Systèmes SCADA : ce qu'ils sont, comment ils fonctionnent et ce qu'ils supervisent dans une usine agroalimentaire
Automates et SCADA · Guide technique
Un système SCADA (de l'anglais Supervisory Control and Data Acquisition : supervision, contrôle et acquisition de données) est l'ensemble de logiciels et d'équipements qui recueille en temps réel les signaux des automates programmables (PLC) d'une usine, les présente à l'opérateur sur des écrans de procédé, déclenche des alarmes quand quelque chose sort de la normale, conserve l'historique de ce qui s'est passé et permet de donner des ordres depuis un poste central : démarrer une ligne, modifier une consigne, lancer une formule.
C'est l'écran depuis lequel, dans une usine d'aliments pour animaux, on voit la fosse de réception, les silos, les bascules et la presse à granuler, et on suit chaque lot jusqu'au camion ; dans une cave vinicole, celui qui affiche la température de chaque cuve en fermentation. Chez ER Ingeniería, nous avons automatisé 45 usines agroalimentaires, et ce guide explique comment un SCADA est construit de l'intérieur, quelles normes servent de référence pour le concevoir et ce qu'il supervise dans chaque type d'usine. À la fin, nous renvoyons aux vidéos de trois usines d'aliments pour animaux où tourne SuitER, notre logiciel.
L'idée en bref : l'automate décide à chaque cycle ce que fait chaque moteur et chaque vanne ; le SCADA rassemble ce qui se passe dans toute l'usine, l'affiche, alerte et l'enregistre. Dans une architecture bien conçue, si le serveur SCADA tombe, les automates continuent de piloter le procédé. On perd la vue d'ensemble et, sans redondance, une partie de l'enregistrement.
Sur cette page
- Qu'est-ce qu'un système SCADA et à quoi sert-il
- Comment il fonctionne : l'architecture en couches
- Comment il communique avec les automates : Modbus TCP, PROFINET et OPC UA
- SCADA, IHM, automate (PLC) et MES : leurs différences
- Bonnes pratiques normalisées : alarmes, écrans et cybersécurité
- Un SCADA dans une usine agroalimentaire
- Usines d'aliments pour animaux avec SuitER : Inalsa, Agrocantabria et Casaseca
- Les étapes d'un projet SCADA
- Questions fréquentes
- Sources
Qu'est-ce qu'un système SCADA et à quoi sert-il
Le terme est né pour des réseaux répartis sur un territoire. Le glossaire du NIST, l'Institut national des normes et de la technologie des États-Unis, le définit comme un système qui recueille et traite des données et applique un contrôle à grande distance [1]. Son guide de sécurité des systèmes industriels décrit les SCADA comme des systèmes qui contrôlent des actifs dispersés, où l'acquisition centralisée des données compte autant que le contrôle : réseaux électriques, oléoducs, distribution d'eau [2]. Dans une usine, avec tous les automates sur le même site, l'idée est la même : voir depuis un seul endroit ce qui se passe en de nombreux points.
Il remplit six fonctions dans l'usine :
- Supervision : synoptiques avec l'état de chaque équipement et les valeurs du procédé (poids, températures, niveaux).
- Contrôle de supervision : ordres et consignes depuis le poste ; le SCADA les écrit dans l'automate et l'automate agit.
- Alarmes : signalement de chaque situation anormale, avec priorité, acquittement et enregistrement.
- Tendances : courbes des variables dans le temps, pour voir comment on en est arrivé à un problème.
- Historiques : valeurs, événements et actions des utilisateurs ; qui a modifié quelle consigne et quand.
- Rapports : production par équipe ou par lot, consommations, arrêts.
