Шта је СЦАДА систем: архитектура и њен рад

Велики број процеса се дешава у великим индустријским објектима. Сваки процес који требате надгледати је веома сложен јер свака машина даје различите резултате. СЦАДА систем се користио за прикупљање података од сензора и инструмената који се налазе у удаљеним областима. Затим рачунар обрађује ове податке и одмах их приказује. СЦАДА систем прикупља информације (као што је дошло до цурења на цевоводу) и преноси их назад у систем, истовремено упозоравајући да је дошло до цурења и приказује информације на логичан и организован начин. СЦАДА систем је некада радио на ДОС и УНИКС оперативним системима. Читав овај процес познат је под називом аутоматизација . Овај чланак говори о прегледу СЦАДА система.

Шта је СЦАДА систем?

СЦАДА означава надзорну контролу и прикупљање података. То је врста софтверског апликативног програма за контролу процеса. СЦАДА је централни систем управљања који се састоји од контролери мрежни интерфејси, улаз / излаз, комуникациона опрема и софтвер. СЦАДА системи се користе за надгледање и контролу опреме у индустријском процесу који укључује производњу, производњу, развој и производњу. Инфраструктурни процеси укључују дистрибуцију гаса и нафте, електричне енергије и дистрибуцију воде. Јавне службе укључују систем аутобуског саобраћаја, аеродром. СЦАДА систем врши очитавање бројила и у редовним интервалима проверава статус сензора тако да захтева минимално ометање људи.

Општа СЦАДА мрежа

Историја СЦАДА-е

Раније се управљање индустријским погонима и производним подовима може вршити ручно уз помоћ аналогне опреме и тастера. Како величина индустрије расте, тако су они користили тајмере и релеје како би обезбедили надзорну контролу на фиксни ниво за минималну аутоматизацију. Дакле, потпуно аутоматизован са ефикаснијим системом био је неопходан за све индустрије.

Знамо да су у индустријске сврхе рачунари примењени 1950. године. Након тога је примењен концепт телеметрије за пренос података као и виртуелни комуникација . 1970. године развијен је СЦАДА систем заједно са микропроцесорима као и ПЛЦ-ом.

Дакле, овим концептима је у потпуности помогнуто приликом развоја аутоматизације која се управља у индустрији на даљину. Дистрибуирани СЦАДА системи имплементирани су 2000. године. Након тога развијени су нови СЦАДА системи за надгледање и контролу података у реалном времену било где на свету.

Архитектура система СЦАДА

Генерално, СЦАДА систем је централизовани систем који надгледа и контролише цело подручје. То је чисти софтверски пакет који се налази на врху хардвера. Надзорни систем прикупља податке о процесу и шаље контролу команди процесу. СЦАДА је удаљена терминална јединица која је такође позната и као РТУ.

Већину контролних радњи аутоматски извршавају РТУ-ови или ПЛЦ-ови. РТУ се састоје од програмабилног логичког претварача који се може подесити на одређени захтев. На пример, у термоелектрани се проток воде може подесити на одређену вредност или се може променити према захтеву.

СЦАДА систем омогућава руковаоцима да промене постављену вредност за проток и омогуће алармне услове у случају губитка протока и високе температуре, а стање се приказује и снима. СЦАДА систем надгледа укупне перформансе петље. СЦАДА систем је централизовани систем за комуникацију са жичаном и бежичном технологијом на уређајима Цлинт. Контроле СЦАДА система могу покретати потпуно све врсте индустријских процеса.

На пример, ако се у гасоводу ствара превелики притисак, СЦАДА систем може аутоматски отворити вентил за испуштање.

Архитектура хардвера

Генерално СЦАДА систем може се класификовати у два дела:

• Клијентски слој
• Слој сервера података

Клинт слој удовољава интеракцији човек-машина.

Слој сервера података обрађује већину процеса активности података.

СЦАДА станица односи се на сервере и састоји се од једног рачунара. Сервери података комуницирају са уређајима на терену преко процесорских контролера попут ПЛЦ-а или РТУ-а. ПЛЦ-ови су повезани са серверима података директно или путем мрежа или магистрала. СЦАДА систем користи ВАН и ЛАН мреже, ВАН и ЛАН се састоје од Интернет протокола који се користе за комуникацију између главне станице и уређаја.

Физичка опрема попут сензора повезаних на ПЛЦ-ове или РТУ-ове. РТУ претварају сигнале сензора у дигиталне податке и шаљу дигиталне податке мастеру. Према главној повратној информацији коју је примио РТУ, он примењује електрични сигнал на релеје. Већину операција надгледања и контроле изводе РТУ-ови или ПЛЦ-ови, као што можемо видети на слици.

Архитектура хардверског система СЦАДА

Архитектура софтвера

Већина сервера се користи за мултитаскинг и базу података у реалном времену. Сервери су одговорни за прикупљање и руковање подацима. СЦАДА систем састоји се од софтверског програма за пружање трендова, дијагностичких података и управљања информацијама као што су планирани поступци одржавања, логистичке информације, детаљне шеме за одређени сензор или машину и водичи за решавање проблема стручног система. То значи да оператер може видети шематски приказ постројења којим се управља.

Архитектура софтвера СЦАДА

Примери су провера аларма, прорачуни, евидентирање и архивирање контролора анкетирања на скупу параметара, који су обично повезани са сервером.

СЦАДА систем ради

СЦАДА систем врши следеће функције

• Прикупљање података
• Комуникација података
• Презентација информација / података
• Надгледање / контрола

Ове функције обављају сензори, РТУ-ови, контролери, комуникациона мрежа. Сензори се користе за прикупљање важних информација, а РТУ-ови се користе за слање тих информација контролору и приказ статуса система. Према статусу система, корисник може да даје команду осталим системским компонентама. Ову операцију врши комуникациона мрежа.

Прикупљање података

Систем у стварном времену састоји се од хиљада компонената и сензора. Веома је важно знати статус појединих компонената и сензора. На пример, неки сензори мере проток воде из резервоара до резервоара за воду, а неки сензори мере вредност притиска како се вода испушта из резервоара.

Комуникација података

СЦАДА систем користи жичану мрежу за комуникацију између корисника и уређаја. Апликације у реалном времену користе пуно сензора и компонената којима треба управљати на даљину. СЦАДА систем користи интернет комуникацију. Све информације се преносе путем Интернета користећи одређене протоколе. Сензори и релеји нису у могућности да комуницирају са мрежним протоколима, па се РТУ-ови користе за комуникацију сензора и мрежног интерфејса.

Презентација информација / података

Мреже нормалних кола имају неке индикаторе који могу бити видљиви за контролу, али у СЦАДА систему у реалном времену постоје хиљаде сензора и аларма којима је немогуће истовремено руковати. СЦАДА систем користи интерфејс човек-машина (ХМИ) да пружи све информације прикупљене од различитих сензора .

Надгледање / контрола

СЦАДА систем користи различите прекидаче за управљање сваким уређајем и приказује статус контролне области. Помоћу ових прекидача било који део процеса може се УКЉУЧИТИ / ИСКЉУЧИТИ из управљачке станице. СЦАДА систем је имплементиран да аутоматски ради без људске интервенције, али у критичним ситуацијама њиме се управља радном снагом.

СЦАДА компоненте

Компоненте система СЦАДА укључују следеће.

Надзорни систем

Надзорни систем функционише као комуникациони сервер међу софтвером за интерфејс човек-машина у контролној соби радних станица, као и његови уређаји попут РТУ-а, сензора, ПЛЦ-а итд. Мањи СЦАДА системи укључују само један лични рачунар који служи као главни систем иначе надзорни, док велики СЦАДА системи укључују бројне сервере, локације за опоравак од трагедије као и дистрибуиране софтверске апликације. Сервери су повезани попут формације врућег стања приправности, иначе двоструко редундантне за континуирано праћење квара сервера.

РТУ (удаљене терминалне јединице)

РТУ или удаљена терминална јединица је електронски уређај и познат је и под називом даљинске телеметријске јединице. Овај систем садржи физичке објекте који су повезани преко РТУ-ова.

Управљање овим уређајима може се извршити путем микропроцесора. Овде се микропроцесори користе за контролу РТУ-а који се користе за пренос снимљених података према надзорном систему. Подаци се могу добити од главног система за контролу повезаних објеката.

ПЛЦ-ови (програмабилни логички контролери)

Термин ПЛЦ означава програмабилне логичке контролере који се користе у СЦАДА системима уз помоћ сензора. Ови контролери су повезани са сензорима за претварање излазног сигнала сензора у дигиталне податке. У поређењу са РТУ-овима, они се користе због своје флексибилности, конфигурације, свестраности и приступачности.

Комуникациона инфраструктура

У СЦАДА систему користи се комбинација радија и директне жичне везе. Али, СОНЕТ или СДХ се такође могу користити за врхунске системе као што су електране и железнице. Неколико стандардизованих 7 препознатих протокола користи се између компактних СЦАДА протокола за испоруку информација једноставно када се РТУ-ови анкетирају кроз надзорну станицу.

СЦАДА програмирање

У иначе главној станици ХМИ-а, СЦАДА програмирање се углавном користи за израду мапа, дијаграма који пружају врло важне информације током прогресије, иначе када се догоди квар догађаја. Већина комерцијалних СЦАДА система користе конзистентне интерфејсе у програмском језику Ц, а иначе се може користити и изведени програмски језик.

Интерфејс човек-машина

СЦАДА систем користи интерфејс човек-машина. Информације се приказују и надгледају да би их човек обрађивао. ХМИ омогућава приступ више контролних јединица које могу бити ПЛЦ и РТУ. ХМИ пружа графички приказ система.

На пример, пружа графичку слику пумпе повезане са резервоаром. Корисник може видети проток воде и притисак воде. Важан део ХМИ-а је алармни систем који се активира према унапред дефинисаним вредностима.

Интерфејс човек-машина

На пример , аларм нивоа воде у резервоару постављен је на вредности од 60% и 70%. Ако ниво воде достигне изнад 60%, аларм даје нормално упозорење, а ако ниво воде достигне изнад 70%, аларм даје критично упозорење.

Врсте СЦАДА система

СЦАДА системи су класификовани у четири типа који укључују следеће.

• Монолитни СЦАДА системи
• Дистрибуирани СЦАДА системи
• Умрежени СЦАДА системи
• ИоТ СЦАДА системи

Монолитни СЦАДА системи

Монолитни СЦАДА системи називају се рани или системи прве генерације. У овим врстама система користе се минирачунари. Развој ових система може се извршити када заједничке мрежне услуге нису доступне. Дизајн ових система може се изводити попут независних система без икакве везе са другим системима.

Подаци се могу прикупити из свих РТУ-ова помоћу резервног главног рачунара. Главне функције ових система прве генерације ограничене су на означавање процеса у кризним случајевима и надгледање сензора.

Дистрибуирани СЦАДА системи

Дистрибуирани СЦАДА системи називају се системима друге генерације. Дистрибуција контролних функција може се извршити кроз бројне системе повезивањем са локалном мрежом. Операције управљања могу се изводити дељењем података и обраде наредби у реалном времену.

У овим врстама система величина и цена сваке станице смањене су, међутим није било доследних мрежних протокола. Како су протоколи били власнички, све мање људи разуме сигурност СЦАДА система током инсталације, а овај фактор је углавном игнорисан.

Умрежени СЦАДА системи

Умрежени СЦАДА системи познати су и као системи треће генерације. Умрежавање и комуникација постојећих СЦАДА система може се извршити помоћу ВАН система путем податковних линија или телефона. Пренос података између два чвора може се извршити уз помоћ Етхернет или Фибер-оптичких веза.

Овај тип СЦАДА система користи ПЛЦ за прилагођавање и надгледање операција означавања једноставно када постоји потреба за главним изборима.

ИоТ СЦАДА системи

ИоТ СЦАДА системи су системи четврте генерације. У овим системима се смањује инфраструктурни трошак система применом ИоТ-а кроз рачунарство у облаку . Одржавање и интеграција ових система је лако у поређењу са другима.

У реалном времену, стање ових система може се извести помоћу рачунарства у облаку. Стога се може применити алгоритми попут сложене контроле који се често користе на уобичајеним ПЛЦ-има.

СЦАДА сигурност

Тренутно се СЦАДА мреже у великој мери користе у тренутној индустрији за проверу и испитивање података у реалном времену, индустријским процесима се може управљати и комуницирати са уређајима. Дакле, СЦАДА системи су од суштинског значаја за индустријске организације јер ти системи укључују хардвер и софтвер. Дакле, СЦАДА сигурност је такође битна у индустрији.

Термин СЦАДА заштита користи се за заштиту СЦАДА мрежа које су произведене рачунарским хардвером. СЦАДА мреже које користе неки од система су електрична енергија , природни гас, итд. Приватне и владине организације предузеле су мере ових мрежа због драгоцене улоге да осигурају сигурност СЦАДА система.

Примери СЦАДА безбедности

Претње које се јављају у СЦАДА системима укључују следеће.

• Хакери
• Терористи
• Злонамерних програма
• Грешка изнутра

Слабост СЦАДА безбедности углавном се јавља из следећих разлога.

• Лоша обука
• Лоопхолес Развој апликације
• Проблеми током надгледања
• Мање одржавања

СЦАДА систем може се заштитити мапирањем свих присутних система, надгледањем и откривањем института и стварањем процеса за сигурност мреже.

