Vad är ett SCADA-system: arkitektur och dess arbete

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





Ett stort antal processer sker i stora industrianläggningar. Varje process som du behöver övervaka är mycket komplex eftersom varje maskin ger olika resultat. SCADA-systemet används för att samla in data från sensorer och instrument i avlägsna områden. Datorn bearbetar sedan dessa data och presenterar dem omedelbart. SCADA-systemet samlar in informationen (som en läcka i en rörledning inträffade) och överför informationen tillbaka till systemet samtidigt som den meddelar att läckage har inträffat och visar informationen på ett logiskt och organiserat sätt. SCADA-systemet brukade köras på DOS- och UNIX-operativsystem. Hela denna process är känd som automatisering . Den här artikeln diskuterar en översikt över SCADA-systemet.

Vad är ett SCADA-system?

SCADA står för övervakningskontroll och datainsamling. Det är en typ av programvara för processkontroll. SCADA är ett centralt styrsystem som består av styrenheter nätverksgränssnitt, input / output, kommunikationsutrustning och programvara. SCADA-system används för att övervaka och kontrollera utrustningen i den industriella processen som inkluderar tillverkning, produktion, utveckling och tillverkning. De infrastrukturella processerna inkluderar gas- och oljedistribution, elkraft, vattendistribution. Offentliga verktyg inkluderar ett busstrafiksystem, flygplats. SCADA-systemet läser av mätarna och kontrollerar sensornas status med jämna mellanrum så att det kräver minimal störning hos människor.




Allmänt SCADA-nätverk

Allmänt SCADA-nätverk

SCADA: s historia

Tidigare kan styrning av industrianläggningar och golvtillverkning göras manuellt med hjälp av analog utrustning och tryckknappar. Eftersom branschens storlek växer, använde de timers och reläer för att ge övervakningskontroll till en fast nivå för minimal automatisering. Så, ett helt automatiserat med ett mer effektivt system var nödvändigt för alla branscher.



Vi vet att datorer implementerades för industriella kontroller år 1950. Därefter implementerades begreppet telemetri för dataöverföring såväl som virtuellt. kommunikation . År 1970 utvecklades SCADA-systemet tillsammans med mikroprocessorer samt PLC.

Så dessa koncept hjälpte till fullt när man utvecklade automatisering som drivs i branscher på distans. De distribuerade SCADA-systemen implementerades år 2000. Därefter utvecklades nya SCADA-system för att övervaka och kontrollera realtidsdata var som helst i världen.

SCADA-systemarkitektur

Generellt är SCADA-systemet ett centraliserat system som övervakar och kontrollerar hela området. Det är ett rent mjukvarupaket som är placerat ovanpå hårdvaran. Ett övervakningssystem samlar in data om processen och skickar kommandokontrollen till processen. SCADA är en fjärrterminalenhet som också kallas RTU.


De flesta kontrollåtgärder utförs automatiskt av RTU: er eller PLC: er. RTU: erna består av den programmerbara logiska omvandlaren som kan ställas in på specifika krav. Till exempel, i värmekraftverket kan vattenflödet ställas in till ett specifikt värde eller det kan ändras enligt kravet.

SCADA-systemet tillåter operatörer att ändra börvärdet för flödet och aktivera larmförhållanden vid förlust av flöde och hög temperatur, och tillståndet visas och registreras. SCADA-systemet övervakar loopens totala prestanda. SCADA-systemet är ett centraliserat system för att kommunicera med både trådbunden och trådlös teknik till Clint-enheter. SCADA-systemkontrollerna kan köra helt alla typer av industriprocessen.

Till exempel, om det bildas för mycket tryck i en gasledning kan SCADA-systemet automatiskt öppna en frigöringsventil.

Hårdvaruarkitektur

SCADA-systemet kan klassificeras i två delar:

  • Klientlager
  • Dataserverlager

Clint-lagret tillgodoser interaktionen mellan man och maskin.

Dataserverlagret hanterar större delen av processen för datainaktiviteter.

SCADA-stationen hänvisar till servrarna och den består av en enda dator. Dataservrarna kommunicerar med enheter i fältet genom processkontroller som PLC eller RTU. PLC: erna är anslutna till dataservrarna antingen direkt eller via nätverk eller bussar. SCADA-systemet använder ett WAN- och LAN-nätverk, WAN och LAN består av internetprotokoll som används för kommunikation mellan masterstationen och enheterna.

Den fysiska utrustningen som sensorer anslutna till PLC: er eller RTU: er. RTU: n omvandlar sensorsignalerna till digitala data och skickar digitala data till mastern. Enligt huvudåterkopplingen mottagen av RTU tillämpar den den elektriska signalen på reläer. De flesta av övervaknings- och kontrolloperationerna utförs av RTU: er eller PLC: er som vi kan se i figuren.

SCADA-maskinvaruarkitektur

SCADA-maskinvaruarkitektur

Programvaruarkitektur

De flesta servrar används för multitasking och realtidsdatabas. Servrarna ansvarar för datainsamling och hantering. SCADA-systemet består av ett program för att tillhandahålla trender, diagnostikdata och hantera information såsom schemalagda underhållsprocedurer, logistisk information, detaljerade scheman för en viss sensor eller maskin och felsökningsguider för expertsystem. Detta innebär att operatören kan se en schematisk bild av anläggningen som kontrolleras.

Programvaruarkitektur för SCADA

Programvaruarkitektur för SCADA

Exempel är larmkontroll, beräkningar, loggning och arkivering av polling-kontroller på en uppsättning parametrar, de är vanligtvis anslutna till servern.

SCADA-system fungerar

SCADA-systemet utför följande funktioner

  • Dataförvärv
  • Datakommunikation
  • Information / Datapresentation
  • Övervakning / kontroll

Dessa funktioner utförs av sensorer, RTU: er, styrenheter, ett kommunikationsnätverk. Sensorerna används för att samla in viktig information och RTU: er används för att skicka denna information till styrenheten och visa systemets status. Enligt systemets status kan användaren ge kommandot till andra systemkomponenter. Denna operation utförs av kommunikationsnätverket.

Dataförvärv

Realtidssystemet består av tusentals komponenter och sensorer. Det är mycket viktigt att känna till status för vissa komponenter och sensorer. Till exempel mäter vissa sensorer vattenflödet från reservoaren till vattentanken och vissa sensorer mäter värdetrycket när vattnet släpps ut från reservoaren.

Datakommunikation

SCADA-systemet använder ett trådbundet nätverk för att kommunicera mellan användare och enheter. Realtidsapplikationer använder många sensorer och komponenter som bör fjärrstyras. SCADA-systemet använder internetkommunikation. All information överförs via Internet med specifika protokoll. Sensorer och reläer kan inte kommunicera med nätverksprotokollen så RTU: n används för att kommunicera sensorer och nätverksgränssnitt.

Information / Datapresentation

De normala kretsnäten har vissa indikatorer som kan vara synliga för kontroll, men i realtid SCADA-systemet finns det tusentals sensorer och larm som är omöjliga att hantera samtidigt. SCADA-systemet använder gränssnitt mellan människa och maskin (HMI) för att tillhandahålla all information som samlats in från olika sensorer .

Övervakning / kontroll

SCADA-systemet använder olika brytare för att styra varje enhet och visar status för kontrollområdet. Varje del av processen kan slås PÅ / AV från kontrollstationen med hjälp av dessa omkopplare. SCADA-systemet implementeras för att fungera automatiskt utan mänsklig inblandning men i kritiska situationer hanteras det av arbetskraft.

SCADA-komponenter

SCADA-systemkomponenterna innehåller följande.

Övervakningssystem

Övervakningssystemet fungerar som en kommunikationsserver bland gränssnittsprogramvaran för mänsklig maskin i arbetsstationernas kontrollrum såväl som dess apparater som RTU: er, sensorer, PLC: er etc. Mindre SCADA-system inkluderar helt enkelt en enda persondator för att fungera som en mästare Systemet är annars övervakande medan stora SCADA-system innehåller många servrar, platser för tragediåterställning samt distribuerade programapplikationer. Servrarna är anslutna som hot-standby-bildning, annars är dubbla redundanta för att kontinuerligt övervaka serverfel.

RTU: er (fjärrterminalenheter)

RTU eller fjärrterminalenheten är en elektronisk enhet och den är också känd som fjärrtelemetrienheter. Detta system består av fysiska objekt som gränssnitt genom RTU: er.

Styrningen av dessa enheter kan ske via mikroprocessorer. Här används mikroprocessorer för att styra RTU: er som används för att sända den inspelade datan mot övervakningssystemet. Data kan tas emot från huvudsystemet för att styra de anslutna objekten.

PLC: er (programmerbara logiska styrenheter)

Termen PLC står för programmerbara logiska styrenheter som används i SCADA-system med hjälp av sensorer. Dessa styrenheter är anslutna till sensorerna för att konvertera sensorns utsignal till digital data. Jämfört med RTU: er används dessa på grund av sin flexibilitet, konfiguration, mångsidighet och överkomliga priser.

Kommunikationsinfrastruktur

I SCADA-systemet används en blandning av radio och direktansluten anslutning. Men SONET eller SDH kan också användas för överlägsna system som kraftverk och järnvägar. Få standardiserade 7 erkända protokoll används mellan de kompakta SCADA-protokollen för att leverera information helt enkelt när RTU: erna har pollats genom övervakningsstationen.

SCADA-programmering

I HMI annars masterstation används SCADA-programmering huvudsakligen för att göra kartor, diagram för att ge mycket viktig information under hela progressionen annars när händelsefel inträffar. De flesta av de kommersiella SCADA-systemen använder konsekventa gränssnitt i C-programmeringsspråk, annars kan härledt programmeringsspråk också användas.

Mänskligt maskingränssnitt

SCADA-systemet använder gränssnittet mellan människa och maskin. Informationen visas och övervakas för att behandlas av en människa. HMI ger åtkomst till flera styrenheter som kan vara PLC: er och RTU: er. HMI tillhandahåller den grafiska presentationen av systemet.

Till exempel ger den en grafisk bild av pumpen ansluten till tanken. Användaren kan se vattenflödet och vattentrycket. Den viktiga delen av HMI är ett larmsystem som aktiveras enligt de fördefinierade värdena.

Mänskligt maskingränssnitt

Mänskligt maskingränssnitt

Till exempel , tankens vattennivålarm är inställt på 60% och 70% värden. Om vattennivån når över 60% ger alarmet en normal varning och om vattennivån når över 70% ger alarmet en kritisk varning.

Typer av SCADA-system

SCADA-system klassificeras i fyra typer som inkluderar följande.

  • Monolitiska SCADA-system
  • Distribuerade SCADA-system
  • Nätverkade SCADA-system
  • IoT SCADA-system

Monolitiska SCADA-system

Monolitiska SCADA-system kallas för tidiga eller första generationens system. I dessa typer av system används minidatorer. Utvecklingen av dessa system kan göras när vanliga nättjänster inte är tillgängliga. Utformningen av dessa system kan göras som oberoende system utan någon relation till andra system.

Data kan samlas in från alla RTU: er med hjälp av en reservstorlek. Huvudfunktionerna för dessa första generationens system är begränsade till flaggningsprocesser i krissituationer och för att övervaka sensorerna.

Distribuerade SCADA-system

Distribuerade SCADA-system kallas andra generationens system. Fördelningen av kontrollfunktionerna kan ske över flera system genom att ansluta till ett lokalt nätverk. Kontrollåtgärderna kan utföras genom att dela realtidsdata och kommandobearbetning.

I dessa typer av system minskas storleken och kostnaden för varje station, men det fanns inga konsekventa nätverksprotokoll. Eftersom protokollen var proprietära, förstår färre människor SCADA-systemsäkerheten medan installationen och denna faktor ignorerades till stor del.

Nätverkade SCADA-system

De nätverksanslutna SCADA-systemen är också kända som tredje generationens system. Nätverk och kommunikation av nuvarande SCADA-system kan göras med hjälp av WAN-systemet via datalinjer eller telefoner. Dataöverföringen mellan två noder kan göras med hjälp av Ethernet- eller fiberoptiska anslutningar.

Denna typ av SCADA-system använder PLC att justera och övervaka flaggningsoperationerna bara när det är nödvändigt för huvudval.

IoT SCADA-system

IoT SCADA-system är fjärde generationens system. I dessa system minskar systemets infrastrukturkostnad genom att implementera IoT genom molntjänster . Att underhålla och integrera dessa system är enkelt jämfört med andra.

I realtid kan tillstånden för dessa system rapporteras via molntjänster. Därför kan implementering av algoritmer som komplicerad kontroll göras som ofta används på vanliga PLC: er.

SCADA-säkerhet

För närvarande används SCADA-nät i stor utsträckning i nuvarande industrier för att kontrollera och undersöka realtidsdata, industriella processer kan styras, kommunicera med enheter. Så SCADA-system är väsentliga för industriella organisationer eftersom dessa system inkluderar hårdvara och programvara. Så SCADA-säkerhet är också viktigt i branscher.

Termen SCADA-säkerhet används för att skydda SCADA-nätverk som är tillverkade med datorhårdvara. SCADA-nätverk som används av vissa av systemen är elektricitet , naturgas etc. De privata och statliga organisationerna har vidtagit åtgärderna i dessa nätverk på grund av den värdefulla rollen för att säkerställa säkerheten för SCADA-systemen.

Exempel på SCADA Security

Hoten som uppstår i SCADA-system inkluderar följande.

  • Hackare
  • Terrorister
  • Skadlig programvara
  • Fel inuti

Svagheten i SCADA-säkerhet uppstår främst av följande skäl.

  • Dålig träning
  • Smutthålsutveckling av app
  • Problem vid övervakning
  • Mindre underhåll

SCADA-systemet kan skyddas genom att kartlägga alla nuvarande system, övervaka och upptäcka institutet och skapa processer för nätverkets säkerhet.

