Wat is een SCADA-systeem: architectuur en de werking ervan

Een groot aantal processen vindt plaats in grote industriële vestigingen. Elk proces dat u moet monitoren is erg complex omdat elke machine de verschillende output geeft. Het SCADA-systeem dat wordt gebruikt om gegevens te verzamelen van sensoren en instrumenten in afgelegen gebieden. De computer verwerkt deze gegevens vervolgens en presenteert ze onmiddellijk. Het SCADA-systeem verzamelt de informatie (zoals een lek in een pijpleiding is opgetreden) en stuurt de informatie terug naar het systeem terwijl het waarschuwt dat er een lek is opgetreden en geeft de informatie op een logische en georganiseerde manier weer. Het SCADA-systeem draaide vroeger op DOS- en UNIX-besturingssystemen. Dit hele proces staat bekend als automatisering ​Dit artikel bespreekt een overzicht van het SCADA-systeem.

Wat is een SCADA-systeem?

SCADA staat voor supervisiecontrole en data-acquisitie. Het is een soort softwareapplicatieprogramma voor procesbesturing. SCADA is een centraal besturingssysteem dat bestaat uit controllers netwerkinterfaces, invoer / uitvoer, communicatieapparatuur en software. SCADA-systemen worden gebruikt om de apparatuur in het industriële proces te bewaken en te besturen, waaronder productie, productie, ontwikkeling en fabricage. De infrastructurele processen omvatten gas- en oliedistributie, elektrische energie, waterdistributie. Openbare voorzieningen zijn onder meer een busverkeerssysteem, een luchthaven. Het SCADA-systeem leest de meters uit en controleert met regelmatige tussenpozen de status van sensoren, zodat er minimale tussenkomst van mensen nodig is.

Algemeen SCADA-netwerk

Geschiedenis van SCADA

Eerder kon de besturing van industriële fabrieken en productievloeren handmatig worden gedaan met behulp van analoge apparatuur en drukknoppen. Omdat de branche steeds groter wordt, hebben ze timers en relais gebruikt om toezicht te houden op een vast niveau voor minimale automatisering. Een volledig geautomatiseerd met een efficiënter systeem was dus nodig voor alle industrieën.

We weten dat computers voor industriële controledoeleinden in het jaar 1950 werden geïmplementeerd. Daarna werd het concept van telemetrie geïmplementeerd voor zowel datatransmissie als virtuele communicatie ​In het jaar 1970 werd het SCADA-systeem samen met de microprocessors en PLC ontwikkeld.

Deze concepten werden dus volledig geholpen bij het ontwikkelen van automatisering die op afstand in industrieën wordt bediend. De gedistribueerde SCADA-systemen werden geïmplementeerd in het jaar 2000. Daarna werden nieuwe SCADA-systemen ontwikkeld om real-time gegevens overal ter wereld te bewaken en te beheren.

SCADA-systeemarchitectuur

Over het algemeen is het SCADA-systeem een ​​gecentraliseerd systeem dat het hele gebied bewaakt en bestuurt. Het is een puur softwarepakket dat bovenop de hardware wordt geplaatst. Een toezichtsysteem verzamelt gegevens over het proces en stuurt de commando's naar het proces. De SCADA is een terminal op afstand die ook bekend staat als RTU.

De meeste besturingsacties worden automatisch uitgevoerd door RTU's of PLC's. De RTU's bestaan ​​uit de programmeerbare logische omzetter die kan worden ingesteld op specifieke vereisten. In de thermische energiecentrale kan bijvoorbeeld de waterstroom worden ingesteld op een specifieke waarde of deze kan worden gewijzigd volgens de behoefte.

Met het SCADA-systeem kunnen operators het instelpunt voor de stroom wijzigen en alarmcondities inschakelen in geval van stroomverlies en hoge temperatuur, en de toestand wordt weergegeven en geregistreerd. Het SCADA-systeem bewaakt de algehele prestaties van de lus. Het SCADA-systeem is een gecentraliseerd systeem om met zowel bedrade als draadloze technologie te communiceren met Clint-apparaten. De SCADA-systeembesturingen kunnen alle soorten industriële processen volledig uitvoeren.

Als er bijvoorbeeld te veel druk wordt opgebouwd in een gasleiding, kan het SCADA-systeem automatisch een ontlastklep openen.

