Ce este un sistem SCADA: arhitectură și funcționarea sa

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





Un număr mare de procese au loc în mari unități industriale. Fiecare proces pe care trebuie să îl monitorizați este foarte complex, deoarece fiecare mașină oferă rezultate diferite. Sistemul SCADA folosit pentru a colecta date de la senzori și instrumente situate în zone îndepărtate. Computerul prelucrează apoi aceste date și le prezintă prompt. Sistemul SCADA colectează informațiile (cum ar fi o scurgere pe o conductă) și transferă informațiile înapoi în sistem, oferind în același timp alertele că s-au produs scurgeri și afișează informațiile într-un mod logic și organizat. Sistemul SCADA folosit pentru a rula pe sistemele de operare DOS și UNIX. Întregul proces este cunoscut sub numele de automatizare . Acest articol discută o prezentare generală a sistemului SCADA.

Ce este un sistem SCADA?

SCADA reprezintă controlul de supraveghere și achiziția de date. Este un tip de aplicație software pentru controlul proceselor. SCADA este un sistem central de control care constă din controlere interfețe de rețea, intrare / ieșire, echipamente de comunicații și software. Sistemele SCADA sunt utilizate pentru a monitoriza și controla echipamentele din procesul industrial care include fabricarea, producția, dezvoltarea și fabricarea. Procesele infrastructurale includ distribuția de gaze și petrol, energie electrică, distribuția apei. Serviciile publice includ un sistem de trafic cu autobuzul, aeroport. Sistemul SCADA preia citirea contoarelor și verifică starea senzorilor la intervale regulate, astfel încât să necesite o interferență minimă a oamenilor.




Rețeaua generală SCADA

Rețeaua generală SCADA

Istoria SCADA

Anterior, controlul instalațiilor industriale și al etajelor de fabricație se poate face manual cu ajutorul echipamentelor analogice și al butoanelor. Pe măsură ce dimensiunea industriei este în creștere, aceștia au folosit temporizatoare și relee pentru a oferi control de supraveghere la un nivel fix pentru o automatizare minimă. Deci, un sistem complet automatizat cu un sistem mai eficient a fost necesar pentru toate industriile.



Știm că, în scopuri de control industrial, computerele au fost implementate în anul 1950. După aceea, conceptul de telemetrie a fost implementat pentru transmiterea de date, precum și virtual comunicare . În anul 1970, sistemul SCADA a fost dezvoltat împreună cu microprocesoarele, precum și cu PLC.

Deci, aceste concepte au fost pe deplin ajutate în timpul dezvoltării automatizării care este operată în industrii de la distanță. Sistemele SCADA distribuite au fost implementate în anul 2000. După aceea, au fost dezvoltate noi sisteme SCADA pentru a monitoriza și controla datele în timp real oriunde în lume.

SCADA System Architecture

În general, sistemul SCADA este un sistem centralizat care monitorizează și controlează întreaga zonă. Este un pachet software pur, care este poziționat deasupra hardware-ului. Un sistem de supraveghere colectează date despre proces și trimite controlul comenzilor către proces. SCADA este o unitate terminală la distanță, cunoscută și sub denumirea de RTU.


Majoritatea acțiunilor de control sunt efectuate automat de RTU-uri sau PLC-uri. RTU-urile sunt formate din convertorul logic programabil care poate fi setat la cerințe specifice. De exemplu, în centrala termică, debitul de apă poate fi setat la o anumită valoare sau poate fi modificat în funcție de cerință.

Sistemul SCADA permite operatorilor să schimbe punctul de setare pentru debit și să permită condițiile de alarmă în caz de pierdere a debitului și temperatură ridicată, iar starea este afișată și înregistrată. Sistemul SCADA monitorizează performanța generală a buclei. Sistemul SCADA este un sistem centralizat pentru a comunica atât cu tehnologia cablată, cât și fără fir către dispozitivele Clint. Comenzile sistemului SCADA pot rula complet toate tipurile de proces industrial.

De exemplu, dacă se acumulează prea multă presiune într-o conductă de gaz, sistemul SCADA poate deschide automat o supapă de eliberare.

Arhitectură hardware

Sistemul general SCADA poate fi clasificat în două părți:

  • Stratul client
  • Stratul serverului de date

Stratul Clint satisface interacțiunea om-mașină.