Comment fonctionne un système SCADA : l'architecture en couches
Les modèles de référence du secteur, comme le modèle Purdue ou les niveaux de l'ISA-95 (publiée à l'international sous la référence IEC 62264), organisent les systèmes d'une usine en niveaux, du procédé physique à la gestion de l'entreprise, et le guide du NIST les propose pour structurer le réseau de l'usine [2]. Le SCADA se situe au niveau de la supervision, entre les automates et le MES (système d'exécution de la production) ou l'ERP (progiciel de gestion intégré). À l'intérieur, il comporte ces éléments :
| Couche | Ce qu'on y trouve | Ce qu'il fait | Dans une usine d'aliments pour animaux |
|---|---|---|---|
| Terrain | Capteurs, instruments et actionneurs | Mesure et actionne | Cellules de pesage des bascules, détecteurs de niveau des silos, sondes de température, trappes, moteurs |
| Contrôle | Automate et, sur les sites dispersés, RTU | Exécute la logique : séquences, verrouillages, recettes | La séquence de dosage et de mélange ; empêcher un transporteur de démarrer si le suivant est à l'arrêt |
| Communications | Réseau industriel, switchs, passerelles, protocoles | Transporte les données entre automates et serveurs | Ethernet industriel entre les armoires électriques et la salle de contrôle |
| Serveur SCADA | Pilotes de communication, base de données des variables, gestionnaire d'alarmes | Lit les automates, traite les données et les distribue aux postes | Une variable par poids, état de moteur ou niveau de silo |
| Historien | Base de données de séries temporelles et d'événements | Enregistre valeurs, alarmes et actions | Pesées réelles de chaque lot, consommations, arrêts |
| Postes opérateur | Clients SCADA, écrans IHM (interface homme-machine), tablettes | Affichent le procédé et reçoivent les ordres | Salle de contrôle, bureau de production, tablette à côté de la presse à granuler |
Chaque donnée est une variable (un tag) avec son nom, son adresse dans l'automate, ses unités et ses seuils d'alarme. Le serveur les lit de façon cyclique dans chaque automate, ou reçoit les changements si le protocole le permet, et les distribue aux écrans, aux alarmes et à l'historien. La RTU (unité terminale distante) sert aux sites éloignés, comme les puits ou les stations de pompage ; dans une usine, presque tout passe par des automates, et le fonctionnement d'un automate est expliqué dans qu'est-ce qu'un automate programmable.
Comment un SCADA communique avec les automates : Modbus TCP, PROFINET et OPC UA
Entre le serveur et les automates, il y a un protocole de communication. Dans les usines agroalimentaires, nous rencontrons surtout ces trois-là, souvent ensemble :
| Protocole | Organisme responsable | À quoi il nous sert | Bon à savoir |
|---|---|---|---|
| Modbus TCP | Modbus Organization | Lire et écrire des registres sur des équipements de nombreux fabricants : variateurs, analyseurs de réseau, compteurs, bascules | Fonctionne sur TCP/IP et utilise le port 502, réservé à Modbus [3] |
| PROFINET | PROFIBUS & PROFINET International (PI) | Ethernet industriel temps réel entre l'automate, les entrées/sorties déportées et les entraînements | C'est un standard ouvert d'Ethernet industriel [4] |
| OPC UA | OPC Foundation | Échange de données entre SCADA, MES, ERP et équipements de différents fabricants | Il existe depuis 2008, est indépendant de la plateforme (du microcontrôleur au cloud), intègre chiffrement, authentification et audit, ainsi qu'un modèle d'information pour décrire les données [5] |
Si tous les automates sont de la même marque, son protocole natif est généralement le chemin le plus court ; pour réunir plusieurs fabricants ou remonter les données vers la gestion, OPC UA met beaucoup d'ordre. Quand la communication échoue (valeurs figées, trous dans l'historique), le diagnostic se fait couche par couche, et le guide pas à pas se trouve dans défauts de communication entre automate et SCADA.
SCADA, IHM, automate (PLC) et MES : leurs différences
Chacun résout une partie différente du problème :
| Système | Ce qu'il fait | Où il se trouve | Exemple dans une usine d'aliments pour animaux | Ce qu'il ne fait pas |
|---|---|---|---|---|
| Automate | Exécute la logique de commande en temps réel | Dans l'armoire électrique, à côté des machines | Doser une formule, démarrer les transporteurs dans l'ordre, arrêter en cas de bourrage | Ne donne pas de vue d'ensemble de l'usine et ne conserve pas d'historiques longs |
| IHM | Écran pour piloter une machine ou une zone | Sur la porte de l'armoire ou sur la machine | Écran tactile de la presse à granuler | Ne voit pas le reste de l'usine. Une IHM peut faire partie d'un SCADA |
| SCADA | Supervise toute l'usine : synoptiques, alarmes, tendances, historiques, ordres | Serveur et postes en salle de contrôle, au bureau, sur tablette ou mobile | Voir de la fosse de réception à l'expédition, lancer des ordres, suivre chaque lot | Ne remplace pas l'automate dans la commande des machines |
| MES | Gère l'exécution de la production : ordres, lots, rendements, qualité | Serveur d'usine, au-dessus du SCADA | Planifier les ordres et clôturer chaque lot avec ses consommations réelles | Ne lit pas les signaux terrain : il prend les données du SCADA ou des automates |
Dans les usines agroalimentaires de taille moyenne, la frontière entre SCADA et MES est floue : de nombreux SCADA du secteur gèrent ordres, formules, lots et traçabilité, comme notre SuitER. Au-dessus se trouve l'ERP (achats, stocks, facturation), qui ne doit pas commander les machines.
Bonnes pratiques normalisées : alarmes, écrans et cybersécurité
Les alarmes, les écrans et la cybersécurité ont leur norme internationale, et ces normes sont la référence sur laquelle il convient de concevoir un SCADA.
Alarmes : ISA-18.2 et IEC 62682
La référence est ANSI/ISA-18.2-2016, sur la gestion des systèmes d'alarme dans les industries de procédé [6]. Le catalogue de l'IEC comprend une norme portant le même titre, l'IEC 62682, dont la deuxième édition date de 2022 [7]. ISA-18.2 couvre le cycle de vie complet des alarmes, de leur identification et rationalisation à leur mise en œuvre, leur maintenance et la gestion des modifications. Son pivot est une philosophie d'alarme documentée, référence pour les décisions de conception, la performance et ce que l'on attend de l'opérateur ; la priorisation a ses propres exigences [6].
Un critère pratique pour commencer : si l'opérateur n'a rien à faire face à un avertissement, ce n'est pas une alarme. C'est un événement, et il va au journal. Chaque alarme conservée est rationalisée : cause, conséquence, ce que doit faire l'opérateur, dans quel délai et avec quelle priorité.
Un scénario typique dans une usine d'aliments pour animaux : après une coupure de courant, le redémarrage déclenche des dizaines d'avertissements de moteurs à l'arrêt, et celui qui compte, le bourrage d'un élévateur, se perd parmi eux. On corrige avec des priorités, en supprimant ce qui n'a pas de sens selon l'état de la ligne (ligne arrêtée, un moteur à l'arrêt n'est pas une anomalie) et en revoyant les alarmes qui se déclenchent le plus souvent.
Écrans : ISA-101
Pour les écrans, il existe ANSI/ISA-101.01-2015, sur les interfaces homme-machine des systèmes d'automatisation de procédés. Elle les traite tout au long de leur cycle de vie (conception, mise en œuvre, exploitation et amélioration continue), et ses domaines clés sont la structure des écrans, l'interaction avec l'utilisateur et la formation de l'opérateur [8]. En pratique, cela se traduit généralement par une hiérarchie d'écrans (usine, zone, équipement, détail) et par les mêmes symboles dans toute l'installation.
Cybersécurité : IEC 62443
La série ISA/IEC 62443 définit les exigences et les processus pour mettre en œuvre et maintenir des systèmes d'automatisation et de contrôle industriels sécurisés [9]. Le guide du NIST pour les systèmes industriels passe à la pratique : il part du constat que de nombreux protocoles industriels n'ont aucune authentification et propose de séparer le réseau de l'usine du réseau d'entreprise par des pare-feu ou une zone démilitarisée (DMZ), d'empêcher les équipements de gestion de communiquer directement avec ceux de contrôle, d'exiger une double authentification pour l'accès à distance et de disposer de sauvegardes avec des plans de reprise testés [2]. Dans le SCADA d'une usine, cela se traduit par :
- Réseau de l'usine séparé de celui des bureaux, avec un point de passage contrôlé.
- Accès à distance pour la maintenance avec double authentification, autorisation et journalisation, jamais un bureau à distance ouvert sur internet.
- Un utilisateur par personne, pour savoir qui a modifié chaque consigne.
- Sauvegardes des automates, du SCADA et des bases de données, et restauration testée.
