Kas ir SCADA sistēma: arhitektūra un tās darbība

Lielos rūpniecības uzņēmumos notiek liels skaits procesu. Katrs process, kas jums jāuzrauga, ir ļoti sarežģīts, jo katra mašīna dod atšķirīgu izvadi. SCADA sistēma tika izmantota datu vākšanai no sensoriem un instrumentiem, kas atrodas attālos rajonos. Tad dators apstrādā šos datus un nekavējoties tos uzrāda. SCADA sistēma apkopo informāciju (piemēram, notikusi noplūde cauruļvadā) un pārsūta informāciju atpakaļ uz sistēmu, vienlaikus brīdinot, ka ir notikusi noplūde, un informāciju parāda loģiski un organizēti. SCADA sistēma agrāk darbojās DOS un UNIX operētājsistēmās. Šis viss process ir pazīstams kā automatizācija . Šajā rakstā ir apskatīts SCADA sistēmas pārskats.

Kas ir SCADA sistēma?

SCADA apzīmē uzraudzības kontroli un datu iegūšanu. Tas ir programmatūras lietojumprogrammu veids procesa kontrolei. SCADA ir centrālā vadības sistēma, kas sastāv no kontrolieri tīkla saskarnes, ievade / izvade, sakaru iekārtas un programmatūra. SCADA sistēmas tiek izmantotas, lai uzraudzītu un kontrolētu iekārtas rūpnieciskajā procesā, kas ietver ražošanu, ražošanu, attīstību un ražošanu. Infrastruktūras procesi ietver gāzes un naftas sadali, elektroenerģiju, ūdens sadali. Komunālajos pakalpojumos ietilpst autobusu satiksmes sistēma, lidosta. SCADA sistēma nolasa skaitītājus un regulāri pārbauda sensoru stāvokli, lai tam būtu nepieciešami minimāli cilvēku iejaukšanās.

Vispārējais SCADA tīkls

SCADA vēsture

Iepriekš rūpniecisko iekārtu un grīdas ražošanu var kontrolēt manuāli, izmantojot analogo aprīkojumu un spiedpogas. Tā kā nozares lielums palielinās, viņi izmantoja taimerus un relejus, lai nodrošinātu uzraudzības kontroli līdz fiksētam līmenim minimālai automatizācijai. Tātad visām nozarēm bija nepieciešama pilnībā automatizēta un efektīvāka sistēma.

Mēs zinām, ka rūpnieciskās kontroles vajadzībām datori tika ieviesti 1950. gadā. Pēc tam telemetrijas koncepcija tika ieviesta datu pārraidei, kā arī virtuālai komunikācija . 1970. gadā SCADA sistēma tika izstrādāta kopā ar mikroprocesoriem, kā arī PLC.

Tāpēc šiem jēdzieniem tika pilnībā palīdzēts, attīstot automatizāciju, kas nozarēs darbojas attālināti. Izplatītās SCADA sistēmas tika ieviestas 2000. gadā. Pēc tam tika izstrādātas jaunas SCADA sistēmas, lai uzraudzītu un kontrolētu reāllaika datus jebkurā pasaules malā.

SCADA sistēmas arhitektūra

Parasti SCADA sistēma ir centralizēta sistēma, kas uzrauga un kontrolē visu teritoriju. Tā ir tīra programmatūras pakete, kas novietota aparatūras augšpusē. Uzraudzības sistēma apkopo datus par procesu un nosūta komandu kontroli uz procesu. SCADA ir attāla termināla vienība, kas ir pazīstama arī kā RTU.

Lielāko daļu vadības darbību automātiski veic RTU vai PLC. RTU sastāv no programmējama loģiskā pārveidotāja, kuru var iestatīt pēc īpašām prasībām. Piemēram, termoelektrostacijā ūdens plūsmu var iestatīt uz noteiktu vērtību vai arī to var mainīt atbilstoši prasībām.

SCADA sistēma ļauj operatoriem mainīt plūsmas iestatīto punktu un iespējot trauksmes apstākļus plūsmas zuduma un augstas temperatūras gadījumā, un stāvoklis tiek parādīts un reģistrēts. SCADA sistēma uzrauga cikla kopējo veiktspēju. SCADA sistēma ir centralizēta sistēma saziņai ar Clint ierīcēm gan ar vadu, gan bezvadu tehnoloģiju. SCADA sistēmas vadība var vadīt pilnīgi visu veidu rūpnieciskos procesus.

Piemēram, ja gāzes vadā rodas pārāk liels spiediens, SCADA sistēma var automātiski atvērt atbrīvošanas vārstu.

