Kaj je sistem SCADA: arhitektura in njegovo delovanje

Veliko število procesov se zgodi v velikih industrijskih obratih. Vsak postopek, ki ga morate spremljati, je zelo zapleten, saj ima vsak stroj drugačen izhod. Sistem SCADA se je uporabljal za zbiranje podatkov s senzorjev in instrumentov, ki se nahajajo na oddaljenih območjih. Nato računalnik obdela te podatke in jih takoj predstavi. Sistem SCADA zbira informacije (kot je prišlo do puščanja na cevovodu) in jih prenaša nazaj v sistem, hkrati pa opozori, da je prišlo do uhajanja, in prikazuje informacije na logičen in organiziran način. Sistem SCADA je nekoč deloval v operacijskih sistemih DOS in UNIX. Celoten postopek je znan kot avtomatizacija . Ta članek obravnava pregled sistema SCADA.

Kaj je sistem SCADA?

SCADA pomeni nadzorni nadzor in zajem podatkov. To je vrsta programskega programa za nadzor procesov. SCADA je centralni nadzorni sistem, ki ga sestavljajo krmilniki omrežni vmesniki, vhod / izhod, komunikacijska oprema in programska oprema. SCADA sistemi se uporabljajo za nadzor in nadzor opreme v industrijskem procesu, ki vključuje proizvodnjo, proizvodnjo, razvoj in izdelavo. Infrastrukturni procesi vključujejo distribucijo plina in nafte, elektriko in vodo. Javne službe vključujejo sistem avtobusnega prometa, letališče. Sistem SCADA odčitava števce in redno preverja stanje senzorjev, tako da zahteva minimalno vmešavanje ljudi.

Splošno omrežje SCADA

Zgodovina SCADA

Prej je bilo mogoče nadzor industrijskih obratov in proizvodnih tal izvajati ročno s pomočjo analogne opreme in tipk. Ker velikost industrije narašča, so zato uporabili merilnike časa in releje, da bi zagotovili nadzorni nadzor na fiksni ravni za minimalno avtomatizacijo. Torej je bil za vse panoge potreben popolnoma avtomatiziran in učinkovitejši sistem.

Vemo, da so bili za namene industrijskega nadzora računalniki uvedeni leta 1950. Po tem je bil uporabljen koncept telemetrije tako za prenos podatkov kot za virtualno komunikacijo . Leta 1970 je bil razvit sistem SCADA skupaj z mikroprocesorji in PLC.

Tako smo tem konceptom v celoti pomagali pri razvoju avtomatizacije, ki deluje v panogah na daljavo. Razdeljeni sistemi SCADA so bili uvedeni leta 2000. Po tem so bili razviti novi sistemi SCADA za spremljanje in nadzor podatkov v realnem času kjer koli na svetu.

Arhitektura sistema SCADA

Na splošno je sistem SCADA centraliziran sistem, ki nadzira in nadzoruje celotno območje. Gre za čisti programski paket, ki je nameščen na vrhu strojne opreme. Nadzorni sistem zbira podatke o procesu in postopku pošilja nadzor ukazov. SCADA je oddaljena terminalna enota, ki je znana tudi kot RTU.

Večino kontrolnih dejanj samodejno izvedejo RTU-ji ali PLC-ji. RTU je sestavljen iz programabilnega logičnega pretvornika, ki ga lahko nastavite na posebne zahteve. Na primer, v termoelektrarni lahko pretok vode nastavite na določeno vrednost ali pa ga spremenite glede na zahtevo.

Sistem SCADA omogoča operaterjem, da spremenijo nastavljeno vrednost pretoka in omogočijo alarmne pogoje v primeru izgube pretoka in visoke temperature, stanje pa se prikaže in zabeleži. Sistem SCADA spremlja splošno zmogljivost zanke. Sistem SCADA je centraliziran sistem za komunikacijo z žično in brezžično tehnologijo do naprav Clint. Nadzor sistema SCADA lahko zažene popolnoma vse vrste industrijskih procesov.

Če na primer v plinovodu nastane prevelik tlak, lahko sistem SCADA samodejno odpre sprostitveni ventil.

Arhitektura strojne opreme

Na splošno sistem SCADA lahko razdelimo na dva dela:

• Odjemalska plast
• Plast podatkovnega strežnika

Plast Clint skrbi za interakcijo človek-stroj.

