłu, jednak słabo zrozumiany w praktyce. Prace nad modelem standaryzacji według modelu Carla F. Cargilla są przeważnie realizowane w pięciu fazach:

  1. Prekonceptualizacja. Zespół musi ocenić, jakie komponenty, standardy przemysłowe, najlepsze praktyki lub rozwiązania producentów mogą być poddane analizie standaryzacyjnej. Ważne jest, aby uwzględnić wszystkie argumenty za i przeciw oraz uzyskać konsensus zainteresowanych stron przy podejmowaniu decyzji o podtrzymaniu czy odrzuceniu każdej idei.
  2. Konceptualizacja. Zatwierdzenie, czy dana idea może być standaryzowana, określenie sposobu jej wdrożenia oraz oszacowanie kosztów.
  3. Dyskusja. Model standaryzacji musi być przeanalizowany pod względem ryzyka i wpływu na proces, operacje oraz firmę, zawierając margines elastyczności dla przyszłych zmian.
  4. Zapisanie. Finałowy etap procesu standaryzacji składa się z opracowania specyfikacji, które będą użyte w fazie konstrukcyjnej SMP, zawierających metody testowe i wskaźniki, będące miarą tego, czy produkt będzie dostarczony w tym określonym standardzie.
  5. Wdrożenie. Niezbędne jest zapewnienie zatwierdzenia końcowej wersji systemu pod kątem zgodności z opracowanymi kryteriami akceptacji. Standardy mogą odnieść sukces lub porażkę z powodu wielu nieprzewidzianych czynników. Nie istnieją dokładne parametry pokazujące, co czyni projekt udanym, jednak niektóre z częstych przyczyn niepowodzenia standaryzacji mogą być odtworzone. Może to być np. brak konsensusu wśród zainteresowanych stron w fazie dyskusji albo niewystarczające definicje czy specyfikacje.

Jednym z celów planu SMP jest osiągnięcie rozwiązania, które maksymalnie wydłuży cykl życia inwestycji. Wdrażanie głównych komponentów systemu SCADA (takich jak sterowniki PLC, sprzęt sieciowy, serwery, system operacyjny i oprogramowanie SCADA) jest podzielone na następujące fazy:

1.     Etap wprowadzania lub rozwoju. Producenci oferują nowe wyroby, które mogą, ale nie muszą być kompatybilne wstecznie lub mogą obejmować modernizacje sprzętu, aktualizacje oprogramowania układowego albo ulepszenia, które odzwierciedlają trendy rynkowe. Nowe produkty mogą zatem wymagać inwestycji w narzędzia wspierające lub szkolenia. Produkt na etapie początkowym należy ocenić w kontekście wartości dodanej i możliwości wsparcia ze strony producenta w stosunku do czynników ryzyka związanych z wczesnymi adopcjami.

2.     Etap aktywnej sprzedaży lub wzrostu. Technologia jest zaakceptowana i dobrze poznana przez klientów. Istnieje możliwość uzyskania użytecznych informacji zwrotnych na temat sprawdzania się produktu w praktyce od obecnych użytkowników lub z publikacji. Producent wspiera inwestycje w produkt, dostarczając stałe aktualizacje i łatki oprogramowania. Zespół ds. planowania SMP musi zwracać uwagę na wiek każdego komponentu SCADA w stosunku do średniego cyklu życia. Cykl życia sterownika PLC wynosi zwykle od 10 do 15 lat; jednak w przypadku serwerów i ich systemów operacyjnych może on wynosić zaledwie 5 lat przy rozbudowanym wsparciu oraz maksymalnie do 5 lat więcej w przypadku systemu operacyjnego.

3.     Wsparcie posprzedażowe. Jest to faza następująca po zakupie sprzętu. Czasami producenci decydują się na wstrzymanie rozwijania produktu na rzecz uaktualnionej wersji, co może spowodować konieczność całkowitej wymiany sprzętu lub oprogramowania. Nadal mogą być dostarczane najważniejsze aktualizacje lub części zamienne do rozwiązywania poważnych problemów, np. poprawki bezpieczeństwa. Plan SMP musi zawierać jasno określoną strategię wymiany komponentów systemów SCADA, które są już na tym etapie cyklu życia.

