Co to jest system SCADA: architektura i jej działanie

W dużych zakładach przemysłowych zachodzi wiele procesów. Każdy proces, który musisz monitorować, jest bardzo złożony, ponieważ każda maszyna daje inny wynik. System SCADA używany do zbierania danych z czujników i instrumentów zlokalizowanych w odległych obszarach. Komputer następnie przetwarza te dane i niezwłocznie je przedstawia. System SCADA gromadzi informacje (np. Nastąpił wyciek w rurociągu) i przekazuje je z powrotem do systemu, jednocześnie wysyłając ostrzeżenia o wystąpieniu wycieku i wyświetla informacje w logiczny i zorganizowany sposób. System SCADA używany do pracy w systemach operacyjnych DOS i UNIX. Cały ten proces jest znany jako automatyzacja . W tym artykule omówiono przegląd systemu SCADA.

Co to jest system SCADA?

SCADA oznacza nadzór nad kontrolą i pozyskiwaniem danych. Jest to rodzaj oprogramowania do sterowania procesem. SCADA to centralny system sterowania, który składa się z kontrolerów interfejsy sieciowe, wejścia / wyjścia, sprzęt komunikacyjny i oprogramowanie. Systemy SCADA są używane do monitorowania i sterowania sprzętem w procesie przemysłowym, który obejmuje produkcję, produkcję, rozwój i produkcję. Procesy infrastrukturalne obejmują dystrybucję gazu i ropy, energię elektryczną, dystrybucję wody. Media publiczne obejmują system ruchu autobusowego, lotnisko. System SCADA odczytuje odczyty liczników i sprawdza stan czujników w regularnych odstępach czasu, tak aby wymagał minimalnej ingerencji człowieka.

Ogólna sieć SCADA

Historia SCADA

Wcześniej sterowanie zakładami przemysłowymi i halami produkcyjnymi można było wykonywać ręcznie za pomocą urządzeń analogowych i przycisków. Ponieważ branża rośnie, zastosowali zegary i przekaźniki, aby zapewnić kontrolę nadzorczą na stałym poziomie przy minimalnej automatyzacji. Tak więc w pełni zautomatyzowany z bardziej wydajnym systemem był niezbędny dla wszystkich branż.

Wiemy, że do celów sterowania przemysłowego komputery zostały wdrożone w 1950 roku. Następnie zaimplementowano koncepcję telemetrii do transmisji danych oraz wirtualnej Komunikacja . W 1970 roku opracowano system SCADA wraz z mikroprocesorami oraz sterownikiem PLC.

Tak więc te koncepcje były w pełni pomocne przy opracowywaniu automatyzacji obsługiwanej zdalnie w branżach. Rozproszone systemy SCADA zostały wdrożone w 2000 roku. Następnie opracowano nowe systemy SCADA do monitorowania i kontrolowania danych w czasie rzeczywistym w dowolnym miejscu na świecie.

Architektura systemu SCADA

Ogólnie system SCADA jest scentralizowanym systemem, który monitoruje i kontroluje cały obszar. Jest to czysty pakiet oprogramowania umieszczony na górze sprzętu. System nadrzędny gromadzi dane o procesie i wysyła polecenia sterujące do procesu. SCADA jest zdalnym terminalem, znanym również jako RTU.

Większość działań kontrolnych jest wykonywana automatycznie przez RTU lub PLC. RTU składa się z programowalnego konwertera logicznego, który można ustawić zgodnie z określonymi wymaganiami. Na przykład w elektrociepłowni przepływ wody można ustawić na określoną wartość lub można go zmienić zgodnie z wymaganiami.

System SCADA umożliwia operatorom zmianę wartości zadanej przepływu i włączenie warunków alarmowych w przypadku utraty przepływu i wysokiej temperatury, a stan jest wyświetlany i rejestrowany. System SCADA monitoruje ogólną wydajność pętli. System SCADA to scentralizowany system do komunikacji z urządzeniami Clinta zarówno za pomocą technologii przewodowej, jak i bezprzewodowej. Sterowniki systemu SCADA mogą obsługiwać wszystkie rodzaje procesów przemysłowych.

Na przykład, jeśli w rurociągu gazowym powstaje zbyt duże ciśnienie, system SCADA może automatycznie otworzyć zawór spustowy.