Plast podatkovnega strežnika obravnava večino procesa podatkovnih dejavnosti.

Postaja SCADA se nanaša na strežnike in je sestavljena iz enega osebnega računalnika. Podatkovni strežniki komunicirajo z napravami na terenu prek krmilnikov procesov, kot so PLC ali RTU. PLC-ji so povezani s podatkovnimi strežniki neposredno ali prek omrežij ali vodilov. Sistem SCADA uporablja omrežja WAN in LAN, WAN in LAN sta sestavljena iz internetnih protokolov, ki se uporabljajo za komunikacijo med glavno postajo in napravami.

Fizična oprema, kot so senzorji, povezani s PLC-ji ali RTU-ji. RTU pretvorijo senzorske signale v digitalne podatke in jih pošljejo glavnemu. V skladu z glavno povratno informacijo, ki jo prejme RTU, uporablja električni signal za releje. Večino operacij spremljanja in nadzora izvajajo RTU-ji ali PLC-ji, kot lahko vidimo na sliki.

Arhitektura strojne opreme SCADA

Arhitektura programske opreme

Večina strežnikov se uporablja za večopravilnost in sprotno zbiranje podatkovnih baz. Strežniki so odgovorni za zbiranje in obdelavo podatkov. Sistem SCADA je sestavljen iz programske opreme za zagotavljanje trendov, diagnostičnih podatkov in upravljanja informacij, kot so načrtovani postopki vzdrževanja, logistične informacije, podrobne sheme za določen senzor ali stroj in vodniki za odpravljanje težav s strokovnim sistemom. To pomeni, da lahko upravljavec vidi shematski prikaz naprave, ki jo nadzorujejo.

Arhitektura programske opreme SCADA

Primeri so preverjanje alarmov, izračuni, beleženje in arhiviranje krmilnikov glasovanja na naboru parametrov, ki so običajno povezani s strežnikom.

Sistem SCADA deluje

Sistem SCADA opravlja naslednje funkcije

• Pridobivanje podatkov
• Podatkovna komunikacija
• Predstavitev informacij / podatkov
• Spremljanje / nadzor

Te funkcije izvajajo senzorji, RTU-ji, krmilniki, komunikacijsko omrežje. Senzorji se uporabljajo za zbiranje pomembnih informacij, RTU pa za pošiljanje teh informacij krmilniku in prikaz stanja sistema. Glede na stanje sistema lahko uporabnik da ukaz drugim sistemskim komponentam. To operacijo izvaja komunikacijsko omrežje.

Pridobivanje podatkov

Sistem v realnem času je sestavljen iz tisočih komponent in senzorjev. Zelo pomembno je vedeti stanje določenih komponent in senzorjev. Nekateri senzorji na primer merijo pretok vode iz rezervoarja v rezervoar za vodo, nekateri senzorji pa merijo vrednostni tlak ob izpustu vode iz rezervoarja.

Podatkovna komunikacija

Sistem SCADA uporablja žično omrežje za komunikacijo med uporabniki in napravami. Aplikacije v realnem času uporabljajo veliko senzorjev in komponent, ki jih je treba upravljati na daljavo. Sistem SCADA uporablja internetne komunikacije. Vse informacije se po posebnih protokolih prenašajo prek interneta. Senzorji in releji ne morejo komunicirati z omrežnimi protokoli, zato so RTU uporabljali za komunikacijo senzorjev in omrežnih vmesnikov.

Predstavitev informacij / podatkov

Običajna omrežja vezja imajo nekaj indikatorjev, ki jih je mogoče videti za nadzor, vendar je v sistemu SCADA v realnem času na tisoče senzorjev in alarmov, s katerimi je nemogoče hkrati ravnati. Sistem SCADA uporablja vmesnik človek-stroj (HMI) za zagotavljanje vseh informacij, zbranih z različnimi senzorji .

Spremljanje / nadzor

Sistem SCADA uporablja različna stikala za upravljanje vsake naprave in prikazuje stanje nadzornega območja. S pomočjo teh stikal lahko kateri koli del postopka vklopite / izklopite s krmilne postaje. Sistem SCADA je izdelan za samodejno delovanje brez človekovega posredovanja, v kritičnih situacijah pa z njim skrbi delovna sila.

SCADA komponente

Komponente sistema SCADA vključujejo naslednje.

Nadzorni sistem

Nadzorni sistem deluje kot komunikacijski strežnik med programsko opremo za vmesnike človek-stroj v nadzorni sobi delovnih postaj, pa tudi z njegovimi napravami, kot so RTU-ji, senzorji, PLC-ji itd. Manjši sistemi SCADA vključujejo preprosto en osebni računalnik, ki deluje kot glavni sistem sicer nadzorni, medtem ko veliki SCADA sistemi vključujejo številne strežnike, mesta za obnovo nesreč in distribuirane programske aplikacije. Strežniki so povezani kot vroče stanje pripravljenosti, sicer dvojno redundantni za stalno spremljanje okvar strežnika.

RTU-ji (oddaljene priključne enote)

RTU ali oddaljena terminalna enota je elektronska naprava in je znana tudi kot oddaljena telemetrična enota. Ta sistem zajema fizične predmete, ki so povezani prek RTU-jev.

Nadzor nad temi napravami je mogoče opraviti z mikroprocesorji. Tu se mikroprocesorji uporabljajo za nadzor RTU-jev, ki se uporabljajo za prenos posnetih podatkov v nadzorni sistem. Podatke lahko prejmete iz glavnega sistema za nadzor povezanih objektov.

PLC-ji (programabilni logični krmilniki)

Izraz PLC pomeni programabilne logične krmilnike, ki se uporabljajo v SCADA sistemih s pomočjo senzorjev. Ti krmilniki so povezani s senzorji za pretvorbo izhodnega signala senzorja v digitalne podatke. V primerjavi z RTU-ji se ti uporabljajo zaradi prilagodljivosti, konfiguracije, vsestranskosti in cenovne dostopnosti.

Komunikacijska infrastruktura

V sistemu SCADA se uporablja mešanica radijske in neposredne žične povezave. Toda SONET ali SDH je mogoče uporabiti tudi za vrhunske sisteme, kot so elektrarne in železnice. Med kompaktnimi protokoli SCADA se uporablja le nekaj standardiziranih 7 priznanih protokolov za pošiljanje informacij, ko so RTU-ji anketirani prek nadzorne postaje.

Programiranje SCADA

V HMI, sicer glavni postaji, se programiranje SCADA uporablja predvsem za izdelavo zemljevidov, diagramov, ki zagotavljajo zelo pomembne informacije med celotnim napredovanjem, sicer kadar pride do okvare dogodka. Večina komercialnih sistemov SCADA uporablja dosledne vmesnike v programskem jeziku C, sicer pa je mogoče uporabiti tudi izpeljani programski jezik.

Človeški stroj vmesnik

Sistem SCADA uporablja vmesnik človek-stroj. Informacije se prikažejo in spremljajo, da jih človek obdeluje. HMI omogoča dostop do več krmilnih enot, ki so lahko PLC-ji in RTU-ji. HMI zagotavlja grafično predstavitev sistema.

Na primer, daje grafično sliko črpalke, priključene na rezervoar. Uporabnik lahko vidi pretok vode in pritisk vode. Pomemben del HMI je alarmni sistem, ki se aktivira v skladu z vnaprej določenimi vrednostmi.

Človeški stroj vmesnik

Na primer , alarm za nivo vode v rezervoarju je nastavljen na 60% in 70% vrednosti. Če nivo vode doseže nad 60%, alarm sproži normalno opozorilo in če nivo vode doseže nad 70%, alarm opozori kritično opozorilo.

Vrste SCADA sistema

SCADA sistemi so razvrščeni v štiri vrste, ki vključujejo naslednje.

• Monolitni SCADA sistemi
• Porazdeljeni SCADA sistemi
• Omreženi SCADA sistemi
• IoT SCADA sistemi

Monolitni SCADA sistemi

Monolitni SCADA sistemi se imenujejo sistemi zgodnje ali prve generacije. V teh vrstah sistemov se uporabljajo miniračunalniki. Razvoj teh sistemov je mogoč, kadar skupne omrežne storitve niso na voljo. Načrtovanje teh sistemov je mogoče izvesti kot neodvisne sisteme brez kakršne koli povezave z drugimi sistemi.

Podatke je mogoče zbrati iz vseh RTU-jev z uporabo nadomestnega računalnika. Glavne funkcije teh sistemov prve generacije so omejene na označevanje procesov v kriznih primerih in spremljanje senzorjev.

Porazdeljeni SCADA sistemi

Porazdeljeni sistemi SCADA se imenujejo sistemi druge generacije. Porazdelitev nadzornih funkcij lahko izvedemo po številnih sistemih s povezovanjem z lokalnim omrežjem. Nadzorne operacije se lahko izvajajo s skupno rabo podatkov in obdelavo ukazov.

Pri teh vrstah sistemov se velikost in stroški posamezne postaje zmanjšajo, vendar ni bilo doslednih omrežnih protokolov. Ker so bili protokoli lastniški, manj ljudi med namestitvijo razume varnost sistema SCADA in ta dejavnik je bil v glavnem prezrt.

Omreženi SCADA sistemi

Omreženi sistemi SCADA so znani tudi kot sistemi tretje generacije. Omrežje in komunikacija sedanjih sistemov SCADA se lahko izvede s pomočjo sistema WAN prek podatkovnih linij ali telefonov. Prenos podatkov med dvema vozliščema je mogoče opraviti s pomočjo povezav Ethernet ali optičnih vlaken.

Ta vrsta SCADA sistema uporablja PLC prilagoditev in spremljanje postopkov označevanja preprosto, ko obstaja potreba po glavnih odločitvah.

IoT SCADA sistemi

IoT SCADA sistemi so sistemi četrte generacije. V teh sistemih se z izvajanjem interneta stvari znižajo infrastrukturni stroški sistema računalništvo v oblaku . Vzdrževanje in integracija teh sistemov je v primerjavi z drugimi enostavna.

V realnem času lahko stanje teh sistemov sporočamo z računalništvom v oblaku. Zato lahko izvedemo algoritme, kot je zapleten nadzor, ki se pogosto uporabljajo na običajnih PLC-jih.

SCADA Varnost

Trenutno se omrežja SCADA pogosto uporabljajo v trenutnih panogah za preverjanje in pregledovanje podatkov v realnem času, industrijske procese je mogoče nadzorovati in komunicirati z napravami. Sistemi SCADA so torej bistvenega pomena za industrijske organizacije, saj ti sistemi vključujejo strojno in programsko opremo. Torej je varnost SCADA bistvenega pomena tudi v panogah.

Izraz zaščita SCADA se uporablja za zaščito omrežij SCADA, izdelanih z računalniško strojno opremo. SCADA omrežja, ki jih uporabljajo nekateri sistemi, so elektrika , zemeljski plin itd. Zasebne in vladne organizacije so sprejele ukrepe teh omrežij zaradi dragocene vloge pri zagotavljanju varnosti sistemov SCADA.

Primeri varnosti SCADA

Nevarnosti, ki se pojavljajo v sistemih SCADA, vključujejo naslednje.

• Hekerji
• Teroristi
• Zlonamerna programska oprema
• Napaka znotraj

Slabost varnosti SCADA se pojavlja predvsem iz naslednjih razlogov.

• Slaba usposobljenost
• Loopholes Razvoj aplikacije
• Težave med spremljanjem
• Manj vzdrževanja

Sistem SCADA je mogoče zaščititi s preslikavo vseh obstoječih sistemov, nadzorom in zaznavanjem inštituta ter ustvarjanjem procesov za varnost omrežja.

Razlika med PLC in SCADA

Razlika med PLC in SCADA vključuje naslednje.

SCDA za oddaljeni industrijski obrat

V velikih industrijskih obratih se hkrati odvija veliko procesov, ki jih je treba spremljati, kar je zapletena naloga. Sistemi SCADA se uporabljajo za nadzor in nadzor opreme v industrijskih procesih, ki vključujejo distribucijo vode, distribucijo nafte in distribucijo električne energije. Glavni cilj tega projekta je obdelava podatkov v realnem času in nadzor obsežnega oddaljenega industrijskega okolja. V realnem času je uporabljen sistem za beleženje temperature za oddaljeno obratovanje naprave.

Blokovni diagram industrijske naprave za nadzor temperature

Temperaturni senzorji so povezani z mikrokrmilnikom, ki je na sprednjem delu povezan z računalnikom, v računalnik pa je naložena programska oprema. Podatki se zbirajo s temperaturnimi senzorji. Temperaturni senzorji neprekinjeno pošiljajo signal mikrokrmilniku, ki te vrednosti ustrezno prikaže na svoji sprednji plošči.

Na zaslonu računalnika lahko nastavite parametre, kot so spodnja in zgornja meja. Ko temperatura senzorja preseže nastavljeno vrednost, mikrokrmilnik pošlje ukaz ustreznemu releju. Grelniki, priključeni preko relejskih kontaktov, so IZKLOPLJENI in VKLOPLJENI.

To je sistem za beleženje temperature. Tu je 8 mikro temperaturnih senzorjev v načinu multipleksiranja povezanih z mikrokrmilnikom prek ADC 0808. Nato mikrokrmilnik serijsko pošlje vrednosti vseh senzorjev skozi Max 32 na pristanišče osebnega računalnika. Programska oprema 'DAQ System', naložena na osebni računalnik, zajame te vrednosti in jih prikaže na sprednji plošči ter jih tudi zabeleži v zbirko podatkov 'daq.mdb'.

Z interaktivnim načinom lahko na zaslonu računalnika nastavimo nekatere parametre, kot so nastavljena vrednost, spodnja in zgornja meja. Ko temperatura nekega senzorja naraste preko nastavljene vrednosti, mikrokrmilnik pošlje ukaze v IC gonilnika releja. Grelniki, priključeni preko relejskih kontaktov, so (posebej za ta senzor) IZKLOPLJENI (ali ON v nasprotnem primeru). Zgornja in spodnja meja sta za alarm. Ko temperatura preseže zgornjo ali spodnjo mejo, se vklopi alarm.

SCADA za oddaljeni industrijski obrat

Prednosti

Prednosti sistema SCADA vključujejo naslednje.

• Kakovost storitve je mogoče izboljšati
• Zanesljivost je mogoče izboljšati
• Stroški vzdrževanja so manjši
• Operacije je mogoče zmanjšati
• Nadzirati je mogoče velike sistemske parametre
• Število delovne sile se lahko zmanjša
• Čas popravila se lahko skrajša
• Odkrivanje napak in lokalizacija napak
• Shranjuje veliko količino podatkov
• Glede na zahteve uporabnika prikazuje podatke v različnih formatih.
• Na tisoče senzorjev je mogoče povezati s sistemom SCADA za nadzor in spremljanje
• Realne simulacije podatkov lahko dobijo operaterji
• Omogoča hiter odziv
• Je prilagodljiv in prilagodljiv, hkrati pa dodaja dodatne vire.
• Sistem SCADA zagotavlja vgrajene mehanske in grafične informacije
• Sistem SCADA je enostavno razširljiv. Po potrebi lahko dodamo komplet krmilnih enot in senzorjev.
• Sistem SCADA lahko deluje v kritičnih situacijah.

Slabosti

Slabosti sistema SCADA vključujejo naslednje.

• Je zapleten v smislu odvisnih modulov in strojnih enot.
• Za vzdrževanje potrebuje analitike, programerje in usposobljene operaterje
• Visoki stroški namestitve
• Stopnje brezposelnosti se lahko povečajo
• Ta sistem podpira strojne naprave in omejeno programsko opremo

Aplikacije

Aplikacije sistema SCADA vključujejo naslednje.

• Proizvodnja in distribucija moči
• Javni prevoz
• Vodovod in kanalizacija
• Predelovalne dejavnosti
• Industrije in zgradbe
• Komunikacijska omrežja
• Naftna in plinska industrija
• Proizvodnja, prenos in distribucija električne energije
• Sistem razdeljevanja vode in zbiralnikov
• Javne zgradbe, kot so električni sistem ogrevanja in hlajenja.
• Generatorji in turbine
• Sistem za nadzor semaforja

Tu gre torej za to pregled sistema SCADA (Nadzorni nadzor in pridobivanje podatkov). Ta sistem nadzira računalnik, ki se uporablja za nadzor in spremljanje različnih procesov v rastlinah. Ta sistem uporablja GUI (grafični uporabniški vmesnik), podatkovne komunikacije in razširjeno upravljanje za nadzorne sisteme. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je PLC?

Foto:

• Splošno omrežje SCADA avtor mycpanel