4.     Etap przestarzałości lub schyłku. Komponenty systemu SCADA nie są już serwisowane ani utrzymywane przez producenta. W tym przypadku klient musi korzystać z rynku wtórnego bez gwarancji lub polegać na swoich zapasach części zamiennych i umiejętnościach personelu.

Podejścia do planu głównego modernizacji systemu SCADA

Chociaż plany SMP są głównie wykonywane przez firmy inżynierskie, z których wiele stosuje podejście wielopłaszczyznowe, to projekty są kształtowane zarówno przez konkretne potrzeby i życzenia klientów, jak i główne umiejętności oraz doświadczenia wybranych przez nich firm inżynierskich. Niektóre z najczęściej stosowanych podejść to:

Podejście oparte na ryzyku i ukierunkowane na niezawodność. Podejście oparte na ryzyku to koncepcja zapożyczona z innych sektorów, takich jak przemysł farmaceutyczny czy ropy i gazu, w których celem takiego podejścia jest uniknięcie niedopuszczalnego ryzyka poprzez kategoryzację i identyfikację potencjalnych zagrożeń, które mogą mieć wpływ na możliwości monitorowania i kontroli procesów technologicznych oraz produkcji. Analiza ukierunkowana na niezawodność ma na celu dokonanie oceny, czy proponowane lub istniejące rozwiązania projektowe są odpowiednie do spełnienia wymagań procesowych. Zwykle oblicza się średni czas między awariami (MTBF) dla każdego trybu awarii w celu określenia, czy system sterowania jest akceptowalny. Podejście ukierunkowane na niezawodność w projektowaniu systemów SCADA koncentruje się na stosowaniu redundancji i unikaniu wspólnych punktów awarii jako kryteriach projektowych.

W branży wodno-kanalizacyjnej podejście oparte na ryzyku i ukierunkowane na niezawodność jest niezbędne w przypadku systemów, które obsługują obszary o dużym zaludnieniu (zbyt dużym, aby dopuścić możliwość awarii) lub procesy, które stanowią potencjalne zagrożenie dla konsumentów, operatorów oraz ludności. Poniżej podano przykładowy wzór do obliczania współczynnika ryzyka dla komponentów systemu SCADA, opracowany przez Mitcha Owensa w 2013 roku:

RF = [1+X(HW) + Y(SW) + Z(OS)] *Cond * Fail

Gdzie:

RF ? współczynnik ryzyka

Cond ? stan techniczny sprzętu (1 ? nowy, 5 ? uszkodzony)

Fail ? konsekwencje awarii (1 ? brak, 5 ? katastrofalne)

HW ? sprzęt jest wspierany (0 ? tak, 1 ? nie)

SW ? oprogramowanie jest wspierane (0 ? tak, 1 ? nie)

OS ? serwery będą wspierać aktualizację wersji systemu operacyjnego lub interfejsu operatorskiego HMI (0 ? tak, 1 ? nie)

X, Y i Z to czynniki, które personel klienta może przypisać na podstawie swoich umiejętności, dostępności części zamiennych oraz obaw.

Podejście oparte na analizie luk. W ramach tego podejścia porównuje się aktualne działanie systemu SCADA z określonym lub pożądanym poziomem działania. Typowa ocena luk może obejmować ocenę obecnego systemu w stosunku do pierwotnego projektu pod względem poziomu automatyzacji, zarządzania alarmami, częstości awarii, przestarzałości sprzętu oraz świadomości sytuacyjnej.

Jedną z najnowszych ocen włączonych do planu SMP jest analiza luk w cyberzabezpieczeniach. Jest ona stosowana do oceny różnic między obecnym a idealnym stanem bezpieczeństwa informacji całego systemu automatyki. Ocena cyberbezpieczeństwa, będąca częścią planu SMP, powinna obejmować co najmniej następujące elementy:

  • wykaz sprzętu, oprogramowania, licencji oraz praw dostępu użytkowników;
  • ocenę stosowanej polityki i procedur;
  • identyfikację wartości progowych, czynników ryzyka i luk w zabezpieczeniach;
  • raport na temat priorytetów luk w zabezpieczeniach.