Stratul de server de date gestionează majoritatea procesului de activități de date.

Stația SCADA se referă la servere și este compusă dintr-un singur PC. Serverele de date comunică cu dispozitivele din câmp prin intermediul unor controlere de proces precum PLC-uri sau RTU-uri. PLC-urile sunt conectate la serverele de date fie direct, fie prin rețele sau autobuze. Sistemul SCADA utilizează o rețea WAN și LAN, WAN și LAN constând din protocoale de internet utilizate pentru comunicarea între stația master și dispozitive.

Echipamentul fizic, cum ar fi senzorii conectați la PLC-uri sau RTU-uri. RTU-urile convertesc semnalele senzorului în date digitale și trimit date digitale către master. Conform feedbackului principal primit de RTU, acesta aplică semnalul electric la relee. Majoritatea operațiunilor de monitorizare și control sunt efectuate de RTU-uri sau PLC-uri, așa cum putem vedea în figură.

SCADA System Hardware Architecture

SCADA System Hardware Architecture

Arhitectura software

Majoritatea serverelor sunt utilizate pentru multitasking și baze de date în timp real. Serverele sunt responsabile pentru colectarea și manipularea datelor. Sistemul SCADA constă dintr-un program software pentru furnizarea de tendințe, date de diagnostic și gestionarea informațiilor, cum ar fi procedurile de întreținere programate, informațiile logistice, schemele detaliate pentru un anumit senzor sau mașină și ghidurile de depanare ale sistemului expert. Aceasta înseamnă că operatorul poate vedea o reprezentare schematică a centralei controlate.

Arhitectura software a SCADA

Arhitectura software a SCADA

Exemple sunt verificarea alarmelor, calculele, înregistrarea în jurnal și arhivarea controlerelor de interogare pe un set de parametri, aceștia fiind de obicei conectați la server.

Sistemul SCADA funcționează

Sistemul SCADA îndeplinește următoarele funcții

  • Achiziții de date
  • Comunicare de date
  • Prezentarea informațiilor / datelor
  • Monitorizare / Control

Aceste funcții sunt îndeplinite de senzori, RTU-uri, controlere, o rețea de comunicații. Senzorii sunt utilizați pentru a colecta informațiile importante, iar RTU-urile sunt utilizate pentru a trimite aceste informații către controler și pentru a afișa starea sistemului. În funcție de starea sistemului, utilizatorul poate da comanda altor componente ale sistemului. Această operațiune este realizată de rețeaua de comunicații.

Achiziții de date

Sistemul în timp real este format din mii de componente și senzori. Este foarte important să cunoașteți starea anumitor componente și senzori. De exemplu, unii senzori măsoară debitul de apă din rezervor către rezervorul de apă, iar unii senzori măsoară presiunea valorică pe măsură ce apa este eliberată din rezervor.

Comunicare de date

Sistemul SCADA utilizează o rețea cu fir pentru a comunica între utilizatori și dispozitive. Aplicațiile în timp real utilizează o mulțime de senzori și componente care ar trebui controlate de la distanță. Sistemul SCADA utilizează comunicații pe internet. Toate informațiile sunt transmise prin internet folosind protocoale specifice. Senzorii și relele nu sunt capabili să comunice cu protocoalele de rețea, astfel încât RTU-urile utilizate pentru comunicarea senzorilor și a interfețelor de rețea.

Prezentarea informațiilor / datelor

Rețelele de circuite normale au niște indicatori care pot fi vizibili de control, dar în sistemul SCADA în timp real, există mii de senzori și alarme care sunt imposibil de manevrat simultan. Sistemul SCADA utilizează interfață om-mașină (HMI) pentru a furniza toate informațiile colectate de la diferiți senzori .

Monitorizare / Control

Sistemul SCADA utilizează diferite comutatoare pentru a opera fiecare dispozitiv și afișează starea zonei de control. Orice parte a procesului poate fi pornită / oprită de la stația de control folosind aceste comutatoare. Sistemul SCADA este implementat pentru a funcționa automat fără intervenția umană, dar în situații critice, este gestionat de forța de muncă.

SCADA Components

Componentele sistemului SCADA includ următoarele.

