Mikä on SCADA-järjestelmä: arkkitehtuuri ja sen toiminta

Suurissa teollisuuslaitoksissa tapahtuu suuri määrä prosesseja. Jokainen tarkkailtava prosessi on hyvin monimutkainen, koska jokainen kone antaa erilaisen tuotoksen. SCADA-järjestelmää käytettiin tietojen keräämiseen antureista ja instrumenteista, jotka sijaitsevat syrjäisillä alueilla. Sitten tietokone käsittelee nämä tiedot ja esittää ne nopeasti. SCADA-järjestelmä kerää tiedot (kuten vuoto putkistossa) ja siirtää tiedot takaisin järjestelmään samalla, kun ilmoitetaan vuodon esiintymisestä ja näyttää tiedot loogisesti ja järjestäytyneesti. SCADA-järjestelmä toimi aiemmin DOS- ja UNIX-käyttöjärjestelmissä. Koko tämä prosessi tunnetaan nimellä automaatio . Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta SCADA-järjestelmästä.

Mikä on SCADA-järjestelmä?

SCADA tarkoittaa valvonnan valvontaa ja tiedonkeruuta. Se on eräänlainen ohjelmistosovellus prosessinohjaukseen. SCADA on keskusohjausjärjestelmä, joka koostuu ohjaimet verkkoliitännät, tulo / lähtö, tietoliikennelaitteet ja ohjelmistot. SCADA-järjestelmiä käytetään valvomaan ja hallitsemaan laitteita teollisessa prosessissa, joka sisältää valmistuksen, tuotannon, kehittämisen ja valmistuksen. Infrastruktuuriprosesseihin kuuluvat kaasun ja öljyn jakelu, sähkön ja veden jakelu. Julkisiin palveluihin kuuluvat bussiliikennejärjestelmä, lentokenttä. SCADA-järjestelmä lukee mittarit ja tarkistaa antureiden tilan säännöllisin väliajoin niin, että se vaatii ihmisen minimaalista häiriötä.

Yleinen SCADA-verkko

SCADA: n historia

Aikaisemmin teollisuuslaitosten ja lattianvalmistuksen hallinta voidaan tehdä manuaalisesti analogisten laitteiden ja painikkeiden avulla. Alan koon kasvaessa he käyttivät ajastimia ja releitä valvonnan ohjaamiseksi kiinteälle tasolle, jotta automaatio olisi mahdollisimman vähäistä. Joten täysin automatisoitu ja tehokkaampi järjestelmä oli tarpeen kaikilla toimialoilla.

Tiedämme, että teollisuuden valvontaa varten tietokoneet otettiin käyttöön vuonna 1950. Sen jälkeen telemetrian konsepti otettiin käyttöön sekä tiedonsiirtoa että virtuaalista viestintä . Vuonna 1970 SCADA-järjestelmä kehitettiin yhdessä mikroprosessorien ja PLC: n kanssa.

Joten näitä käsitteitä autettiin täysimääräisesti samalla kun kehitettiin automaatiota, jota käytetään toimialoilla etänä. Hajautetut SCADA-järjestelmät otettiin käyttöön vuonna 2000. Sen jälkeen kehitettiin uudet SCADA-järjestelmät reaaliaikaisen datan seuraamiseksi ja hallitsemiseksi missä tahansa päin maailmaa.

SCADA-järjestelmäarkkitehtuuri

Yleensä SCADA-järjestelmä on keskitetty järjestelmä, joka valvoo ja ohjaa koko aluetta. Se on puhdas ohjelmistopaketti, joka on sijoitettu laitteiston päälle. Valvontajärjestelmä kerää tietoja prosessista ja lähettää komentojen hallinnan prosessiin. SCADA on etäpääteyksikkö, joka tunnetaan myös nimellä RTU.

Suurin osa ohjaustoiminnoista suoritetaan automaattisesti RTU: n tai PLC: n toimesta. RTU: t koostuvat ohjelmoitavasta logiikkamuuntimesta, joka voidaan asettaa tiettyyn vaatimukseen. Esimerkiksi lämpövoimalassa vesivirta voidaan asettaa tiettyyn arvoon tai sitä voidaan muuttaa vaatimuksen mukaan.