Modernizacja lub wymiana technologii oraz podejście do standaryzacji. Niektóre z najczęstszych powodów opracowywania planów SMP to przestarzałość sprzętu i oprogramowania, brak wsparcia ze strony producentów oraz chęć ujednolicenia technologii. Plan SMP koncentruje się na proponowaniu rozwiązań popartych badaniami rynku, analizą alternatyw, oceną możliwości wsparcia technologii operacyjnej (OT) oraz analizą wydatków kapitałowych i kosztów operacyjnych. Ma to na celu dostarczenie serii zaleceń, które tworzą plan działań dla modernizacji lub wymiany systemu SCADA. Te prace inżynierskie kończą się zwykle opracowaniem dokumentacji oprzyrządowania i systemów sterowania, która przedstawia kryteria projektowe dla planu SMP (patrz Rys. 2).


Typowe dokumenty standardowe

– Specyfikacje dotyczące sterowników PLC, serwerów oraz sieci

– Komponenty oprogramowania

– Standardy aplikacyjne sterowników PLC oraz interfejsów HMI

– Komponenty i schematy szaf sterowniczych

– Struktura systemu sterowania

– Wytyczne na temat cyberbezpieczeństwa


Rys. 2. Przykład typowych dokumentów standardowych, które określają kryteria projektowania planu głównego SCADA. | Źródło: CDM Smith

Warsztatowe podejście do planu głównego. Podejście warsztatowe to wieloaspektowa metodologia, skoncentrowana na ocenie systemu SCADA i perspektywie klienta poprzez serię dobrze zaplanowanych warsztatów, które identyfikują warunki stanu początkowego oraz problemy z istniejącym systemem SCADA. Metodyka ta skupia się na dogłębnej identyfikacji znanych i nieznanych problemów, mającej na celu opracowanie najlepiej dopasowanego rozwiązania, które nadaje priorytety i znajduje konsensus wśród wspólnej wizji zainteresowanych stron. Najlepiej dopasowane rozwiązanie to rozszerzalny plan z trwałymi podstawami, wspólny dla ludzi, procesów i technologii.

Rys. 3. Struktura planu głównego SCADA, w którym ?najlepiej dopasowanym? rozwiązaniem jest rozszerzalny plan główny z trwałymi podstawami, wspólny dla ludzi, procesów i technologii. | Źródło: CDM Smith

Struktura planu głównego modernizacji systemu SCADA

Dobry plan SMP musi zawierać uporządkowany zbiór zadań z jasną definicją ich celów. Zadania te mają być wykonywane w sekwencyjnej i logicznej kolejności, gdzie każdy etap dostarcza danych dla następnego (patrz Rys. 3).

Stworzenie zespołu projektowego. Sukces planu głównego SCADA zależy w znacznym stopniu od zaangażowania stron zainteresowanych, ponieważ dyrekcja firmy, jej personel kierowniczy oraz utrzymania ruchu są zazwyczaj świadomi procesów, spraw biznesowych i operacyjnych, które wnoszą wartość dodaną do ogólnego planu SMP. Stworzenie zespołu projektowego, składającego się z osób mających wiedzę i doświadczenie na temat procesów, biznesu i technologii to pierwsze zadanie, które należy wykonać jako kamień milowy dla powodzenia projektu.

Po skompletowaniu tego zespołu w ramach serii warsztatów i spotkań grupowych wyraźnie określa się zadania i zakresy odpowiedzialności poszczególnych osób, aby umożliwić przepływ informacji i procesu projektowego w całym planie SMP (patrz Rys. 4).

Rys. 4. Przykład zespołu ds. planowania modernizacji systemu SCADA. | Źródło: CDM Smith

Ocena systemu i opracowanie potrzeb. Ten etap obejmuje zebranie odpowiednich informacji w celu zrozumienia stanu obecnego systemu automatyki, statusu cyklu życia systemu SCADA oraz istotnych kwestii i problemów. Wymaga to pełnego przeglądu dokumentacji systemu automatyki, a także przeprowadzenia rozmów z pracownikami i zorganizowania im warsztatów, co można zrealizować za pomocą trzech głównych zadań:

  • Określenie ról członków zespołu oraz warunków współpracy z klientem, w celu zebrania znanych problemów z perspektywy każdej ze stron zainteresowanych.
  • Wykonanie dokumentacji istniejącego systemu automatyki, obejmującej schematy blokowe przepływu, dane sprzętu i oprogramowania, typowe rysunki szaf sterowniczych, zasady cyberbezpieczeństwa itp. Ogólnym celem tych prac jest wyszczególnienie elementów, które będą wspierać kryteria wymiany lub modernizacji sprzętu w ramach projektu.
  • Zrozumienie możliwości pracowników firmy w zakresie wspierania obecnego systemu automatyki.

