Mi az a SCADA rendszer: Építészet és működése

Nagyszámú folyamat fordul elő nagy ipari létesítményekben. Minden folyamat, amelyet figyelnie kell, nagyon összetett, mivel minden gép más és más kimenetet ad. A SCADA rendszer a távoli területeken található érzékelőkből és műszerekből gyűjtött adatokat. Ezután a számítógép feldolgozza ezeket az adatokat, és azonnal bemutatja. Az SCADA rendszer összegyűjti az információkat (például szivárgás történt egy csővezetéken), és továbbítja az információkat a rendszerbe, miközben figyelmeztetéseket küld a szivárgás előfordulásáról, és az információkat logikus és szervezett módon jeleníti meg. Az SCADA rendszer korábban DOS és UNIX operációs rendszereken futott. Ez az egész folyamat néven ismert automatizálás . Ez a cikk a SCADA rendszer áttekintését tárgyalja.

Mi az a SCADA rendszer?

A SCADA a felügyeleti ellenőrzést és az adatgyűjtést jelenti. Ez egyfajta szoftveralkalmazás a folyamatszabályozáshoz. A SCADA egy központi vezérlőrendszer, amely a következőkből áll: vezérlők hálózati interfészek, bemenet / kimenet, kommunikációs berendezések és szoftverek. A SCADA rendszereket a berendezések nyomon követésére és vezérlésére használják az ipari folyamatban, amely magában foglalja a gyártást, a gyártást, a fejlesztést és a gyártást. Az infrastrukturális folyamatok magukban foglalják a gáz- és olajelosztást, az elektromos áramot, a vízelosztást. A közművek közé tartozik a buszforgalmi rendszer, a repülőtér. A SCADA rendszer veszi a mérők leolvasását és rendszeres időközönként ellenőrzi az érzékelők állapotát, hogy minimális emberi beavatkozást igényeljen.

Általános SCADA hálózat

A SCADA története

Korábban az ipari üzemek és a padlók gyártása manuálisan is elvégezhető analóg berendezések és nyomógombok segítségével. Mivel az ipar mérete növekszik, időzítőket és reléket alkalmaztak, hogy a minimális automatizálás érdekében fix szintű felügyeletet biztosítsanak. Tehát egy teljesen automatizált és hatékonyabb rendszerre volt szükség minden iparág számára.

Tudjuk, hogy ipari ellenőrzés céljából a számítógépeket 1950-ben vezették be. Ezt követően a telemetria koncepcióját megvalósították az adatátvitelhez, valamint a virtuális kommunikáció . 1970-ben kifejlesztették az SCADA rendszert a mikroprocesszorokkal és a PLC-vel együtt.

Tehát ezeknek a koncepcióknak teljes mértékben segítséget nyújtottak, miközben fejlesztették az automatizálást, amelyet távoli iparban működtetnek. Az elosztott SCADA rendszereket 2000-ben vezették be. Ezt követően új SCADA rendszereket fejlesztettek ki a valós idejű adatok megfigyelésére és vezérlésére a világ bármely pontján.

SCADA rendszerarchitektúra

Általában a SCADA rendszer egy központosított rendszer, amely az egész területet figyeli és ellenőrzi. Ez egy tiszta szoftvercsomag, amely a hardver tetején helyezkedik el. A felügyeleti rendszer összegyűjti az adatokat a folyamatról, és elküldi a parancsok vezérlését a folyamatnak. Az SCADA egy távoli terminálegység, amely RTU néven is ismert.

A legtöbb vezérlési műveletet automatikusan RTU-k vagy PLC-k hajtják végre. Az RTU-k egy programozható logikai átalakítóból állnak, amely meghatározott követelményeknek megfelelően beállítható. Például a hőerőműben a vízáramlás meghatározott értékre állítható, vagy a követelménynek megfelelően megváltoztatható.

Az SCADA rendszer lehetővé teszi az operátorok számára, hogy megváltoztassák az áramlás alapértékét, és engedélyezzék a riasztási feltételeket áramlás elvesztése és magas hőmérséklet esetén, és az állapot megjelenik és rögzítésre kerül. Az SCADA rendszer figyeli a hurok teljes teljesítményét. Az SCADA rendszer egy központosított rendszer, amely vezetékes és vezeték nélküli technológiával egyaránt kommunikál a Clint eszközökkel. A SCADA rendszervezérlők teljesen minden ipari folyamatot lefuttathatnak.

Például, ha túl nagy nyomás keletkezik egy gázvezetékben, a SCADA rendszer automatikusan kinyitja a kioldó szelepet.

Hardver architektúra

Az általában SCADA rendszer két részre osztható:

• Kliens réteg
• Adatszerver réteg

A Clint-réteg kielégíti az ember-gép interakciót.

Az adatkiszolgáló réteg kezeli az adatkezelési folyamatok nagy részét.

Az SCADA állomás a szerverekre utal, és egyetlen PC-ből áll. Az adatszerverek folyamatvezérlőkön keresztül, például PLC-k vagy RTU-k segítségével kommunikálnak a terepen lévő eszközökkel. A PLC-k közvetlenül, vagy hálózatokon vagy buszokon keresztül csatlakoznak az adatszerverekhez. Az SCADA rendszer WAN és LAN hálózatot használ, a WAN és LAN internet protokollokból áll, amelyeket a master állomás és az eszközök közötti kommunikációhoz használnak.

A fizikai berendezések, például a PLC-khez vagy RTU-khoz csatlakoztatott érzékelők. Az RTU-k átalakítják az érzékelő jeleit digitális adatokká, és digitális adatokat küldenek a masterhez. Az RTU által kapott master visszajelzés szerint az elektromos jelet a relékre alkalmazza. A monitorozási és vezérlési műveletek nagy részét RTU-k vagy PLC-k végzik, amint azt az ábrán láthatjuk.

SCADA rendszer hardver architektúra

Szoftverarchitektúra

A szerverek többségét multitaskinghoz és valós idejű adatbázisokhoz használják. A szerverek felelősek az adatgyűjtésért és -kezelésért. Az SCADA rendszer egy szoftver programból áll, amely trendeket, diagnosztikai adatokat és információkat, például ütemezett karbantartási eljárásokat, logisztikai információkat, egy adott érzékelő vagy gép részletes sémáit és szakértői rendszer hibaelhárítási útmutatóit szolgáltatja. Ez azt jelenti, hogy a kezelő láthatja a vezérelt berendezés sematikus ábráját.

A SCADA szoftverarchitektúrája

Ilyenek például a riasztásellenőrzés, számítások, naplózás és a lekérdezésvezérlők archiválása paraméterek halmazán, amelyek jellemzően a szerverhez vannak csatlakoztatva.

A SCADA rendszer működik

Az SCADA rendszer a következő funkciókat látja el

• Adatgyűjtések
• Adatkommunikáció
• Információ / Adatbemutatás
• Monitorozás / ellenőrzés

Ezeket a funkciókat érzékelők, RTU-k, vezérlők, kommunikációs hálózat látják el. Az érzékelőket a fontos információk összegyűjtésére használják, az RTU-kat pedig ezen információk elküldéséhez a vezérlőhöz és a rendszer állapotának megjelenítéséhez. A rendszer állapotának megfelelően a felhasználó megadhatja a parancsot a rendszer többi összetevőjének. Ezt a műveletet a kommunikációs hálózat végzi.

Adatgyűjtések

A valós idejű rendszer több ezer alkatrészből és érzékelőből áll. Nagyon fontos tudni az egyes alkatrészek és érzékelők állapotát. Például egyes érzékelők a tartálytól a víztartályig terjedő vízáramlást mérik, és egyes érzékelők mérik az értéknyomást, amikor a víz felszabadul a tartályból.

Adatkommunikáció

Az SCADA rendszer vezetékes hálózatot használ a felhasználók és az eszközök közötti kommunikációhoz. A valós idejű alkalmazások sok érzékelőt és alkatrészt használnak, amelyeket távolról kell vezérelni. A SCADA rendszer internetes kommunikációt használ. Minden információt speciális protokollok segítségével továbbítanak az interneten. Az érzékelők és a relék nem képesek kommunikálni a hálózati protokollokkal, ezért az RTU-k az érzékelők és a hálózati interfészek kommunikációjára használták.

Információ / Adatbemutatás

A normál áramköri hálózatokban vannak olyan indikátorok, amelyeket láthatóan lehet ellenőrizni, de a valós idejű SCADA rendszerben több ezer érzékelő és riasztó található, amelyeket lehetetlen egyszerre kezelni. A SCADA rendszer a ember-gép interfész (HMI) hogy a különféle érzékelőkből összegyűjtött összes információt megadják .

Monitorozás / ellenőrzés

Az SCADA rendszer különböző kapcsolókat használ az egyes készülékek működtetéséhez, és megjeleníti a vezérlő terület állapotát. Ezekkel a kapcsolókkal a folyamat bármely részét be lehet kapcsolni a vezérlőállomásról. A SCADA rendszert úgy hajtják végre, hogy az emberi beavatkozás nélkül, de kritikus helyzetekben automatikusan működjön, a munkaerő kezeli.

SCADA alkatrészek

Az SCADA rendszerelemek a következőket tartalmazzák.

Felügyeleti rendszer

A felügyeleti rendszer kommunikációs szerverként működik a munkaállomások vezérlőtermében lévő ember-gép interfész szoftverek között, valamint annak berendezései, például RTU-k, érzékelők, PLC-k stb. A kisebb SCADA rendszerek egyszerűen egyetlen személyi számítógépet tartalmaznak, mint egy mester a rendszer egyébként felügyelet alatt áll, míg a nagy SCADA rendszerek számos kiszolgálót, a tragédia helyreállításának helyszíneit, valamint az elosztott szoftveralkalmazásokat tartalmazzák. A szerverek úgy kapcsolódnak, mint a készenléti készenlét, különben kettős-redundánsak a szerverhibák folyamatos figyelemmel kísérése érdekében.

RTU-k (távoli terminálegységek)

Az RTU vagy távoli terminálegység elektronikus eszköz, és távoli telemetriai egységként is ismert. Ez a rendszer fizikai objektumokat tartalmaz, amelyek RTU-kon keresztül kapcsolódnak egymáshoz.

Ezen eszközök vezérlése mikroprocesszorokon keresztül történhet. Itt mikroprocesszorokat használnak az RTU vezérlésére, amelyek a rögzített adatok továbbítására szolgálnak a felügyeleti rendszer felé. Az adatok a csatlakoztatott objektumok vezérléséhez a master rendszertől fogadhatók.

PLC-k (programozható logikai vezérlők)

A PLC kifejezés programozható logikai vezérlőket jelent, amelyeket SCADA rendszerekben használnak érzékelők segítségével. Ezek a vezérlők az érzékelőkhöz vannak csatlakoztatva, hogy az érzékelő kimeneti jelét digitális adatokká alakítsák. Az RTU-khoz képest ezeket rugalmasságuk, konfigurációjuk, sokoldalúságuk és megfizethetőségük miatt használják.

Kommunikációs infrastruktúra

A SCADA rendszerben a rádió és a közvetlen vezetékes kapcsolat keverékét használják. De a SONET vagy az SDH kiváló rendszerekhez is használható, például erőművekhez és vasutakhoz. Kevés szabványosított 7 elismert protokoll használatos a kompakt SCADA protokollok között, hogy információt szolgáltasson, miután az RTU-kat a felügyeleti állomáson lekérdezték.

SCADA programozás

A HMI egyébként főállomásánál a SCADA programozást elsősorban térképek, diagramok készítésére használják, amelyek nagyon fontos információkat szolgáltatnak az egész progresszió során, különben, ha eseményhiba történik. A legtöbb kereskedelmi SCADA rendszer konzisztens interfészeket használ a C programozási nyelvben, különben származtatott programozási nyelv is használható.

Emberi gép interfész

Az SCADA rendszer az ember-gép interfészt használja. Az információkat megjeleníti és ellenőrzi, hogy az ember feldolgozza őket. A HMI hozzáférést biztosít több vezérlőegységhez, amelyek lehetnek PLC-k és RTU-k. A HMI biztosítja a rendszer grafikus megjelenítését.

Például grafikus képet nyújt a tartályhoz csatlakoztatott szivattyúról. A felhasználó láthatja a víz áramlását és a víz nyomását. A HMI fontos része egy riasztórendszer, amely az előre meghatározott értékeknek megfelelően aktiválódik.

Emberi gép interfész

Például , a tartály vízszint riasztása 60% és 70% értékre van beállítva. Ha a vízszint eléri a 60% -ot, a riasztás normál figyelmeztetést ad, és ha a vízszint meghaladja a 70% -ot, a riasztás kritikus figyelmeztetést ad.

A SCADA rendszer típusai

A SCADA rendszereket négy típusba sorolják, amelyek a következőket tartalmazzák.

• Monolit SCADA rendszerek
• Elosztott SCADA rendszerek
• Hálózati SCADA rendszerek
• IoT SCADA Systems

Monolit SCADA rendszerek

A monolit SCADA rendszereket korai vagy első generációs rendszereknek nevezzük. Az ilyen típusú rendszerekben miniszámítógépeket használnak. Ezeket a rendszereket akkor lehet fejleszteni, ha a közös hálózati szolgáltatások nem állnak rendelkezésre. Ezeknek a rendszereknek a megtervezése úgy történhet, mint a független rendszerek, anélkül, hogy kapcsolatban lennének más rendszerekkel.

Az adatok minden RTU-ból összegyűjthetők egy tartalék nagygép segítségével. Ezeknek az első generációs rendszereknek a fő funkciói a válsághelyzetekben történő jelző folyamatokra és az érzékelők figyelésére korlátozódnak.

Elosztott SCADA rendszerek

Az elosztott SCADA rendszereket második generációs rendszereknek nevezzük. A vezérlési funkciók elosztása számos rendszerben elvégezhető a helyi hálózathoz való csatlakozással. A vezérlési műveletek valós idejű adat- és parancsfeldolgozással oszthatók meg.

Az ilyen típusú rendszerekben az egyes állomások mérete és költsége csökken, azonban nem voltak következetes hálózati protokollok. Mivel a protokollok saját tulajdonúak voltak, kevesebben értik a SCADA rendszer biztonságát, miközben a telepítést és ezt a tényezőt nagyrészt figyelmen kívül hagyták.

Hálózati SCADA rendszerek

A hálózatba kapcsolt SCADA rendszereket harmadik generációs rendszereknek is nevezik. A jelenlegi SCADA rendszerek hálózatba kapcsolása és kommunikációja a WAN rendszer használatával történhet adatvonalakon vagy telefonokon keresztül. Az adatátvitel két csomópont között Ethernet vagy Száloptikai kapcsolatok segítségével valósítható meg.

Ez a típusú SCADA rendszer használja PLC a megjelölési műveletek egyszerû beállítása és nyomon követése, amint szükség van a fõ döntésekre.

IoT SCADA Systems

Az IoT SCADA rendszerek negyedik generációs rendszerek. Ezekben a rendszerekben a rendszer infrastrukturális költségeit az IoT megvalósításával csökkentik felhő alapú számítástechnika . Ezeknek a rendszereknek a karbantartása és integrálása egyszerű, másokkal összehasonlítva.

Valós időben ezeknek a rendszereknek az állapotát felhőszámítással lehet jelenteni. Ezért olyan algoritmusok, mint bonyolult vezérlés valósíthatók meg, amelyeket gyakran használnak a szokásos PLC-ken.

SCADA Security

Jelenleg a jelenlegi iparágakban a SCADA hálózatokat széles körben használják a valós idejű adatok ellenőrzésére és vizsgálatára, az ipari folyamatok irányíthatók, kommunikálhatnak az eszközökkel. Tehát a SCADA rendszerek elengedhetetlenek az ipari szervezetek számára, mivel ezek a rendszerek hardvert és szoftvert tartalmaznak. Tehát az SCADA biztonság az iparágban is elengedhetetlen.

A SCADA biztonság kifejezést a számítógépes hardverrel gyártott SCADA hálózatok védelmére használják. Néhány rendszer által használt SCADA hálózatok elektromosság , földgáz, stb. A magán- és kormányzati szervezetek az SCADA-rendszerek biztonságának biztosításában betöltött értékes szerepük miatt megtették ezeket a hálózatokat.

Példák a SCADA Security-re

A SCADA rendszerekben előforduló fenyegetések a következők.

• Hackerek
• Terroristák
• Rosszindulatú
• Hiba belül

A SCADA biztonság gyengesége elsősorban a következő okok miatt következik be.

• Gyenge képzés
• Kiskapu fejlesztése App
• Megfigyelés közbeni kérdések
• Kevesebb karbantartás

Az SCADA rendszer megvédhető az összes jelenlegi rendszer feltérképezésével, az intézet megfigyelésével és felderítésével, valamint folyamatok létrehozásával a hálózat biztonsága érdekében.

Különbség a PLC és a SCADA között

A PLC és az SCADA közötti különbség a következőket tartalmazza.

SCDA a távoli ipari üzem számára

A nagy ipari létesítményekben sok folyamat egyszerre megy végbe, és mindegyiket ellenőrizni kell, ami összetett feladat. A SCADA rendszereket a berendezések nyomon követésére és vezérlésére használják az ipari folyamatokban, amelyek magukban foglalják a vízelosztást, az olajelosztást és az áramelosztást. A projekt fő célja a valós idejű adatok feldolgozása és a nagyméretű távoli ipari környezet ellenőrzése. A valós idejű forgatókönyv szerint hőmérséklet-naplózási rendszert vesznek igénybe egy távoli üzemi művelethez.

A hőmérséklet-szabályozó ipari üzem blokkvázlata

A hőmérséklet-érzékelők csatlakoznak a mikrovezérlőhöz, amely az elülső oldalon csatlakozik a PC-hez, és a szoftver betöltődik a számítógépre. Az adatokat a hőmérséklet-érzékelőkből gyűjtik össze. A hőmérséklet-érzékelők folyamatosan továbbítják a jelet a mikrovezérlőhöz, amely ennek megfelelően megjeleníti ezeket az értékeket az előlapján.

Be lehet állítani azokat a paramétereket, mint az alsó határ és a felső határ a számítógép képernyőjén. Amikor az érzékelő hőmérséklete meghaladja a beállított pontot, a mikrovezérlő parancsot küld a megfelelő relének. A relékontaktusokon keresztül csatlakoztatott fűtőberendezéseket ki- és bekapcsolják.

Ez egy hőmérséklet-naplózó rendszer. Itt 8 multiplexelő üzemmódú hőmérséklet-érzékelő csatlakozik a mikrovezérlőhöz az ADC 0808-on keresztül. Ezután az összes érzékelő értékét a mikrovezérlő sorosan elküldi a Max 32-en keresztül a PC com-portjába. A PC-re töltött szoftver „DAQ System” veszi ezeket az értékeket, és megjeleníti őket az előlapon, és naplózza őket a „daq.mdb” adatbázisba is.

Interaktív módon be lehet állítani néhány paramétert, például egy alapértéket, alsó határt és felső határt a számítógép képernyőjén. Amikor egyes érzékelők hőmérséklete meghaladja az alapjelet, a mikrovezérlő parancsokat küld a relé meghajtó IC-nek. A relés érintkezőkön keresztül csatlakoztatott fűtőtestek (az adott érzékelőre vonatkoznak) KI (vagy ellenkező esetben BE) vannak kapcsolva. A felső és az alacsony határértékek riasztásra szolgálnak. Amikor a hőmérséklet meghaladja a felső határt vagy az alsó határértéket, a riasztás bekapcsol.

SCADA a távoli ipari üzem számára

Előnyök

A SCADA rendszer előnyei a következők.

• A szolgáltatás minősége javítható
• A megbízhatóság javítható
• A karbantartási költség kevesebb
• A művelet csökkenthető
• A nagy rendszerparaméterek nyomon követhetők
• A munkaerő csökkenthető
• A javítási idő csökkenthető
• Hibák észlelése és a hibák lokalizálása
• Nagy mennyiségű adatot tárol
• A felhasználói követelményeknek megfelelően az adatokat különféle formátumokban jeleníti meg.
• Érzékelők ezrei kapcsolhatók össze az SCADA-val a vezérléshez és a monitorozáshoz
• Valódi adatszimulációkat kaphatnak az operátorok
• Gyors választ ad
• Rugalmas és méretezhető, miközben extra erőforrásokat ad hozzá.
• Az SCADA rendszer fedélzeti mechanikus és grafikus információkat szolgáltat
• A SCADA rendszer könnyen bővíthető. A követelményeknek megfelelően hozzáadhatunk egy vezérlőegységet és érzékelőt.
• Az SCADA rendszer képes működni kritikus helyzetekben.

Hátrányok

A SCADA rendszer hátrányai a következők.

• A függő modulok és hardveregységek szempontjából összetett.
• Elemzőkre, programozókra és képzett operátorokra van szüksége a fenntartásához
• Magas telepítési költség
• A munkanélküliségi ráta növelhető
• Ez a rendszer támogatja a hardvereszközöket és a korlátozott szoftvereket

Alkalmazások

A SCADA rendszer alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• A hatalom előállítása és elosztása
• Tömegközlekedés
• Víz- és szennyvízrendszer
• Gyártás
• Iparágak és épületek
• Kommunikációs hálózatok
• Olaj- és gázipar
• Áramtermelés, -átvitel és -elosztás
• Vízelosztó és tározó rendszer
• Középületek, például elektromos fűtési és hűtési rendszer.
• Generátorok és turbinák
• Forgalomfény-ellenőrző rendszer

Így erről van szó a SCADA rendszer áttekintése (Felügyeleti ellenőrzés és adatgyűjtés). Ezt a rendszert egy számítógép vezérli, amelyet a növényekben zajló különböző folyamatok ellenőrzésére és figyelemmel kísérésére használnak. Ez a rendszer GUI-t (grafikus felhasználói felület), adatkommunikációt és kiterjesztett felügyeletet használ a felügyeleti rendszerek számára. Itt egy kérdés, mi a PLC?

Photo Credit:

• Általános SCADA hálózat mikpanel