SCADA-järjestelmän avulla käyttäjät voivat muuttaa virtauksen asetuspistettä ja ottaa käyttöön hälytysolosuhteet, jos virtaus menetetään ja korkea lämpötila, ja tila näytetään ja tallennetaan. SCADA-järjestelmä seuraa silmukan yleistä suorituskykyä. SCADA-järjestelmä on keskitetty järjestelmä, joka kommunikoi Clint-laitteiden kanssa sekä langallisen että langattoman tekniikan kanssa. SCADA-järjestelmän ohjaimet voivat suorittaa täysin kaikenlaisia ​​teollisia prosesseja.

Esimerkiksi, jos kaasuputkeen syntyy liikaa painetta, SCADA-järjestelmä voi automaattisesti avata vapautusventtiilin.

Laitteistoarkkitehtuuri

Yleensä SCADA-järjestelmä voidaan jakaa kahteen osaan:

• Asiakaskerros
• Datapalvelinkerros

Clint-kerros palvelee ihmisen ja koneen vuorovaikutusta.

Datapalvelinkerros hoitaa suurimman osan datatoimintojen prosessista.

SCADA-asema viittaa palvelimiin ja se koostuu yhdestä tietokoneesta. Datapalvelimet kommunikoivat kenttälaitteiden kanssa prosessoriohjainten, kuten PLC: n tai RTU: n, kautta. PLC: t on kytketty datapalvelimiin joko suoraan tai verkkojen tai väylien kautta. SCADA-järjestelmä käyttää WAN- ja LAN-verkkoja, WAN ja LAN koostuvat Internet-protokollista, joita käytetään master-aseman ja laitteiden väliseen viestintään.

Fyysiset laitteet, kuten anturit, jotka on kytketty PLC: iin tai RTU: iin. RTU: t muuntavat anturisignaalit digitaalisiksi tiedoiksi ja lähettävät digitaalisia tietoja isäntälaitteelle. RTU: n vastaanottaman master-palautteen mukaan se käyttää sähköistä signaalia releisiin. Suurin osa seuranta- ja ohjaustoiminnoista suoritetaan RTU: n tai PLC: n toimesta, kuten voimme nähdä kuvasta.

SCADA-järjestelmän laitteistoarkkitehtuuri

Ohjelmistoarkkitehtuuri

Suurinta osaa palvelimista käytetään monitoimityöhön ja reaaliaikaiseen tietokantaan. Palvelimet vastaavat tietojen keräämisestä ja käsittelystä. SCADA-järjestelmä koostuu ohjelmistosta, joka tarjoaa trendejä, diagnostiikkatietoja ja hallitsee tietoja, kuten aikataulutetut huoltotoimenpiteet, logistiset tiedot, yksityiskohtaiset kaaviot tietylle anturille tai koneelle sekä asiantuntijajärjestelmän vianmääritysoppaat. Tämä tarkoittaa, että käyttäjä voi nähdä kaavamaisen esityksen ohjattavasta laitoksesta.

SCADA: n ohjelmistoarkkitehtuuri

Esimerkkejä ovat hälytysten tarkistus, laskelmat, lokien kirjaaminen ja kyselyohjainten arkistointi joukolle parametreja, jotka ovat yleensä yhteydessä palvelimeen.

SCADA-järjestelmä toimii

SCADA-järjestelmä suorittaa seuraavat toiminnot

• Tietojen hankinta
• Tiedonsiirto
• Tiedot / tietojen esittely
• Seuranta / valvonta

Nämä toiminnot suorittavat anturit, RTU: t, ohjaimet, tietoliikenneverkko. Anturien avulla kerätään tärkeät tiedot ja RTU: illa lähetetään nämä tiedot ohjaimelle ja näytetään järjestelmän tila. Järjestelmän tilan mukaan käyttäjä voi antaa komennon muille järjestelmän komponenteille. Tämän operaation suorittaa viestintäverkko.