Sistemul de supraveghere

Sistemul de supraveghere funcționează ca un server de comunicații între software-ul de interfață om-mașină din camera de control a stațiilor de lucru, precum și a aparatului său, cum ar fi RTU-uri, senzori, PLC-uri, etc. Sistemele SCADA mai mici includ pur și simplu un singur computer personal pentru a servi ca un master sistemul supraveghează altfel, în timp ce sistemele mari SCADA includ numeroase servere, site-uri pentru recuperarea tragediei, precum și aplicații software distribuite. Serverele sunt conectate ca o formare de standby fierbinte, altfel dual-redundant pentru a monitoriza continuu eșecul serverului.

RTU (unități terminale la distanță)

RTU sau unitatea terminală la distanță este un dispozitiv electronic și este, de asemenea, cunoscut sub numele de unități de telemetrie la distanță. Acest sistem cuprinde obiecte fizice care sunt interfațate prin RTU.

Controlul acestor dispozitive se poate face prin microprocesoare. Aici, microprocesoarele sunt utilizate pentru controlul RTU-urilor care sunt utilizate pentru a transmite datele înregistrate către sistemul de supraveghere. Datele pot fi primite de la sistemul master pentru controlul obiectelor conectate.

PLC-uri (Controlere logice programabile)

Termenul PLC înseamnă controlere logice programabile care sunt utilizate în sistemele SCADA cu ajutorul senzorilor. Aceste controlere sunt conectate la senzori pentru conversia semnalului de ieșire al senzorului în date digitale. În comparație cu RTU-urile, acestea sunt utilizate datorită flexibilității, configurației, versatilității și accesibilității.

Infrastructura de comunicare

În sistemul SCADA, se utilizează un amestec de radio și conexiunea cu fir direct. Dar, SONET sau SDH pot fi utilizate și pentru sisteme superioare, cum ar fi centrale electrice și căi ferate. Câteva protocoale recunoscute standardizate sunt utilizate între protocoalele SCADA compacte pentru a furniza informații pur și simplu după ce RTU-urile sunt interogate prin stația de supraveghere.

SCADA Programming

Altfel, în stația principală HMI, programarea SCADA este utilizată în principal pentru a face hărți, diagrame pentru a furniza informații foarte importante pe parcursul progresului, altfel când apare eșecul evenimentului. Majoritatea sistemelor comerciale SCADA utilizează interfețe consistente în limbajul de programare C, altfel poate fi utilizat și un limbaj de programare derivat.

Interfața om-mașină

Sistemul SCADA folosește interfața om-mașină. Informațiile sunt afișate și monitorizate pentru a fi procesate de un om. HMI oferă acces la mai multe unități de control care pot fi PLC-uri și RTU-uri. HMI oferă prezentarea grafică a sistemului.

De exemplu, oferă o imagine grafică a pompei conectate la rezervor. Utilizatorul poate vedea debitul apei și presiunea apei. Partea importantă a HMI este un sistem de alarmă care este activat în funcție de valorile predefinite.

Interfața om-mașină

Interfața om-mașină

De exemplu , alarma de nivel a apei din rezervor este setată la valori de 60% și 70%. Dacă nivelul apei depășește 60% alarma dă un avertisment normal și dacă nivelul apei depășește 70% alarma dă un avertisment critic.

Tipuri de sistem SCADA

Sistemele SCADA sunt clasificate în patru tipuri, care includ următoarele.

  • Sisteme monolitice SCADA
  • Sisteme SCADA distribuite
  • Sisteme SCADA în rețea
  • IoT SCADA Systems

Sisteme monolitice SCADA

Sistemele monolitice SCADA sunt numite sisteme timpurii sau de primă generație. În aceste tipuri de sisteme se utilizează minicomputerele. Dezvoltarea acestor sisteme se poate face atunci când nu sunt disponibile servicii de rețea comune. Proiectarea acestor sisteme se poate face ca sisteme independente, fără nicio legătură cu alte sisteme.

Datele pot fi colectate de la toate RTU-urile folosind un mainframe de rezervă. Funcțiile principale ale acestor sisteme de primă generație sunt limitate la procesele de semnalizare în cazuri de criză și la monitorizarea senzorilor.

Sisteme SCADA distribuite

Sistemele SCADA distribuite se numesc sisteme de a doua generație. Distribuirea funcțiilor de control se poate face pe numeroase sisteme prin conectarea la o rețea locală. Operațiunile de control pot fi efectuate prin partajarea datelor în timp real și procesarea comenzilor.

