Какво е SCADA система: Архитектура и нейната работа

Голям брой процеси протичат в големи промишлени предприятия. Всеки процес, който трябва да наблюдавате, е много сложен, тъй като всяка машина дава различен изход. Системата SCADA се използва за събиране на данни от сензори и инструменти, разположени в отдалечени райони. След това компютърът обработва тези данни и ги представя незабавно. Системата SCADA събира информацията (като възникнало изтичане на тръбопровод) и я прехвърля обратно в системата, като същевременно дава предупреждения, че е настъпило изтичане и показва информацията по логичен и организиран начин. Системата SCADA, използвана за работа на DOS и UNIX операционни системи. Целият този процес е известен като автоматизация . Тази статия разглежда общ преглед на системата SCADA.

Какво е SCADA система?

SCADA означава надзорен контрол и събиране на данни. Това е вид софтуерна приложна програма за контрол на процесите. SCADA е централна система за управление, която се състои от контролери мрежови интерфейси, вход / изход, комуникационно оборудване и софтуер. Системите SCADA се използват за наблюдение и контрол на оборудването в индустриалния процес, който включва производство, производство, разработка и производство. Инфраструктурните процеси включват разпределение на газ и нефт, електричество, разпределение на вода. Комуналните услуги включват система за автобусен трафик, летище. Системата SCADA отчита показанията на измервателните уреди и редовно проверява състоянието на сензорите, така че да изисква минимална намеса на хората.

Обща SCADA мрежа

История на SCADA

По-рано управлението на промишлени предприятия и производствени подове може да се извършва ръчно с помощта на аналогово оборудване и бутони. Тъй като размерът на индустрията нараства, те използваха таймери и релета, за да осигурят надзорен контрол до фиксирано ниво за минимална автоматизация. И така, напълно автоматизирана с по-ефективна система беше необходима за всички отрасли.

Знаем, че за целите на индустриалния контрол, компютрите са внедрени през 1950 г. След това се прилага концепцията за телеметрия за предаване на данни, както и за виртуална комуникация . През 1970 г. системата SCADA е разработена заедно с микропроцесорите, както и PLC.

Така че тези концепции бяха напълно подпомогнати при разработването на автоматизация, която се управлява в отрасли от разстояние. Разпределените SCADA системи са внедрени през 2000 г. След това са разработени нови SCADA системи за наблюдение и контрол на данни в реално време навсякъде по света.

Архитектура на системата SCADA

Като цяло системата SCADA е централизирана система, която наблюдава и контролира цялата зона. Това е чист софтуерен пакет, който е разположен върху хардуера. Надзорна система събира данни за процеса и изпраща командния контрол на процеса. SCADA е отдалечен терминал, който е известен също като RTU.

Повечето контролни действия се извършват автоматично от RTU или PLC. RTU се състои от програмируем логически преобразувател, който може да бъде настроен на специфично изискване. Например, в ТЕЦ, водният поток може да бъде зададен на определена стойност или може да бъде променен според изискването.

Системата SCADA позволява на операторите да променят зададената точка за потока и да активират алармени условия в случай на загуба на дебит и висока температура, а състоянието се показва и записва. Системата SCADA следи цялостната производителност на цикъла. Системата SCADA е централизирана система за комуникация както с кабелна, така и с безжична технология към устройствата на Clint. Системите за управление на SCADA могат да изпълняват напълно всички видове индустриални процеси.

Например, ако в газопровода се натрупа твърде голямо налягане, системата SCADA може автоматично да отвори освобождаващ клапан.

Хардуерна архитектура

Обикновено SCADA системата може да бъде класифицирана на две части:

• Клиентски слой
• Сървър за данни

Слоят Clint отговаря на взаимодействието човек-машина.

Слоят сървър за данни обработва по-голямата част от процеса на дейности с данни.

Станцията SCADA се отнася до сървърите и е съставена от един компютър. Сървърите за данни комуникират с устройства в полето чрез контролери на процеси като PLC или RTU. PLC са свързани към сървърите за данни или директно, или чрез мрежи или шини. Системата SCADA използва WAN и LAN мрежи, като WAN и LAN се състоят от интернет протоколи, използвани за комуникация между главната станция и устройствата.

Физическото оборудване като сензори, свързани към PLC или RTU. RTU преобразуват сигналите на сензора в цифрови данни и изпращат цифрови данни към главния. Според главната обратна връзка, получена от RTU, той прилага електрическия сигнал към релета. Повечето от операциите за наблюдение и контрол се извършват от RTU или PLC, както можем да видим на фигурата.