Tietojen hankinta

Reaaliaikainen järjestelmä koostuu tuhansista komponenteista ja antureista. On erittäin tärkeää tietää tiettyjen komponenttien ja antureiden tila. Esimerkiksi jotkut anturit mittaavat veden virtauksen säiliöstä vesisäiliöön ja jotkut anturit mittaavat arvopaineen, kun vettä vapautuu säiliöstä.

Tiedonsiirto

SCADA-järjestelmä käyttää kiinteää verkkoa käyttäjien ja laitteiden väliseen viestintään. Reaaliaikaiset sovellukset käyttävät paljon antureita ja komponentteja, joita tulisi ohjata etänä. SCADA-järjestelmä käyttää Internet-viestintää. Kaikki tiedot välitetään Internetin kautta käyttämällä erityisiä protokollia. Anturit ja releet eivät pysty kommunikoimaan verkkoprotokollien kanssa, joten RTU: t käytetään antureiden ja verkkoliitäntöjen kommunikointiin.

Tiedot / tietojen esittely

Normaaleissa piiriverkoissa on joitain indikaattoreita, jotka voivat olla hallittavissa, mutta reaaliaikaisessa SCADA-järjestelmässä on tuhansia antureita ja hälytyksiä, joita on mahdotonta käsitellä samanaikaisesti. SCADA-järjestelmä käyttää ihmisen ja koneen rajapinta (HMI) antamaan kaikki eri antureista kerätyt tiedot .

Seuranta / valvonta

SCADA-järjestelmä käyttää eri kytkimiä jokaisen laitteen käyttämiseen ja näyttää ohjausalueen tilan. Mikä tahansa prosessin osa voidaan kytkeä päälle / pois päältä ohjausasemalta näiden kytkimien avulla. SCADA-järjestelmä on toteutettu toimimaan automaattisesti ilman ihmisen puuttumista, mutta kriittisissä tilanteissa sen hoitaa työvoima.

SCADA-komponentit

SCADA-järjestelmän komponentit sisältävät seuraavat.

Valvontajärjestelmä

Valvontajärjestelmä toimii kuin viestintäpalvelin työasemien valvomossa olevan ihmisen ja koneen välisen liitäntäohjelmiston sekä sen laitteiden, kuten RTU: n, antureiden, PLC: n jne. Keskuudessa. Pienemmissä SCADA-järjestelmissä on yksinkertaisesti yksi henkilökohtainen tietokone, joka toimii päällikön tavoin. muuten valvontajärjestelmä, kun taas suuriin SCADA-järjestelmiin kuuluu lukuisia palvelimia, tragedian palauttamispaikkoja sekä hajautettuja ohjelmistosovelluksia. Palvelimet on kytketty kuten valmiustilan muodostaminen, muuten kaksois-redundantti palvelimen vian seuraamiseksi jatkuvasti.

RTU: t (etäpäätteet)

RTU tai etäpääteyksikkö on elektroninen laite, ja se tunnetaan myös etätelemetriana. Tämä järjestelmä sisältää fyysisiä objekteja, jotka on liitetty RTU: iden kautta.

Näiden laitteiden ohjaus voidaan suorittaa mikroprosessorien kautta. Tässä mikroprosessoreita käytetään ohjaamaan RTU: ita, joita käytetään tallennettujen tietojen lähettämiseen valvontajärjestelmään. Tiedot voidaan vastaanottaa pääjärjestelmältä yhdistettyjen objektien ohjaamiseksi.

PLC: t (ohjelmoitavat logiikkaohjaimet)

Termi PLC tarkoittaa ohjelmoitavia logiikkaohjaimia, joita käytetään SCADA-järjestelmissä antureiden avulla. Nämä ohjaimet on kytketty antureihin anturin lähtösignaalin muuntamiseksi digitaaliseksi dataksi. RTU-laitteisiin verrattuna niitä käytetään niiden joustavuuden, kokoonpanon, monipuolisuuden ja edullisuuden vuoksi.

