Mis on SCADA süsteem: arhitektuur ja selle töö

Suurtes tööstusettevõtetes toimub suur hulk protsesse. Iga protsess, mida peate jälgima, on väga keeruline, kuna iga masin annab erineva väljundi. SCADA süsteemi abil koguti andmeid kaugemates piirkondades asuvatest anduritest ja instrumentidest. Seejärel töötleb arvuti neid andmeid ja esitab need kohe. SCADA süsteem kogub teabe (näiteks tekkis leke torujuhtmel) ja edastab teabe süsteemile tagasi, andes samal ajal hoiatusi lekke tekkimise kohta ning kuvades teavet loogiliselt ja korrastatult. SCADA süsteem töötas varem DOS- ja UNIX-operatsioonisüsteemides. Kogu see protsess on tuntud kui automatiseerimine . Selles artiklis käsitletakse ülevaadet SCADA süsteemist.

Mis on SCADA süsteem?

SCADA tähistab järelevalve kontrolli ja andmete hankimist. See on tarkvara juhtimise tarkvara tüüp. SCADA on keskne juhtimissüsteem, mis koosneb kontrollerid võrguliidesed, sisend / väljund, sideseadmed ja tarkvara. SCADA süsteeme kasutatakse seadmete jälgimiseks ja juhtimiseks tööstusprotsessis, mis hõlmab tootmist, tootmist, arendamist ja tootmist. Infrastruktuuriprotsesside hulka kuuluvad gaasi ja nafta, elektrienergia, vee jaotamine. Kommunaalteenuste hulka kuuluvad bussiliiklussüsteem, lennujaam. SCADA süsteem võtab arvestite näitu ja kontrollib andurite olekut regulaarsete intervallidega, nii et see nõuab inimeste minimaalset sekkumist.

Üldine SCADA võrk

SCADA ajalugu

Varem saab tööstusettevõtete juhtimist ja põrandate tootmist juhtida käsitsi analoogseadmete ja nuppude abil. Kuna tööstusharu suurus kasvab, kasutasid nad taimereid ja releesid, et tagada järelevalve kontroll fikseeritud tasemel minimaalse automatiseerimise jaoks. Seega oli kõigi tööstusharude jaoks vaja täielikult automatiseeritud ja tõhusamat süsteemi.

Me teame, et tööstuslikuks juhtimiseks kasutati arvuteid 1950. aastal. Pärast seda rakendati telemeetria kontseptsiooni nii andmete edastamiseks kui ka virtuaalseks suhtlemine . 1970. aastal töötati välja SCADA süsteem koos mikroprotsessorite ja PLC-ga.

Niisiis aidati neid kontseptsioone täielikult, arendades kaugtööstuses toimivat automaatikat. Hajutatud SCADA-süsteemid võeti kasutusele 2000. aastal. Pärast seda töötati välja uued SCADA-süsteemid reaalajas andmete jälgimiseks ja kontrollimiseks kõikjal maailmas.

SCADA süsteemi arhitektuur

Üldiselt on SCADA süsteem tsentraliseeritud süsteem, mis jälgib ja kontrollib kogu piirkonda. See on puhas tarkvarapakett, mis on paigutatud riistvara kohale. Järelevalvesüsteem kogub protsessi kohta andmeid ja saadab käskude juhtimise protsessi. SCADA on kaugterminaliüksus, mida tuntakse ka kui RTU.

Enamiku juhtimistoiminguid teostavad automaatselt RTU-d või PLC-d. RTU-d koosnevad programmeeritavast loogikamuundurist, mille saab seada konkreetsele nõudele. Näiteks saab soojuselektrijaamas veevoolu seada kindlale väärtusele või muuta seda vastavalt nõudele.

SCADA süsteem võimaldab operaatoritel muuta voolu seadepunkti ja lubada häireolukordi vooluhulga kadumise ja kõrge temperatuuri korral ning olek kuvatakse ja salvestatakse. SCADA süsteem jälgib tsükli üldist jõudlust. SCADA süsteem on tsentraliseeritud süsteem, mis võimaldab Clinti seadmetega suhelda nii traadiga kui ka traadita tehnoloogiaga. SCADA süsteemi juhtelemendid võivad käivitada täiesti igasuguseid tööstusprotsesse.

Näiteks kui gaasijuhtmes tekib liiga palju rõhku, võib SCADA süsteem automaatselt avada ventiili.