Architektura sprzętu

Ogólnie system SCADA można podzielić na dwie części:

• Warstwa klienta
• Warstwa serwera danych

Warstwa Clinta jest przeznaczona do interakcji człowiek-maszyna.

Warstwa serwera danych obsługuje większość procesów związanych z danymi.

Stacja SCADA odnosi się do serwerów i składa się z jednego komputera. Serwery danych komunikują się z urządzeniami w terenie za pośrednictwem sterowników procesów, takich jak PLC lub RTU. Sterowniki PLC są podłączone do serwerów danych bezpośrednio lub za pośrednictwem sieci lub magistrali. System SCADA wykorzystuje sieci WAN i LAN, WAN i LAN składają się z protokołów internetowych używanych do komunikacji między stacją master a urządzeniami.

Sprzęt fizyczny, taki jak czujniki podłączone do PLC lub RTU. RTU konwertuje sygnały czujnika na dane cyfrowe i wysyła dane cyfrowe do urządzenia nadrzędnego. Zgodnie z nadrzędnym sprzężeniem zwrotnym otrzymanym przez RTU, przekazuje sygnał elektryczny do przekaźników. Większość operacji monitorowania i sterowania jest wykonywana przez RTU lub PLC, jak widać na rysunku.

Architektura sprzętowa systemu SCADA

Architektura oprogramowania

Większość serwerów służy do wielozadaniowości i bazy danych czasu rzeczywistego. Serwery są odpowiedzialne za gromadzenie i przetwarzanie danych. System SCADA składa się z oprogramowania, które dostarcza trendów, danych diagnostycznych i zarządza informacjami, takimi jak zaplanowane procedury konserwacyjne, informacje logistyczne, szczegółowe schematy dla konkretnego czujnika lub maszyny oraz poradniki dotyczące rozwiązywania problemów z systemem eksperckim. Oznacza to, że operator może zobaczyć schematyczne przedstawienie sterowanej instalacji.

Architektura oprogramowania SCADA

Przykłady obejmują sprawdzanie alarmów, obliczenia, rejestrowanie i archiwizowanie sterowników odpytywania na zestawie parametrów, które są zwykle podłączone do serwera.

Działa system SCADA

System SCADA spełnia następujące funkcje

• Pozyskiwanie danych
• Transmisja danych
• Informacje / prezentacja danych
• Monitorowanie / kontrola

Funkcje te pełnią czujniki, RTU, sterowniki, sieć komunikacyjna. Czujniki służą do zbierania ważnych informacji, a RTU służą do wysyłania tych informacji do sterownika i wyświetlania stanu systemu. W zależności od statusu systemu, użytkownik może wydawać polecenia innym komponentom systemu. Ta operacja jest wykonywana przez sieć komunikacyjną.

Pozyskiwanie danych

System czasu rzeczywistego składa się z tysięcy komponentów i czujników. Znajomość stanu poszczególnych komponentów i czujników jest bardzo ważna. Na przykład niektóre czujniki mierzą przepływ wody ze zbiornika do zbiornika, a niektóre czujniki mierzą wartość ciśnienia, gdy woda jest wypuszczana ze zbiornika.

Transmisja danych

System SCADA wykorzystuje sieć przewodową do komunikacji między użytkownikami a urządzeniami. Aplikacje czasu rzeczywistego używają wielu czujników i komponentów, którymi należy sterować zdalnie. System SCADA wykorzystuje komunikację internetową. Wszystkie informacje są przesyłane przez Internet przy użyciu określonych protokołów. Czujniki i przekaźniki nie są w stanie komunikować się z protokołami sieciowymi, więc RTU używane do komunikacji czujników i interfejsów sieciowych.

Prezentacja informacji / danych

Normalne sieci obwodów mają pewne wskaźniki, które mogą być widoczne do sterowania, ale w systemie SCADA czasu rzeczywistego istnieją tysiące czujników i alarmów, których nie można obsługiwać jednocześnie. System SCADA korzysta z rozszerzenia interfejs człowiek-maszyna (HMI) dostarczenie wszystkich informacji zebranych z różnych czujników .

Monitorowanie / kontrola

System SCADA wykorzystuje różne przełączniki do obsługi każdego urządzenia i wyświetla stan obszaru sterowania. Za pomocą tych przełączników można włączać / wyłączać dowolną część procesu ze stacji kontrolnej. System SCADA jest zaimplementowany do pracy automatycznej bez udziału człowieka, ale w sytuacjach krytycznych jest obsługiwany przez siłę roboczą.