Viestintäinfrastruktuuri

SCADA-järjestelmässä käytetään sekoitusta radio- ja suorajohdotettua yhteyttä. Mutta SONETia tai SDH: ta voidaan käyttää myös parempiin järjestelmiin, kuten voimalaitoksiin ja rautateihin. Muutamia standardoituja 7 tunnistettua protokollaa käytetään kompaktien SCADA-protokollien välillä tiedon toimittamiseksi yksinkertaisesti sen jälkeen, kun RTU: t on kysytty valvonta-aseman kautta.

SCADA-ohjelmointi

Muuten HMI-pääasemassa SCADA-ohjelmointia käytetään pääasiassa karttojen, kaavioiden tuottamiseen, jotta saadaan erittäin tärkeä tieto koko etenemisen ajan, muuten tapahtumavian tapahtuessa. Suurin osa kaupallisista SCADA-järjestelmistä käyttää johdonmukaisia ​​rajapintoja C-ohjelmointikielessä, muuten voidaan käyttää myös johdettua ohjelmointikieliä.

Ihmisen ja koneen välinen käyttöliittymä

SCADA-järjestelmä käyttää ihmisen ja koneen rajapintaa. Tiedot näytetään ja seurataan ihmisen käsittelemän. Käyttöliittymä tarjoaa pääsyn useisiin ohjausyksiköihin, jotka voivat olla PLC: itä ja RTU: ita. Käyttöliittymä tarjoaa järjestelmän graafisen esityksen.

Se tarjoaa esimerkiksi graafisen kuvan säiliöön liitetystä pumpusta. Käyttäjä voi nähdä veden virtauksen ja veden paineen. Tärkeä osa käyttöliittymää on hälytysjärjestelmä, joka aktivoidaan ennalta määritettyjen arvojen mukaan.

Ihmisen ja koneen välinen käyttöliittymä

Esimerkiksi , säiliön vesitason hälytys on asetettu 60% ja 70%. Jos vesitaso ylittää 60%, hälytys antaa normaalin varoituksen ja jos veden taso ylittää 70%, hälytys antaa kriittisen varoituksen.

SCADA-järjestelmän tyypit

SCADA-järjestelmät luokitellaan neljään tyyppiin, jotka sisältävät seuraavat.

• Monoliittiset SCADA-järjestelmät
• Hajautetut SCADA-järjestelmät
• Verkotetut SCADA-järjestelmät
• IoT SCADA -järjestelmät

Monoliittiset SCADA-järjestelmät

Monoliittisia SCADA-järjestelmiä kutsutaan varhaisiksi tai ensimmäisen sukupolven järjestelmiksi. Tämän tyyppisissä järjestelmissä käytetään minitietokoneita. Näitä järjestelmiä voidaan kehittää, kun yhteisiä verkkopalveluja ei ole saatavana. Näiden järjestelmien suunnittelu voidaan tehdä itsenäisten järjestelmien tapaan ilman suhdetta muihin järjestelmiin.

Tiedot voidaan kerätä kaikilta RTU: ilta varmuuskopiokoneella. Näiden ensimmäisen sukupolven järjestelmien päätoiminnot rajoittuvat kriisitapausten ilmoittamiseen ja antureiden seurantaan.

Hajautetut SCADA-järjestelmät

Hajautettuja SCADA-järjestelmiä kutsutaan toisen sukupolven järjestelmiksi. Ohjaustoimintojen jakaminen voidaan tehdä lukuisille järjestelmille yhdistämällä lähiverkkoon. Ohjausoperaatiot voidaan suorittaa jakamalla reaaliaikainen datan ja komentojen käsittely.

Tämän tyyppisissä järjestelmissä kunkin aseman koko ja kustannukset pienenevät, mutta johdonmukaisia ​​verkkoprotokollia ei ollut. Koska protokollat ​​olivat omistettuja, vähemmän ihmisiä ymmärtää SCADA-järjestelmän suojauksen, kun taas asennus ja tämä tekijä jätettiin huomiotta.

Verkotetut SCADA-järjestelmät

Verkostoituneet SCADA-järjestelmät tunnetaan myös kolmannen sukupolven järjestelminä. Nykyisten SCADA-järjestelmien verkottaminen ja kommunikointi voidaan tehdä WAN-järjestelmää käyttäen datalinjojen tai puhelimien kautta. Tiedonsiirto kahden solmun välillä voidaan tehdä Ethernet- tai valokuituyhteyksien avulla.

