Kas yra SCADA sistema: architektūra ir jos veikimas

Daugybė procesų vyksta didelėse pramonės įmonėse. Kiekvienas procesas, kurį turite stebėti, yra labai sudėtingas, nes kiekviena mašina suteikia skirtingą išėjimą. SCADA sistema rinko duomenis iš jutiklių ir prietaisų, esančių atokiose vietovėse. Tada kompiuteris apdoroja šiuos duomenis ir nedelsdamas juos pateikia. SCADA sistema renka informaciją (pvz., Įvyko nuotėkis dujotiekyje) ir perduoda ją atgal į sistemą, kartu įspėdama, kad nutekėjo, ir informaciją pateikia logiškai ir organizuotai. SCADA sistema anksčiau veikė DOS ir UNIX operacinėse sistemose. Visas šis procesas yra žinomas kaip automatizavimas . Šiame straipsnyje aptariama SCADA sistemos apžvalga.

Kas yra SCADA sistema?

SCADA reiškia priežiūros kontrolę ir duomenų rinkimą. Tai yra programinės įrangos programų, skirtų procesams valdyti, tipas. SCADA yra centrinė valdymo sistema, kurią sudaro valdikliai tinklo sąsajos, įvestis / išvestis, ryšių įranga ir programinė įranga. SCADA sistemos naudojamos stebėti ir valdyti įrangą pramoniniame procese, kuris apima gamybą, gamybą, plėtrą ir gamybą. Infrastruktūros procesai apima dujų ir naftos, elektros energijos, vandens paskirstymą. Komunalinės paslaugos apima autobusų eismo sistemą, oro uostą. SCADA sistema ima skaitiklių rodmenis ir reguliariais intervalais tikrina jutiklių būseną taip, kad tam būtų reikalingi minimalūs žmonių trukdžiai.

Bendrasis SCADA tinklas

SCADA istorija

Anksčiau pramoninių gamyklų ir grindų gamybos valdymas gali būti atliekamas rankiniu būdu, naudojant analoginę įrangą ir mygtukus. Didėjant pramonės dydžiui, jie naudojo laikmačius ir reles, kad priežiūros kontrolė būtų fiksuota iki minimalaus automatizavimo. Taigi visoms pramonės šakoms buvo reikalinga visiškai automatizuota ir efektyvesnė sistema.

Mes žinome, kad pramoninės kontrolės tikslais kompiuteriai buvo įdiegti 1950 metais. Po to telemetrijos koncepcija buvo įgyvendinta duomenų perdavimui, taip pat virtualiam bendravimas . 1970 m. Kartu su mikroprocesoriais ir PLC buvo sukurta SCADA sistema.

Taigi šioms koncepcijoms buvo visapusiškai padėta kuriant automatiką, valdomą nuotoliniu būdu pramonėje. Paskirstytos SCADA sistemos buvo įdiegtos 2000 metais. Po to buvo sukurtos naujos SCADA sistemos, skirtos stebėti ir valdyti realaus laiko duomenis bet kurioje pasaulio vietoje.

SCADA sistemos architektūra

Paprastai SCADA sistema yra centralizuota sistema, kuri stebi ir kontroliuoja visą teritoriją. Tai grynas programinės įrangos paketas, išdėstytas ant aparatinės įrangos. Priežiūros sistema renka duomenis apie procesą ir komandų komandą siunčia procesui. SCADA yra nuotolinis terminalo blokas, kuris taip pat žinomas kaip RTU.

Daugumą valdymo veiksmų automatiškai atlieka RTU arba PLC. RTU sudaro programuojamas loginis keitiklis, kurį galima nustatyti pagal konkretų poreikį. Pavyzdžiui, šiluminėje elektrinėje vandens srautas gali būti nustatytas pagal tam tikrą vertę arba jis gali būti pakeistas pagal reikalavimą.

SCADA sistema leidžia operatoriams pakeisti nustatytą srauto tašką ir įjungti pavojaus sąlygas praradus srautą ir aukštą temperatūrą, o būklė rodoma ir įrašoma. SCADA sistema stebi bendrą ciklo veikimą. SCADA sistema yra centralizuota sistema, skirta „Clint“ įrenginiams bendrauti tiek laidine, tiek belaidžio ryšio technologijomis. SCADA sistemos valdikliai gali vykdyti visiškai visus pramoninius procesus.

Pavyzdžiui, jei dujotiekyje susidaro per didelis slėgis, SCADA sistema gali automatiškai atidaryti išleidimo vožtuvą.