Komponenty SCADA

Elementy systemu SCADA obejmują następujące elementy.

System nadzoru

System nadzorujący działa jak serwer komunikacyjny pomiędzy oprogramowaniem interfejsu człowiek-maszyna w sterowni stacji roboczych, a także jego urządzeniami, takimi jak RTU, czujniki, sterowniki PLC itp. Mniejsze systemy SCADA obejmują po prostu jeden komputer osobisty, który ma służyć jako urządzenie główne poza tym system nadzoruje, podczas gdy duże systemy SCADA obejmują liczne serwery, witryny do odzyskiwania danych po tragedii, a także rozproszone aplikacje. Serwery są połączone jak w trybie hot-standby, w przeciwnym razie podwójnie nadmiarowe, aby stale monitorować awarie serwera.

RTU (Remote Terminal Units)

RTU lub zdalna jednostka terminala jest urządzeniem elektronicznym i jest również znana jako zdalne jednostki telemetryczne. System ten składa się z obiektów fizycznych, które są połączone za pośrednictwem jednostek RTU.

Sterowanie tymi urządzeniami może odbywać się za pomocą mikroprocesorów. Tutaj mikroprocesory są wykorzystywane do sterowania jednostkami RTU, które są używane do przesyłania zarejestrowanych danych do systemu nadzorczego. Dane można odebrać z systemu nadrzędnego do sterowania podłączonymi obiektami.

PLC (programowalne sterowniki logiczne)

Termin PLC oznacza programowalne sterowniki logiczne, które są używane w systemach SCADA za pomocą czujników. Kontrolery te są połączone z czujnikami w celu konwersji sygnału wyjściowego czujnika na dane cyfrowe. W porównaniu z RTU są one używane ze względu na ich elastyczność, konfigurację, wszechstronność i przystępną cenę.

Infrastruktura komunikacyjna

W systemie SCADA używane jest połączenie radia i bezpośredniego połączenia przewodowego. Ale SONET lub SDH można również wykorzystać w lepszych systemach, takich jak elektrownie i koleje. Kilka znormalizowanych 7 uznanych protokołów jest używanych między kompaktowymi protokołami SCADA do dostarczania informacji po odpytaniu RTU przez stację nadzorczą.

Programowanie SCADA

W HMI, inaczej stacja główna, programowanie SCADA jest używane głównie do tworzenia map, diagramów dostarczających bardzo ważnych informacji przez cały czas trwania progresji, w przeciwnym razie, gdy wystąpi awaria zdarzenia. Większość komercyjnych systemów SCADA wykorzystuje spójne interfejsy w języku programowania C, można również użyć innego języka programowania.

Interfejs człowiek-maszyna

System SCADA wykorzystuje interfejs człowiek-maszyna. Informacje są wyświetlane i monitorowane w celu przetworzenia przez człowieka. HMI zapewnia dostęp do wielu jednostek sterujących, którymi mogą być PLC i RTU. HMI zapewnia graficzną prezentację systemu.

Na przykład przedstawia graficzny obraz pompy podłączonej do zbiornika. Użytkownik może zobaczyć przepływ wody i ciśnienie wody. Ważną częścią HMI jest system alarmowy, który jest aktywowany zgodnie z predefiniowanymi wartościami.

Interfejs człowiek-maszyna

Na przykład , alarm poziomu wody w zbiorniku jest ustawiony na wartości 60% i 70%. Jeśli poziom wody przekracza 60%, alarm generuje normalne ostrzeżenie, a jeśli poziom wody przekracza 70%, alarm generuje ostrzeżenie krytyczne.

Rodzaje systemów SCADA

Systemy SCADA są podzielone na cztery typy, które obejmują następujące.

• Monolityczne systemy SCADA
• Rozproszone systemy SCADA
• Sieciowe systemy SCADA
• Systemy IoT SCADA

Monolityczne systemy SCADA

Monolityczne systemy SCADA nazywane są systemami wczesnej lub pierwszej generacji. W tego typu systemach wykorzystywane są minikomputery. Rozwój tych systemów można przeprowadzić, gdy zwykłe usługi sieciowe nie są dostępne. Projektowanie tych systemów może przebiegać jak niezależne systemy, bez żadnego związku z innymi systemami.