Tämän tyyppinen SCADA-järjestelmä käyttää PLC säätää ja seurata liputusoperaatioita vain, kun tärkeimmät valinnat ovat tarpeen.

IoT SCADA -järjestelmät

IoT SCADA -järjestelmät ovat neljännen sukupolven järjestelmiä. Näissä järjestelmissä järjestelmän infrastruktuurikustannuksia alennetaan toteuttamalla IoT kautta pilvilaskenta . Näiden järjestelmien ylläpito ja integrointi on helppoa muihin verrattuna.

Reaaliajassa näiden järjestelmien kunto voidaan ilmoittaa pilvipalvelujen avulla. Siksi voidaan toteuttaa algoritmeja, kuten monimutkainen ohjaus, joita käytetään usein tavallisissa PLC: ssä.

SCADA-turvallisuus

Tällä hetkellä SCADA-verkkoja käytetään laajasti nykyisillä teollisuudenaloilla reaaliaikaisen datan tarkistamiseen ja tutkimiseen, teollisia prosesseja voidaan hallita, kommunikoida laitteiden kanssa. Joten SCADA-järjestelmät ovat välttämättömiä teollisuusorganisaatioille, koska nämä järjestelmät sisältävät laitteita ja ohjelmistoja. Joten SCADA-turvallisuus on välttämätöntä myös teollisuudessa.

Termiä SCADA security käytetään tietokonelaitteistolla valmistettujen SCADA-verkkojen suojaamiseen. Joidenkin järjestelmien käyttämät SCADA-verkot ovat sähköä , maakaasu jne. Yksityiset ja julkiset organisaatiot ovat toteuttaneet näiden verkkojen toimenpiteet SCADA-järjestelmien turvallisuuden varmistamisen arvokkaan roolin takia.

Esimerkkejä SCADA-suojauksesta

SCADA-järjestelmissä esiintyviin uhkiin kuuluvat seuraavat.

• Hakkerit
• Terroristit
• Haittaohjelma
• Virhe sisällä

SCADA-tietoturvan heikkous johtuu pääasiassa seuraavista syistä.

• Huono koulutus
• Porausreikien kehitys sovelluksessa
• Seurannan ongelmat
• Vähemmän huoltoa

SCADA-järjestelmää voidaan suojata kartoittamalla kaikki nykyiset järjestelmät, seuraamalla ja havaitsemalla instituuttia ja luomalla prosesseja verkon turvallisuuden varmistamiseksi.

Ero PLC: n ja SCADA: n välillä

PLC: n ja SCADA: n välinen ero sisältää seuraavat.

SCDA etäteollisuudelle

Suurissa teollisuuslaitoksissa monet prosessit tapahtuvat samanaikaisesti ja kutakin on seurattava, mikä on monimutkainen tehtävä. SCADA-järjestelmiä käytetään valvomaan ja hallitsemaan laitteita teollisissa prosesseissa, joihin kuuluvat veden jakelu, öljynjakelu ja sähkönjakelu. Tämän projektin päätavoitteena on käsitellä reaaliaikaista dataa ja hallita laajamittaista etäteollisuutta. Reaaliaikaisessa skenaariossa otetaan lämpötilan kirjausjärjestelmä laitoksen etäkäyttöä varten.

Lohkokaavio lämpötilan säätöteollisuudesta

Lämpötila-anturit on kytketty mikrokontrolleriin, joka on liitetty tietokoneeseen etupäässä, ja tietokoneeseen on ladattu ohjelmisto. Tiedot kerätään lämpötila-antureista. Lämpötila-anturit lähettävät jatkuvasti signaalia mikro-ohjaimelle, joka näyttää vastaavasti nämä arvot etupaneelissaan.

Voidaan asettaa parametrit, kuten matala ja korkea raja tietokoneen näytöllä. Kun anturin lämpötila nousee asetetun arvon yläpuolelle, mikrokontrolleri lähettää komennon vastaavalle releelle. Releen koskettimien kautta kytketyt lämmittimet kytketään pois päältä ja päälle.