Na koniec tej fazy zespół musi być w stanie sporządzić listę potrzeb firmy i opracować zestaw rozwiązań, które można ocenić w wielu obszarach takich jak eksploatacja, konserwacja, inżynieria, wsparcie i cyberbezpieczeństwo.

Opracowanie wariantów, analiza i ocena ryzyka. Na tym etapie zespół koncentruje się na opracowaniu przeglądu możliwych do wykorzystania w projekcie technologii automatyki i architektur systemu SCADA, które byłyby w stanie zaspokoić wymagania zarówno techniczne, jak i biznesowe. Zespół musi pracować nad systematyczną oceną, analizą rozwiązań alternatywnych i oceną ryzyka dla każdego rozwiązania. Integralną częścią tej fazy są prezentacje dostawców i warsztaty technologiczne. Chodzi tu o to, aby osoby decyzyjne poznały szereg możliwych do zastosowania rozwiązań technologicznych, które mogą zmaksymalizować cykl życia systemu (patrz Rys. 5).

Rys. 5. Scenariusze trendów dla warsztatów technologicznych organizowanych w ramach planu głównego modernizacji systemu SCADA. | Źródło: CDM Smith

Opracowanie scenariusza i ocena rozwiązań. Ten etap ma na celu opracowanie ? poprzez dobrze udokumentowaną ocenę ? listy alternatywnych rozwiązań, które obejmują metody sprzętowe, programowe i konstrukcyjne. Zespół musi przedstawić pewien ograniczony zakres opcji lub rozwiązań producentów, które mogą spełnić wymagania systemu sterowania, w tym nakładów inwestycyjnych, kosztów operacyjnych oraz luk i problemów organizacyjnych. W ramach oceny scenariusza należy opracować macierz oceny, opisującą proponowaną architekturę systemu automatyki, rozwiązania producentów sprzętu, podejście do cyberbezpieczeństwa, odzyskiwanie danych po awarii, przepływ danych (od zarządzania alarmami i zdarzeniami do integracji biznesowej), wymagania dotyczące wsparcia wewnętrznego lub ze strony dostawców oraz poziom umiejętności personelu zakładu, niezbędnych do konserwacji i rozwijania systemu sterowania.

Definicja celów, plan szczegółowy, kosztorys, punkt kontrolny i raport końcowy. Ostatnia faza planu SMP obejmuje opracowanie dokumentacji dla zalecanych rozwiązań alternatywnych. Dokumentacja ta zawiera szczegółowe dane dotyczące sprzętu, oprogramowania i funkcji aplikacji niezbędnych do spełnienia wymagań i potrzeb klienta. Dokumentacja musi podkreślać niezawodność, oczekiwany cykl życia, zarządzanie wiedzą, aktualizacje, integrację oraz możliwości rozbudowy. Szczegółowy plan musi zawierać procesy i harmonogramy projektowania oraz instalowania systemu, a także kompletny kosztorys, który odróżnia koszty sprzętu i oprogramowania od kosztów rozwijania. Plan SMP musi zawierać wszystkie komponenty systemu SCADA i specyfikacje rozwojowe, w tym dokumentację dla standardowych szaf sterowniczych, sprzętu PLC oraz interfejsów HMI.


Giselle Villar, inżynier automatyk w firmie CDM Smith. Posiada bogate doświadczenie w projektach dla zakładów wodno-kanalizacyjnych.

Francisco Alcala, inżynier automatyk w firmie CDM Smith. Ma bogate doświadczenie w projektach automatyki dla branży wodno-kanalizacyjnej, ropy i gazu i oraz spożywczej (napoje).

[1]  SCADA master plan, SMP.

[2] American Water Works Association, międzynarodowe stowarzyszenie non-profit mające na celu poprawę jakości i zaopatrzenia w wodę.

[3] Utility Management Manual.

[4] Puerto Rico Aqueduct and Sewer Authority; PRASA.

[5] oryg. Self-efficacy: Toward a unifying theory of behavioral change.

[6] a person?s perceived ability to use a product successfully affects their evaluative and behavioral response to the product.

[7] The Literature Review of Technology Adoption Models and Theories for the Novelty Technology.