Hva er et SCADA System: Architecture & Its Working

Et stort antall prosesser skjer i store industribedrifter. Hver prosess du trenger å overvåke er veldig kompleks fordi hver maskin gir forskjellige utdata. SCADA-systemet brukes til å samle inn data fra sensorer og instrumenter i avsidesliggende områder. Datamaskinen behandler deretter disse dataene og presenterer dem raskt. SCADA-systemet samler inn informasjonen (som om det skjedde en lekkasje på en rørledning) og overfører informasjonen tilbake til systemet mens den gir varsler om at lekkasje har skjedd og viser informasjonen på en logisk og organisert måte. SCADA-systemet kjørte på DOS- og UNIX-operativsystemer. Hele denne prosessen er kjent som automasjon . Denne artikkelen diskuterer en oversikt over SCADA-systemet.

Hva er et SCADA-system?

SCADA står for tilsynskontroll og datainnsamling. Det er en type programvare for prosesskontroll. SCADA er et sentralt kontrollsystem som består av kontrollere nettverksgrensesnitt, inngang / utgang, kommunikasjonsutstyr og programvare. SCADA-systemer brukes til å overvåke og kontrollere utstyret i den industrielle prosessen som inkluderer produksjon, produksjon, utvikling og fabrikasjon. De infrastrukturelle prosessene inkluderer gass- og oljedistribusjon, elektrisk kraft, vanndistribusjon. Offentlige tjenester inkluderer et busstrafikksystem, flyplass. SCADA-systemet tar avlesning av målere og kontrollerer statusen til sensorer med jevne mellomrom, slik at det krever minimal forstyrrelse fra mennesker.

Generelt SCADA-nettverk

SCADAs historie

Tidligere kan kontrollen av industrianlegg og produksjonsgulv gjøres manuelt ved hjelp av analogt utstyr og trykknapper. Etter hvert som bransjens størrelse vokser, benyttet de timere og reléer for å gi tilsynskontroll til et fast nivå for minimal automatisering. Så, et helautomatisert med et mer effektivt system var nødvendig for alle bransjer.

Vi vet at datamaskiner ble implementert i 1950 for industrielle kontrollformål. Etter det ble begrepet telemetri implementert for dataoverføring så vel som virtuell kommunikasjon . I år 1970 ble SCADA-systemet utviklet sammen med mikroprosessorer samt PLC.

Så disse konseptene ble hjulpet fullt ut mens vi utviklet automatisering som drives i bransjer eksternt. De distribuerte SCADA-systemene ble implementert i år 2000. Deretter ble nye SCADA-systemer utviklet for å overvåke og kontrollere sanntidsdata hvor som helst i verden.

SCADA Systemarkitektur

Generelt er SCADA-systemet et sentralisert system som overvåker og kontrollerer hele området. Det er en ren programvarepakke som er plassert på toppen av maskinvaren. Et overvåkingssystem samler inn data om prosessen og sender kommandokontrollen til prosessen. SCADA er en ekstern terminalenhet som også er kjent som RTU.

De fleste kontrollhandlinger utføres automatisk av RTU eller PLC. RTU-ene består av den programmerbare logiske omformeren som kan stilles til spesifikke krav. For eksempel i vannkraftverket kan vannstrømmen settes til en bestemt verdi, eller den kan endres i henhold til kravet.

SCADA-systemet tillater operatører å endre settpunktet for strømningen, og aktivere alarmforhold i tilfelle tap av strømning og høy temperatur, og tilstanden vises og registreres. SCADA-systemet overvåker den totale ytelsen til sløyfen. SCADA-systemet er et sentralisert system for å kommunisere med både kablet og trådløs teknologi til Clint-enheter. SCADA-systemkontrollene kan kjøre alle slags industrielle prosesser.

For eksempel, hvis det bygger seg for mye trykk i en gassrørledning, kan SCADA-systemet automatisk åpne en frigjøringsventil.