Tämä on lämpötilan kirjausjärjestelmä. Täällä 8 multipleksointimoodissa olevaa lämpötila-anturia on kytketty mikro-ohjaimeen ADC 0808: n kautta. Sitten mikro-ohjain lähettää kaikkien antureiden arvot sarjaan Max 32: n kautta PC: n porttiin. Tietokoneelle ladattu ohjelmisto “DAQ System” ottaa nämä arvot ja näyttää ne etupaneelissaan ja kirjaa ne myös daq.mdb-tietokantaan.

Vuorovaikutteisella tavalla voidaan asettaa joitain parametreja, kuten asetuspiste, alaraja ja yläraja tietokoneen näytöllä. Kun joidenkin anturien lämpötila nousee ohjearvon yläpuolelle, mikro-ohjain lähettää komennot releohjaimen IC: lle. Releen koskettimien kautta kytketyt lämmittimet kytketään pois päältä (tai päälle päinvastaisessa tapauksessa). Ylä- ja alarajat koskevat hälytystä. Kun lämpötila ylittää ylärajan tai alarajan, hälytys kytketään päälle.

SCADA etäteollisuudelle

Edut

SCADA-järjestelmän etuja ovat seuraavat.

• Palvelun laatua voidaan parantaa
• Luotettavuutta voidaan parantaa
• Ylläpitokustannukset ovat pienemmät
• Toimintaa voidaan vähentää
• Suuria järjestelmän parametreja voidaan seurata
• Työvoimaa voidaan vähentää
• Korjausaikaa voidaan lyhentää
• Vian havaitseminen ja vianetsintä
• Se tallentaa suuren määrän tietoa
• Käyttäjän vaatimuksen mukaan se näyttää tiedot eri muodoissa.
• Tuhannet anturit voidaan liittää SCADA: han ohjausta ja valvontaa varten
• Operaattorit voivat saada todellisia datasimulaatioita
• Antaa nopean vastauksen
• Se on joustava ja skaalautuva lisäämällä samalla resursseja.
• SCADA-järjestelmä tarjoaa laivalla mekaanista ja graafista tietoa
• SCADA-järjestelmä on helposti laajennettavissa. Voimme lisätä joukon ohjausyksiköitä ja antureita tarpeen mukaan.
• SCADA-järjestelmä pystyy toimimaan kriittisissä tilanteissa.

Haitat

SCADA-järjestelmän haittoja ovat seuraavat.

• Se on monimutkainen riippuvien moduulien ja laitteisto-osien suhteen.
• Se tarvitsee analyytikkoja, ohjelmoijia ja ammattitaitoisia toimijoita ylläpitämiseksi
• Korkeat asennuskustannukset
• Työttömyysastetta voidaan nostaa
• Tämä järjestelmä tukee laitteita ja rajoitettuja ohjelmistoja

Sovellukset

SCADA-järjestelmän sovellukset sisältävät seuraavat.

• Sähkön tuottaminen ja jakaminen
• Julkinen liikenne
• Vesi- ja viemärijärjestelmä
• Valmistus
• Toimialat ja rakennukset
• Viestintäverkot
• Öljy- ja kaasuteollisuus
• Sähköntuotanto, siirto ja jakelu
• Vedenjakelu- ja säiliöjärjestelmä
• Julkiset rakennukset, kuten sähkölämmitys- ja jäähdytysjärjestelmä.
• Generaattorit ja turbiinit
• Liikennevalojen ohjausjärjestelmä

Näin ollen kyse on kaikesta yleiskatsaus SCADA-järjestelmästä (Valvonta ja tietojen hankinta). Tätä järjestelmää ohjataan tietokoneella, jota käytetään sekä eri prosessien ohjaamiseen että seurantaan kasveissa. Tämä järjestelmä käyttää graafisen käyttöliittymän graafista käyttöliittymää, tietoliikennettä ja laajennettua hallintaa valvontajärjestelmissä. Tässä on kysymys sinulle, mikä on PLC?

Valokuvahaku:

• Yleinen SCADA-verkko mycpanel