Что такое SCADA-система: архитектура и ее работа

Большое количество процессов происходит на крупных промышленных предприятиях. Каждый процесс, который вам нужно отслеживать, очень сложен, потому что каждая машина дает разный результат. Система SCADA используется для сбора данных с датчиков и инструментов, расположенных в отдаленных районах. Затем компьютер обрабатывает эти данные и незамедлительно представляет их. Система SCADA собирает информацию (например, произошла утечка в трубопроводе) и передает ее обратно в систему, одновременно выдавая предупреждения о том, что утечка произошла, и отображает информацию в логической и организованной форме. Система SCADA использовалась для работы в операционных системах DOS и UNIX. Весь этот процесс известен как автоматизация . В этой статье обсуждается обзор системы SCADA.

Что такое система SCADA?

SCADA означает диспетчерский контроль и сбор данных. Это тип прикладной программы для управления технологическим процессом. SCADA - это центральная система управления, состоящая из контроллеры сетевые интерфейсы, ввод / вывод, коммуникационное оборудование и программное обеспечение. Системы SCADA используются для мониторинга и управления оборудованием в производственном процессе, который включает производство, производство, разработку и изготовление. Инфраструктурные процессы включают распределение газа и нефти, электроэнергию, распределение воды. Коммунальные услуги включают систему автобусного движения, аэропорт. Система SCADA снимает показания счетчиков и регулярно проверяет состояние датчиков, поэтому вмешательство человека минимально.

Общая сеть SCADA

История SCADA

Ранее управление промышленными предприятиями и производственными цехами можно было осуществлять вручную с помощью аналогового оборудования и кнопок. Поскольку масштабы отрасли растут, они использовали таймеры и реле для обеспечения диспетчерского управления на фиксированном уровне с минимальной автоматизацией. Таким образом, полностью автоматизированная и более эффективная система была необходима для всех отраслей.

Мы знаем, что для целей промышленного управления компьютеры были внедрены в 1950 году. После этого была внедрена концепция телеметрии для передачи данных, а также виртуальных коммуникация . В 1970 году была разработана система SCADA вместе с микропроцессорами и ПЛК.

Таким образом, эти концепции были полностью поддержаны при разработке автоматизации, которая используется в отраслях удаленно. Распределенные системы SCADA были внедрены в 2000 году. После этого были разработаны новые системы SCADA для мониторинга и управления данными в реальном времени в любой точке земного шара.

Архитектура системы SCADA

Как правило, система SCADA - это централизованная система, которая контролирует и контролирует всю территорию. Это чистый программный пакет, который устанавливается поверх оборудования. Система наблюдения собирает данные о процессе и отправляет им команды управления. SCADA - это удаленный терминал, также известный как RTU.

Большинство управляющих действий автоматически выполняются RTU или PLC. RTU состоит из программируемого логического преобразователя, который можно настроить в соответствии с конкретными требованиями. Например, на теплоэлектростанции расход воды можно установить на определенное значение или изменить в соответствии с требованиями.

Система SCADA позволяет операторам изменять заданное значение расхода и включать условия срабатывания сигнализации в случае потери расхода и высокой температуры, при этом состояние отображается и записывается. Система SCADA контролирует общую производительность контура. Система SCADA - это централизованная система для связи с устройствами Clint как по проводной, так и по беспроводной технологии. Система управления SCADA может управлять всеми видами производственного процесса.

Например, если в газопроводе создается слишком большое давление, система SCADA может автоматически открыть выпускной клапан.

Аппаратная Архитектура

Обычно систему SCADA можно разделить на две части:

• Уровень клиента
• Уровень сервера данных

Слой Клинта обслуживает взаимодействие человека и машины.

Уровень сервера данных обрабатывает большую часть процесса работы с данными.

Станция SCADA относится к серверам и состоит из одного ПК. Серверы данных обмениваются данными с полевыми устройствами через контроллеры процессов, такие как ПЛК или RTU. ПЛК подключаются к серверам данных либо напрямую, либо через сети или шины. Система SCADA использует сети WAN и LAN, WAN и LAN состоят из интернет-протоколов, используемых для связи между главной станцией и устройствами.

Физическое оборудование, такое как датчики, подключенные к ПЛК или RTU. RTU преобразуют сигналы датчиков в цифровые данные и отправляют цифровые данные мастеру. В соответствии с обратной связью главного устройства, полученной RTU, он подает электрический сигнал на реле. Как видно на рисунке, большинство операций по мониторингу и управлению выполняется удаленными терминалами или контроллерами.

Архитектура оборудования системы SCADA

Архитектура программного обеспечения

Большинство серверов используются для многозадачности и работы с базами данных в реальном времени. Серверы отвечают за сбор и обработку данных. Система SCADA состоит из программного обеспечения для предоставления трендов, диагностических данных и управления информацией, такой как плановые процедуры технического обслуживания, логистическая информация, подробные схемы для конкретного датчика или машины, а также руководства по поиску и устранению неисправностей экспертной системы. Это означает, что оператор может видеть схематическое изображение контролируемой установки.

Программная архитектура SCADA

Примерами являются контроллеры проверки аварийных сигналов, вычислений, регистрации и архивирования опросов по набору параметров, которые обычно подключаются к серверу.

Система SCADA работает

Система SCADA выполняет следующие функции

• Сбор данных
• Передача данных
• Информация / представление данных
• Мониторинг / Контроль

Эти функции выполняют датчики, RTU, контроллеры, сеть связи. Датчики используются для сбора важной информации, а RTU используются для отправки этой информации контроллеру и отображения состояния системы. В зависимости от статуса системы пользователь может отдавать команду другим компонентам системы. Эта операция выполняется сетью связи.

Сбор данных

Система реального времени состоит из тысяч компонентов и датчиков. Очень важно знать состояние отдельных компонентов и датчиков. Например, некоторые датчики измеряют поток воды из резервуара в резервуар для воды, а некоторые датчики измеряют значение давления при выпуске воды из резервуара.

Передача данных

Система SCADA использует проводную сеть для связи между пользователями и устройствами. Приложения реального времени используют множество датчиков и компонентов, которыми нужно управлять удаленно. Система SCADA использует интернет-коммуникации. Вся информация передается через Интернет с использованием определенных протоколов. Датчики и реле не могут взаимодействовать с сетевыми протоколами, поэтому RTU используются для связи датчиков и сетевых интерфейсов.

Информация / представление данных

Обычные сети имеют некоторые индикаторы, которые можно увидеть для управления, но в системе SCADA в реальном времени есть тысячи датчиков и тревожных сигналов, с которыми невозможно работать одновременно. В системе SCADA используется человеко-машинный интерфейс (HMI) для предоставления всей информации, собранной с различных датчиков .

Мониторинг / Контроль

Система SCADA использует разные переключатели для управления каждым устройством и отображает состояние области управления. Любая часть процесса может быть включена / выключена со станции управления с помощью этих переключателей. Система SCADA реализована для автоматической работы без вмешательства человека, но в критических ситуациях ею занимаются люди.

Компоненты SCADA

Компоненты системы SCADA включают следующее.

Система контроля

Система диспетчеризации работает как сервер связи между программным обеспечением человеко-машинного интерфейса в диспетчерской рабочих станций, а также ее устройства, такие как RTU, датчики, ПЛК и т. Д. Меньшие системы SCADA включают в себя просто один персональный компьютер, который служит в качестве ведущего. система, в остальном контролирующая, тогда как большие системы SCADA включают в себя множество серверов, площадок для восстановления после трагедий, а также распределенные программные приложения. Серверы подключаются по принципу горячего резервирования, в противном случае они имеют двойное резервирование для постоянного мониторинга сбоев сервера.

RTU (удаленные оконечные устройства)

RTU или удаленный терминал - это электронное устройство, также известное как удаленное телеметрическое устройство. Эта система состоит из физических объектов, которые связаны через RTU.

Управление этими устройствами может осуществляться с помощью микропроцессоров. Здесь микропроцессоры используются для управления RTU, которые используются для передачи записанных данных в систему наблюдения. Данные могут быть получены от главной системы для управления подключенными объектами.

ПЛК (программируемые логические контроллеры)

Термин PLC обозначает программируемые логические контроллеры, которые используются в системах SCADA с помощью датчиков. Эти контроллеры подключены к датчикам для преобразования выходного сигнала датчика в цифровые данные. По сравнению с RTU они используются из-за их гибкости, конфигурации, универсальности и доступности.

Инфраструктура связи

В системе SCADA используется сочетание радио и прямого проводного соединения. Но SONET или SDH также можно использовать для превосходных систем, таких как электростанции и железные дороги. Между компактными протоколами SCADA используется несколько стандартизированных 7 распознаваемых протоколов для доставки информации просто после того, как RTU опрашиваются через диспетчерскую станцию.

SCADA программирование

В HMI, иначе главной станции, программирование SCADA в основном используется для создания карт, диаграмм, чтобы предоставить очень важную информацию на протяжении всего процесса, в противном случае, когда происходит сбой события. Большинство коммерческих систем SCADA используют согласованные интерфейсы на языке программирования C, в противном случае также можно использовать производный язык программирования.

Человеко-машинный интерфейс

В системе SCADA используется человеко-машинный интерфейс. Информация отображается и контролируется для обработки человеком. HMI обеспечивает доступ к нескольким блокам управления, которые могут быть ПЛК и RTU. HMI обеспечивает графическое представление системы.

Например, он предоставляет графическое изображение насоса, подключенного к резервуару. Пользователь может видеть поток воды и давление воды. Важной частью HMI является система аварийной сигнализации, которая активируется в соответствии с заранее заданными значениями.

Человеко-машинный интерфейс

Например , сигнализация уровня воды в баке установлена ​​на значения 60% и 70%. Если уровень воды превышает 60%, аварийный сигнал выдает нормальное предупреждение, а если уровень воды превышает 70%, аварийный сигнал дает критическое предупреждение.

Типы SCADA-систем

Системы SCADA подразделяются на четыре типа, включая следующие.

• Монолитные системы SCADA
• Распределенные системы SCADA
• Сетевые системы SCADA
• Системы IoT SCADA

Монолитные системы SCADA

Монолитные системы SCADA называются системами раннего или первого поколения. В этих типах систем используются миникомпьютеры. Разработка этих систем может выполняться, когда общие сетевые услуги недоступны. Эти системы можно проектировать как независимые системы без какого-либо отношения к другим системам.

Данные могут быть собраны со всех RTU с помощью резервного мэйнфрейма. Основные функции этих систем первого поколения ограничиваются маркировкой процессов в кризисных случаях и мониторингом датчиков.

Распределенные системы SCADA

Распределенные системы SCADA называются системами второго поколения. Распределение функций управления может осуществляться по многочисленным системам путем подключения к локальной сети. Операции управления могут выполняться путем обмена данными и обработкой команд в реальном времени.

В этих типах систем размер и стоимость каждой станции уменьшены, однако не было согласованных сетевых протоколов. Поскольку протоколы были проприетарными, меньшее количество людей понимало безопасность системы SCADA во время установки, и этот фактор в значительной степени игнорировался.

Сетевые системы SCADA

Сетевые системы SCADA также известны как системы третьего поколения. Сетевое соединение и связь существующих систем SCADA могут быть выполнены с использованием системы WAN через линии передачи данных или телефоны. Передача данных между двумя узлами может осуществляться с помощью Ethernet или волоконно-оптических соединений.

Этот тип системы SCADA использует ПЛК просто настраивать и контролировать операции пометки, когда возникает необходимость в выборе основных параметров.

Системы IoT SCADA

Системы IoT SCADA - это системы четвертого поколения. В этих системах стоимость инфраструктуры системы снижается за счет внедрения Интернета вещей через облачные вычисления . Поддерживать и интегрировать эти системы проще по сравнению с другими.

В режиме реального времени о состоянии этих систем можно сообщать с помощью облачных вычислений. Поэтому можно реализовать такие алгоритмы, как сложное управление, которые часто используются в обычных ПЛК.

SCADA Безопасность

В настоящее время сети SCADA широко используются в текущих отраслях промышленности для проверки и изучения данных в реальном времени, можно управлять производственными процессами, взаимодействовать с устройствами. Таким образом, системы SCADA необходимы промышленным организациям, потому что эти системы включают оборудование и программное обеспечение. Таким образом, безопасность SCADA также важна в промышленности.

Термин «безопасность SCADA» используется для защиты сетей SCADA, созданных с использованием компьютерного оборудования. Сети SCADA, используемые некоторыми системами, электричество , природный газ и т. д. Частные и государственные организации приняли меры в отношении этих сетей, поскольку они играют важную роль в обеспечении безопасности систем SCADA.

Примеры безопасности SCADA

Угрозы, возникающие в системах SCADA, включают следующее.

• Хакеры
• Террористы
• Вредоносное ПО
• Ошибка внутри

Слабость безопасности SCADA в основном возникает по следующим причинам.

• Плохое обучение
• Пробелы в разработке приложений
• Проблемы при мониторинге
• Меньше обслуживания

Систему SCADA можно защитить, нанеся на карту все существующие системы, отслеживая и обнаруживая институт, а также создавая процессы для обеспечения безопасности сети.

Разница между ПЛК и SCADA

Разница между ПЛК и SCADA заключается в следующем.

SCDA для удаленного промышленного предприятия

На крупных промышленных предприятиях одновременно происходит множество процессов, и каждый из них требует контроля, что является сложной задачей. Системы SCADA используются для мониторинга и управления оборудованием в производственных процессах, включая распределение воды, распределение нефти и распределение электроэнергии. Основная цель этого проекта - обработка данных в реальном времени и управление крупномасштабной удаленной промышленной средой. В сценарии реального времени используется система регистрации температуры для удаленной работы завода.

Блок-схема промышленной установки контроля температуры

Датчики температуры подключаются к микроконтроллеру, который подключается к ПК с передней стороны, и программное обеспечение загружается на компьютер. Данные собираются с датчиков температуры. Датчики температуры постоянно отправляют сигнал на микроконтроллер, который соответственно отображает эти значения на своей передней панели.

На экране компьютера можно установить такие параметры, как нижний предел и верхний предел. Когда температура датчика превышает заданное значение, микроконтроллер отправляет команду на соответствующее реле. Нагреватели, подключенные через контакты реле, выключаются и включаются.

Это система регистрации температуры. Здесь 8 датчиков температуры в режиме мультиплексирования подключены к микроконтроллеру через ADC 0808. Затем значения всех датчиков последовательно отправляются микроконтроллером через Max 32 на com-порт ПК. Программное обеспечение «DAQ System», загруженное на ПК, принимает эти значения и отображает их на своей передней панели, а также записывает их в базу данных «daq.mdb».

Некоторые параметры, такие как уставка, нижний предел и верхний предел, можно установить интерактивным способом на экране компьютера. Когда температура какого-либо датчика превышает заданное значение, микроконтроллер отправляет команды на IC драйвера реле. Нагреватели, подключенные через контакты реле, (в зависимости от этого датчика) выключены (или включены в противоположном случае). Верхний и нижний пределы предназначены для сигнализации. Когда температура поднимается выше верхнего предела или ниже нижнего предела, включается сигнализация.

SCADA для удаленных промышленных предприятий

Преимущества

К преимуществам системы SCADA можно отнести следующее.

• Качество обслуживания можно улучшить
• Надежность можно повысить
• Стоимость обслуживания меньше
• Операция может быть сокращена
• Возможность мониторинга больших параметров системы
• Человеческие ресурсы можно сократить
• Время ремонта можно сократить
• Обнаружение неисправностей и локализация неисправностей
• Хранит большой объем данных
• В соответствии с требованиями пользователя он отображает данные в различных форматах.
• Тысячи датчиков могут быть подключены к SCADA для управления и мониторинга
• Операторы могут выполнять моделирование реальных данных.
• Дает быстрый ответ
• Он гибкий, а также масштабируемый при добавлении дополнительных ресурсов.
• Система SCADA предоставляет бортовую механическую и графическую информацию.
• Система SCADA легко расширяется. Мы можем добавить набор блоков управления и датчиков по запросу.
• Система SCADA способна работать в критических ситуациях.

Недостатки

К недостаткам системы SCADA можно отнести следующее.

• Это сложно с точки зрения зависимых модулей и аппаратных единиц.
• Требуются аналитики, программисты и опытные операторы для обслуживания
• Высокая стоимость установки
• Уровень безработицы можно увеличить
• Эта система поддерживает аппаратные устройства и ограниченное программное обеспечение

Приложения

Приложения системы SCADA включают следующее.

• Производство и распределение электроэнергии
• Общественный транспорт
• Система водоснабжения и канализации
• Производство
• Промышленность и строительство
• Коммуникационные сети
• Нефтегазовая промышленность
• Производство, передача и распределение электроэнергии
• Система распределения воды и резервуаров
• Общественные здания, такие как система электрического отопления и охлаждения.
• Генераторы и турбины
• Система управления светофором

Таким образом, это все о обзор системы SCADA (Диспетчерского управления и сбора данных). Эта система управляется компьютером, который используется как для управления, так и для мониторинга различных процессов на предприятиях. Эта система использует GUI (графический интерфейс пользователя), передачу данных и расширенное управление для систем мониторинга. Вот вам вопрос, что такое ПЛК?

Фото:

• Общая сеть SCADA от mycpanel