Hvad er et SCADA-system: Arkitektur og dets arbejde

Et stort antal processer forekommer i store industrielle virksomheder. Hver proces, du skal overvåge, er meget kompleks, fordi hver maskine giver forskellige output. SCADA-systemet bruges til at indsamle data fra sensorer og instrumenter i fjerntliggende områder. Computeren behandler derefter disse data og præsenterer dem straks. SCADA-systemet samler informationen (som om der opstod en lækage på en rørledning) og overfører informationen tilbage til systemet, mens den giver alarmerne om, at lækage er opstået, og viser oplysningerne på en logisk og organiseret måde. SCADA-systemet kørte på DOS- og UNIX-operativsystemer. Hele denne proces er kendt som automatisering . Denne artikel diskuterer en oversigt over SCADA-systemet.

Hvad er et SCADA-system?

SCADA står for tilsynskontrol og dataindsamling. Det er en type softwareapplikationsprogram til proceskontrol. SCADA er et centralt kontrolsystem, der består af controllere netværksgrænseflader, input / output, kommunikationsudstyr og software. SCADA-systemer bruges til at overvåge og kontrollere udstyret i den industrielle proces, der inkluderer produktion, produktion, udvikling og fabrikation. De infrastrukturelle processer inkluderer distribution af gas og olie, elektrisk kraft, vanddistribution. Offentlige forsyningsselskaber inkluderer et busstrafiksystem, lufthavn. SCADA-systemet foretager aflæsning af målerne og kontrollerer sensorernes status med jævne mellemrum, så det kræver minimal interferens fra mennesker.

Generelt SCADA-netværk

SCADAs historie

Tidligere kan styringen af ​​industrianlæg og produktionsgulve foretages manuelt ved hjælp af analogt udstyr og trykknapper. Da branchens størrelse vokser, benyttede de timere og relæer til at give tilsynskontrol til et fast niveau for minimal automatisering. Så en fuldt automatiseret med et mere effektivt system var nødvendigt for alle industrier.

Vi ved, at computere til industriel kontrol blev implementeret i 1950. Derefter blev begrebet telemetri implementeret til såvel datatransmission som virtuel meddelelse . I året 1970 blev SCADA-systemet udviklet sammen med mikroprocessorer samt PLC.

Så disse koncepter blev hjulpet fuldt ud under udvikling af automatisering, der drives i industrier eksternt. De distribuerede SCADA-systemer blev implementeret i år 2000. Derefter blev nye SCADA-systemer udviklet til at overvåge og kontrollere realtidsdata overalt i verden.

SCADA Systemarkitektur

Generelt er SCADA-systemet et centraliseret system, der overvåger og kontrollerer hele området. Det er en ren softwarepakke, der er placeret oven på hardwaren. Et overvågningssystem samler data om processen og sender kommandokontrollen til processen. SCADA er en fjernterminalenhed, der også er kendt som RTU.

De fleste kontrolhandlinger udføres automatisk af RTU'er eller PLC'er. RTU'erne består af den programmerbare logiske konverter, som kan indstilles til et specifikt krav. For eksempel i vandkraftværket kan vandstrømmen indstilles til en bestemt værdi, eller den kan ændres i henhold til kravet.

SCADA-systemet giver operatører mulighed for at ændre setpunktet for flowet og aktivere alarmtilstande i tilfælde af tab af flow og høj temperatur, og tilstanden vises og registreres. SCADA-systemet overvåger den samlede ydelse af sløjfen. SCADA-systemet er et centraliseret system, der kommunikerer med både kablet og trådløs teknologi til Clint-enheder. SCADA-systemkontrollerne kan køre alle slags industrielle processer.

For eksempel, hvis der opbygges for meget tryk i en gasrørledning, kan SCADA-systemet automatisk åbne en udløsningsventil.

Hardware-arkitektur

Det generelt SCADA-system kan klassificeres i to dele:

• Klientlag
• Lag af dataserver

Clint-laget henvender sig til interaktionen mellem mand og maskine.

Dataserverlaget håndterer det meste af processen med dataaktiviteter.

SCADA-stationen henviser til serverne, og den er sammensat af en enkelt pc. Dataserverne kommunikerer med enheder i marken gennem procescontrollere som PLC'er eller RTU'er. PLC'erne er forbundet til dataserverne enten direkte eller via netværk eller busser. SCADA-systemet bruger et WAN- og LAN-netværk, WAN og LAN består af internetprotokoller, der bruges til kommunikation mellem masterstationen og enhederne.

Det fysiske udstyr som sensorer, der er tilsluttet PLC'erne eller RTU'erne. RTU'erne konverterer sensorsignalerne til digitale data og sender digitale data til masteren. Ifølge masterfeedback modtaget af RTU anvender det det elektriske signal til relæer. De fleste af overvågnings- og kontroloperationerne udføres af RTU'er eller PLC'er, som vi kan se i figuren.

SCADA-systemhardwarearkitektur

Software Arkitektur

De fleste af serverne bruges til multitasking og realtidsdatabase. Serverne er ansvarlige for dataindsamling og håndtering. SCADA-systemet består af et softwareprogram til at levere tendenser, diagnostiske data og administrere information såsom planlagte vedligeholdelsesprocedurer, logistisk information, detaljerede skemaer til en bestemt sensor eller maskine og ekspert-system fejlfindingsvejledninger. Dette betyder, at operatøren kan se en skematisk gengivelse af anlægget, der kontrolleres.

Software Arkitektur af SCADA

Eksempler er alarmkontrol, beregninger, logning og arkivering af polling-controllere på et sæt parametre, de er typisk forbundet til serveren.

SCADA-system fungerer

SCADA-systemet udfører følgende funktioner

• Dataopsamling
• Datakommunikation
• Information / Datapræsentation
• Overvågning / kontrol

Disse funktioner udføres af sensorer, RTU'er, controllere, et kommunikationsnetværk. Sensorerne bruges til at indsamle vigtig information, og RTU'er bruges til at sende denne information til controlleren og vise systemets status. I henhold til systemets status kan brugeren give kommandoen til andre systemkomponenter. Denne handling udføres af kommunikationsnetværket.

Dataopsamling

Systemet i realtid består af tusinder af komponenter og sensorer. Det er meget vigtigt at kende status for bestemte komponenter og sensorer. For eksempel måler nogle sensorer vandgennemstrømningen fra reservoiret til vandtanken, og nogle sensorer måler værditrykket, når vandet frigøres fra reservoiret.

Datakommunikation

SCADA-systemet bruger et kabelforbundet netværk til at kommunikere mellem brugere og enheder. Realtidsapplikationer bruger mange sensorer og komponenter, som skal styres eksternt. SCADA-systemet bruger internetkommunikation. Al information overføres via internettet ved hjælp af specifikke protokoller. Sensorer og relæer er ikke i stand til at kommunikere med netværksprotokollerne, så RTU'er bruges til at kommunikere sensorer og netværksgrænseflader.

Information / Datapræsentation

De normale kredsløbsnetværk har nogle indikatorer, som kan være synlige at kontrollere, men i realtid SCADA-systemet er der tusindvis af sensorer og alarm, som det er umuligt at håndtere samtidigt. SCADA-systemet bruger interface mellem menneske og maskine (HMI) at give al den information, der er indsamlet fra de forskellige sensorer .

Overvågning / kontrol

SCADA-systemet bruger forskellige kontakter til at betjene hver enhed og viser status for kontrolområdet. Enhver del af processen kan tændes / slukkes fra kontrolstationen ved hjælp af disse kontakter. SCADA-systemet er implementeret til at arbejde automatisk uden menneskelig indgriben, men i kritiske situationer håndteres det af arbejdskraft.

SCADA-komponenter

SCADA-systemkomponenterne inkluderer følgende.

Tilsynssystem

Tilsynssystemet fungerer som en kommunikationsserver blandt softwaren mellem menneske-maskine-interface i kontrolrummet på arbejdsstationer såvel som dets apparater såsom RTU'er, sensorer, PLC'er osv. Mindre SCADA-systemer inkluderer simpelthen en enkelt personlig computer til at fungere som en master system ellers overvågende, mens store SCADA-systemer inkluderer adskillige servere, steder til tragediegendannelse samt distribuerede softwareapplikationer. Serverne er forbundet som hot-standby-dannelse, ellers dobbeltredundant for kontinuerligt at overvåge serverfejl.

RTU'er (eksterne terminalenheder)

RTU eller fjernterminalenheden er en elektronisk enhed, og den er også kendt som fjernt telemetrienheder. Dette system omfatter fysiske objekter, der er grænseflade gennem RTU'er.

Styringen af ​​disse enheder kan ske via mikroprocessorer. Her anvendes mikroprocessorer til styring af RTU'er, der bruges til at transmittere de registrerede data mod overvågningssystemet. Dataene kan modtages fra mastersystemet til styring af de tilsluttede objekter.

PLC'er (programmerbare logiske controllere)

Udtrykket PLC står for programmerbare logiske controllere, der bruges i SCADA-systemer ved hjælp af sensorer. Disse controllere er forbundet til sensorerne til at konvertere sensorens udgangssignal til digitale data. Sammenlignet med RTU'er bruges disse på grund af deres fleksibilitet, konfiguration, alsidighed og overkommelige priser.

Kommunikationsinfrastruktur

I SCADA-systemet bruges en blanding af radio og direkte kabelforbindelse. Men SONET eller SDH kan også bruges til overlegne systemer som kraftværker og jernbaner. Få standardiserede 7 anerkendte protokoller bruges mellem de kompakte SCADA-protokoller til at levere information, blot når RTU'erne er pollet gennem tilsynsstationen.

SCADA programmering

I HMI ellers masterstation bruges SCADA-programmering hovedsageligt til at lave kort, diagrammer til at give meget vigtige oplysninger under hele progressionen, ellers når begivenhedsfejl opstår. De fleste af de kommercielle SCADA-systemer bruger ensartede grænseflader i C-programmeringssprog, ellers kan der også anvendes afledt programmeringssprog.

Grænseflade til menneskelig maskine

SCADA-systemet bruger grænsefladen mellem menneske og maskine. Oplysningerne vises og overvåges for at blive behandlet af et menneske. HMI giver adgang til flere styreenheder, som kan være PLC'er og RTU'er. HMI giver den grafiske præsentation af systemet.

For eksempel giver det et grafisk billede af pumpen, der er tilsluttet tanken. Brugeren kan se vandstrømmen og vandets tryk. Den vigtige del af HMI er et alarmsystem, der aktiveres i henhold til de foruddefinerede værdier.

Human Machine Interface

For eksempel , tankens vandstandsalarm er indstillet til 60% og 70% værdier. Hvis vandstanden når over 60%, giver alarmen en normal advarsel, og hvis vandstanden når op over 70%, giver alarmen en kritisk advarsel.

Typer af SCADA-system

SCADA-systemer er klassificeret i fire typer, der inkluderer følgende.

• Monolitiske SCADA-systemer
• Distribuerede SCADA-systemer
• Netværksbaserede SCADA-systemer
• IoT SCADA-systemer

Monolitiske SCADA-systemer

Monolitiske SCADA-systemer kaldes tidlige eller første generations systemer. I disse typer systemer bruges minicomputere. Udviklingen af ​​disse systemer kan ske, når fælles netværkstjenester ikke er tilgængelige. Designet af disse systemer kan udføres som uafhængige systemer uden nogen relation til andre systemer.

Dataene kan indsamles fra alle RTU'er ved hjælp af en backup-mainframe. Hovedfunktionerne i disse førstegenerationssystemer er begrænset til flagningsprocesser i krisesager og til at overvåge sensorerne.

Distribuerede SCADA-systemer

Distribuerede SCADA-systemer kaldes andengenerationssystemer. Fordelingen af ​​kontrolfunktionerne kan ske på mange forskellige systemer ved at oprette forbindelse til et lokalt netværk. Kontrolhandlingerne kan udføres ved at dele realtidsdata og kommandobehandling.

I disse systemtyper reduceres størrelsen og prisen på hver station, men der var ingen ensartede netværksprotokoller. Da protokollerne var proprietære, forstår færre mennesker SCADA-systemsikkerheden, mens installation og denne faktor stort set blev ignoreret.

Netværksbaserede SCADA-systemer

SCADA-systemerne i netværk er også kendt som tredjegenerationssystemer. Netværk og kommunikation af nuværende SCADA-systemer kan ske ved hjælp af WAN-systemet gennem datalinjer eller telefoner. Datatransmissionen mellem to noder kan ske ved hjælp af Ethernet eller fiberoptiske forbindelser.

Denne type SCADA-system bruger PLC at justere og overvåge flagningsoperationerne, blot når der er behov for hovedvalg.

IoT SCADA-systemer

IoT SCADA-systemer er fjerde generationssystemer. I disse systemer reduceres systemets infrastrukturomkostninger ved at implementere IoT igennem skyen . Vedligeholdelse såvel som integration af disse systemer er let sammenlignet med andre.

I realtid kan tilstanden af ​​disse systemer rapporteres via cloud computing. Derfor kan implementeringen af ​​algoritmer som indviklet kontrol udføres, der ofte bruges på sædvanlige PLC'er.

SCADA-sikkerhed

På nuværende tidspunkt bruges SCADA-netværk i vid udstrækning i nuværende industrier til at kontrollere og undersøge realtidsdata, industrielle processer kan styres, kommunikere med enheder. Så SCADA-systemer er vigtige for industrielle organisationer, fordi disse systemer inkluderer hardware og software. Så SCADA-sikkerhed er også vigtig i brancher.

Udtrykket SCADA-sikkerhed bruges til at beskytte SCADA-netværk, der er fabrikeret med computerhardware. SCADA-netværk, der bruges af nogle af systemerne, er elektricitet , naturgas osv. De private og offentlige organisationer har truffet foranstaltningerne i disse netværk på grund af den værdifulde rolle at sikre SCADA-systemernes sikkerhed.

Eksempler på SCADA-sikkerhed

De trusler, der opstår i SCADA-systemer, inkluderer følgende.

• Hackere
• Terrorister
• Malware
• Fejl inde

Svagheden ved SCADA-sikkerhed opstår hovedsageligt af følgende årsager.

• Dårlig træning
• Smuthuller Udvikling af App
• Problemer under overvågning
• Mindre vedligeholdelse

SCADA-systemet kan beskyttes ved at kortlægge alle nuværende systemer, overvåge og opdage instituttet og oprette processer til sikkerhed for netværket.

Forskel mellem PLC og SCADA

Forskellen mellem PLC og SCADA inkluderer følgende.

SCDA til fjerntliggende industrianlæg

I store industrianlæg forekommer mange processer samtidigt, og hver skal monitoreres, hvilket er en kompleks opgave. SCADA-systemerne bruges til at overvåge og kontrollere udstyret i de industrielle processer, der inkluderer vanddistribution, oliedistribution og energidistribution. Hovedformålet med dette projekt er at behandle realtidsdata og kontrollere det store industrielle fjernmiljø. I realtidsscenariet tages et temperaturregistreringssystem til en ekstern anlægsdrift.

Blokdiagram over temperaturkontrolindustrieanlæg

Temperatursensorerne er tilsluttet mikrokontrolleren, som er forbundet til pc'en i frontenden, og software er indlæst på computeren. Dataene indsamles fra temperatursensorerne. Temperatursensorerne sender kontinuerligt signalet til mikrokontrolleren, som derfor viser disse værdier på frontpanelet.

Man kan indstille parametrene som lav grænse og høj grænse på computerskærmen. Når temperaturen på en sensor går over det indstillede punkt, sender mikrokontrolleren en kommando til det tilsvarende relæ. Varmelegemerne, der er tilsluttet via relækontakter, er slået fra og til.

Dette er et temperaturregistreringssystem. Her tilsluttes 8 temperatursensorer i multiplexingtilstand til mikrokontrolleren via ADC 0808. Derefter sendes værdierne for alle sensorer serielt af mikrokontrolleren gennem Max 32 til pc-porten. Et software “DAQ System”, der er indlæst på pc'en, tager disse værdier og viser dem på frontpanelet og logger dem også til databasen “daq.mdb”.

Man kan på den interaktive måde indstille nogle parametre som et sætpunkt, lav grænse og høj grænse på computerskærmen. Når temperaturen på en eller anden sensor stiger ud over sætpunktet, sender mikrokontrolleren kommandoer til relædriverens IC. Varmelegemerne, der er tilsluttet via relækontakter, er (specifikke for den sensor) slået fra (eller ON i modsat tilfælde). Høj grænse og lave grænser er for alarm. Når temperaturen går over den høje eller under den lave grænse, aktiveres alarmen.

SCADA til fjerntliggende industrianlæg

Fordele

Fordelene ved SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Servicekvaliteten kan forbedres
• Pålideligheden kan forbedres
• Vedligeholdelsesomkostninger er mindre
• Funktionen kan reduceres
• Store systemparametre kan overvåges
• Arbejdskraften kan reduceres
• Reparationstiden kan reduceres
• Fejldetektion & lokalisering af fejl
• Den gemmer en stor mængde data
• I henhold til brugerkravet viser det dataene i forskellige formater.
• Tusinder af sensorer kan grænseflade til SCADA til styring og overvågning
• Reelle datasimuleringer kan opnås af operatører
• Giver hurtig reaktion
• Det er både fleksibelt og skalerbart, mens der tilføjes ekstra ressourcer.
• SCADA-systemet leverer mekanisk og grafisk information ombord
• SCADA-systemet kan let udvides. Vi kan tilføje et sæt styreenheder og sensorer i henhold til kravet.
• SCADA-systemet er i stand til at fungere i kritiske situationer.

Ulemper

Ulemperne ved SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Det er komplekst med hensyn til afhængige moduler og hardwareenheder.
• Det har brug for analytikere, programmører og dygtige operatører at vedligeholde
• Høje installationsomkostninger
• Ledigheden kan øges
• Dette system understøtter hardwareenheder og begrænset software

Ansøgninger

Anvendelserne i SCADA-systemet inkluderer følgende.

• Generering og fordeling af magt
• Offentlig transport
• Vand og kloaksystem
• Fremstilling
• Industrier og bygninger
• Kommunikationsnetværk
• Olie- og gasindustrien
• Energiproduktion, transmission og distribution
• Vandfordeling og reservoir system
• Offentlige bygninger som elektrisk opvarmning og kølesystem.
• Generatorer og turbiner
• Trafiklys kontrolsystem

Således handler det hele om en oversigt over SCADA-systemet (Tilsynskontrol og dataindsamling). Dette system styres af en computer, der bruges til at kontrollere og overvåge forskellige processer i planter. Dette system bruger GUI (grafisk brugergrænseflade), datakommunikation og udvidet styring til overvågningssystemer. Her er et spørgsmål til dig, hvad er PLC?

Fotokredit:

• Generelt SCADA-netværk af mycpanel