Aparatūras arhitektūra

Parasti SCADA sistēmu var iedalīt divās daļās:

• Klienta slānis
• Datu servera slānis

Klinta slānis nodrošina cilvēka un mašīnas mijiedarbību.

Datu servera slānis apstrādā lielāko daļu datu darbību procesa.

SCADA stacija attiecas uz serveriem, un tā sastāv no viena datora. Datu serveri sazinās ar lauka ierīcēm, izmantojot procesu kontrolierus, piemēram, PLC vai RTU. PLC ir savienoti ar datu serveriem tieši vai caur tīkliem vai kopnēm. SCADA sistēma izmanto WAN un LAN tīklus, WAN un LAN sastāv no interneta protokoliem, ko izmanto saziņai starp galveno staciju un ierīcēm.

Fiziskais aprīkojums, piemēram, sensori, kas savienoti ar PLC vai RTU. RTU pārveido sensora signālus par digitāliem datiem un nosūta digitālos datus galvenajam. Saskaņā ar galveno atgriezenisko saiti, ko saņēmusi RTU, tā pielieto elektrisko signālu relejiem. Lielāko daļu uzraudzības un kontroles darbību veic RTU vai PLC, kā redzam attēlā.

SCADA sistēmas aparatūras arhitektūra

Programmatūras arhitektūra

Lielākā daļa serveru tiek izmantoti daudzuzdevumu veikšanai un reāllaika datu bāzei. Serveri ir atbildīgi par datu vākšanu un apstrādi. SCADA sistēma sastāv no programmatūras, kas nodrošina tendences, diagnostikas datus un tādas informācijas pārvaldību kā plānotās apkopes procedūras, loģistikas informācija, detalizētas shēmas konkrētam sensoram vai mašīnai un ekspertu sistēmas traucējummeklēšanas rokasgrāmatas. Tas nozīmē, ka operators var redzēt kontrolējamās iekārtas shematisku attēlojumu.

SCADA programmatūras arhitektūra

Piemēri ir trauksmes pārbaude, aprēķini, reģistrēšana un vēlēšanu kontrolierīču arhivēšana parametru kopumā, kas parasti ir savienoti ar serveri.

SCADA sistēma darbojas

SCADA sistēma veic šādas funkcijas

• Datu iegūšana
• Datu komunikācija
• Informācija / datu prezentācija
• Uzraudzība / kontrole

Šīs funkcijas veic sensori, RTU, kontrolieri, sakaru tīkls. Sensori tiek izmantoti, lai savāktu svarīgu informāciju, un RTU tiek izmantoti, lai nosūtītu šo informāciju kontrolierim un parādītu sistēmas statusu. Saskaņā ar sistēmas statusu lietotājs var dot komandu citiem sistēmas komponentiem. Šo darbību veic sakaru tīkls.

Datu iegūšana

Reālā laika sistēma sastāv no tūkstošiem komponentu un sensoru. Ir ļoti svarīgi zināt noteiktu komponentu un sensoru stāvokli. Piemēram, daži sensori mēra ūdens plūsmu no rezervuāra uz ūdens tvertni, un daži sensori mēra spiediena vērtību, kad ūdens tiek atbrīvots no rezervuāra.

Datu komunikācija

Saziņai starp lietotājiem un ierīcēm SCADA sistēma izmanto vadu tīklu. Reāllaika lietojumprogrammās tiek izmantoti daudz sensoru un komponentu, kurus vajadzētu kontrolēt attālināti. SCADA sistēma izmanto interneta sakarus. Visa informācija tiek nosūtīta caur internetu, izmantojot īpašus protokolus. Sensori un releji nespēj sazināties ar tīkla protokoliem, tāpēc RTU izmanto sensoru un tīkla saskarņu saziņai.

Informācija / datu prezentācija

Parastajiem ķēžu tīkliem ir daži indikatori, kurus var redzēt kontrolei, bet reālā laika SCADA sistēmā ir tūkstošiem sensoru un trauksmes signālu, kurus nav iespējams apstrādāt vienlaicīgi. SCADA sistēma izmanto cilvēka un mašīnas saskarne (HMI) lai sniegtu visu no dažādiem sensoriem savākto informāciju .

Uzraudzība / kontrole

SCADA sistēma katras ierīces darbināšanai izmanto dažādus slēdžus un parāda vadības zonas statusu. Jebkuru procesa daļu var ieslēgt / izslēgt no vadības stacijas, izmantojot šos slēdžus. SCADA sistēma tiek ieviesta, lai darbotos automātiski bez cilvēka iejaukšanās, bet kritiskās situācijās to pārvalda darbaspēks.

SCADA komponenti

SCADA sistēmas komponenti ietver sekojošo.

Uzraudzības sistēma

Uzraudzības sistēma darbojas kā sakaru serveris starp cilvēka un mašīnas saskarnes programmatūru darbstaciju vadības telpā, kā arī tās aparāti, piemēram, RTU, sensori, PLC utt. Mazākās SCADA sistēmās ir vienkārši viens personālais dators, kas kalpo kā meistars citādi uzraudzības sistēma, turpretī lielajās SCADA sistēmās ietilpst daudzi serveri, traģēdiju atkopšanas vietnes, kā arī izplatītas lietojumprogrammas. Serveri ir savienoti kā karstā gaidīšanas režīma veidošana, citādi dubultā lieka, lai nepārtraukti uzraudzītu servera kļūmi.

RTU (attālās termināļu vienības)

RTU vai attālā termināļa vienība ir elektroniska ierīce, un to sauc arī par tālvadības telemetrijas vienībām. Šī sistēma ietver fiziskus objektus, kas ir saskarnē, izmantojot RTU.

Šo ierīču vadību var veikt, izmantojot mikroprocesorus. Šeit mikroprocesori tiek izmantoti RTU kontrolei, kurus izmanto, lai ierakstītos datus pārsūtītu uz uzraudzības sistēmu. Datus var saņemt no galvenās sistēmas, lai kontrolētu pievienotos objektus.

PLC (programmējamie loģiskie kontrolieri)

Termins PLC apzīmē programmējamos loģiskos kontrolierus, kurus SCADA sistēmās izmanto ar sensoru palīdzību. Šie kontrolieri ir savienoti ar sensoriem, lai sensora izejas signālu pārveidotu ciparu datos. Salīdzinot ar RTU, tos izmanto elastības, konfigurācijas, daudzpusības un pieejamības dēļ.

Sakaru infrastruktūra

SCADA sistēmā tiek izmantots radio un tiešo vadu savienojums. Bet SONET vai SDH var izmantot arī tādām izcilām sistēmām kā elektrostacijas un dzelzceļi. Starp kompaktajiem SCADA protokoliem tiek izmantoti daži standartizēti 7 atzīti protokoli, lai sniegtu informāciju vienkārši pēc tam, kad RTU ir aptaujāti, izmantojot uzraudzības staciju.

SCADA programmēšana

HMI citādi galvenajā stacijā SCADA programmēšanu galvenokārt izmanto, lai izveidotu kartes, diagrammas, lai sniegtu ļoti svarīgu informāciju visā progresijā, citādi, ja notiek notikuma kļūme. Lielākā daļa komerciālo SCADA sistēmu izmanto konsekventas saskarnes C programmēšanas valodā, pretējā gadījumā var izmantot arī atvasinātu programmēšanas valodu.

Cilvēka un mašīnas saskarne

SCADA sistēma izmanto cilvēka un mašīnas saskarni. Informācija tiek parādīta un uzraudzīta, lai to varētu apstrādāt cilvēks. HMI nodrošina piekļuvi vairākām vadības ierīcēm, kas var būt PLC un RTU. HMI nodrošina sistēmas grafisko attēlojumu.

Piemēram, tas nodrošina tvertnei pievienota sūkņa grafisko attēlu. Lietotājs var redzēt ūdens plūsmu un ūdens spiedienu. Svarīga HMI daļa ir trauksmes sistēma, kas tiek aktivizēta atbilstoši iepriekš definētajām vērtībām.

Cilvēka un mašīnas saskarne

Piemēram , tvertnes ūdens līmeņa trauksme ir iestatīta par 60% un 70%. Ja ūdens līmenis pārsniedz 60%, trauksme dod normālu brīdinājumu un, ja ūdens līmenis pārsniedz 70%, trauksme dod kritisku brīdinājumu.

SCADA sistēmas veidi

SCADA sistēmas tiek klasificētas četros veidos, kas ietver sekojošo.

• Monolītās SCADA sistēmas
• Izplatītās SCADA sistēmas
• Tīkla SCADA sistēmas
• IoT SCADA sistēmas

Monolītās SCADA sistēmas

Monolītās SCADA sistēmas sauc par agrīnām vai pirmās paaudzes sistēmām. Šāda veida sistēmās tiek izmantoti minidatori. Šīs sistēmas var izstrādāt, ja nav pieejami kopēji tīkla pakalpojumi. Šo sistēmu projektēšanu var veikt tāpat kā neatkarīgas sistēmas bez jebkādas saistības ar citām sistēmām.

Datus var apkopot no visiem RTU, izmantojot rezerves lieldatoru. Šo pirmās paaudzes sistēmu galvenās funkcijas aprobežojas ar procesu atzīmēšanu krīzes gadījumos un sensoru uzraudzību.

Izplatītās SCADA sistēmas

Sadalītās SCADA sistēmas sauc par otrās paaudzes sistēmām. Vadības funkciju sadalījumu var veikt daudzās sistēmās, izveidojot savienojumu ar lokālo tīklu. Kontroles darbības var veikt, koplietojot reāllaika datus un komandu apstrādi.

Šāda veida sistēmās katras stacijas izmērs un izmaksas tiek samazinātas, taču nebija konsekventu tīkla protokolu. Tā kā protokoli bija patentēti, mazāk cilvēku saprot SCADA sistēmas drošību, kamēr instalēšana un šis faktors tika lielā mērā ignorēts.

Tīkla SCADA sistēmas

Tīkla SCADA sistēmas ir pazīstamas arī kā trešās paaudzes sistēmas. Pašreizējo SCADA sistēmu tīklošanu un saziņu var veikt, izmantojot WAN sistēmu, izmantojot datu līnijas vai tālruņus. Datu pārraidi starp diviem mezgliem var veikt, izmantojot Ethernet vai optisko šķiedru savienojumus.

Šāda veida SCADA sistēma izmanto PLC pielāgot un uzraudzīt karodziņa darbību tikai tad, kad ir nepieciešama galvenā izvēle.

IoT SCADA sistēmas

IoT SCADA sistēmas ir ceturtās paaudzes sistēmas. Šajās sistēmās sistēmas infrastruktūras izmaksas tiek samazinātas, izmantojot IoT mākoņdatošana . Šo sistēmu uzturēšana, kā arī integrēšana ir vienkārša, salīdzinot ar citām.

Reāllaikā par šo sistēmu stāvokli var ziņot, izmantojot mākoņdatošanu. Tādēļ var tikt ieviesti tādi algoritmi kā sarežģīta kontrole, ko bieži izmanto parastajos PLC.

SCADA drošība

Pašlaik SCADA tīkli tiek plaši izmantoti pašreizējās nozarēs, lai pārbaudītu un pārbaudītu reāllaika datus, rūpnieciskos procesus var kontrolēt, sazināties ar ierīcēm. Tātad SCADA sistēmas ir būtiskas rūpniecības organizācijām, jo ​​šīs sistēmas ietver aparatūru un programmatūru. Tātad SCADA drošība ir būtiska arī nozarēs.

Termins SCADA drošība tiek izmantots, lai aizsargātu SCADA tīklus, kas izgatavoti ar datoru aparatūru. SCADA tīkli, kurus izmanto dažas sistēmas, ir elektrība , dabasgāze utt. Privātās un valdības organizācijas ir veikušas pasākumus šajos tīklos, ņemot vērā vērtīgo lomu, lai pārliecinātos par SCADA sistēmu drošību.

SCADA Security piemēri

Draudi, kas rodas SCADA sistēmās, ir šādi.

• Hakeri
• Teroristi
• Ļaunprātīga programmatūra
• Kļūda iekšpusē

SCADA drošības vājums galvenokārt rodas šādu iemeslu dēļ.

• Slikta apmācība
• Programmas nepilnību izstrāde
• Uzraudzības jautājumi
• Mazāk apkopes

SCADA sistēmu var aizsargāt, kartējot visas esošās sistēmas, uzraugot un atklājot institūtu, kā arī izveidojot tīkla drošības procesus.

Atšķirība starp PLC un SCADA

Atšķirība starp PLC un SCADA ietver sekojošo.

SCDA attālajai rūpnieciskajai rūpnīcai

Lielajos rūpniecības uzņēmumos daudzi procesi notiek vienlaikus, un katrs no tiem ir jāuzrauga, kas ir sarežģīts uzdevums. SCADA sistēmas tiek izmantotas, lai uzraudzītu un kontrolētu iekārtas rūpnieciskajos procesos, kas ietver ūdens sadali, eļļas sadali un enerģijas sadali. Šī projekta galvenais mērķis ir reāllaika datu apstrāde un liela mēroga attālās rūpnieciskās vides kontrolēšana. Reālā laika scenārijā tiek izmantota temperatūras reģistrēšanas sistēma attālinātai iekārtas darbībai.

Temperatūras kontroles rūpnīcas bloka diagramma

Temperatūras sensori ir savienoti ar mikrokontrolleru, kas priekšpusē ir savienots ar datoru, un datorā tiek ielādēta programmatūra. Dati tiek apkopoti no temperatūras sensoriem. Temperatūras sensori nepārtraukti raida signālu uz mikrokontrolleru, kas attiecīgi parāda šīs vērtības uz tā priekšējā paneļa.

Datora ekrānā var iestatīt tādus parametrus kā zemākā un augstākā robeža. Kad sensora temperatūra pārsniedz iestatīto punktu, mikrokontrolleris nosūta komandu attiecīgajam relejam. Caur releja kontaktiem savienotie sildītāji tiek izslēgti un ieslēgti.

Šī ir temperatūras reģistrēšanas sistēma. Šeit 8 temperatūras sensori multipleksēšanas režīmā ir savienoti ar mikrokontrolleru, izmantojot ADC 0808. Tad visu sensoru vērtības mikrokontrolleris caur Max 32 sērijveidā nosūta uz datora kom portu. Datorā ielādēta programmatūra “DAQ System” ņem šīs vērtības un parāda tās priekšējā panelī, kā arī reģistrē datu bāzē “daq.mdb”.

Interaktīvā veidā var iestatīt dažus parametrus, piemēram, iestatīto punktu, zemāko un augstāko robežu datora ekrānā. Kad kāda sensora temperatūra paaugstinās virs iestatītās vērtības, mikrokontrolleris nosūta komandas releja draivera IC. Caur releja kontaktiem savienotie sildītāji ir izslēgti (vai ieslēgti pretējā gadījumā). Augsts un zems ierobežojums ir paredzēts trauksmei. Kad temperatūra pārsniegs augstāko vai zemāko robežu, tiks ieslēgta trauksme.

SCADA attālajai rūpnieciskajai rūpnīcai

Priekšrocības

SCADA sistēmas priekšrocības ietver šādas.

• Pakalpojuma kvalitāti var uzlabot
• Uzticamību var uzlabot
• Uzturēšanas izmaksas ir mazākas
• Darbību var samazināt
• Var kontrolēt lielus sistēmas parametrus
• Darbaspēku var samazināt
• Remonta laiku var samazināt
• Kļūdu noteikšana un bojājumu lokalizācija
• Tajā tiek glabāts liels datu apjoms
• Saskaņā ar lietotāja prasībām tas parāda datus dažādos formātos.
• Tūkstošiem sensoru var savienot ar SCADA, lai kontrolētu un uzraudzītu
• Reālas datu simulācijas var iegūt operatori
• Sniedz ātru atbildi
• Tas ir elastīgs, kā arī mērogojams, vienlaikus pievienojot papildu resursus.
• SCADA sistēma nodrošina borta mehānisko un grafisko informāciju
• SCADA sistēma ir viegli paplašināma. Mēs varam pievienot vadības bloku un sensoru komplektu atbilstoši prasībām.
• SCADA sistēma spēj darboties kritiskās situācijās.

Trūkumi

SCADA sistēmas trūkumi ietver šādus.

• Atkarīgo moduļu un aparatūras vienību ziņā tas ir sarežģīts.
• Tā uzturēšanai nepieciešami analītiķi, programmētāji un kvalificēti operatori
• Augstas uzstādīšanas izmaksas
• Bezdarba līmeni var palielināt
• Šī sistēma atbalsta aparatūras ierīces un ierobežotas programmatūras programmatūru

Pieteikumi

SCADA sistēmas lietojumprogrammas ietver sekojošo.

• Jaudas radīšana un sadale
• Sabiedriskais transports
• Ūdens un notekūdeņu sistēma
• Ražošana
• Nozares un ēkas
• Sakaru tīkli
• Naftas un gāzes rūpniecība
• Elektroenerģijas ražošana, pārraide un sadale
• Ūdens sadales un rezervuāru sistēma
• Sabiedriskās ēkas, piemēram, elektriskā apkures un dzesēšanas sistēma.
• Ģeneratori un turbīnas
• Luksofora vadības sistēma

Tādējādi tas ir viss pārskats par SCADA sistēmu (Uzraudzības kontrole un datu iegūšana). Šo sistēmu kontrolē dators, ko izmanto, lai kontrolētu, kā arī uzraudzītu dažādus procesus augos. Šī sistēma uzraudzības sistēmām izmanto GUI (grafisko lietotāja saskarni), datu sakarus un paplašinātu pārvaldību. Šeit ir jautājums jums, kas ir PLC?

Fotoattēlu kredīts:

• Vispārējais SCADA tīkls mikpanelis