În aceste tipuri de sisteme, dimensiunea și costul fiecărei stații sunt reduse, însă nu au existat protocoale de rețea consistente. Deoarece protocoalele erau proprietare, mai puțini oameni înțeleg securitatea sistemului SCADA în timp ce instalarea și acest factor au fost ignorate în mare măsură.

Sisteme SCADA în rețea

Sistemele SCADA în rețea sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de sisteme de a treia generație. Rețeaua și comunicarea sistemelor SCADA actuale se pot face folosind sistemul WAN prin linii de date sau telefoane. Transmiterea datelor între două noduri se poate face cu ajutorul conexiunilor Ethernet sau Fibra optică.

Acest tip de sistem SCADA folosește PLC pentru a ajusta și monitoriza operațiunile de marcare pur și simplu odată ce este necesară alegerea principală.

IoT SCADA Systems

Sistemele IoT SCADA sunt sisteme de a patra generație. În aceste sisteme, costul infrastructurii sistemului este redus prin implementarea IoT cloud computing . Menținerea și integrarea acestor sisteme este ușoară în comparație cu altele.

În timp real, starea acestor sisteme poate fi raportată prin cloud computing. Prin urmare, se poate realiza implementarea unor algoritmi precum controlul complicat, care sunt frecvent utilizate pe PLC-uri obișnuite.

SCADA Security

În prezent, rețelele SCADA sunt utilizate pe scară largă în industriile actuale pentru a verifica și examina date în timp real, procesele industriale pot fi controlate, comunicate cu dispozitive. Astfel, sistemele SCADA sunt esențiale pentru organizațiile industriale, deoarece aceste sisteme includ hardware și software. Deci, securitatea SCADA este esențială și în industrii.

Termenul de securitate SCADA este folosit pentru a proteja rețelele SCADA care sunt fabricate cu hardware de computer. Rețelele SCADA utilizate de unele dintre sisteme sunt electricitate , gaze naturale etc. Organizațiile private și guvernamentale au luat măsurile acestor rețele datorită rolului valoros de a asigura securitatea sistemelor SCADA.

Exemple de securitate SCADA

Amenințările care apar în sistemele SCADA includ următoarele.

  • Hackeri
  • Teroriști
  • Programe malware
  • Eroare în interior

Punctul slab al securității SCADA apare în principal din următoarele motive.

  • Slabă pregătire
  • Dezvoltarea lacunelor aplicației
  • Probleme în timpul monitorizării
  • Mai puțină întreținere

Sistemul SCADA poate fi protejat prin cartografierea tuturor sistemelor actuale, monitorizarea și detectarea institutului și crearea de procese pentru securitatea rețelei.

Diferența dintre PLC și SCADA

Diferența dintre PLC și SCADA include următoarele.

PLC

SCADA

Termenul PLC înseamnă control logic programabilTermenul SCADA înseamnă Control de supraveghere și achiziție de date
PLC se bazează pe hardwareSCADA este bazat pe software
PLC-urile sunt utilizate în principal pentru a controla procesul industriilor complexe, cum ar fi motoarele și mașinile care rulează.SCADA este utilizat pentru a observa și rula procesele plantei.
PLC include procesor, module I / O, un dispozitiv de programare și sursă de alimentareSistemul SCADA include trei componente esențiale precum MTU, RTU și HMI
Există diferite tipuri de PLC, cum ar fi fixe sau compacte și modulare.Diferitele tipuri de sistem SCADA sunt monolit, distribuit, conectat în rețea și IoT
I / p & o / ps sunt semnificate în contactele NO (normal deschis), NC (normal închis) și în bobină.Intrările și ieșirile SCADA sunt reprezentate prin imagini.
În PLC, fiecare componentă poate fi definită printr-o adresă.În SCADA, fiecare componentă poate fi definită prin nume.

SCDA pentru uzina industrială la distanță

În unitățile industriale mari, multe procese au loc simultan și fiecare trebuie monitorizat, ceea ce este o sarcină complexă. Sistemele SCADA sunt utilizate pentru a monitoriza și controla echipamentele din procesele industriale care includ distribuția apei, distribuția petrolului și distribuția energiei electrice. Scopul principal al acestui proiect este de a prelucra datele în timp real și de a controla mediul industrial la distanță pe scară largă. În scenariul în timp real, este luat un sistem de înregistrare a temperaturii pentru o operație la distanță a instalației.