Разлика између ПЛЦ-а и СЦАДА-е

Разлика између ПЛЦ-а и СЦАДА-е укључује следеће.

СЦДА за даљинско индустријско постројење

У великим индустријским објектима, многи процеси се одвијају истовремено и сваки треба надгледати, што је сложен задатак. СЦАДА системи се користе за надгледање и контролу опреме у индустријским процесима који укључују дистрибуцију воде, дистрибуцију нафте и дистрибуцију електричне енергије. Главни циљ овог пројекта је обрада података у реалном времену и управљање удаљеним индустријским окружењем великих размера. У сценарију у стварном времену узима се систем за евидентирање температуре за даљинско управљање постројењем.

Блок дијаграм индустријског постројења за контролу температуре

Сензори температуре повезани су са микроконтролером, који је повезан са рачунаром на предњој страни, а софтвер се учитава на рачунар. Подаци се прикупљају са температурних сензора. Сензори температуре непрекидно шаљу сигнал микроконтролеру који у складу с тим приказује ове вредности на својој предњој плочи.

На екрану рачунара можете поставити параметре попут доњег и високог ограничења. Када температура сензора пређе задату вредност, микроконтролер шаље наредбу одговарајућем релеју. Гријачи повезани преко релејних контаката су ИСКЉУЧЕНИ И УКЉУЧЕНИ.

Ово је систем за евидентирање температуре. Овде је 8 сензора температуре у режиму мултиплексирања повезано на микроконтролер преко АДЦ 0808. Тада микроконтролер серијски шаље вредности свих сензора преко Мак 32 на порт ПЦ-а. Софтвер „ДАК систем“ учитан на рачунару узима ове вредности и приказује их на свом предњем панелу, а такође их пријављује у базу података „дак.мдб“.

Интерактивним начином можете поставити неке параметре попут задате тачке, доње границе и високе границе на екрану рачунара. Када се температура неког сензора повећа изнад задате вредности, микроконтролер шаље команде ИЦ управљачком програму релеја. Грејачи повезани преко релејних контаката су (специфични за тај сензор) ИСКЉУЧЕНИ (или УКЉУЧЕНИ у супротном случају). Горње и доње ограничење су за аларм. Када температура пређе горњу или нижу границу, аларм ће се укључити.

СЦАДА за даљинско индустријско постројење

Предности

Предности СЦАДА система укључују следеће.

• Квалитет услуге се може побољшати
• Поузданост се може побољшати
• Трошкови одржавања су мањи
• Операција се може смањити
• Велики системски параметри се могу надгледати
• Радна снага се може смањити
• Време поправке се може смањити
• Откривање грешака и локализација грешака
• Чува велику количину података
• Према корисничком захтеву, приказује податке у различитим форматима.
• Хиљаде сензора могу се повезати са СЦАДА за контролу и надгледање
• Стварне симулације података могу добити оператери
• Даје брз одговор
• Флексибилан је и скалабилан уз додавање додатних ресурса.
• СЦАДА систем пружа механичке и графичке информације на броду
• СЦАДА систем је лако проширив. Можемо додати сет контролних јединица и сензора према захтеву.
• СЦАДА систем може да ради у критичним ситуацијама.

Мане

Недостаци СЦАДА система укључују следеће.

• Сложен је у погледу зависних модула и хардверских јединица.
• Потребни су му аналитичари, програмери и квалификовани оператори за одржавање
• Високи трошкови уградње
• Стопе незапослености могу се повећати
• Овај систем подржава хардверске уређаје и ограничени софтвер

Апликације

Примене система СЦАДА укључују следеће.

• Производња и дистрибуција енергије
• Јавни превоз
• Водовод и канализација
• Производња
• Индустрије и зграде
• Комуникационе мреже
• Нафтна и гасна индустрија
• Производња, пренос и дистрибуција електричне енергије
• Систем дистрибуције воде и резервоара
• Јавне зграде попут електричног система за грејање и хлађење.
• Генератори и турбине
• Систем контроле семафора

Дакле, ово је све о томе преглед СЦАДА система (Супервизорска контрола и прикупљање података). Овим системом управља рачунар који се користи за контролу и надгледање различитих процеса у биљкама. Овај систем користи ГУИ (графички кориснички интерфејс), комуникацију подацима и проширено управљање за системе надзора. Ево питања за вас, шта је ПЛЦ?

Фото кредит:

• Општа СЦАДА мрежа аутора мицпанел