Što je SCADA sustav: arhitektura i njegov rad

Veliki broj procesa odvija se u velikim industrijskim objektima. Svaki postupak koji trebate nadzirati vrlo je složen jer svaki stroj daje različite rezultate. SCADA sustav koristio se za prikupljanje podataka od senzora i instrumenata smještenih u udaljenim područjima. Tada računalo obrađuje te podatke i odmah ih prezentira. SCADA sustav prikuplja informacije (kao što je došlo do curenja na cjevovodu) i prenosi ih natrag u sustav, istovremeno upozoravajući da je došlo do curenja i prikazuje informacije na logičan i organiziran način. SCADA sustav nekada se izvodio na DOS i UNIX operativnim sustavima. Cijeli ovaj postupak poznat je pod nazivom automatizacija . Ovaj članak razmatra pregled SCADA sustava.

Što je SCADA sustav?

SCADA označava nadzornu kontrolu i prikupljanje podataka. To je vrsta softverskog aplikacijskog programa za kontrolu procesa. SCADA je središnji sustav upravljanja koji se sastoji od kontroleri mrežna sučelja, ulaz / izlaz, komunikacijska oprema i softver. SCADA sustavi koriste se za nadzor i kontrolu opreme u industrijskom procesu koji uključuje proizvodnju, proizvodnju, razvoj i izradu. Infrastrukturni procesi uključuju distribuciju plina i nafte, električnu energiju i distribuciju vode. Javne službe uključuju sustav autobusnog prometa, zračnu luku. SCADA sustav uzima očitanja brojila i provjerava status senzora u redovitim intervalima, tako da zahtijeva minimalno ometanje ljudi.

Općenita SCADA mreža

Povijest SCADA-e

Ranije se upravljanje industrijskim pogonima i proizvodnim podovima može izvršiti ručno uz pomoć analogne opreme i tipki. Kako veličina industrije raste, tako su koristili mjerače vremena i releje koji pružaju nadzornu kontrolu na fiksnu razinu za minimalnu automatizaciju. Dakle, potpuno automatiziran s učinkovitijim sustavom bio je neophodan za sve industrije.

Znamo da su, u svrhu industrijskog upravljanja, računala implementirana 1950. godine. Nakon toga je primijenjen koncept telemetrije za prijenos podataka kao i virtualni komunikacija . 1970. godine razvijen je SCADA sustav zajedno s mikroprocesorima kao i PLC-om.

Dakle, ovim konceptima je u potpunosti pomognuto pri razvoju automatizacije koja se upravlja u industriji na daljinu. Distribuirani SCADA sustavi implementirani su 2000. godine. Nakon toga razvijeni su novi SCADA sustavi za nadgledanje i kontrolu podataka u stvarnom vremenu bilo gdje na svijetu.

Arhitektura SCADA sustava

Općenito, SCADA sustav je centralizirani sustav koji nadzire i kontrolira cijelo područje. To je čisti softverski paket koji se nalazi na vrhu hardvera. Nadzorni sustav prikuplja podatke o procesu i šalje kontrolu naredbi u proces. SCADA je udaljena terminalna jedinica koja je također poznata i kao RTU.

Većinu upravljačkih radnji automatski izvršavaju RTU-ovi ili PLC-ovi. RTU se sastoje od programabilnog logičkog pretvarača koji se može postaviti na određeni zahtjev. Primjerice, u termoelektrani se protok vode može postaviti na određenu vrijednost ili se može mijenjati prema zahtjevu.

SCADA sustav omogućuje operaterima da promijene zadanu vrijednost za protok i omoguće alarmiranje u slučaju gubitka protoka i visoke temperature, a stanje se prikazuje i snima. SCADA sustav prati ukupne performanse petlje. SCADA sustav centralizirani je sustav za komunikaciju s ožičenom i bežičnom tehnologijom na uređajima Clint. Kontrole SCADA sustava mogu pokretati potpuno sve vrste industrijskih procesa.

Na primjer, ako se u plinovodu stvara prevelik pritisak, SCADA sustav može automatski otvoriti ventil za ispuštanje.

Arhitektura hardvera

Općenito SCADA sustav može se klasificirati u dva dijela:

• Klijentski sloj
• Sloj podatkovnog poslužitelja

Clint-ov sloj udovoljava interakciji čovjek-stroj.

Sloj poslužitelja podataka obrađuje većinu procesa podatkovnih aktivnosti.

SCADA stanica odnosi se na poslužitelje i sastoji se od jednog računala. Poslužitelji podataka komuniciraju s uređajima na terenu putem procesnih kontrolera poput PLC-a ili RTU-a. PLC-ovi su povezani s poslužiteljima podataka izravno ili putem mreža ili sabirnica. SCADA sustav koristi WAN i LAN mreže, WAN i LAN sastoje se od internetskih protokola koji se koriste za komunikaciju između glavne stanice i uređaja.

Fizička oprema poput senzora spojenih na PLC-ove ili RTU-ove. RTU pretvaraju signale senzora u digitalne podatke i šalju digitalne podatke glavnom pretvaraču. Prema glavnoj povratnoj informaciji koju je primio RTU, on primjenjuje električni signal na releje. Većinu operacija nadgledanja i upravljanja izvode RTU-ovi ili PLC-ovi, kao što možemo vidjeti na slici.

Arhitektura hardverskog sustava SCADA

Arhitektura softvera

Većina poslužitelja koristi se za multitasking i bazu podataka u stvarnom vremenu. Poslužitelji su odgovorni za prikupljanje i rukovanje podacima. SCADA sustav sastoji se od softverskog programa za pružanje trendova, dijagnostičkih podataka i upravljanja informacijama kao što su planirani postupci održavanja, logistički podaci, detaljne sheme za određeni senzor ili stroj i vodiči za rješavanje problema stručnog sustava. To znači da operater može vidjeti shematski prikaz postrojenja kojim se upravlja.

Arhitektura softvera SCADA

Primjeri su provjera alarma, izračuni, evidentiranje i arhiviranje kontrolora anketiranja na skupu parametara, koji su obično povezani s poslužiteljem.

SCADA sustav radi

SCADA sustav izvršava sljedeće funkcije

• Prikupljanje podataka
• Komunikacija podataka
• Prezentacija informacija / podataka
• Nadzor / kontrola

Te funkcije obavljaju senzori, RTU-ovi, kontroleri, komunikacijska mreža. Senzori se koriste za prikupljanje važnih informacija, a RTU-ovi se koriste za slanje tih podataka na kontroler i prikaz statusa sustava. Prema statusu sustava, korisnik može dati naredbu ostalim komponentama sustava. Ovu operaciju vrši komunikacijska mreža.

Prikupljanje podataka

Sustav u stvarnom vremenu sastoji se od tisuća komponenata i senzora. Vrlo je važno znati status pojedinih komponenata i senzora. Na primjer, neki senzori mjere protok vode iz ležišta u spremnik za vodu, a neki senzori mjere vrijednosni tlak dok se voda ispušta iz rezervoara.

Komunikacija podataka

SCADA sustav koristi žičanu mrežu za komunikaciju između korisnika i uređaja. Aplikacije u stvarnom vremenu koriste puno senzora i komponenata kojima treba upravljati na daljinu. SCADA sustav koristi internetske komunikacije. Sve se informacije prenose putem interneta pomoću određenih protokola. Senzori i releji nisu u mogućnosti komunicirati s mrežnim protokolima, pa se RTU-ovi koriste za komunikaciju senzora i mrežnih sučelja.

Prezentacija informacija / podataka

Uobičajene mreže krugova imaju neke indikatore koji mogu biti vidljivi za kontrolu, ali u SCADA sustavu u stvarnom vremenu postoje tisuće senzora i alarma kojima je nemoguće istodobno rukovati. SCADA sustav koristi sučelje čovjek-stroj (HMI) pružiti sve informacije prikupljene od različitih senzora .

Nadzor / kontrola

SCADA sustav koristi različite sklopke za upravljanje svakim uređajem i prikazuje status kontrolnog područja. Pomoću ovih prekidača bilo koji dio postupka može se UKLJUČITI / ISKLJUČITI iz upravljačke stanice. SCADA sustav implementiran je za automatski rad bez ljudske intervencije, ali u kritičnim situacijama njime se upravlja radnom snagom.

SCADA komponente

Komponente SCADA sustava uključuju sljedeće.

Nadzorni sustav

Nadzorni sustav djeluje poput komunikacijskog poslužitelja među softverom za sučelje čovjek-stroj unutar kontrolne sobe radnih stanica, kao i njegovi uređaji poput RTU-a, senzora, PLC-a itd. Manji SCADA sustavi uključuju samo jedno osobno računalo koje služi kao glavni sustav inače nadzorni, dok veliki SCADA sustavi uključuju brojne poslužitelje, web mjesta za oporavak od tragedije kao i distribuirane softverske aplikacije. Poslužitelji su povezani poput formacije u stanju pripravnosti, inače dvostruko redundantni za kontinuirano praćenje kvara poslužitelja.

RTU-ovi (udaljene terminalne jedinice)

RTU ili udaljena terminalna jedinica je elektronički uređaj i poznat je i pod nazivom udaljene telemetrijske jedinice. Ovaj sustav sadrži fizičke objekte koji su povezani putem RTU-ova.

Upravljanje tim uređajima može se izvršiti putem mikroprocesora. Ovdje se mikroprocesori koriste za upravljanje RTU-ima koji se koriste za prijenos snimljenih podataka prema nadzornom sustavu. Podaci se mogu dobiti od glavnog sustava za kontrolu povezanih objekata.

PLC-ovi (programabilni logički kontroleri)

Izraz PLC označava programabilne logičke kontrolere koji se koriste u SCADA sustavima uz pomoć senzora. Ti su kontroleri povezani sa senzorima za pretvaranje izlaznog signala senzora u digitalne podatke. U usporedbi s RTU-ovima, oni se koriste zbog svoje fleksibilnosti, konfiguracije, svestranosti i pristupačnosti.

Komunikacijska infrastruktura

U SCADA sustavu koristi se kombinacija radija i izravne žične veze. No, SONET ili SDH mogu se koristiti i za vrhunske sustave poput elektrana i željeznica. Nekoliko standardiziranih 7 prepoznatih protokola koristi se između kompaktnih SCADA protokola za isporuku informacija jednostavno nakon što se RTU-ovi anketiraju kroz nadzornu stanicu.

SCADA programiranje

U inače glavnoj postaji HMI-a, SCADA programiranje uglavnom se koristi za izradu karata, dijagrama koji pružaju vrlo važne informacije tijekom napredovanja, inače kada se dogodi kvar događaja. Većina komercijalnih SCADA sustava koriste dosljedna sučelja u programskom jeziku C, a inače se također mogu koristiti izvedeni programski jezik.

Sučelje čovjek-stroj

SCADA sustav koristi sučelje čovjek-stroj. Informacije se prikazuju i nadgledaju kako bi ih čovjek obradio. HMI omogućuje pristup više upravljačkih jedinica koje mogu biti PLC-ovi i RTU-ovi. HMI pruža grafički prikaz sustava.

Na primjer, pruža grafičku sliku pumpe spojene na spremnik. Korisnik može vidjeti protok vode i pritisak vode. Važan dio HMI-a je alarmni sustav koji se aktivira prema unaprijed definiranim vrijednostima.

Sučelje čovjek-stroj

Na primjer , alarm za razinu vode u spremniku postavljen je na vrijednosti od 60% i 70%. Ako razina vode dosegne iznad 60%, alarm daje normalno upozorenje, a ako razina vode dosegne iznad 70%, alarm daje kritično upozorenje.

Vrste SCADA sustava

SCADA sustavi klasificirani su u četiri vrste koje uključuju sljedeće.

• Monolitni SCADA sustavi
• Distribuirani SCADA sustavi
• Umreženi SCADA sustavi
• IoT SCADA sustavi

Monolitni SCADA sustavi

Monolitni SCADA sustavi nazivaju se sustavima rane ili prve generacije. U tim se vrstama sustava koriste miniračunala. Razvoj ovih sustava može se izvršiti kada uobičajene mrežne usluge nisu dostupne. Dizajn tih sustava može se izvesti poput neovisnih sustava bez ikakve veze s drugim sustavima.

Podaci se mogu prikupiti sa svih RTU-ova pomoću rezervnog glavnog računala. Glavne funkcije ovih sustava prve generacije ograničene su na označavanje procesa u kriznim slučajevima i nadzor senzora.

Distribuirani SCADA sustavi

Distribuirani SCADA sustavi nazivaju se sustavima druge generacije. Distribucija upravljačkih funkcija može se izvršiti kroz brojne sustave povezivanjem s lokalnom mrežom. Operacije upravljanja mogu se izvoditi dijeljenjem podataka i obrade naredbi u stvarnom vremenu.

U ovim se vrstama sustava veličina i cijena svake stanice smanjuju, međutim nije bilo dosljednih mrežnih protokola. Kako su protokoli bili vlasnički, sve manje ljudi razumije sigurnost SCADA sustava tijekom instalacije, a ovaj je faktor u velikoj mjeri ignoriran.

Umreženi SCADA sustavi

Umreženi SCADA sustavi poznati su i kao sustavi treće generacije. Umrežavanje i komunikacija postojećih SCADA sustava može se izvršiti pomoću WAN sustava putem podatkovnih linija ili telefona. Prijenos podataka između dva čvora može se izvršiti uz pomoć Ethernet ili optičkih veza.

Ova vrsta SCADA sustava koristi PLC za prilagodbu i nadzor operacija označavanja jednostavno kad postoji potreba za glavnim izborima.

IoT SCADA sustavi

IoT SCADA sustavi su sustavi četvrte generacije. U tim se sustavima smanjuje infrastrukturni trošak sustava primjenom IoT-a putem računalni oblak . Održavanje i integriranje ovih sustava jednostavno je u usporedbi s drugima.

U stvarnom vremenu stanje ovih sustava može se izvijestiti računalstvom u oblaku. Stoga se može provesti algoritam poput složene kontrole koji se često koristi na uobičajenim PLC-ima.

SCADA sigurnost

Trenutno se SCADA mreže intenzivno koriste u trenutnoj industriji za provjeru i ispitivanje podataka u stvarnom vremenu, industrijskim procesima se može upravljati, komunicirati s uređajima. Dakle, SCADA sustavi su ključni za industrijske organizacije jer ti sustavi uključuju hardver i softver. Dakle, SCADA sigurnost je također bitna u industriji.

Pojam SCADA zaštita koristi se za zaštitu SCADA mreža koje su izrađene računalnim hardverom. SCADA mreže koje koriste neki od sustava su struja , prirodni plin itd. Privatne i vladine organizacije poduzele su mjere tih mreža zbog vrijedne uloge da osiguraju sigurnost SCADA sustava.

Primjeri SCADA sigurnosti

Prijetnje koje se javljaju u SCADA sustavima uključuju sljedeće.

• Hakeri
• Teroristi
• Zlonamjerni softver
• Pogreška iznutra

Slabost SCADA sigurnosti uglavnom se javlja iz sljedećih razloga.

• Loš trening
• Loopholes Razvoj aplikacije
• Problemi tijekom praćenja
• Manje održavanja

SCADA sustav može se zaštititi mapiranjem svih prisutnih sustava, praćenjem i otkrivanjem instituta i stvaranjem procesa za sigurnost mreže.

Razlika između PLC-a i SCADA-e

Razlika između PLC-a i SCADA-e uključuje sljedeće.

SCDA za udaljeno industrijsko postrojenje

U velikim industrijskim objektima istovremeno se odvijaju mnogi procesi i svaki od njih treba nadzirati, što je složen zadatak. SCADA sustavi koriste se za nadzor i kontrolu opreme u industrijskim procesima koji uključuju distribuciju vode, distribuciju nafte i distribuciju električne energije. Glavni cilj ovog projekta je obrada podataka u stvarnom vremenu i upravljanje udaljenim industrijskim okruženjem velikih razmjera. U scenariju u stvarnom vremenu uzima se sustav bilježenja temperature za daljinski rad postrojenja.

Blok dijagram industrijskog postrojenja za kontrolu temperature

Senzori temperature povezani su s mikrokontrolerom koji je spojen na računalo s prednje strane, a softver se učitava na računalo. Podaci se prikupljaju s temperaturnih senzora. Senzori temperature neprekidno šalju signal mikrokontroleru koji u skladu s tim prikazuje te vrijednosti na svojoj prednjoj ploči.

Na zaslonu računala mogu se postaviti parametri poput donjeg i visokog ograničenja. Kad temperatura senzora prijeđe zadanu vrijednost, mikrokontroler šalje naredbu odgovarajućem releju. Grijači povezani preko kontakata releja ISKLJUČENI su i UKLJUČENI.

Ovo je sustav bilježenja temperature. Ovdje je 8 temperaturnih senzora u načinu multipleksiranja spojeno na mikrokontroler putem ADC 0808. Zatim mikrokontroler serijski šalje vrijednosti svih senzora kroz Max 32 na priključak računala. Softver 'DAQ sustav' učitan na računalu uzima te vrijednosti i prikazuje ih na prednjoj ploči, a također ih bilježi u bazu podataka 'daq.mdb'.

Interaktivnim načinom možete postaviti neke parametre poput zadane vrijednosti, donje granice i visoke granice na zaslonu računala. Kada se temperatura nekog senzora poveća iznad zadane vrijednosti, mikrokontroler šalje naredbe IC upravljačkom programu releja. Grijači povezani preko relejnih kontakata su (specifični za taj senzor) ISKLJUČENI (ili UKLJUČENI u suprotnom slučaju). Gornje i donje ograničenje su za alarm. Kad temperatura prijeđe gornju granicu ili ispod donje granice, alarm će se uključiti.

SCADA za daljinsko industrijsko postrojenje

Prednosti

Prednosti SCADA sustava uključuju sljedeće.

• Kvaliteta usluge može se poboljšati
• Pouzdanost se može poboljšati
• Troškovi održavanja su manji
• Operacija se može smanjiti
• Veliki parametri sustava mogu se nadzirati
• Radna snaga se može smanjiti
• Vrijeme popravka može se smanjiti
• Otkrivanje grešaka i lokalizacija kvarova
• Pohranjuje veliku količinu podataka
• Prema korisničkom zahtjevu, podatke prikazuje u različitim formatima.
• Tisuće senzora mogu se povezati sa SCADA-om za kontrolu i nadzor
• Stvarne simulacije podataka mogu dobiti operateri
• Daje brz odgovor
• Fleksibilan je i skalabilan uz dodavanje dodatnih resursa.
• SCADA sustav pruža mehaničke i grafičke informacije na brodu
• SCADA sustav je lako proširiv. Prema zahtjevu možemo dodati set upravljačkih jedinica i senzora.
• SCADA sustav može raditi u kritičnim situacijama.

Mane

Nedostaci SCADA sustava uključuju sljedeće.

• Složen je u smislu ovisnih modula i hardverskih jedinica.
• Za održavanje trebaju analitičari, programeri i vješti operatori
• Visoki troškovi ugradnje
• Stope nezaposlenosti mogu se povećati
• Ovaj sustav podržava hardverske uređaje i ograničeni softver

Prijave

Primjene SCADA sustava uključuju sljedeće.

• Proizvodnja i raspodjela energije
• Javni prijevoz
• Vodovod i kanalizacija
• Proizvodnja
• Industrije i građevine
• Komunikacijske mreže
• Naftna i plinska industrija
• Proizvodnja, prijenos i distribucija električne energije
• Distribucija vode i sustav ležišta
• Javne zgrade poput električnog sustava grijanja i hlađenja.
• Generatori i turbine
• Sustav upravljanja semaforima

Dakle, ovdje se radi o svemu pregled SCADA sustava (Nadzorna kontrola i prikupljanje podataka). Ovim sustavom upravlja računalo, koje se koristi za nadzor i praćenje različitih procesa u biljkama. Ovaj sustav koristi GUI (grafičko korisničko sučelje), podatkovnu komunikaciju i prošireno upravljanje za sustave nadzora. Evo pitanja za vas, što je PLC?

Foto:

• Općenita SCADA mreža mycpanel