Dans le domaine de la supervision industrielle, les systèmes SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ont su prouver leur robustesse depuis les années 1960.
Ils collectent des données en temps réel et assurent la surveillance des opérations. Ces systèmes permettent également l’analyse et l’automatisation de processus industriels, souvent critiques.
L’IoT (Internet of Things), apparu dans les années 2010, connecte des appareils et capteurs à Internet pour la collecte et l’échange de données.
Initialement axée sur des applications grand public comme la domotique, cette technologie a rapidement été adoptée par le secteur industriel.
L’Industrial Internet of Things (IIoT) a émergé et s’est développé avec l’avènement de nouvelles technologies, telles que l’intelligence artificielle et la 5G.
Cet article explore les cas d’usage des systèmes SCADA et de l’IIoT dans la supervision industrielle. Il examine leurs avantages respectifs, les critères de leur utilisation et leurs évolutions potentielles.
Les caractéristiques des SCADA et de l’IIoT
Les systèmes SCADA
Dans un précédent article, nous avions étudié en détail le rôle des SCADA dans la supervision industrielle. Pour résumer, leurs fonctionnalités principales sont la collecte de données, le contrôle à distance des opérations au travers d’Interfaces Homme-Machine (HMI) et la gestion d’alarmes et de notifications. La prise de décision qui s’en suit est généralement faite manuellement par l’opérateur de la salle de contrôle ou de supervision.
Ce fonctionnement repose sur deux principes clés :
- Une architecture centralisée avec une unité de contrôle (serveur SCADA) et divers automates programmables (PLC ou RTU)
- Des protocoles de communication industriels spécifiques (Modbus, Profibus ou OPC par exemple) sur des réseaux fermés et locaux
Les coûts initiaux des systèmes SCADA sont souvent élevés. Il est crucial de prévoir l’évolution des opérations sur une période de 15 à 20 ans, qui correspond à la durée de vie moyenne d’un SCADA. En effet, ces systèmes sont difficilement extensibles.
L’infrastructure en IIoT
L’IIoT repose sur une multitude de capteurs intelligents et de dispositifs connectés permettant la collecte d’une masse de données extrêmement importante.
Les fonctionnalités de l’IIoT sont similaires dans leur nature à celles d’un SCADA car en plus de cette collecte de données, le contrôle à distance et l’automatisation des opérations ainsi que la gestion des événements sont également assurés.
À ces fonctionnalités s’ajoutent la maintenance prédictive et la prise de décisions complexes.
Les deux principes clés de ce fonctionnement sont :
- Une architecture plutôt décentralisée avec des dispositifs qui communiquent entre eux au travers du Cloud généralement.
- Des protocoles de communication modernes (MQQT, AMQP ou CoAP par exemple) sur des infrastructures réseau plus ouvertes (Wi-Fi, Ethernet, 5G).
L’infrastructure réseau nécessaire à la mise en place de l’IIoT est conséquente et peut engendrer des coûts élevés, mais la flexibilité, la scalabilité et l’optimisation qui s’en suivent représentent un avantage majeur.
Le Cloud Computing et l’Edge Computing
Distinction des deux modèles
L’IIoT utilise deux systèmes de traitement de la donnée. Ils diffèrent par leur infrastructure, leur architecture, leur puissance de calcul et leur fiabilité.
Le Cloud Computing permet l’analyse massive de données et á grande échelle grâce à une gestion centralisée dans le cloud des dispositifs IIoT. Il utilise des modèles avancés d’IA pour la maintenance prédictive, la prise de décisions complexes et l’optimisation des processus. Il facilite l’accès aux données depuis différents endroits et possède une grande connectivité.
L’Edge Computing traite les données localement, près de leur source. Cela réduit la latence et augmente la fiabilité. En filtrant immédiatement les données, il optimise l’utilisation de la bande passante. Certaines décisions critiques peuvent être prises sur site, assurant ainsi une continuité plus efficace des opérations.