Maskinvarearkitektur

Det generelle SCADA-systemet kan klassifiseres i to deler:

• Klientlag
• Lag for dataserver

Clint-laget henvender seg til interaksjonen mellom mann og maskin.

Dataserverlaget håndterer mesteparten av prosessen med datainaktiviteter.

SCADA-stasjonen refererer til serverne, og den er sammensatt av en enkelt PC. Dataserverne kommuniserer med enheter i felt gjennom proseskontrollere som PLCer eller RTUer. PLC-ene er koblet til dataserverne enten direkte eller via nettverk eller busser. SCADA-systemet bruker et WAN- og LAN-nettverk, WAN og LAN består av internettprotokoller som brukes til kommunikasjon mellom masterstasjonen og enhetene.

Det fysiske utstyret som sensorer koblet til PLS eller RTU. RTU-ene konverterer sensorsignalene til digitale data og sender digitale data til masteren. I følge master tilbakemeldingen mottatt av RTU, bruker den det elektriske signalet på releer. De fleste av overvåkings- og kontrolloperasjonene utføres av RTUer eller PLCer som vi kan se i figuren.

SCADA System Hardware Architecture

Programvarearkitektur

De fleste serverne brukes til multitasking og sanntidsdatabaser. Serverne er ansvarlige for datainnsamling og håndtering. SCADA-systemet består av et program for å gi trending, diagnostiske data og administrere informasjon, for eksempel planlagte vedlikeholdsprosedyrer, logistisk informasjon, detaljerte skjemaer for en bestemt sensor eller maskin, og feilsøkingsveiledninger for ekspertsystemet. Dette betyr at operatøren kan se en skjematisk fremstilling av anlegget som kontrolleres.

Programvarearkitektur av SCADA

Eksempler er alarmkontroll, beregninger, logging og arkivering av pollingkontrollere på et sett med parametere, de er vanligvis koblet til serveren.

SCADA System fungerer

SCADA-systemet utfører følgende funksjoner

• Datainnsamling
• Datakommunikasjon
• Informasjon / Datapresentasjon
• Overvåking / kontroll

Disse funksjonene utføres av sensorer, RTUer, kontrollere, et kommunikasjonsnettverk. Sensorene brukes til å samle inn viktig informasjon, og RTUer brukes til å sende denne informasjonen til kontrolleren og vise systemets status. I henhold til systemets status kan brukeren gi kommandoen til andre systemkomponenter. Denne operasjonen utføres av kommunikasjonsnettverket.

Datainnsamling

Sanntidssystemet består av tusenvis av komponenter og sensorer. Det er veldig viktig å vite statusen til bestemte komponenter og sensorer. For eksempel måler noen sensorer vannstrømmen fra reservoaret til vanntanken, og noen sensorer måler verditrykket når vannet frigjøres fra reservoaret.

Datakommunikasjon

SCADA-systemet bruker et kablet nettverk for å kommunisere mellom brukere og enheter. Sanntidsapplikasjoner bruker mange sensorer og komponenter som skal styres eksternt. SCADA-systemet bruker internettkommunikasjon. All informasjon overføres via internett ved hjelp av spesifikke protokoller. Sensorer og reléer er ikke i stand til å kommunisere med nettverksprotokollene, slik at RTUer brukes til å kommunisere sensorer og nettverksgrensesnitt.

Informasjon / Datapresentasjon

De normale kretsnettverkene har noen indikatorer som kan være synlige å kontrollere, men i sanntids SCADA-systemet er det tusenvis av sensorer og alarm som er umulige å håndtere samtidig. SCADA-systemet bruker menneske-maskin-grensesnitt (HMI) for å gi all informasjonen som er samlet inn fra de forskjellige sensorene .

Overvåking / kontroll

SCADA-systemet bruker forskjellige brytere for å betjene hver enhet og viser status for kontrollområdet. Enhver del av prosessen kan slås PÅ / AV fra kontrollstasjonen ved hjelp av disse bryterne. SCADA-systemet er implementert for å fungere automatisk uten menneskelig inngripen, men i kritiske situasjoner håndteres det av arbeidskraft.