Aparatūros architektūra

Paprastai SCADA sistemą galima suskirstyti į dvi dalis:

• Kliento sluoksnis
• Duomenų serverio sluoksnis

Clinto sluoksnis numato žmogaus ir mašinos sąveiką.

Duomenų serverio sluoksnis vykdo didžiąją dalį duomenų veiklos proceso.

SCADA stotis nurodo serverius ir ją sudaro vienas kompiuteris. Duomenų serveriai bendrauja su lauko įrenginiais per procesorių valdiklius, pvz., PLC ar RTU. PLC yra prijungti prie duomenų serverių tiesiogiai arba tinklais ar magistralėmis. SCADA sistema naudoja WAN ir LAN tinklus, WAN ir LAN sudaro interneto protokolai, naudojami ryšiui tarp pagrindinės stoties ir įrenginių.

Fizinė įranga, pavyzdžiui, jutikliai, prijungti prie PLC ar RTU. RTU konvertuoja jutiklio signalus į skaitmeninius duomenis ir siunčia skaitmeninius duomenis pagrindiniam kompiuteriui. Pagal RTU gautą pagrindinį grįžtamąjį ryšį, jis taiko elektrinį signalą relėms. Daugumą stebėjimo ir valdymo operacijų atlieka RTU arba PLC, kaip matome paveiksle.

SCADA sistemos aparatūros architektūra

Programinės įrangos architektūra

Dauguma serverių naudojami daugiafunkcinėms užduotims ir duomenų bazėms realiuoju laiku. Serveriai yra atsakingi už duomenų rinkimą ir tvarkymą. SCADA sistemą sudaro programinė įranga, skirta teikti tendencijas, diagnostinius duomenis ir valdyti informaciją, pvz., Planuojamos techninės priežiūros procedūras, logistinę informaciją, išsamią konkretaus jutiklio ar mašinos schemą ir ekspertų sistemos trikčių šalinimo vadovus. Tai reiškia, kad operatorius gali matyti valdomos įmonės scheminį vaizdą.

SCADA programinės įrangos architektūra

Pavyzdžiai: aliarmo tikrinimas, skaičiavimai, registravimas ir rinkimų valdiklių, susijusių su parametrais, archyvavimas, paprastai jie yra prijungti prie serverio.

Veikia SCADA sistema

SCADA sistema atlieka šias funkcijas

• Duomenų gavimas
• Duomenų perdavimas
• Informacija / duomenų pateikimas
• Stebėjimas / kontrolė

Šias funkcijas atlieka jutikliai, RTU, valdikliai, ryšių tinklas. Jutikliai naudojami svarbiai informacijai rinkti, o RTU - informacijai siųsti valdikliui ir rodyti sistemos būseną. Pagal sistemos būseną vartotojas gali duoti komandą kitiems sistemos komponentams. Šią operaciją atlieka ryšio tinklas.

Duomenų gavimas

Realaus laiko sistemą sudaro tūkstančiai komponentų ir jutiklių. Labai svarbu žinoti tam tikrų komponentų ir jutiklių būseną. Pavyzdžiui, kai kurie jutikliai matuoja vandens srautą iš rezervuaro į vandens rezervuarą, o kai kurie jutikliai matuoja slėgio vertę, kai vanduo išsiskiria iš rezervuaro.

Duomenų perdavimas

SCADA sistema naudoja laidinį tinklą, kad galėtų bendrauti tarp vartotojų ir įrenginių. Realaus laiko programose naudojama daug jutiklių ir komponentų, kuriuos reikėtų valdyti nuotoliniu būdu. SCADA sistema naudoja interneto ryšį. Visa informacija perduodama internetu naudojant specialius protokolus. Jutikliai ir relės negali bendrauti su tinklo protokolais, todėl RTU naudojami jutikliams ir tinklo sąsajoms perduoti.

Informacija / duomenų pateikimas

Įprastiniuose grandinių tinkluose yra keletas indikatorių, kuriuos galima matyti valdant, tačiau realiu laiku veikiančioje SCADA sistemoje yra tūkstančiai jutiklių ir signalizacijos, kurių neįmanoma valdyti vienu metu. SCADA sistema naudoja žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI) pateikti visą informaciją, surinktą iš įvairių jutiklių .

Stebėjimas / kontrolė

SCADA sistema naudoja skirtingus jungiklius kiekvienam įrenginiui valdyti ir rodo valdymo srities būseną. Bet kurią proceso dalį galima įjungti / išjungti iš valdymo pulto naudojant šiuos jungiklius. SCADA sistema įdiegta taip, kad veiktų automatiškai be žmogaus įsikišimo, tačiau kritinėse situacijose ją sprendžia darbo jėga.

SCADA komponentai

SCADA sistemos komponentai apima šiuos dalykus.

Priežiūros sistema

Priežiūros sistema veikia kaip ryšio serveris tarp žmogaus ir mašinos sąsajos programinės įrangos darbo vietų valdymo kambaryje, taip pat jos aparatų, tokių kaip RTU, jutikliai, PLC ir kt. Mažesnės SCADA sistemos apima tiesiog vieną asmeninį kompiuterį, kuris tarnauja kaip meistras. sistema yra kitaip prižiūrima, o didelėse SCADA sistemose yra daugybė serverių, tragedijų atkūrimo svetainių ir paskirstytos programinės įrangos programos. Serveriai yra prijungti kaip karšto budėjimo formavimas, kitaip dvigubai nereikalingi, kad būtų galima nuolat stebėti serverio gedimą.

RTU (nuotoliniai terminalų blokai)

RTU arba nuotolinis terminalo įrenginys yra elektroninis prietaisas, jis taip pat žinomas kaip nuotolinės telemetrijos įrenginys. Ši sistema apima fizinius objektus, kurie yra susieti per RTU.

Šiuos prietaisus galima valdyti per mikroprocesorius. Čia mikroprocesoriai naudojami valdyti RTU, kurie naudojami perduodant įrašytus duomenis priežiūros sistemai. Duomenis galima gauti iš pagrindinės sistemos, skirta valdyti prijungtus objektus.

PLC (programuojami loginiai valdikliai)

Terminas PLC reiškia programuojamus loginius valdiklius, kurie naudojami SCADA sistemose naudojant jutiklius. Šie valdikliai yra prijungti prie jutiklių, kad jutiklio išvesties signalą paverstų skaitmeniniais duomenimis. Palyginti su RTU, jie naudojami dėl jų lankstumo, konfigūracijos, universalumo ir prieinamumo.

Ryšių infrastruktūra

SCADA sistemoje naudojamas radijo ir tiesioginio laidinio ryšio derinys. Tačiau „SONET“ ar SDH taip pat gali būti naudojami aukštesnėms sistemoms, tokioms kaip elektrinės ir geležinkeliai. Nedaug standartizuotų 7 pripažintų protokolų yra naudojami tarp kompaktiškų SCADA protokolų, kad informacija būtų perduodama tik tada, kai RTU apklausiama per priežiūros stotį.

SCADA programavimas

Kitaip HMI pagrindinėje stotyje SCADA programavimas dažniausiai naudojamas žemėlapių, diagramų, pateikiančių labai svarbią informaciją per visą progresavimą, kitaip, įvykus įvykiui, gavimui. Daugumoje komercinių SCADA sistemų naudojamos nuoseklios sąsajos C programavimo kalboje, kitaip gali būti naudojama ir išvestinė programavimo kalba.

Žmogaus ir mašinos sąsaja

SCADA sistema naudoja žmogaus ir mašinos sąsają. Informacija rodoma ir stebima, kad ją galėtų apdoroti žmogus. HMI suteikia prieigą prie kelių valdymo blokų, kurie gali būti PLC ir RTU. HMI pateikia grafinį sistemos vaizdą.

Pavyzdžiui, pateikiamas prie bako prijungto siurblio grafinis vaizdas. Vartotojas gali pamatyti vandens srautą ir vandens slėgį. Svarbi HMI dalis yra aliarmo sistema, kuri įjungiama pagal iš anksto nustatytas vertes.

Žmogaus ir mašinos sąsaja

Pavyzdžiui , rezervuaro vandens lygio aliarmas nustatomas 60% ir 70% reikšmėmis. Jei vandens lygis viršija 60%, aliarmas įspėja įprastai, o jei vandens lygis viršija 70%, aliarmas pateikia kritinį įspėjimą.

SCADA sistemos tipai

SCADA sistemos skirstomos į keturis tipus, kurie apima:

• Monolitinės SCADA sistemos
• Paskirstytos SCADA sistemos
• Tinklo SCADA sistemos
• IoT SCADA sistemos

Monolitinės SCADA sistemos

Monolitinės SCADA sistemos vadinamos ankstyvosiomis arba pirmosios kartos sistemomis. Tokio tipo sistemose naudojami minikompiuteriai. Šias sistemas galima kurti tada, kai nėra bendros tinklo paslaugos. Šios sistemos gali būti suprojektuotos kaip nepriklausomos sistemos, nesusijusios su kitomis sistemomis.

Duomenis galima surinkti iš visų RTU naudojant atsarginį pagrindinį kompiuterį. Pagrindinės šių pirmosios kartos sistemų funkcijos yra tik žymėjimo procesai krizės atvejais ir jutiklių stebėjimas.

Paskirstytos SCADA sistemos

Paskirstytos SCADA sistemos vadinamos antrosios kartos sistemomis. Valdymo funkcijas galima paskirstyti daugybei sistemų prisijungus prie vietinio tinklo. Valdymo operacijas galima atlikti dalijantis duomenų ir komandų apdorojimu realiu laiku.

Tokio tipo sistemose kiekvienos stoties dydis ir kaina yra mažesni, tačiau nebuvo nuoseklių tinklo protokolų. Kadangi protokolai buvo patentuoti, mažiau žmonių supranta SCADA sistemos saugumą, o diegimas ir šis veiksnys buvo labai ignoruojami.

Tinklo SCADA sistemos

Tinklo SCADA sistemos taip pat žinomos kaip trečiosios kartos sistemos. Dabartinių SCADA sistemų tinklą ir ryšį galima atlikti naudojant WAN sistemą per duomenų linijas ar telefonus. Duomenų perdavimas tarp dviejų mazgų gali būti atliekamas naudojant Ethernet arba šviesolaidines jungtis.

Šio tipo SCADA sistema naudoja PLC koreguoti ir stebėti žymėjimo operacijas tik tada, kai reikia pasirinkti pagrindinius dalykus.

IoT SCADA sistemos

„IoT SCADA“ sistemos yra ketvirtosios kartos sistemos. Šiose sistemose sistemos infrastruktūros sąnaudos sumažinamos įgyvendinant DI per debesų kompiuterija . Palyginti su kitomis, šias sistemas lengva prižiūrėti ir integruoti.

Realiuoju laiku apie šių sistemų būklę galima pranešti naudojantis debesų kompiuterija. Todėl galima įgyvendinti tokius algoritmus kaip sudėtingas valdymas, kurie dažnai naudojami įprastuose PLC.

SCADA apsauga

Šiuo metu SCADA tinklai yra plačiai naudojami dabartinėse pramonės šakose tikrinant ir tikrinant duomenis realiuoju laiku, pramoninius procesus galima valdyti, bendrauti su įrenginiais. Taigi SCADA sistemos yra būtinos pramonės organizacijoms, nes šiose sistemose yra aparatinė ir programinė įranga. Taigi, SCADA saugumas yra būtinas ir pramonės šakose.

SCADA saugumo terminas naudojamas apsaugoti SCADA tinklus, pagamintus kompiuterine aparatine įranga. Kai kurių sistemų naudojami SCADA tinklai yra elektros , gamtinės dujos ir kt. Privačios ir vyriausybinės organizacijos ėmėsi šių tinklų priemonių dėl svarbaus vaidmens užtikrinant SCADA sistemų saugumą.

SCADA saugumo pavyzdžiai

SCADA sistemose kylančios grėsmės yra šios.

• Piratai
• Teroristai
• Kenkėjiška programa
• Klaida viduje

SCADA saugumo silpnumas daugiausia atsiranda dėl šių priežasčių.

• Prastas mokymas
• Programos spragų kūrimas
• Stebėjimo klausimai
• Mažiau priežiūros

SCADA sistemą galima apsaugoti atvaizduojant visas esamas sistemas, stebint ir aptikus institutą bei sukuriant tinklo saugumo procesus.

PLC ir SCADA skirtumas

Skirtumas tarp PLC ir SCADA apima šiuos dalykus.

SCDA nuotolinei pramonės gamyklai

Didelėse pramonės įmonėse daugybė procesų vyksta vienu metu ir kiekvieną iš jų reikia stebėti, o tai yra sudėtinga užduotis. SCADA sistemos yra naudojamos stebėti ir valdyti įrangą pramoniniuose procesuose, įskaitant vandens paskirstymą, naftos paskirstymą ir energijos paskirstymą. Pagrindinis šio projekto tikslas yra apdoroti duomenis realiuoju laiku ir valdyti didelio masto nuotolinę pramoninę aplinką. Realaus laiko scenarijuje imamasi temperatūros registravimo sistemos nuotolinei gamyklos veiklai.

Temperatūros kontrolės pramoninės įmonės blokinė schema

Temperatūros jutikliai yra prijungti prie mikrovaldiklio, kuris priekiniame gale yra prijungtas prie kompiuterio, o į kompiuterį įkeliama programinė įranga. Duomenys renkami iš temperatūros jutiklių. Temperatūros jutikliai nuolat siunčia signalą mikrovaldikliui, kuris atitinkamai rodo šias vertes savo priekiniame skydelyje.

Kompiuterio ekrane galima nustatyti tokius parametrus kaip žemiausia ir aukščiausia. Kai jutiklio temperatūra viršija nustatytą tašką, mikrovaldiklis siunčia komandą į atitinkamą relę. Per relės kontaktus prijungti šildytuvai yra išjungiami ir įjungiami.

Tai yra temperatūros registravimo sistema. 8 multipleksavimo režimo temperatūros jutikliai per ADC 0808 prijungiami prie mikrovaldiklio. Tada mikrovaldiklis per „Max 32“ nuosekliai siunčia visų jutiklių reikšmes į kompiuterio prievadą. Į kompiuterį įkelta programinė įranga „DAQ System“ paima šias reikšmes ir parodo priekiniame skydelyje, taip pat užregistruoja jas duomenų bazėje „daq.mdb“.

Interaktyviu būdu galima nustatyti kai kuriuos parametrus, pvz., Nustatytą tašką, žemą ir aukštą ribas kompiuterio ekrane. Kai kurio jutiklio temperatūra pakyla virš nustatytos vertės, mikrovaldiklis siunčia komandas relės tvarkyklės IC. Šildytuvai, prijungti per relės kontaktus, (būdingi tam jutikliui) yra išjungti (arba įjungti priešingu atveju). Aukšta ir žema ribos yra skirtos signalizacijai. Kai temperatūra viršija aukščiausią arba žemesnę už žemiausią ribą, bus įjungtas aliarmas.

SCADA nuotolinei pramonės gamyklai

Privalumai

Tarp SCADA sistemos privalumų yra šie.

• Paslaugų kokybę galima pagerinti
• Patikimumą galima pagerinti
• Palaikymo išlaidos yra mažesnės
• Operaciją galima sumažinti
• Galima stebėti didelius sistemos parametrus
• Darbo jėgą galima sumažinti
• Remonto laikas gali būti sutrumpintas
• Gedimų nustatymas ir gedimų lokalizavimas
• Joje saugoma daug duomenų
• Pagal vartotojo reikalavimus, duomenys rodomi įvairiais formatais.
• Tūkstančiai jutiklių gali būti susieti su SCADA, kad būtų galima valdyti ir stebėti
• Realius duomenų modeliavimus gali gauti operatoriai
• Greitai reaguoja
• Jis yra lankstus ir keičiamas, tuo pačiu pridedant papildomų išteklių.
• SCADA sistema teikia mechaninę ir grafinę informaciją laive
• SCADA sistemą galima lengvai išplėsti. Pagal reikalavimą galime pridėti valdymo blokų ir jutiklių rinkinį.
• SCADA sistema gali veikti kritinėse situacijose.

Trūkumai

SCADA sistemos trūkumai yra šie.

• Tai sudėtinga atsižvelgiant į priklausomus modulius ir aparatūros vienetus.
• Tam reikia analitikų, programuotojų ir kvalifikuotų operatorių
• Didelės montavimo išlaidos
• Nedarbo lygis gali būti padidintas
• Ši sistema palaiko aparatūros įrenginius ir ribotą programinę įrangą

Programos

SCADA sistemos programos apima:

• Galios generavimas ir paskirstymas
• Viešasis transportas
• Vandens ir nuotekų sistema
• Gamyba
• Pramonės ir pastatai
• Ryšių tinklai
• Naftos ir dujų pramonė
• Elektros gamyba, perdavimas ir paskirstymas
• Vandens paskirstymo ir rezervuarų sistema
• Viešieji pastatai, pavyzdžiui, elektrinė šildymo ir aušinimo sistema.
• Generatoriai ir turbinos
• Šviesoforo valdymo sistema

Taigi, viskas apie tai SCADA sistemos apžvalga (Priežiūros kontrolė ir duomenų gavimas). Šią sistemą valdo kompiuteris, naudojamas valdyti ir stebėti įvairius procesus augaluose. Ši sistema stebėjimo sistemoms naudoja GUI (grafinę vartotojo sąsają), duomenų perdavimą ir išplėstinį valdymą. Štai jums klausimas, kas yra PLC?

Nuotraukų kreditas:

• Bendrasis SCADA tinklas mikpanelis