Hardware-architectuur

Het algemene SCADA-systeem kan in twee delen worden ingedeeld:

• Client laag
• Gegevensserverlaag

De Clint-laag zorgt voor de interactie tussen mens en machine.

De dataserverlaag behandelt het grootste deel van het proces van data-activiteiten.

Het SCADA-station verwijst naar de servers en is samengesteld uit een enkele pc. De dataservers communiceren met apparaten in het veld via procesregelaars zoals PLC's of RTU's. De PLC's zijn rechtstreeks of via netwerken of bussen met de dataservers verbonden. Het SCADA-systeem maakt gebruik van een WAN- en LAN-netwerken, de WAN en LAN bestaan ​​uit internetprotocollen die worden gebruikt voor communicatie tussen het hoofdstation en apparaten.

De fysieke apparatuur zoals sensoren die zijn aangesloten op de PLC's of RTU's. De RTU's zetten de sensorsignalen om in digitale gegevens en sturen digitale gegevens naar de master. Volgens de masterfeedback die door de RTU wordt ontvangen, past deze het elektrische signaal toe op relais. De meeste bewakings- en besturingsbewerkingen worden uitgevoerd door RTU's of PLC's, zoals we in de afbeelding kunnen zien.

SCADA-systeemhardware-architectuur

Software architectuur

De meeste servers worden gebruikt voor multitasking en realtime databases. De servers zijn verantwoordelijk voor het verzamelen en verwerken van gegevens. Het SCADA-systeem bestaat uit een softwareprogramma voor het leveren van trends, diagnostische gegevens en het beheren van informatie, zoals geplande onderhoudsprocedures, logistieke informatie, gedetailleerde schema's voor een bepaalde sensor of machine, en handleidingen voor probleemoplossing voor expertsystemen. Dit betekent dat de operator een schematische weergave kan zien van de installatie die wordt bestuurd.

Software-architectuur van SCADA

Voorbeelden zijn alarmcontrole, berekeningen, logboekregistratie en het archiveren van pollingcontrollers op een set parameters, die doorgaans zijn verbonden met de server.

SCADA-systeem werkt

Het SCADA-systeem voert de volgende functies uit

• Data-acquisities
• Data communicatie
• Informatie / gegevenspresentatie
• Monitoring / controle

Deze functies worden uitgevoerd door sensoren, RTU's, controllers, een communicatienetwerk. De sensoren worden gebruikt om de belangrijke informatie te verzamelen en RTU's worden gebruikt om deze informatie naar de controller te sturen en de status van het systeem weer te geven. Afhankelijk van de status van het systeem, kan de gebruiker het commando aan andere systeemcomponenten geven. Deze bewerking wordt gedaan door het communicatienetwerk.

Data-acquisities

Het real-time systeem bestaat uit duizenden componenten en sensoren. Het is erg belangrijk om de status van bepaalde componenten en sensoren te kennen. Sommige sensoren meten bijvoorbeeld de waterstroom van het reservoir naar de watertank en sommige sensoren meten de waardedruk wanneer het water uit het reservoir wordt vrijgegeven.

Data communicatie

Het SCADA-systeem gebruikt een bekabeld netwerk om te communiceren tussen gebruikers en apparaten. Real-time applicaties gebruiken veel sensoren en componenten die op afstand bediend moeten worden. Het SCADA-systeem maakt gebruik van internetcommunicatie. Alle informatie wordt via internet verzonden met behulp van specifieke protocollen. Sensoren en relais kunnen niet communiceren met de netwerkprotocollen, dus werden RTU's gebruikt om sensoren en netwerkinterfaces te communiceren.

Informatie / gegevenspresentatie

De normale circuitnetwerken hebben enkele indicatoren die zichtbaar kunnen zijn om te bedienen, maar in het real-time SCADA-systeem zijn er duizenden sensoren en alarmen die onmogelijk tegelijkertijd kunnen worden afgehandeld. Het SCADA-systeem gebruikt de mens-machine-interface (HMI) om alle informatie van de verschillende sensoren te verstrekken ​

Monitoring / controle

Het SCADA-systeem gebruikt verschillende schakelaars om elk apparaat te bedienen en geeft de status van het controlegebied weer. Met deze schakelaars kan elk onderdeel van het proces worden AAN / UIT gezet vanaf het controlestation. Het SCADA-systeem is geïmplementeerd om automatisch te werken zonder menselijke tussenkomst, maar in kritieke situaties wordt het door mankracht afgehandeld.

SCADA-componenten

De SCADA-systeemcomponenten omvatten de volgende.

Toezichtsysteem

Het supervisiesysteem werkt als een communicatieserver tussen de mens-machine-interfacesoftware in de controlekamer van werkstations, evenals de bijbehorende apparaten zoals RTU's, sensoren, PLC's, enz. Kleinere SCADA-systemen bevatten gewoon een enkele personal computer die als een master kan dienen systeem dat anders toezicht houdt, terwijl grote SCADA-systemen talloze servers, sites voor tragedieherstel en gedistribueerde softwareapplicaties bevatten. De servers zijn verbonden als hot-standby-formatie, anders dubbel redundant om serverstoringen continu te bewaken.

RTU's (Remote Terminal Units)

De RTU of externe terminaleenheid is een elektronisch apparaat en staat ook bekend als externe telemetrie-eenheden. Dit systeem bestaat uit fysieke objecten die via RTU's zijn gekoppeld.

De besturing van deze apparaten kan worden gedaan via microprocessors. Hier worden microprocessors gebruikt voor het besturen van RTU's die worden gebruikt om de opgenomen gegevens naar het toezichtsysteem te verzenden. De gegevens kunnen worden ontvangen van het mastersysteem voor het besturen van de aangesloten objecten.

PLC's (programmeerbare logische controllers)

De term PLC staat voor programmeerbare logische controllers die worden gebruikt in SCADA-systemen met behulp van sensoren. Deze controllers zijn verbonden met de sensoren om het uitgangssignaal van de sensor om te zetten in digitale data. In vergelijking met RTU's worden deze gebruikt vanwege hun flexibiliteit, configuratie, veelzijdigheid en betaalbaarheid.

Communicatie-infrastructuur

In het SCADA-systeem wordt een mix van radio en de direct bedrade verbinding gebruikt. Maar SONET of SDH kunnen ook worden gebruikt voor superieure systemen zoals energiecentrales en spoorwegen. Er worden maar weinig gestandaardiseerde 7 herkende protocollen gebruikt tussen de compacte SCADA-protocollen om eenvoudig informatie te leveren zodra de RTU's door het toezichthoudende station zijn gepolld.

SCADA-programmering

In HMI, anders het hoofdstation, wordt SCADA-programmering voornamelijk gebruikt om kaarten te maken, diagrammen om tijdens de voortgang zeer belangrijke informatie te verstrekken, anders wanneer er een storing optreedt. De meeste commerciële SCADA-systemen gebruiken consistente interfaces in programmeertaal C, anders kan ook een afgeleide programmeertaal worden gebruikt.

Mens-machine interface

Het SCADA-systeem maakt gebruik van de mens-machine-interface. De informatie wordt weergegeven en gecontroleerd om door een mens te worden verwerkt. HMI biedt toegang tot meerdere besturingseenheden die PLC's en RTU's kunnen zijn. De HMI zorgt voor de grafische presentatie van het systeem.

Het geeft bijvoorbeeld een grafische afbeelding van de pomp die op de tank is aangesloten. De gebruiker kan de stroming van het water en de druk van het water zien. Het belangrijkste onderdeel van de HMI is een alarmsysteem dat wordt geactiveerd volgens de vooraf gedefinieerde waarden.

Mens-machine interface

Bijvoorbeeld ​ het waterniveau-alarm van de tank is ingesteld op 60% en 70%. Als het waterpeil boven de 60% komt, geeft het alarm een ​​normale waarschuwing en als het waterpeil boven de 70% komt, geeft het alarm een ​​kritische waarschuwing.

Typen SCADA-systeem

SCADA-systemen zijn ingedeeld in vier typen, waaronder de volgende.

• Monolithische SCADA-systemen
• Gedistribueerde SCADA-systemen
• Netwerk SCADA-systemen
• IoT SCADA-systemen

Monolithische SCADA-systemen

Monolithische SCADA-systemen worden vroege of eerste generatie systemen genoemd. In dit soort systemen worden minicomputers gebruikt. De ontwikkeling van deze systemen is mogelijk als er geen gemeenschappelijke netwerkdiensten beschikbaar zijn. Het ontwerp van deze systemen kan worden gedaan als onafhankelijke systemen zonder enige relatie met andere systemen.

De gegevens kunnen worden verzameld van alle RTU's met behulp van een back-up mainframe. De belangrijkste functies van deze eerste generatie systemen zijn beperkt tot het signaleren van processen in crisissituaties & het bewaken van de sensoren.

Gedistribueerde SCADA-systemen

Gedistribueerde SCADA-systemen worden systemen van de tweede generatie genoemd. De verdeling van de controlefuncties kan over tal van systemen worden gedaan door verbinding te maken met een lokaal netwerk. De besturingsbewerkingen kunnen worden uitgevoerd door real-time gegevens- en opdrachtverwerking te delen.

In dit soort systemen zijn de grootte en de kosten van elk station verminderd, maar er waren geen consistente netwerkprotocollen. Omdat de protocollen eigendom waren, begrijpen minder mensen de SCADA-systeembeveiliging tijdens de installatie en werd deze factor grotendeels genegeerd.

Netwerk SCADA-systemen

De genetwerkte SCADA-systemen worden ook wel derde generatie systemen genoemd. Het netwerken en communiceren van huidige SCADA-systemen kan worden gedaan met behulp van het WAN-systeem via datalijnen of telefoons. De datatransmissie tussen twee knooppunten kan worden gedaan met behulp van Ethernet- of glasvezelverbindingen.

Dit type SCADA-systeem gebruikt PLC om de markeringsoperaties aan te passen en te controleren zodra er een noodzaak is voor hoofdkeuzes.

IoT SCADA-systemen

IoT SCADA-systemen zijn systemen van de vierde generatie. In deze systemen worden de infrastructurele kosten van het systeem verlaagd door IoT te implementeren via cloud computing ​Het onderhouden en integreren van deze systemen is eenvoudig in vergelijking met andere.

In real-time kan de toestand van deze systemen worden gerapporteerd via cloud computing. Daarom kan de implementatie van algoritmen zoals ingewikkelde besturing worden gedaan die vaak worden gebruikt op gewone PLC's.

SCADA-beveiliging

Momenteel worden SCADA-netwerken op grote schaal gebruikt in de huidige industrieën om realtime gegevens te controleren en te onderzoeken, kunnen industriële processen worden bestuurd, communiceren met apparaten. SCADA-systemen zijn dus essentieel voor industriële organisaties omdat deze systemen hardware en software bevatten. SCADA-beveiliging is dus ook essentieel in industrieën.

De term SCADA-beveiliging wordt gebruikt om de SCADA-netwerken te beschermen die zijn vervaardigd met computerhardware. SCADA-netwerken die door sommige van de systemen worden gebruikt, zijn elektriciteit , aardgas, etc. De private en overheidsorganisaties hebben de maatregelen van deze netwerken genomen vanwege de waardevolle rol om de beveiliging van de SCADA-systemen te waarborgen.

Voorbeelden van SCADA-beveiliging

De bedreigingen die optreden in SCADA-systemen omvatten de volgende.

• Hackers
• Terroristen
• Malware
• Fout binnenin

De zwakte van SCADA-beveiliging doet zich voornamelijk voor vanwege de volgende redenen.

• Slechte training
• Loopholes Ontwikkeling van App
• Problemen tijdens het monitoren
• Minder onderhoud

Het SCADA-systeem kan worden beschermd door alle aanwezige systemen in kaart te brengen, het instituut te bewaken en te detecteren, en processen te creëren voor de beveiliging van het netwerk.

Verschil tussen PLC en SCADA

Het verschil tussen PLC en SCADA omvat het volgende.

SCDA voor afgelegen industriële installaties

In grote industriële vestigingen vinden veel processen gelijktijdig plaats en moet elk proces worden bewaakt, wat een complexe taak is. De SCADA-systemen worden gebruikt om de apparatuur te bewaken en te besturen in de industriële processen, waaronder waterdistributie, oliedistributie en stroomdistributie. Het belangrijkste doel van dit project is om de real-time gegevens te verwerken en de grootschalige afgelegen industriële omgeving te besturen. In het real-time scenario wordt een temperatuurregistratiesysteem gebruikt voor de werking van een installatie op afstand.

Blokschema van industriële fabriek voor temperatuurregeling

De temperatuursensoren zijn verbonden met de microcontroller, die aan de voorkant met de pc is verbonden, en software wordt op de computer geladen. De gegevens worden verzameld van de temperatuursensoren. De temperatuursensoren sturen het signaal continu naar de microcontroller, die deze waarden dienovereenkomstig op het frontpaneel weergeeft.

Men kan de parameters zoals lage limiet en hoge limiet instellen op het computerscherm. Wanneer de temperatuur van een sensor boven het ingestelde punt komt, stuurt de microcontroller een commando naar het bijbehorende relais. De verwarmers die zijn aangesloten via relaiscontacten worden UIT en AAN gezet.

Dit is een temperatuurregistratiesysteem. Hier zijn 8 temperatuursensoren in multiplexmodus verbonden met de microcontroller via ADC 0808. Vervolgens worden de waarden van alle sensoren serieel door de microcontroller via Max 32 naar de com-poort van de pc gestuurd. Een software 'DAQ-systeem' geladen op de pc neemt deze waarden en toont ze op het frontpaneel, en logt ze ook in de database 'daq.mdb' in.

Men kan door de interactieve manier enkele parameters instellen zoals een setpoint, lage limiet en hoge limiet op het computerscherm. Wanneer de temperatuur van een sensor boven het instelpunt stijgt, stuurt de microcontroller opdrachten naar de relaisstuurprogramma-IC. De verwarmers die zijn aangesloten via relaiscontacten zijn (specifiek voor die sensor) UIT (of AAN in het tegenovergestelde geval). Hoge limiet en lage limieten zijn voor alarm. Als de temperatuur boven de bovengrens of onder de ondergrens komt, gaat het alarm af.

SCADA voor externe industriële installaties

Voordelen

De voordelen van het SCADA-systeem zijn onder meer de volgende.

• De kwaliteit van de dienstverlening kan worden verbeterd
• De betrouwbaarheid kan worden verbeterd
• Onderhoudskosten zijn minder
• De operatie kan worden verminderd
• Grote systeemparameters kunnen worden bewaakt
• Mankracht kan worden verminderd
• De reparatietijd kan worden verkort
• Foutdetectie en foutlokalisatie
• Het slaat een grote hoeveelheid gegevens op
• Volgens de gebruikersvereisten worden de gegevens in verschillende indelingen weergegeven.
• Duizenden sensoren kunnen worden gekoppeld aan SCADA voor besturing en bewaking
• Echte gegevenssimulaties kunnen worden verkregen door operators
• Geeft een snelle reactie
• Het is zowel flexibel als schaalbaar en voegt extra middelen toe.
• Het SCADA-systeem biedt mechanische en grafische informatie aan boord
• Het SCADA-systeem is eenvoudig uit te breiden. Afhankelijk van de behoefte kunnen we een set regeleenheden en sensoren toevoegen.
• Het SCADA-systeem kan in kritieke situaties functioneren.

Nadelen

De nadelen van het SCADA-systeem zijn onder meer de volgende.

• Het is complex in termen van afhankelijke modules en hardware-eenheden.
• Het heeft analisten, programmeurs en bekwame operators nodig om te onderhouden
• Hoge installatiekosten
• De werkloosheidscijfers kunnen worden verhoogd
• Dit systeem ondersteunt hardwareapparaten en beperkte software

Toepassingen

De toepassingen van het SCADA-systeem omvatten het volgende.

• Opwekking en distributie van energie
• Openbaar vervoer
• Water- en rioleringssysteem
• Productie
• Industrieën en gebouwen
• Communicatie netwerken
• Olie- en gasindustrie
• Energieopwekking, transmissie en distributie
• Waterdistributie en reservoirsysteem
• Openbare gebouwen zoals elektrisch verwarmings- en koelsysteem.
• Generatoren en turbines
• Verkeerslicht controlesysteem

Dit gaat dus allemaal over een overzicht van het SCADA-systeem (Toezichtcontrole en data-acquisitie). Dit systeem wordt aangestuurd door een computer, die wordt gebruikt om verschillende processen in planten te besturen en te bewaken. Dit systeem maakt gebruik van GUI (grafische gebruikersinterface), datacommunicatie en uitgebreid beheer voor bewakingssystemen. Hier is een vraag voor u, wat is PLC?

Foto tegoed:

• Algemeen SCADA-netwerk door mycpanel