Архитектура на хардуера на системата SCADA

Софтуерна архитектура

Повечето от сървърите се използват за многозадачност и база данни в реално време. Сървърите са отговорни за събирането и обработката на данни. Системата SCADA се състои от софтуерна програма за предоставяне на тенденции, диагностични данни и управление на информация като процедури за планирана поддръжка, логистична информация, подробни схеми за конкретен сензор или машина и ръководства за отстраняване на неизправности на експертна система. Това означава, че операторът може да види схематично изображение на централата, която се контролира.

Софтуерна архитектура на SCADA

Примери за това са проверка на аларми, изчисления, регистриране и архивиране на контролери за анкети за набор от параметри, които обикновено са свързани към сървъра.

Системата SCADA работи

Системата SCADA изпълнява следните функции

• Придобиване на данни
• Комуникация на данни
• Представяне на информация / данни
• Мониторинг / контрол

Тези функции се изпълняват от сензори, RTU, контролери, комуникационна мрежа. Сензорите се използват за събиране на важната информация, а RTU се използват за изпращане на тази информация до контролера и показване на състоянието на системата. Според състоянието на системата потребителят може да даде командата на други системни компоненти. Тази операция се извършва от комуникационната мрежа.

Придобиване на данни

Системата в реално време се състои от хиляди компоненти и сензори. Много е важно да знаете състоянието на определени компоненти и сензори. Например, някои сензори измерват водния поток от резервоара към резервоара за вода, а някои сензори измерват стойностното налягане, когато водата се освобождава от резервоара.

Комуникация на данни

Системата SCADA използва кабелна мрежа за комуникация между потребители и устройства. Приложенията в реално време използват много сензори и компоненти, които трябва да се управляват дистанционно. Системата SCADA използва интернет комуникации. Цялата информация се предава чрез интернет чрез специфични протоколи. Сензорите и релетата не могат да комуникират с мрежовите протоколи, така че RTUs се използват за комуникация на сензори и мрежови интерфейси.

Представяне на информация / данни

Нормалните мрежови вериги имат някои индикатори, които могат да бъдат видими за управление, но в системата SCADA в реално време има хиляди сензори и аларма, които са невъзможни за едновременна работа. Системата SCADA използва интерфейс човек-машина (HMI) за предоставяне на цялата информация, събрана от различните сензори .

Мониторинг / контрол

Системата SCADA използва различни превключватели за управление на всяко устройство и показва състоянието на контролната зона. Всяка част от процеса може да бъде ВКЛЮЧЕНА / ИЗКЛЮЧЕНА от контролната станция с помощта на тези превключватели. Системата SCADA е внедрена да работи автоматично без човешка намеса, но в критични ситуации тя се обработва от работна ръка.

Компоненти на SCADA

Компонентите на системата SCADA включват следното.

Надзорна система

Надзорната система работи като комуникационен сървър сред софтуера за интерфейс човек-машина в контролната зала на работните станции, както и нейните апарати като RTU, сензори, PLC и др. По-малките SCADA системи включват просто един персонален компютър, който да служи като главен система, иначе надзорна, докато големите SCADA системи включват множество сървъри, сайтове за възстановяване на трагедии, както и разпределени софтуерни приложения. Сървърите са свързани като форма в режим на готовност, иначе двойно излишни, за да наблюдават непрекъснато отказ на сървъра.

RTU (отдалечени терминални единици)

RTU или отдалечената терминална единица е електронно устройство и е известно още като отдалечени телеметрични единици. Тази система включва физически обекти, които са свързани чрез RTU.

Управлението на тези устройства може да стане чрез микропроцесори. Тук се използват микропроцесори за управление на RTU, които се използват за предаване на записаните данни към надзорната система. Данните могат да бъдат получени от главната система за управление на свързаните обекти.

PLC (програмируеми логически контролери)

Терминът PLC означава програмируеми логически контролери, които се използват в SCADA системи с помощта на сензори. Тези контролери са свързани към сензорите за преобразуване на изходния сигнал на сензора в цифрови данни. В сравнение с RTU, те се използват поради тяхната гъвкавост, конфигурация, гъвкавост и достъпност.

Комуникационна инфраструктура

В системата SCADA се използва комбинация от радио и директна кабелна връзка. Но SONET или SDH могат да се използват и за по-добри системи като електроцентрали и железопътни линии. Малко стандартизирани 7 разпознати протокола се използват между компактните SCADA протоколи, за да доставят информация, просто след като RTU се запитят чрез надзорната станция.

Програмиране на SCADA

В иначе главната станция на HMI, SCADA програмирането се използва главно за създаване на карти, диаграми, които осигуряват много важна информация по време на прогресията, в противен случай, когато възникне отказ на събитие. Повечето търговски SCADA системи използват последователни интерфейси в програмния език C, иначе може да се използва и извлечен програмен език.

Интерфейс на човешка машина

Системата SCADA използва интерфейса човек-машина. Информацията се показва и наблюдава, за да бъде обработена от човек. HMI осигурява достъп до множество управляващи устройства, които могат да бъдат PLC и RTU. HMI осигурява графично представяне на системата.

Например, тя предоставя графична картина на помпата, свързана към резервоара. Потребителят може да види потока на водата и налягането на водата. Важната част от HMI е алармена система, която се активира според предварително зададените стойности.

Интерфейс на човешка машина

Например , алармата за нивото на водата в резервоара е зададена на 60% и 70% стойности. Ако нивото на водата достигне над 60%, алармата дава нормално предупреждение, а ако нивото на водата достигне над 70%, алармата дава критично предупреждение.

Видове SCADA система

Системите SCADA са класифицирани в четири типа, които включват следното.

• Монолитни SCADA системи
• Разпределени SCADA системи
• Мрежови SCADA системи
• IoT SCADA системи

Монолитни SCADA системи

Монолитните SCADA системи се наричат ​​системи от ранно или първо поколение. В този тип системи се използват миникомпютри. Разработването на тези системи може да се извърши, когато не са налични общи мрежови услуги. Проектирането на тези системи може да се извърши като независими системи без връзка с други системи.

Данните могат да се събират от всички RTU, като се използва резервен мейнфрейм. Основните функции на тези системи от първо поколение са ограничени до маркиране на процеси в кризисни случаи и наблюдение на сензорите.

Разпределени SCADA системи

Разпределените SCADA системи се наричат ​​системи от второ поколение. Разпределението на контролните функции може да се извърши в множество системи чрез свързване с локална мрежа. Операциите за контрол могат да се извършват чрез споделяне на обработка на данни и команди в реално време.

При тези видове системи размерът и цената на всяка станция са намалени, но не е имало последователни мрежови протоколи. Тъй като протоколите са собственост, по-малко хора разбират сигурността на системата SCADA по време на инсталацията и този фактор се игнорира до голяма степен.

Мрежови SCADA системи

Мрежовите SCADA системи са известни още като системи от трето поколение. Мрежата и комуникацията на настоящите SCADA системи могат да се извършват с помощта на WAN системата чрез линии за данни или телефони. Предаването на данни между два възела може да се извърши с помощта на Ethernet или оптични връзки.

Този тип SCADA система използва PLC за да коригирате и наблюдавате операциите за маркиране само когато има нужда от основен избор.

IoT SCADA системи

IoT SCADA системите са системи от четвърто поколение. В тези системи инфраструктурните разходи на системата се намаляват чрез внедряване на IoT чрез облачни изчисления . Поддържането, както и интегрирането на тези системи е лесно в сравнение с други.

В реално време състоянието на тези системи може да се отчита чрез изчисления в облак. Следователно може да се направи внедряването на алгоритми като сложен контрол, които често се използват на обичайните PLC.

Сигурност на SCADA

Понастоящем SCADA мрежите се използват широко в настоящите индустрии за проверка и изследване на данни в реално време, индустриалните процеси могат да бъдат контролирани, да комуникират с устройства. Така че SCADA системите са от съществено значение за индустриалните организации, тъй като тези системи включват хардуер и софтуер. Така че, сигурността на SCADA също е от съществено значение в индустриите.

Терминът SCADA сигурност се използва за защита на SCADA мрежите, които са произведени с компютърен хардуер. SCADA мрежите, използвани от някои от системите, са електричество , природен газ и др. Частните и правителствените организации са предприели мерките на тези мрежи поради ценната роля да гарантират сигурността на системите SCADA.

Примери за SCADA сигурност

Заплахите, които възникват в SCADA системите, включват следното.

• Хакери
• Терористи
• Зловреден софтуер
• Грешка вътре

Слабостта на защитата на SCADA възниква главно поради следните причини.

• Лошо обучение
• Развиване на приложения на приложението
• Проблеми при мониторинг
• По-малко поддръжка

Системата SCADA може да бъде защитена чрез картографиране на всички съществуващи системи, наблюдение и откриване на института и създаване на процеси за сигурност на мрежата.

Разлика между PLC и SCADA

Разликата между PLC и SCADA включва следното.

SCDA за отдалечен промишлен завод

В големите промишлени предприятия много процеси протичат едновременно и всеки трябва да бъде наблюдаван, което е сложна задача. Системите SCADA се използват за наблюдение и контрол на оборудването в индустриалните процеси, които включват разпределение на вода, разпределение на нефт и разпределение на енергия. Основната цел на този проект е да обработва данните в реално време и да контролира широкомащабната отдалечена индустриална среда. В сценарий в реално време се взема система за регистриране на температурата за отдалечена работа на централата.

Блок-схема на промишлен завод за контрол на температурата

Температурните сензори са свързани към микроконтролера, който е свързан към компютъра отпред и софтуерът се зарежда на компютъра. Данните се събират от температурните сензори. Температурните сензори непрекъснато изпращат сигнала към микроконтролера, който съответно показва тези стойности на предния си панел.

На екрана на компютъра можете да зададете параметри като ниска и висока граница. Когато температурата на датчика премине над зададената точка, микроконтролерът изпраща команда към съответното реле. Нагревателите, свързани чрез релейни контакти, се изключват и включват.

Това е система за регистриране на температурата. Тук 8 микросензора в режим мултиплексиране са свързани към микроконтролера чрез ADC 0808. Тогава стойностите на всички сензори се изпращат последователно от микроконтролера през Max 32 до порта на компютъра. Софтуер „DAQ система“, зареден на компютъра, приема тези стойности и ги показва на предния панел, а също така ги записва в базата данни „daq.mdb“.

Чрез интерактивен начин може да се зададат някои параметри като зададена точка, ниска граница и висока граница на екрана на компютъра. Когато температурата на датчик се повиши над зададената стойност, микроконтролерът изпраща команди към IC на релейния драйвер. Нагревателите, свързани чрез релейни контакти, са (специфични за този сензор) изключени (или ВКЛЮЧЕНИ в обратен случай). Горната и ниската граници са за аларма. Когато температурата надвиши горната граница или под долната граница, алармата ще се включи.

SCADA за отдалечен промишлен завод

Предимства

Предимствата на системата SCADA включват следното.

• Качеството на услугата може да се подобри
• Надеждността може да се подобри
• Разходите за поддръжка са по-малко
• Операцията може да бъде намалена
• Могат да се наблюдават големи системни параметри
• Работната сила може да бъде намалена
• Времето за ремонт може да бъде намалено
• Откриване на неизправности и локализация на неизправности
• Той съхранява голямо количество данни
• Според изискванията на потребителя, той показва данните в различни формати.
• Хиляди сензори могат да бъдат свързани с SCADA за управление и наблюдение
• Реални симулации на данни могат да бъдат получени от операторите
• Дава бърза реакция
• Той е гъвкав, както и мащабируем, като същевременно добавя допълнителни ресурси.
• Системата SCADA предоставя на борда механична и графична информация
• Системата SCADA е лесно разширяема. Можем да добавим набор от контролни блокове и сензори според изискването.
• Системата SCADA може да работи в критични ситуации.

Недостатъци

Недостатъците на системата SCADA включват следното.

• Той е сложен от гледна точка на зависими модули и хардуерни единици.
• Необходими са анализатори, програмисти и опитни оператори, които да поддържат
• Високи разходи за монтаж
• Нивата на безработица могат да бъдат увеличени
• Тази система поддържа хардуерни устройства и ограничен софтуер

Приложения

Приложенията на системата SCADA включват следното.

• Генериране и разпределение на енергия
• Обществен транспорт
• ВиК система
• производство
• Индустрии и сгради
• Комуникационни мрежи
• Нефтена и газова промишленост
• Производство, предаване и разпределение на електроенергия
• Водоразпределителна и резервоарна система
• Обществени сгради като електрическо отопление и охлаждане.
• Генератори и турбини
• Система за управление на светофара

По този начин става въпрос за всичко преглед на системата SCADA (Надзорен контрол и събиране на данни). Тази система се управлява от компютър, използван за контрол, както и за наблюдение на различни процеси в растенията. Тази система използва GUI (графичен потребителски интерфейс), комуникация на данни и разширено управление за системи за наблюдение. Ето един въпрос към вас, какво е PLC?

Снимка:

• Обща SCADA мрежа от mycpanel