Dane można zbierać ze wszystkich jednostek RTU przy użyciu zapasowego komputera typu mainframe. Główne funkcje tych systemów pierwszej generacji są ograniczone do procesów oznaczania w przypadkach kryzysowych i monitorowania czujników.

Rozproszone systemy SCADA

Rozproszone systemy SCADA nazywane są systemami drugiej generacji. Dystrybucja funkcji sterujących może odbywać się w wielu systemach poprzez połączenie z siecią lokalną. Operacje kontrolne mogą być wykonywane poprzez udostępnianie danych w czasie rzeczywistym i przetwarzanie poleceń.

W tego typu systemach rozmiar i koszt każdej stacji są zmniejszone, jednak nie było spójnych protokołów sieciowych. Ponieważ protokoły były zastrzeżone, mniej osób rozumie bezpieczeństwo systemu SCADA podczas instalacji i ten czynnik został w dużej mierze zignorowany.

Sieciowe systemy SCADA

Sieciowe systemy SCADA są również znane jako systemy trzeciej generacji. Sieć i komunikacja obecnych systemów SCADA może odbywać się za pomocą systemu WAN za pośrednictwem linii danych lub telefonów. Transmisja danych między dwoma węzłami może odbywać się za pomocą połączeń Ethernet lub światłowodowych.

Ten typ systemu SCADA wykorzystuje PLC aby dostosować i monitorować operacje flagowania, gdy tylko zajdzie konieczność dokonania głównych wyborów.

Systemy IoT SCADA

Systemy IoT SCADA to systemy czwartej generacji. W tych systemach koszt infrastruktury systemu jest zmniejszony poprzez wdrożenie IoT za pośrednictwem Chmura obliczeniowa . Utrzymanie, a także integracja tych systemów jest łatwe w porównaniu z innymi.

Stan tych systemów można raportować w czasie rzeczywistym za pośrednictwem chmury obliczeniowej. Dlatego można wykonać algorytmy, takie jak skomplikowane sterowanie, które są często używane w zwykłych sterownikach PLC.

Bezpieczeństwo SCADA

Obecnie sieci SCADA są szeroko stosowane w obecnych branżach do sprawdzania i badania danych w czasie rzeczywistym, można sterować procesami przemysłowymi, komunikować się z urządzeniami. Dlatego systemy SCADA są niezbędne dla organizacji przemysłowych, ponieważ zawierają one sprzęt i oprogramowanie. Dlatego bezpieczeństwo SCADA jest również niezbędne w przemyśle.

Termin bezpieczeństwo SCADA jest używany do ochrony sieci SCADA, które są zbudowane przy użyciu sprzętu komputerowego. Sieci SCADA używane przez niektóre systemy to Elektryczność , gaz ziemny, itp. Organizacje prywatne i rządowe podjęły działania związane z tymi sieciami ze względu na cenną rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa systemów SCADA.

Przykłady zabezpieczeń SCADA

Do zagrożeń występujących w systemach SCADA należą:

• Hakerzy
• Terroryści
• Złośliwe oprogramowanie
• Błąd wewnątrz

Słabość zabezpieczeń SCADA występuje głównie z następujących powodów.

• Słabe szkolenie
• Rozwój luki w aplikacji
• Problemy podczas monitorowania
• Mniej konserwacji

System SCADA może być chroniony poprzez mapowanie wszystkich obecnych systemów, monitorowanie i wykrywanie instytutu oraz tworzenie procesów dla bezpieczeństwa sieci.

Różnica między PLC a SCADA

Różnice między PLC i SCADA są następujące.

SCDA dla zdalnych zakładów przemysłowych

W dużych zakładach przemysłowych wiele procesów przebiega jednocześnie i każdy z nich wymaga monitorowania, co jest zadaniem złożonym. Systemy SCADA służą do monitorowania i sterowania sprzętem w procesach przemysłowych, które obejmują dystrybucję wody, dystrybucję oleju i dystrybucję energii. Głównym celem tego projektu jest przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym i sterowanie zdalnym środowiskiem przemysłowym na dużą skalę. W scenariuszu w czasie rzeczywistym pobierany jest system rejestracji temperatury dla zdalnej pracy zakładu.

Schemat blokowy zakładu przemysłowego regulacji temperatury

Czujniki temperatury są podłączone do mikrokontrolera, który jest podłączony do komputera z przodu, a oprogramowanie jest ładowane do komputera. Dane są zbierane z czujników temperatury. Czujniki temperatury w sposób ciągły przesyłają sygnał do mikrokontrolera, który odpowiednio wyświetla te wartości na panelu przednim.

Na ekranie komputera można ustawić takie parametry, jak dolny i górny limit. Gdy temperatura czujnika przekroczy nastawioną wartość, mikrokontroler wysyła polecenie do odpowiedniego przekaźnika. Grzałki podłączone przez styki przekaźnika są wyłączane i włączane.

To jest system rejestracji temperatury. Tutaj 8 czujników temperatury w trybie multipleksowania jest podłączonych do mikrokontrolera poprzez ADC 0808. Następnie wartości wszystkich czujników są przesyłane szeregowo przez mikrokontroler przez Max 32 do portu COM komputera. Oprogramowanie „DAQ System” załadowane na komputer PC pobiera te wartości i wyświetla je na panelu przednim, a także rejestruje je w bazie danych „daq.mdb”.

Niektóre parametry, takie jak nastawa, dolny limit i górny limit, można ustawić w sposób interaktywny na ekranie komputera. Gdy temperatura jakiegoś czujnika wzrośnie powyżej wartości zadanej, mikrokontroler wysyła polecenia do układu scalonego sterownika przekaźnika. Grzałki podłączone przez styki przekaźnika są (specyficzne dla tego czujnika) WYŁĄCZONE (lub WŁĄCZONE w przeciwnym przypadku). Górna i dolna granica służą do alarmu. Gdy temperatura wzrośnie powyżej górnej granicy lub poniżej dolnej granicy, włączy się alarm.

SCADA dla zdalnych zakładów przemysłowych

Zalety

Zalety systemu SCADA są następujące.

• Jakość usług można poprawić
• Niezawodność można poprawić
• Koszt utrzymania jest niższy
• Operację można ograniczyć
• Możliwość monitorowania dużych parametrów systemu
• Siła robocza może zostać zmniejszona
• Czas naprawy można skrócić
• Wykrywanie i lokalizacja usterek
• Przechowuje dużą ilość danych
• Zgodnie z wymaganiami użytkownika wyświetla dane w różnych formatach.
• Tysiące czujników można połączyć z systemem SCADA w celu sterowania i monitorowania
• Symulacje danych rzeczywistych mogą być uzyskiwane przez operatorów
• Zapewnia szybką odpowiedź
• Jest elastyczny i skalowalny, jednocześnie dodając dodatkowe zasoby.
• System SCADA zapewnia informacje mechaniczne i graficzne na pokładzie
• System SCADA można łatwo rozbudowywać. W zależności od potrzeb możemy dodać zestaw jednostek sterujących i czujników.
• System SCADA jest w stanie działać w sytuacjach krytycznych.

Niedogodności

Wady systemu SCADA są następujące.

• Jest złożony pod względem zależnych modułów i jednostek sprzętowych.
• Do utrzymania potrzebuje analityków, programistów i wykwalifikowanych operatorów
• Wysoki koszt instalacji
• Stopy bezrobocia mogą wzrosnąć
• Ten system obsługuje urządzenia sprzętowe i oprogramowanie objęte ograniczeniami

Aplikacje

Zastosowania systemu SCADA obejmują:

• Wytwarzanie i dystrybucja energii
• Transport publiczny
• System wodno-kanalizacyjny
• Produkcja
• Branże i budynki
• Sieć komunikacyjna
• Przemysł naftowy i gazowy
• Wytwarzanie, przesyłanie i dystrybucja energii
• System dystrybucji i zbiorników wody
• Budynki użyteczności publicznej, takie jak ogrzewanie i chłodzenie elektryczne.
• Generatory i turbiny
• System sterowania sygnalizacją świetlną

A więc o to chodzi przegląd systemu SCADA (Kontrola nadzorcza i pozyskiwanie danych). System ten jest sterowany przez komputer, służący do sterowania i monitorowania różnych procesów zachodzących w zakładach. Ten system wykorzystuje GUI (graficzny interfejs użytkownika), komunikację danych i rozszerzone zarządzanie dla systemów monitorowania. Oto pytanie do Ciebie, co to jest PLC?

Kredyt zdjęciowy:

• Ogólna sieć SCADA wg mycpanel