Un SCADA dans une usine agroalimentaire
Le squelette est le même dans toute usine ; ce qui change, c'est ce qui est supervisé et ce qui est enregistré. Voici ce qu'il en est dans les trois types d'usine où nous travaillons le plus :
| Usine | Ce que supervise le SCADA | Alarmes typiques | Ce qui est enregistré |
|---|---|---|---|
| Usine d'aliments pour animaux | Réception en fosse et circuits vers les silos, broyage, dosage et microdosage, mélange, granulation, refroidissement, expédition | Bourrage d'élévateur ou de vis sans fin, écart de poids sur une bascule, niveau haut de silo, surcharge moteur | Formule et pesées réelles de chaque lot, silo d'origine de chaque matière première, destination de chaque chargement |
| Cave vinicole | Température de chaque cuve, production de froid, remontages, soutirages et nettoyages | Température hors consigne, panne du groupe froid, vanne qui ne confirme pas sa position | Courbe de température de chaque cuve et opérations qui y ont été réalisées |
| Industrie alimentaire | Cuves et traitements thermiques, nettoyages en place NEP (CIP, en circuit fermé, sans démontage), lignes de conditionnement, utilités froid, air et vapeur | Température ou durée de traitement hors limites, nettoyage incomplet | Températures et durées de chaque lot, nettoyages effectués et leurs paramètres |
Chacune a son article, avec le procédé étape par étape : automatisation des usines d'aliments pour animaux, automatisation des caves vinicoles et automatisation dans l'industrie alimentaire.
Le règlement (CE) n° 178/2002 oblige les exploitants du secteur alimentaire et de l'alimentation animale à pouvoir identifier qui leur a fourni chaque matière et à quelles entreprises ils ont fourni leurs produits [10]. Ce qui se passe à l'intérieur de l'usine (quelle matière de quel silo est entrée dans quel lot) est le tronçon que couvre le mieux un SCADA avec enregistrement automatique. Pour aller plus loin : traçabilité alimentaire et enregistrements manuels.
Usines d'aliments pour animaux avec SuitER : Inalsa, Agrocantabria et Casaseca
Chacune a sa vidéo sur notre site et sur notre chaîne YouTube.
SuitER, notre logiciel industriel, suit l'architecture décrite plus haut. SuitER Server relie le réseau des automates à celui de gestion et enregistre les données en temps réel dans une base de données ; comme il se trouve entre les deux réseaux, c'est le point de passage à protéger. SuitER Client est le poste des opérateurs, des chefs d'usine et de la direction, en salle de contrôle, au bureau, sur tablette ou sur mobile. ReportER génère et exporte les rapports. SuitER Tracer associe chaque lot à son origine, à sa formule et à ses paramètres de production, et s'intègre à l'ERP, aux logiciels de formulation et aux analyseurs NIR (proche infrarouge). Les modules et les vidéos se trouvent sur la page SuitER.
Les étapes d'un projet SCADA
Nous réalisons la partie électrique, les automates et le SCADA avec la même équipe, et le projet passe par ces étapes :
- Visite de l'usine et liste des signaux. Quels équipements, quels automates et avec quelles communications, ce qui se fait aujourd'hui à la main.
- Spécification fonctionnelle. Écrans et leur charte graphique, philosophie et liste d'alarmes, ce qui est historisé et à quelle fréquence, rapports, utilisateurs et droits.
- Programmation et essais préalables. Le programme des automates et du SCADA est testé avant la mise en service.
- Mise en service par zones. Essais sur site avec le procédé réel (SAT), planifiés avec la production pour arrêter le moins possible.
- Formation et assistance. Formation des équipes de production, de maintenance et de qualité sur leur propre usine ; ensuite, l'assistance de SatER, notre service technique.
S'il existe déjà un SCADA et qu'il faut le remplacer parce qu'il tourne sur un ordinateur qui n'est plus pris en charge, le plus difficile est de migrer sans arrêter la production ; la marche à suivre est expliquée dans modernisation de SCADA et d'automates dans les usines agroalimentaires.
Parlons du SCADA de votre usine ?
Dites-nous ce que vous fabriquez, quels automates vous avez et ce que vous voyez aujourd'hui depuis la salle de contrôle. Nous vous dirons quelle architecture convient et par où commencer, que vous partiez de zéro ou que vous ayez déjà un système.
Automatisation de caves vinicoles et d'usines d'aliments pour animaux Logiciel SuitER Parlez à notre équipeOu appelez-nous au 967 140 850
Questions fréquentes sur les systèmes SCADA
Qu'est-ce qu'un système SCADA et à quoi sert-il ?
C'est l'ensemble de logiciels et d'équipements qui recueille en temps réel les données des automates d'une usine, les affiche à l'écran, signale les anomalies par des alarmes, conserve des historiques et permet de donner des ordres depuis un poste central. Il sert à piloter toute l'usine depuis un seul endroit et à garder une trace de chaque lot.
Quelle est la différence entre SCADA et automate ?
L'automate programmable (PLC) commande directement les machines et les séquences en temps réel, depuis l'armoire électrique. Le SCADA se situe au-dessus : il lit les données de tous les automates, les affiche, gère les alarmes, conserve les historiques et transmet les ordres de l'opérateur, que l'automate exécute.
SCADA et IHM, est-ce la même chose ?
Non. Une IHM est un écran pour piloter une machine ou une zone ; un SCADA supervise toute l'usine, avec un serveur, plusieurs postes, des alarmes et des historiques. Une IHM peut faire partie d'un SCADA, mais à elle seule, elle n'en est pas un.
Quels types de systèmes SCADA existe-t-il ?
Selon leur architecture, ils vont d'un poste unique qui lit quelques automates aux systèmes client-serveur avec plusieurs postes et un historien, jusqu'aux systèmes répartis sur plusieurs usines. Dans les usines agroalimentaires, le client-serveur est la norme.
Quels protocoles un SCADA utilise-t-il pour communiquer avec les automates ?
Ceux que nous rencontrons le plus dans les usines agroalimentaires sont Modbus TCP, PROFINET et OPC UA, ainsi que les protocoles propres à chaque fabricant d'automates. OPC UA est indépendant de la plateforme et sert à réunir des équipements de marques différentes et à transmettre les données au MES et à l'ERP.
Quels logiciels SCADA existe-t-il ?
Chaque grand fabricant d'automatismes a le sien, comme WinCC de Siemens ou FactoryTalk View de Rockwell, et il existe des logiciels spécifiques à chaque secteur. Dans les usines d'aliments pour animaux et les usines agroalimentaires, nous mettons en place SuitER, notre logiciel propre, qui associe la supervision à la traçabilité et aux rapports.
Est-il sûr de connecter un SCADA à internet ?
Pas directement. Le guide du NIST pour les systèmes industriels recommande de séparer le réseau de l'usine de celui des bureaux par un point de passage contrôlé, d'exiger une double authentification pour l'accès à distance et de disposer de sauvegardes avec des plans de reprise préparés et testés.
Sources
- National Institute of Standards and Technology. (s. d.). Supervisory control and data acquisition (SCADA). Glossaire du CSRC. https://csrc.nist.gov/glossary/term/supervisory_control_and_data_acquisition
- Stouffer, K., Pease, M., Tang, C., Zimmerman, T., Pillitteri, V., Lightman, S., Hahn, A., Saravia, S., Sherule, A. et Thompson, M. (2023). Guide to Operational Technology (OT) Security (NIST SP 800-82 Rev. 3). National Institute of Standards and Technology. https://csrc.nist.gov/pubs/sp/800/82/r3/final
- Modbus Organization. (2006). MODBUS Messaging on TCP/IP Implementation Guide V1.0b. https://www.modbus.org/file/secure/messagingimplementationguide.pdf
- PROFIBUS & PROFINET International. (s. d.). Technologies. https://www.profibus.com/technology
- OPC Foundation. (s. d.). Unified Architecture. https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/
- International Society of Automation. (s. d.). ISA18 Series of Standards: ANSI/ISA-18.2-2016, Management of Alarm Systems for the Process Industries. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-18-series-of-standards
- International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 62682:2022 Management of alarm systems for the process industries. https://webstore.iec.ch/en/publication/65543
- International Society of Automation. (s. d.). ISA101 Standards: ANSI/ISA-101.01-2015, Human Machine Interfaces for Process Automation Systems. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-101-standards
- International Society of Automation. (s. d.). ISA/IEC 62443 Series of Standards. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-iec-62443-series-of-standards
- Règlement (CE) n° 178/2002 du Parlement européen et du Conseil du 28 janvier 2002 établissant les principes généraux et les prescriptions générales de la législation alimentaire (art. 18). Journal officiel des Communautés européennes, L 31. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/?uri=CELEX:02002R0178-20260101