On appelle architecture hybride le fait de faire fonctionner l’IIoT selon les deux modèles à la fois, dépendant des besoins de chaque processus de la supervision industrielle. Cette approche hybride permet à la fois une bonne réactivité et une forte résilience grâce à l’Edge Computing, mais aussi une puissance d’analyse pointue grâce au Cloud Computing.
Les systèmes SCADA quant à eux ont un fonctionnement qui s’apparente au Edge Computing, et de plus en plus, la tendance est à la migration des informations des SCADA vers le cloud pour des besoins d’analyse. Toutefois, les défis de latence et de fiabilité ainsi que la complexité d’intégration des systèmes (souvent propriétaires) au Cloud posent rapidement les limites du modèle.
L’Edge Computing pour pallier les faiblesses de l’IIoT
Grâce à l’Edge Computing et ses calculs au plus proche des sources, la latence des solutions d’IIoT peut être grandement réduite avec un fonctionnement plus local. De plus, la fiabilité de la solution est accrue et les risques sécuritaires réduits.
Toutefois, le modèle hybride SCADA / IIoT est tout de même préconisé lorsqu’il s’agit d’opérations extrêmement sensibles pour plusieurs raisons :
- Certaines opérations requièrent un processus de supervision certifié en matière de sécurité, de fiabilité ou de résilience, caractéristiques que l’IIoT ne peut garantir en raison de son fonctionnement et de son niveau de maturité insuffisant.
- Les systèmes SCADA sont souvent profondément intégrés dans les processus industriels existants, et l’implémentation de solutions IIoT pourrait entraîner des coûts considérables liés au changement d’infrastructure.
Quelle solution pour quel besoin ?
Les systèmes SCADA et l’IIoT peuvent parfaitement être utilisés ensemble et se révèlent souvent complémentaires, selon l’environnement industriel dans lequel ils sont déployés.
L’IIoT, avec sa connectivité massive, permet à la fois une excellente flexibilité et scalabilité. Son intégration et interopérabilité avec d’autres systèmes est extrêmement facile car il adopte généralement des standards ouverts avec des protocoles publiquement accessibles. Son fonctionnement via le cloud permet aussi la gestion à distance pour les industries à multiples sites. Grâce à la gestion de masse des données et à l’aide d’algorithmes d’intelligence artificielle (IA) de Machine Learning (ML) ou de systèmes experts, il assure une maintenance prédictive et la prise de décisions automatisée.
Toutefois, l’IIoT dépend fortement de la connectivité, il y a donc souvent plus de latence et il induit une forte vulnérabilité aux interruptions de connexion. De plus, la transmission des données en systèmes plus ouverts, bien que respectant des protocoles sécuritaires, représente tout de même un risque de cybersécurité plus élevé.
Les systèmes SCADA, par leur fonctionnement en système local fermé et leur redondance, présentent une forte robustesse et une fiabilité, ainsi que des risques de cybersécurité bien moindres. Ils présentent des avantages majeurs dans la gestion des processus grâce à leur IHM (Interface Homme-Machine) ergonomique, leur contrôle direct en temps réel et leur gestion avancée des alarmes. Ils possèdent également des fonctionnalités non nécessairement présentes dans les solutions IIoT, avec la personnalisation de la logique de contrôle et leur compatibilité avec les protocoles industriels propriétaires.
Toutefois, ils sont beaucoup moins flexibles et présentent plus de complexité d’intégration à d’autres systèmes, notamment pour la gestion de données volumineuses dans le cloud.
Dans la pratique, une infrastructure hybride est à privilégier :
- Les systèmes SCADA gèrent les tâches critiques, tandis que l’IIoT collecte et analyse les données pour la maintenance prédictive et les décisions complexes.
- En combinant Edge et Cloud Computing et en intégrant certains dispositifs IIoT dans les systèmes SCADA, on optimise l’efficacité des installations de supervision industrielle.
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