Riistvaraarhitektuur

Üldiselt võib SCADA süsteemi jagada kahte ossa:

• Kliendikiht
• Andmeserveri kiht

Clinti kiht näeb ette inimese ja masina vastastikuse mõju.

Andmeserveri kiht haldab enamikku andmetoimingute protsessist.

SCADA jaam viitab serveritele ja see koosneb ühest arvutist. Andmeserverid suhtlevad valdkonna seadmetega protsessori kontrollerite kaudu, nagu PLC-d või RTU-d. PLC-d on ühendatud andmeserveritega kas otse või võrkude või siinide kaudu. SCADA süsteem kasutab WAN- ja LAN-võrke, WAN ja LAN koosnevad Interneti-protokollidest, mida kasutatakse peajaama ja seadmete vaheliseks suhtlemiseks.

Füüsiline varustus, näiteks andurid, mis on ühendatud PLC-de või RTU-dega. RTU-d teisendavad andurisignaalid digitaalseks andmeiks ja saadavad digitaalsed andmed masterile. Vastavalt RTU-le saadud kapteni tagasisidele rakendab see elektrilist signaali releedele. Enamiku seire- ja juhtimistoimingutest teevad RTU-d või PLC-d, nagu näeme jooniselt.

SCADA süsteemi riistvaraarhitektuur

Tarkvaraarhitektuur

Enamikku servereid kasutatakse mitme ülesande ja reaalajas andmebaaside jaoks. Serverid vastutavad andmete kogumise ja töötlemise eest. SCADA süsteem koosneb tarkvaraprogrammist, mis pakub trende, diagnostilisi andmeid ja sellist teavet nagu plaanipärased hooldustoimingud, logistiline teave, konkreetse anduri või masina üksikasjalikud skeemid ning ekspertide süsteemi tõrkeotsingu juhendid. See tähendab, et operaator näeb skemaatiliselt juhitavat seadet.

SCADA tarkvaraarhitektuur

Näideteks on häirekontroll, arvutused, logimine ja küsitluskontrollerite parameetrite kogumi arhiveerimine. Need on tavaliselt ühendatud serveriga.

SCADA süsteem töötab

SCADA süsteem täidab järgmisi funktsioone

• Andmete hankimine
• Andmeside
• Teave / andmete esitamine
• Järelevalve / kontroll

Neid funktsioone täidavad andurid, RTU-d, kontrollerid, sidevõrk. Andureid kasutatakse olulise teabe kogumiseks ja RTU-sid kasutatakse selle teabe edastamiseks kontrollerile ja süsteemi oleku kuvamiseks. Vastavalt süsteemi olekule saab kasutaja anda käsu teistele süsteemi komponentidele. Selle toimingu teeb sidevõrk.

Andmete hankimine

Reaalajasüsteem koosneb tuhandetest komponentidest ja anduritest. On väga oluline teada konkreetsete komponentide ja andurite olekut. Näiteks mõõdavad mõned andurid veevoolu reservuaarist veepaaki ja mõned andurid mõõdavad rõhku, kui vesi reservuaarist vabaneb.

Andmeside

SCADA süsteem kasutab kasutajate ja seadmete vahel suhtlemiseks traadiga võrku. Reaalajas rakendused kasutavad palju andureid ja komponente, mida tuleks kaugjuhtida. SCADA süsteem kasutab Interneti-sidet. Kogu teave edastatakse Interneti kaudu spetsiaalsete protokollide abil. Andurid ja releed ei suuda võrguprotokollidega suhelda, nii et RTU-d kasutasid andurite ja võrguliideste edastamiseks.

Teave / andmete esitamine

Tavalistes vooluvõrkudes on mõned indikaatorid, mida saab juhtida, kuid reaalajas SCADA-süsteemis on tuhandeid andureid ja alarme, mida on võimatu samaaegselt käsitseda. SCADA süsteem kasutab inimese ja masina liides (HMI) kogu andurite kogutud teabe edastamiseks .

Järelevalve / kontroll

SCADA süsteem kasutab iga seadme kasutamiseks erinevaid lüliteid ja kuvab juhtimisala oleku. Nende lülitite abil saab juhtimisjaamast protsessi sisse või välja lülitada mis tahes osa. SCADA süsteem on rakendatud töötama automaatselt ilma inimese sekkumiseta, kuid kriitilistes olukordades tegeleb sellega tööjõud.