SCADA-komponenter

SCADA-systemkomponentene inkluderer følgende.

Tilsynssystem

Tilsynssystemet fungerer som en kommunikasjonsserver blant grensesnittprogramvaren for menneske-maskin i arbeidsrommet på arbeidsstasjonene, så vel som dets apparater som RTU, sensorer, PLC, etc. Mindre SCADA-systemer inkluderer bare en enkelt personlig datamaskin som fungerer som en mester Systemet er ellers overordnet, mens store SCADA-systemer inkluderer mange servere, nettsteder for tragediegjenoppretting samt distribuerte programvareapplikasjoner. Serverne er koblet til som standby-formasjon ellers dual-redundant for å overvåke serverfeil kontinuerlig.

RTU (eksterne terminalenheter)

RTU eller fjernterminalenhet er en elektronisk enhet, og den er også kjent som eksterne telemetrienheter. Dette systemet består av fysiske objekter som er grensesnittet gjennom RTUer.

Styringen av disse enhetene kan gjøres gjennom mikroprosessorer. Her brukes mikroprosessorer for å kontrollere RTUer som brukes til å overføre de registrerte dataene mot overvåkingssystemet. Dataene kan mottas fra hovedsystemet for å kontrollere de tilkoblede objektene.

PLCer (programmerbare logikkontroller)

Begrepet PLC står for programmerbare logikkontrollere som brukes i SCADA-systemer ved hjelp av sensorer. Disse kontrollerne er koblet til sensorene for å konvertere sensorens utgangssignal til digitale data. Sammenlignet med RTU-er, brukes disse på grunn av deres fleksibilitet, konfigurasjon, allsidighet og rimelige priser.

Kommunikasjonsinfrastruktur

I SCADA-systemet brukes en blanding av radio og direkte kablet forbindelse. Men SONET eller SDH kan også brukes til overlegne systemer som kraftverk og jernbane. Få standardiserte 7 anerkjente protokoller brukes mellom de kompakte SCADA-protokollene for å levere informasjon bare når RTUene er pollet gjennom tilsynsstasjonen.

SCADA programmering

I HMI ellers masterstasjon brukes SCADA-programmering hovedsakelig til å lage kart, diagrammer for å gi veldig viktig informasjon gjennom progresjonen, ellers når hendelsesfeil oppstår. De fleste av de kommersielle SCADA-systemene bruker konsistente grensesnitt i C-programmeringsspråk, ellers kan også avledet programmeringsspråk brukes.

Grensesnitt for menneskelig maskin

SCADA-systemet bruker grensesnittet mellom menneske og maskin. Informasjonen vises og overvåkes for å bli behandlet av et menneske. HMI gir tilgang til flere kontrollenheter som kan være PLS og RTU. HMI gir den grafiske presentasjonen av systemet.

For eksempel gir det et grafisk bilde av pumpen som er koblet til tanken. Brukeren kan se vannstrømmen og vanntrykket. Den viktige delen av HMI er et alarmsystem som aktiveres i henhold til de forhåndsdefinerte verdiene.

Grensesnitt for menneskelig maskin

For eksempel , tankens vannstandsalarm er satt til 60% og 70% verdier. Hvis vannstanden når over 60%, gir alarmen en normal advarsel, og hvis vannstanden når over 70%, gir alarmen en kritisk advarsel.

Typer SCADA-system

SCADA-systemer er klassifisert i fire typer som inkluderer følgende.

• Monolitiske SCADA-systemer
• Distribuerte SCADA-systemer
• Nettverk av SCADA-systemer
• IoT SCADA Systems

Monolitiske SCADA-systemer

Monolitiske SCADA-systemer kalles for tidlige eller første generasjons systemer. I denne typen systemer brukes minidatamaskiner. Utviklingen av disse systemene kan gjøres når vanlige nettverkstjenester ikke er tilgjengelige. Utformingen av disse systemene kan gjøres som uavhengige systemer uten noen sammenheng med andre systemer.