Diagrama bloc a instalației industriale de control al temperaturii

Diagrama bloc a instalației industriale de control al temperaturii

Senzorii de temperatură sunt conectați la microcontrolerul, care este conectat la computer în partea frontală, iar software-ul este încărcat pe computer. Datele sunt colectate de la senzorii de temperatură. Senzorii de temperatură trimit continuu semnalul către microcontroler, care afișează în consecință aceste valori pe panoul frontal.

Se pot seta parametrii precum limita inferioară și limita superioară pe ecranul computerului. Când temperatura unui senzor depășește valoarea setată, microcontrolerul trimite o comandă la releul corespunzător. Încălzitoarele conectate prin contactele releului sunt oprite și PORNITE.

Acesta este un sistem de înregistrare a temperaturii. Aici 8 senzori de temperatură în modul multiplexare sunt conectați la microcontroler prin ADC 0808. Apoi, valorile tuturor senzorilor sunt trimise în serie de către microcontroler prin Max 32 la portul de com al PC-ului. Un software „DAQ System” încărcat pe computer ia aceste valori și le arată pe panoul frontal și le înregistrează și în baza de date „daq.mdb”.

Se pot seta prin modul interactiv câțiva parametri, cum ar fi un punct de referință, o limită inferioară și o limită superioară pe ecranul computerului. Când temperatura unui senzor crește dincolo de punctul de referință, microcontrolerul trimite comenzi pentru a relua IC-ul driverului. Încălzitoarele conectate prin contactele releului sunt (specifice pentru senzorul respectiv) oprite (sau PORNITE în caz contrar). Limitele superioare și cele inferioare sunt pentru alarmă. Când temperatura depășește limita superioară sau sub limita inferioară, alarma va fi activată.

SCADA pentru uzina industrială la distanță

SCADA pentru uzina industrială la distanță

Avantaje

Avantajele sistemului SCADA includ următoarele.

  • Calitatea serviciului poate fi îmbunătățită
  • Fiabilitatea poate fi îmbunătățită
  • Costul de întreținere este mai mic
  • Funcționarea poate fi redusă
  • Parametrii mari ai sistemului pot fi monitorizați
  • Forța de muncă poate fi redusă
  • Timpul de reparație poate fi redus
  • Detectarea defectelor și localizarea defectelor
  • Stochează o cantitate mare de date
  • Conform cerințelor utilizatorului, acesta afișează datele în diferite formate.
  • Mii de senzori pot fi interfațați cu SCADA pentru control și monitorizare
  • Simulările de date reale pot fi obținute de operatori
  • Oferă un răspuns rapid
  • Este flexibil și scalabil, adăugând în același timp resurse suplimentare.
  • Sistemul SCADA oferă informații mecanice și grafice la bord
  • Sistemul SCADA este ușor de extins. Putem adăuga un set de unități de comandă și senzori în funcție de cerință.
  • Sistemul SCADA este capabil să funcționeze în situații critice.

Dezavantaje

Dezavantajele sistemului SCADA includ următoarele.

  • Este complex în ceea ce privește modulele dependente și unitățile hardware.
  • Are nevoie de analiști, programatori și operatori calificați pentru a întreține
  • Cost ridicat de instalare
  • Ratele șomajului pot fi crescute
  • Acest sistem acceptă dispozitive hardware și software restricționat

Aplicații

Aplicațiile sistemului SCADA includ următoarele.

  • Generarea și distribuția puterii
  • Transport public
  • Sistem de apă și canalizare
  • de fabricație
  • Industrii și clădiri
  • Rețele de comunicare
  • Industriile petrolului și gazelor
  • Generarea, transmiterea și distribuția de energie
  • Distribuția apei și sistemul de rezervoare
  • Clădirile publice precum sistemul de încălzire și răcire electrică.
  • Generatoare și turbine
  • Sistem de control al semaforului

Astfel, totul este vorba o prezentare generală a sistemului SCADA (Controlul de supraveghere și achiziția de date). Acest sistem este controlat de un computer, utilizat pentru a controla și monitoriza diferite procese din plante. Acest sistem utilizează GUI (interfață grafică pentru utilizator), comunicații de date și management extins pentru sistemele de monitorizare. Iată o întrebare pentru dvs., ce este PLC?

Credit foto: