Η αρχική μας επαφή με τα συστήματα SCADA πραγματοποιήθηκε μέσω του λογισμικού VisiDaq της εταιρείας Advantech, σε συνδυασμό με συσκευές εισόδου/εξόδου (I/O) συνδεδεμένες σε Bus. Η συγκεκριμένη προσέγγιση αντιμετώπιζε τις I/O συσκευές ως πηγές σημάτων, εκτελώντας σειριακούς κύκλους ανάγνωσης και εγγραφής σε ολόκληρη τη λίστα των συσκευών, με περιορισμούς στον μέγιστο χρόνο επικοινωνίας τόσο ανά συσκευή όσο και συνολικά για τον κύκλο. Παρότι η σταθερότητα του Bus μπορούσε να επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες, προκαλώντας ανωμαλίες, τα σήματα τελικά έφταναν στον Ηλεκτρονικό Υπολογιστή. Εκεί, μέσω του λογισμικού, κάθε σήμα οδηγούνταν είτε σε Script Block για περαιτέρω επεξεργασία είτε απευθείας σε γραφικό στοιχείο για απεικόνιση. Τα γραφικά στοιχεία ελέγχου μπορούσαν να συνδεθούν με Script Blocks, άλλα στοιχεία του γραφικού περιβάλλοντος ή να ελέγξουν απευθείας την έξοδο μιας συσκευής. Αντίστοιχα, οι έξοδοι των Script Blocks μπορούσαν να τροφοδοτήσουν άλλα Script Blocks, γραφικά στοιχεία ή εξόδους συσκευών. Αυτή η πρωτογενής μορφή επέτρεπε τη δημιουργία συστημάτων με περιορισμένο όγκο σημάτων, λόγω της επιβάρυνσης του κύκλου επικοινωνίας μεταξύ συσκευών και υπολογιστή. Παρ’ όλες τις δυσκολίες, η προσέγγιση αυτή απέδειξε ότι η χρήση Ηλεκτρονικού Υπολογιστή για την υλοποίηση αυτοματισμών και SCADA μπορεί να είναι εξίσου αξιόπιστη με λύσεις βασισμένες σε προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές (PLC). Σύντομα διαπιστώθηκε ότι τα έτοιμα πακέτα λογισμικού ήταν υπερβολικά ογκώδη, με πληθώρα δυνατοτήτων που συχνά δεν ήταν απαραίτητες. Παρουσίαζαν δυσχρηστία, εξάρτηση από συγκεκριμένο υλικό, σφάλματα που δεν μπορούσαν να διορθωθούν άμεσα, ενώ οι αναβαθμίσεις ή διορθώσεις ενδέχεται να καθιστούσαν μια εγκατάσταση μη λειτουργική. Αυτά τα προβλήματα ανέδειξαν την ανάγκη για την ανάπτυξη ανεξάρτητου λογισμικού, προσαρμοσμένου στις πραγματικές απαιτήσεις του εκάστοτε έργου.

Η υλοποίηση των λύσεών μας στη Σαντορίνη αποτέλεσε καθοριστικό βήμα για την αναγνώριση λανθανόντων κινδύνων και την αποτελεσματική τους αντιμετώπιση. Παρά την ύπαρξη οπτικής απομόνωσης 2kV στις εισόδους των συσκευών και τις προσπάθειες ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης για την προστασία από κεραυνικά πλήγματα, η ουσιαστική λύση επιτεύχθηκε μέσω του συνδυασμού varistors και ασφαλειών. Τα varistors, υπό κανονικές συνθήκες, παρουσιάζουν υψηλή αντίσταση, η οποία μειώνεται δραστικά όταν η εφαρμοζόμενη τάση υπερβεί ένα προκαθορισμένο όριο, προκαλώντας βραχυκύκλωμα. Αν και αυτό προστατεύει τη συσκευή, ενδέχεται να προκαλέσει καταστροφή του καλωδίου ή του αισθητήρα. Για τον λόγο αυτό, σχεδιάστηκε κύκλωμα που επιτρέπει την κανονική λειτουργία, ενώ σε περίπτωση υπέρτασης προκαλεί την καύση ασφαλειών, διακόπτοντας το κύκλωμα με ασφάλεια. Η προσέγγιση αυτή κατέστησε τις συσκευές ανθεκτικές σε καταιγίδες, περιορίζοντας τις ζημιές σε εύκολα εντοπίσιμες και αντικαταστάσιμες ασφάλειες. Η ενισχυμένη αυτή προστασία αύξησε την πολυπλοκότητα των υλικών ανά είσοδο σήματος, με επιπλέον συνδέσεις και καλωδιώσεις στον πίνακα. Αναγνωρίζοντας εγκαίρως την ανάγκη για τυποποίηση, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε πλακέτα ενσωμάτωσης όλων των απαραίτητων κυκλωμάτων διανομής τάσης και προστασίας, μειώνοντας τις εσωτερικές καλωδιώσεις του πίνακα σε λιγότερες από 30. Παράλληλα, οι εξωτερικές συνδέσεις τυποποιήθηκαν με τη χρήση αποσπώμενων τερματικών μπλοκ. Ένα ακόμη κρίσιμο ζήτημα που αντιμετωπίστηκε ήταν η απουσία πραγματικής γείωσης στις εγκαταστάσεις, με τις συνεπαγόμενες προκλήσεις λόγω διαφορών δυναμικού σε σχέση με ακαθόριστο σημείο αναφοράς. Επιπλέον, οι έντονες καιρικές συνθήκες, το διαβρωτικό περιβάλλον, η ηφαιστειακή δραστηριότητα, η υψηλή ηλιοφάνεια, η θερμοκρασία, η υγρασία και η σκόνη αποτελούν σημαντικούς παράγοντες που ενδέχεται να επηρεάσουν τη λειτουργία του συστήματος. Για όλα αυτά, έχουν ληφθεί τα κατάλληλα μέτρα πρόληψης και προστασίας.