Dataene kan samles fra alle RTUer ved hjelp av en sikkerhetskopi-hovedramme. Hovedfunksjonene til disse første generasjons systemene er begrenset til flaggprosesser i krisesaker og for å overvåke sensorene.

Distribuerte SCADA-systemer

Distribuerte SCADA-systemer kalles andre generasjons systemer. Distribusjonen av kontrollfunksjonene kan gjøres over flere systemer ved å koble til et lokalt nettverk. Kontrolloperasjonene kan utføres ved å dele sanntidsdata og kommandobehandling.

I denne typen systemer reduseres størrelsen og kostnaden for hver stasjon, men det var ingen konsistente nettverksprotokoller. Siden protokollene var proprietære, forstår færre SCADA-systemets sikkerhet mens installasjonen og denne faktoren i stor grad ble ignorert.

Nettverk av SCADA-systemer

SCADA-systemene i nettverk er også kjent som tredje generasjons systemer. Nettverk og kommunikasjon av nåværende SCADA-systemer kan gjøres ved hjelp av WAN-systemet gjennom datalinjer eller telefoner. Dataoverføringen mellom to noder kan gjøres ved hjelp av Ethernet- eller fiberoptiske tilkoblinger.

Denne typen SCADA-system bruker PLC å justere og overvåke flaggingoperasjoner bare når det er en nødvendighet for hovedvalg.

IoT SCADA Systems

IoT SCADA-systemer er fjerde generasjons systemer. I disse systemene reduseres systemets infrastrukturkostnader ved å implementere IoT gjennom cloud computing . Det er enkelt å vedlikeholde og integrere disse systemene sammenlignet med andre.

I sanntid kan tilstanden til disse systemene rapporteres gjennom cloud computing. Derfor kan implementering av algoritmer som intrikat kontroll gjøres som ofte brukes på vanlige PLCer.

SCADA Security

For tiden brukes SCADA-nettverk mye i dagens bransjer for å sjekke og undersøke sanntidsdata, industrielle prosesser kan kontrolleres, kommunisere med enheter. Så SCADA-systemer er avgjørende for industrielle organisasjoner fordi disse systemene inkluderer maskinvare og programvare. Så SCADA-sikkerhet er også viktig i bransjer.

Begrepet SCADA-sikkerhet brukes til å beskytte SCADA-nettverk som er produsert med maskinvare. SCADA-nettverk som brukes av noen av systemene er elektrisitet , naturgass osv. De private og offentlige organisasjonene har tatt tiltakene i disse nettverkene på grunn av den verdifulle rollen for å sikre sikkerheten til SCADA-systemene.

Eksempler på SCADA Security

Truslene som oppstår i SCADA-systemer inkluderer følgende.

• Hackere
• Terrorister
• Skadevare
• Feil inne

Svakheten ved SCADA-sikkerhet oppstår hovedsakelig av følgende årsaker.

• Dårlig trening
• Smutthullsutvikling av app
• Problemer under overvåking
• Mindre vedlikehold

SCADA-systemet kan beskyttes ved å kartlegge alle nåværende systemer, overvåke og oppdage instituttet, og opprette prosesser for sikkerheten til nettverket.

Forskjellen mellom PLC og SCADA

Forskjellen mellom PLC og SCADA inkluderer følgende.

SCDA for eksternt industrianlegg

I store industribedrifter forekommer mange prosesser samtidig, og hver må overvåkes, noe som er en kompleks oppgave. SCADA-systemene brukes til å overvåke og kontrollere utstyret i de industrielle prosessene som inkluderer vanndistribusjon, oljedistribusjon og kraftdistribusjon. Hovedmålet med dette prosjektet er å behandle sanntidsdata og kontrollere det store industrielle miljøet. I sanntidsscenariet tas et temperaturloggingssystem for en ekstern fabrikkdrift.