SCADA komponendid

SCADA süsteemi komponendid sisaldavad järgmist.

Järelevalvesüsteem

Järelevalvesüsteem töötab nagu sideserver inimese ja masina vahelise liidesetarkvara hulgas tööjaamade juhtruumis ning selle aparaadid nagu RTU-d, andurid, PLC-d jne. süsteem on muidu järelevalve all, samas kui suured SCADA süsteemid hõlmavad arvukalt servereid, tragöödia taastamise saite ja hajutatud tarkvararakendusi. Serverid on ühendatud nagu ooterežiimis, mis on muidu topelt-üleliigne, et jälgida serveri riket pidevalt.

RTU-d (kaugterminaliüksused)

RTU ehk kaugterminaliüksus on elektrooniline seade ja seda nimetatakse ka kaugtelemeetriaüksusteks. See süsteem sisaldab füüsilisi objekte, mis on liidetud RTU-de kaudu.

Neid seadmeid saab juhtida mikroprotsessorite kaudu. Siin kasutatakse mikroprotsessoreid RTU juhtimiseks, mida kasutatakse salvestatud andmete edastamiseks järelevalvesüsteemi poole. Andmeid saab põhisüsteemist vastu võtta ühendatud objektide juhtimiseks.

PLC-d (programmeeritavad loogikakontrollerid)

Termin PLC tähistab programmeeritavaid loogikakontrollereid, mida kasutatakse SCADA süsteemides andurite abil. Need kontrollerid on ühendatud anduritega, et muuta anduri väljundsignaal digitaalseks. Võrreldes RTU-dega kasutatakse neid paindlikkuse, konfiguratsiooni, mitmekülgsuse ja taskukohasuse tõttu.

Sideinfrastruktuur

SCADA süsteemis kasutatakse raadio ja otsese juhtmega ühenduse segu. Kuid SONET või SDH saab kasutada ka kõrgemate süsteemide jaoks, näiteks elektrijaamade ja raudteede jaoks. Kompaktsete SCADA-protokollide vahel kasutatakse vähe standardiseeritud 7 tunnustatud protokolli teabe edastamiseks lihtsalt pärast seda, kui RTU-d on järelevalvejaama kaudu küsitletud.

SCADA programmeerimine

HMI-s, muidu peajaamas, kasutatakse SCADA programmeerimist peamiselt kaartide, diagrammide valmistamiseks, et anda kogu progresseerumise ajal väga olulist teavet, muidu juhul, kui juhtub tõrge. Enamik kaubanduslikke SCADA süsteeme kasutab C-programmeerimiskeeles ühtlaseid liideseid, vastasel juhul võib kasutada ka tuletatud programmeerimiskeelt.

Inimese-masina liides

SCADA süsteem kasutab inimese ja masina liidest. Teavet kuvatakse ja jälgitakse, et inimene seda töötleks. HMI võimaldab juurdepääsu mitmele juhtplokile, mis võivad olla PLC-d ja RTU-d. HMI pakub süsteemi graafilist esitlust.

Näiteks annab see paagiga ühendatud pumba graafilise pildi. Kasutaja saab näha vee voolu ja vee rõhku. HMI oluline osa on alarmsüsteem, mis aktiveeritakse vastavalt eelnevalt määratletud väärtustele.

Inimese-masina liides

Näiteks , paagi veetaseme alarmi väärtuseks on seatud 60% ja 70%. Kui veetase jõuab üle 60%, annab häire normaalse hoiatuse ja kui veetase ületab 70%, annab häire kriitilise hoiatuse.

SCADA süsteemi tüübid

SCADA süsteemid on jaotatud nelja tüüpi, mis hõlmavad järgmist.

• Monoliitsed SCADA süsteemid
• Hajutatud SCADA süsteemid
• Võrku ühendatud SCADA süsteemid
• IoT SCADA süsteemid

Monoliitsed SCADA süsteemid

Monoliitseid SCADA süsteeme nimetatakse varajasteks või esimese põlvkonna süsteemideks. Seda tüüpi süsteemides kasutatakse miniarvuteid. Neid süsteeme saab arendada, kui ühised võrguteenused pole saadaval. Nende süsteemide projekteerimist saab teha nagu iseseisvaid süsteeme, ilma et see oleks seotud teiste süsteemidega.

Andmeid saab varundusseadmete abil koguda kõigilt RTU-delt. Nende esimese põlvkonna süsteemide põhifunktsioonid piirduvad kriisijuhtumite märgistamise protsessidega ja andurite jälgimisega.

Hajutatud SCADA süsteemid

Hajutatud SCADA süsteeme nimetatakse teise põlvkonna süsteemideks. Juhtimisfunktsioonide jaotust saab teha arvukates süsteemides, ühendades kohtvõrguga. Juhtimistoiminguid saab teha reaalajas andmete ja käskude töötlemise jagamise teel.

Seda tüüpi süsteemides vähendatakse iga jaama suurust ja maksumust, kuid puudusid järjepidevad võrguprotokollid. Kuna protokollid olid varalised, mõistavad SCADA süsteemi turvalisust vähem inimesi, samas kui installimist ja seda tegurit eirati suures osas.

Võrku ühendatud SCADA süsteemid

Võrku ühendatud SCADA-süsteeme nimetatakse ka kolmanda põlvkonna süsteemideks. Praeguste SCADA-süsteemide võrguühendust ja sidet saab teha WAN-süsteemi abil andmeliinide või telefonide kaudu. Andmeedastust kahe sõlme vahel saab teha Etherneti või kiudoptiliste ühenduste abil.

Seda tüüpi SCADA süsteem kasutab PLC kohandada ja jälgida liputoiminguid lihtsalt siis, kui on vaja peamisi valikuid.

IoT SCADA süsteemid

IoT SCADA süsteemid on neljanda põlvkonna süsteemid. Nendes süsteemides vähendatakse IoT rakendamise kaudu süsteemi infrastruktuurikulusid pilvandmetöötlus . Nende süsteemide hooldamine ja integreerimine on teistega võrreldes lihtne.

Reaalajas saab nende süsteemide seisundist teada anda pilvandmetöötluse kaudu. Seetõttu saab rakendada selliseid algoritme nagu keeruline kontroll, mida tavalistes PLC-des sageli kasutatakse.

SCADA turvalisus

Praegu kasutatakse SCADA võrke praegustes tööstusharudes laialdaselt reaalajas andmete kontrollimiseks ja uurimiseks, tööstusprotsesse saab juhtida, seadmetega suhelda. Seega on SCADA-süsteemid tööstusorganisatsioonide jaoks hädavajalikud, kuna need süsteemid sisaldavad riistvara ja tarkvara. Seega on SCADA turvalisus hädavajalik ka tööstusharudes.

Mõistet SCADA security kasutatakse arvutiriistvaraga valmistatud SCADA-võrkude kaitsmiseks. Mõnes süsteemis kasutatavad SCADA-võrgud on elekter , maagaas jne. Era- ja valitsusorganisatsioonid on võtnud nende võrkude abinõud, kuna neil on väärtuslik roll SCADA süsteemide turvalisuse tagamisel.

SCADA turvalisuse näited

SCADA süsteemides esinevad ohud hõlmavad järgmist.

• Häkkerid
• Terroristid
• Pahavara
• Viga sees

SCADA turvalisuse nõrkus ilmneb peamiselt järgmistel põhjustel.

• Kehv koolitus
• Aasade arendamine rakenduses
• Seire ajal tekkivad probleemid
• Vähem hooldust

SCADA süsteemi saab kaitsta kõigi olemasolevate süsteemide kaardistamise, instituudi jälgimise ja tuvastamise ning võrgu turvalisuse tagamiseks protsesside loomisega.

PLC ja SCADA erinevus

PLC ja SCADA vahe sisaldab järgmist.

SCDA kaugtööstusele

Suurtes tööstusettevõtetes toimuvad paljud protsessid üheaegselt ja igaüht tuleb jälgida, mis on keeruline ülesanne. SCADA süsteeme kasutatakse seadmete jälgimiseks ja juhtimiseks tööstusprotsessides, mis hõlmavad vee, õli ja elektri jaotust. Selle projekti peamine eesmärk on reaalajas töötlemine ja suuremahulise kaugtööstuskeskkonna juhtimine. Reaalajas stsenaariumi korral võetakse temperatuuri registreerimise süsteem kaugjaama tööks.

Temperatuurikontrolli tööstusettevõtte plokkskeem

Temperatuuriandurid on ühendatud mikrokontrolleriga, mis on esiotsa ühendatud arvutiga, ja arvutisse laaditakse tarkvara. Andmed kogutakse temperatuurianduritelt. Temperatuuriandurid saadavad pidevalt signaali mikrokontrollerile, mis vastavalt kuvab need väärtused oma esipaneelil.

Arvutiekraanil saab määrata sellised parameetrid nagu madalam ja kõrgeim. Kui anduri temperatuur tõuseb üle seatud punkti, saadab mikrokontroller käsu vastavale releele. Relee kontaktide kaudu ühendatud kütteseadmed lülitatakse välja ja sisse.

See on temperatuuri registreerimise süsteem. Siin on 8 multipleksimisrežiimis temperatuuriandurit ühendatud mikrokontrolleriga ADC 0808 kaudu. Seejärel saadab mikrokontroller kõigi andurite väärtused järjestikku läbi Max 32 arvuti arvuti porti. Arvutisse laaditud tarkvara „DAQ System” võtab need väärtused ja näitab neid esipaneelil ning logib need ka andmebaasi „daq.mdb”.

Interaktiivse viisi abil saab arvutiekraanil seada mõned parameetrid, nagu määratud punkt, madalam ja kõrgeim piir. Kui mõne anduri temperatuur tõuseb üle seadepunkti, saadab mikrokontroller käske relee draiveri IC-le. Releekontaktide kaudu ühendatud kütteseadmed on (selle anduri jaoks spetsiifilised) välja lülitatud (või vastupidisel juhul ON). Kõrge ja madal piir on mõeldud häireks. Kui temperatuur tõuseb üle kõrgeima piiri või madalama piiri, lülitatakse alarm sisse.

SCADA kaugtööstusele

Eelised

SCADA süsteemi eelised hõlmavad järgmist.

• Teenuse kvaliteeti saab parandada
• Töökindlust saab parandada
• Hoolduskulud on väiksemad
• Operatsiooni saab vähendada
• Suuri süsteemi parameetreid saab jälgida
• Tööjõudu saab vähendada
• Remondiaega saab vähendada
• Vigade tuvastamine ja rikete lokaliseerimine
• See salvestab suure hulga andmeid
• Kasutaja nõuete kohaselt kuvab see andmeid erinevates vormingutes.
• Tuhandeid andureid saab juhtimiseks ja jälgimiseks ühendada SCADA-ga
• Reaalseid andmete simulatsioone saavad operaatorid
• Annab kiire reageerimise
• See on nii paindlik kui ka skaleeritav, lisades samal ajal täiendavaid ressursse.
• SCADA süsteem annab pardal mehaanilist ja graafilist teavet
• SCADA süsteem on hõlpsasti laiendatav. Vastavalt nõudele saame lisada juhtseadmete ja andurite komplekti.
• SCADA süsteem on võimeline töötama kriitilistes olukordades.

Puudused

SCADA süsteemi puudused hõlmavad järgmist.

• See on sõltuvate moodulite ja riistvaraüksuste osas keeruline.
• Selle hooldamiseks on vaja analüütikuid, programmeerijaid ja kvalifitseeritud operaatoreid
• Kõrge paigalduskulu
• Töötuse määra saab tõsta
• See süsteem toetab riistvaraseadmeid ja piiratud tarkvara

Rakendused

SCADA süsteemi rakendused hõlmavad järgmist.

• Võimu genereerimine ja jaotamine
• Ühistransport
• Vee- ja kanalisatsioonisüsteem
• Tootmine
• Tööstused ja hooned
• Sidevõrgud
• Nafta- ja gaasitööstus
• Elektritootmine, ülekanne ja jaotamine
• Veejaotus ja veehoidla süsteem
• Avalikud hooned nagu elektriküte ja jahutussüsteem.
• Generaatorid ja turbiinid
• Fooride juhtimissüsteem

Seega on see kõik ülevaade SCADA süsteemist (Järelevalve kontroll ja andmete hankimine). Seda süsteemi juhib arvuti, mida kasutatakse nii taimede erinevate protsesside juhtimiseks kui ka jälgimiseks. See süsteem kasutab seiresüsteemide jaoks graafilist kasutajaliidest (GUI), andmesidet ja laiendatud haldust. Siin on teile küsimus, mis on PLC?

Foto krediit:

• Üldine SCADA võrk mükpanell