Κατά την αναζήτηση σύγχρονων προσεγγίσεων στη διασύνδεση συσκευών, διαπιστώθηκε ότι η χρήση δικτύων με υποστήριξη TCP/IP επιλύει τα προβλήματα σύνδεσης τύπου Bus. Η συλλογή σημάτων μέσω OPC Server προσφέρει δυνατότητα ταυτόχρονης επικοινωνίας με πολλαπλές συσκευές σε σύντομο χρόνο. Ωστόσο, η χρήση TCP/IP (π.χ. Modbus/TCP) σε συνδυασμό με OPC Server δεν αποδείχθηκε επαρκής για συσκευές με πιθανότητα απώλειας σύνδεσης, όπως οι ασύρματες, κυρίως όσον αφορά την αυτόματη διαχείριση αποσύνδεσης και επανασύνδεσης. Αν και η σειριακή επικοινωνία μέσω TCP/IP με μία συσκευή κάθε φορά προσφέρει σταθερότητα και εξοικονόμηση εύρους ζώνης, ο στόχος παρέμεινε η ταυτόχρονη, παράλληλη επικοινωνία. Έτσι, κατέστη σαφές ότι η διαχείριση και αποκατάσταση της επικοινωνίας έπρεπε να ελέγχεται πλήρως από το λογισμικό, με πολυνηματική επεξεργασία. Η προσέγγιση αυτή αποδείχθηκε ιδιαίτερα αποτελεσματική στην ταυτόχρονη διαχείριση I/O συσκευών. Η αξιοποίηση των δυνατοτήτων των σύγχρονων δικτύων (Ethernet, Wi-Fi, οπτικές ίνες, VPN, Bridging, Routing κ.ά.) επέτρεψε τη δημιουργία σταθερών και επεκτάσιμων δομών, με δυνατότητα σύνδεσης μεγάλου αριθμού συσκευών σε εκτεταμένες γεωγραφικές περιοχές.

Κατά την ανάπτυξη συστημάτων SCADA, διαπιστώθηκε η ανάγκη ενοποίησης της διαχείρισης εισόδων και εξόδων ανεξαρτήτως προέλευσης, υπό τη γενική έννοια των «σημάτων». Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει την επαναχρησιμοποίηση λογισμικού για την αποδοτική επεξεργασία μεγάλου όγκου σημάτων. Τα PLC επεξεργάζονται τα σήματα ως δομές δεδομένων, εφαρμόζοντας λογικές και μαθηματικές πράξεις. Σε τελικό στάδιο, τα σήματα αντιπροσωπεύουν φυσικά μεγέθη υπό ηλεκτρική μορφή. Η πρώτη απαραίτητη ενέργεια είναι η μετατροπή των ηλεκτρικών τιμών σε φυσικές μονάδες μέτρησης. Τα σήματα κατατάσσονται σε καταστάσεις βάσει επιπέδων (π.χ. Πολύ Χαμηλό, Χαμηλό, Υψηλό, Πολύ Υψηλό), δημιουργώντας πέντε διακριτές καταστάσεις. Αυτή η κατηγοριοποίηση επιτρέπει την αυτόματη ενεργοποίηση γεγονότων και την οπτική αναπαράσταση καταστάσεων μέσω χρωματικής κλίμακας ή animation. Με τον καθορισμό πέντε χρονοκαθυστερήσεων (μία ανά κατάσταση), ένα σήμα που παραμένει σε συγκεκριμένη κατάσταση για προκαθορισμένο χρόνο μπορεί να ενεργοποιήσει αυτόματα μια αλληλουχία ενεργειών. Έτσι, χωρίς την ανάγκη προγραμματισμού, είναι δυνατή η δημιουργία SCADA και αυτοματισμού σε επίπεδο φυσικού μεγέθους ή κατάστασης, μέσω απλής συμπλήρωσης πινάκων παραμέτρων.

Στο πλαίσιο της διερεύνησης της λειτουργίας των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών, αναπτύχθηκε λογισμικό εξομοίωσης PLC, το οποίο ενσωματώθηκε στο σύστημα. Για τους έμπειρους χρήστες, διατίθεται δυνατότητα scripting σε STL ή JavaScript. Το σύστημα scripting λειτουργεί ως εικονικός PLC, με εισόδους και εξόδους τα σήματα του SCADA. Κάθε σήμα είναι διαθέσιμο ως πρωτογενής τιμή, ως μετασχηματισμένη φυσική τιμή και ως λογική κατάσταση, βάσει των ορίων που έχουν οριστεί. Οι έξοδοι του scripting μπορούν να ελέγχουν απευθείας συσκευές ή άλλα σήματα SCADA. Το σύστημα λαμβάνει υπόψη την κατάσταση σύνδεσης των συσκευών, αποφεύγοντας την εκτέλεση εντολών σε μη διαθέσιμες συσκευές. Επιπλέον, οι ίδιες οι συσκευές μπορούν να εκτελούν ενέργειες ασφαλείας μέσω της δικής τους λογικής. Όπως και ένα φυσικό PLC, το λογισμικό PLC (SoftPLC) εκτελεί κυκλικά τον κώδικα, με ταχύτερους κύκλους από το SCADA, εξασφαλίζοντας άμεση απόκριση. Ένας απλός υπολογιστής μπορεί να διαχειριστεί πολύπλοκα σενάρια, ενώ στο περιβάλλον SCADA έχουν ενσωματωθεί επιπλέον λογισμειακοί ελεγκτές, όπως ολοκληρωτές σημάτων, χρονικά και PID controllers.

Η βασική φιλοσοφία πίσω από την ενσωμάτωση κάθε υποσυστήματος είναι η εξισορρόπηση ανάμεσα στην απλότητα και την πολυπλοκότητα, με γνώμονα τη λειτουργικότητα και την αποφυγή περιττών στοιχείων. Στις πρώτες εκδόσεις έως και την 6.0, η επιλογή ενός απλού και απολύτως αναγκαίου web υποσυστήματος εξασφάλισε την απαιτούμενη σταθερότητα και ασφάλεια. Ωστόσο, η αυξανόμενη ανάγκη των χρηστών για περισσότερες δυνατότητες, χωρίς να θυσιάζεται η ευχρηστία, οδήγησε στην ανάπτυξη ενός πιο εξελιγμένου ενσωματωμένου HTTP Server. Ο νέος server υποστηρίζει σύγχρονες τεχνολογίες responsive σχεδίασης, επιτρέποντας την απρόσκοπτη πρόσβαση και αλληλεπίδραση με το σύστημα από οποιαδήποτε συσκευή – είτε πρόκειται για κινητό τηλέφωνο, tablet, είτε για σταθερό υπολογιστή. Η προσέγγιση αυτή ενισχύει τη διαλειτουργικότητα και την προσβασιμότητα, διατηρώντας παράλληλα την ενιαία αρχιτεκτονική του λογισμικού, χωρίς εξαρτήσεις από εξωτερικά πακέτα ή τρίτες πλατφόρμες. Η ενσωμάτωση διαδικτυακών δυνατοτήτων στο SCADA σύστημα δεν περιορίζεται μόνο στην παρουσίαση δεδομένων, αλλά επεκτείνεται και στη διαχείριση, την εποπτεία και την απομακρυσμένη παραμετροποίηση, προσφέροντας ένα πλήρες και ευέλικτο περιβάλλον λειτουργίας για τον τελικό χρήστη.