Blokkdiagram over temperaturkontrollindustrien

Temperatursensorene er koblet til mikrokontrolleren, som er koblet til PC-en i frontenden, og programvare er lastet på datamaskinen. Dataene er samlet inn fra temperatursensorene. Temperatursensorene sender kontinuerlig signalet til mikrokontrolleren, som følgelig viser disse verdiene på frontpanelet.

Man kan angi parametrene som lav grense og høy grense på dataskjermen. Når temperaturen til en sensor går over innstillingspunktet, sender mikrokontrolleren en kommando til det tilsvarende reléet. Varmeapparatene koblet til via relékontakter er slått AV og PÅ.

Dette er et temperaturloggingssystem. Her er 8 temperatursensorer i multiplexing-modus koblet til mikrokontrolleren gjennom ADC 0808. Deretter sendes verdiene til alle sensorene serielt av mikrokontrolleren gjennom Max 32 til PC-porten. Et programvare 'DAQ System' lastet på PCen tar disse verdiene og viser dem på frontpanelet, og logger dem også til databasen 'daq.mdb'.

Man kan angi på den interaktive måten noen parametere som et settpunkt, lav grense og høy grense på dataskjermen. Når temperaturen til en sensor øker utover settpunktet, sender mikrokontrolleren kommandoer til relédriver-IC. Varmeapparatene koblet til via relékontakter er (spesifikt for den sensoren) slått AV (eller PÅ i motsatt tilfelle). Høy og lav grense er for alarm. Når temperaturen går over den høye eller under den lave grensen, blir alarmen slått på.

SCADA for eksternt industrianlegg

Fordeler

Fordelene med SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Kvaliteten på tjenesten kan forbedres
• Påliteligheten kan forbedres
• Vedlikeholdskostnadene er mindre
• Driften kan reduseres
• Store systemparametere kan overvåkes
• Arbeidskraften kan reduseres
• Reparasjonstiden kan reduseres
• Feilsøking og lokalisering av feil
• Den lagrer en stor mengde data
• I henhold til brukerkravet viser den dataene i forskjellige formater.
• Tusenvis av sensorer kan kobles til SCADA for å kontrollere og overvåke
• Ekte datasimuleringer kan fås av operatører
• Gir rask respons
• Den er både fleksibel og skalerbar mens den legger til ekstra ressurser.
• SCADA-systemet gir mekanisk og grafisk informasjon ombord
• SCADA-systemet er lett utvidbart. Vi kan legge til et sett med kontrollenheter og sensorer i henhold til kravet.
• SCADA-systemet er i stand til å operere i kritiske situasjoner.

Ulemper

Ulempene med SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Det er komplekst når det gjelder avhengige moduler og maskinvareenheter.
• Det trenger analytikere, programmerere og dyktige operatører å vedlikeholde
• Høy installasjonskostnad
• Ledigheten kan økes
• Dette systemet støtter maskinvareenheter og begrenset programvare

applikasjoner

Søknadene til SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Generering og fordeling av makt
• Offentlig transport
• Vann- og avløpssystem
• Produksjon
• Bransjer og bygninger
• Kommunikasjonsnettverk
• Olje- og gassindustrien
• Kraftproduksjon, overføring og distribusjon
• Vannfordeling og reservoarsystem
• Offentlige bygninger som elektrisk oppvarming og kjølesystem.
• Generatorer og turbiner
• Trafikklyskontrollsystem

Dermed handler dette om en oversikt over SCADA-systemet (Overvåking og datainnsamling). Dette systemet styres av en datamaskin, som brukes til å kontrollere og overvåke forskjellige prosesser i anlegg. Dette systemet bruker GUI (grafisk brukergrensesnitt), datakommunikasjon og utvidet styring for overvåkingssystemer. Her er et spørsmål til deg, hva er PLC?

Fotokreditt:

• Generelt SCADA-nettverk av mycpanel