Skillnad mellan PLC och SCADA

Skillnaden mellan PLC och SCADA inkluderar följande.

PLC

minska

Termen PLC står för programmerbar logisk kontrollTermen SCADA står för Supervisory Control and Data Acquisition
PLC är hårdvarubaseratSCADA är programvarubaserat
PLC: er används främst för att styra processen i komplexa industrier som motorer och körmaskiner.SCADA används för att observera och köra anläggningens processer.
PLC: n innehåller processor, I / O-moduler, en programmeringsenhet och strömförsörjningSCADA-systemet innehåller tre viktiga komponenter som MTU, RTU och HMI
Det finns olika typer av PLC som fast eller kompakt och modulär.De olika typerna av ett SCADA-system är monolitiska, distribuerade, nätverksanslutna och IoT
I / p & o / ps betecknas med NO (normal öppen), NC (normal stängning) och spolkontakter.Ingångar & utgångar från SCADA representeras genom bilder.
I PLC kan varje komponent definieras via en adress.I SCADA kan varje komponent definieras genom namnet.

SCDA för avlägsen industrianläggning

I stora industrianläggningar sker många processer samtidigt och alla måste övervakas, vilket är en komplex uppgift. SCADA-systemen används för att övervaka och kontrollera utrustningen i de industriella processerna som inkluderar vattendistribution, oljedistribution och kraftdistribution. Huvudsyftet med detta projekt är att bearbeta realtidsdata och kontrollera den storskaliga avlägsna industriella miljön. I realtidsscenariot tas ett temperaturloggningssystem för fjärranläggningsdrift.

Blockdiagram över industrianläggningen för temperaturkontroll

Blockdiagram över industrianläggningen för temperaturkontroll

Temperatursensorerna är anslutna till mikrokontrollern, som är ansluten till PC: n i fronten, och programvara laddas på datorn. Uppgifterna samlas in från temperatursensorerna. Temperatursensorerna skickar kontinuerligt signalen till mikrokontrollern som följaktligen visar dessa värden på frontpanelen.

Man kan ställa in parametrar som låg gräns och hög gräns på datorskärmen. När en sensortemperatur går över inställningspunkten skickar mikrokontrollern ett kommando till motsvarande relä. Värmare anslutna via reläkontakter är AV och PÅ.

Detta är ett temperaturloggningssystem. Här är 8 temperatursensorer i multiplexeringsläge anslutna till mikrokontrollern via ADC 0808. Därefter skickas värdena för alla sensorer seriellt av mikrokontrollern via Max 32 till PC-porten. Ett program 'DAQ System' laddat på PC: n tar dessa värden och visar dem på frontpanelen och loggar dem också till databasen 'daq.mdb'.

Man kan på det interaktiva sättet ställa in vissa parametrar som ett börvärde, låg gräns och hög gräns på datorskärmen. När temperaturen hos någon sensor ökar utöver börvärdet skickar mikrokontrollern kommandon till reläförarens IC. Värmare som är anslutna via reläkontakter är (specifika för den givaren) AV (eller PÅ i motsatt fall). Hög och låg gräns är för larm. När temperaturen går över den höga eller under den låga gränsen kommer alarmet att aktiveras.

SCADA för avlägsen industrianläggning

SCADA för avlägsen industrianläggning

Fördelar

Fördelarna med SCADA-systemet inkluderar följande.

  • Tjänstens kvalitet kan förbättras
  • Pålitligheten kan förbättras
  • Underhållskostnaden är lägre
  • Funktionen kan minskas
  • Stora systemparametrar kan övervakas
  • Arbetskraften kan minskas
  • Reparationstiden kan minskas
  • Felavkänning och lokalisering av fel
  • Den lagrar en stor mängd data
  • Enligt användarkravet visar den data i olika format.
  • Tusentals sensorer kan anslutas till SCADA för styrning och övervakning
  • Verkliga datasimuleringar kan erhållas av operatörer
  • Ger snabb respons
  • Den är flexibel och skalbar samtidigt som den lägger till extra resurser.
  • SCADA-systemet tillhandahåller mekanisk och grafisk information ombord
  • SCADA-systemet är lätt utbyggbart. Vi kan lägga till en uppsättning styrenheter och sensorer enligt kravet.
  • SCADA-systemet kan fungera i kritiska situationer.

Nackdelar

Nackdelarna med SCADA-systemet inkluderar följande.

  • Det är komplicerat när det gäller beroende moduler och hårdvaruenheter.
  • Det behöver analytiker, programmerare och skickliga operatörer att hålla
  • Hög installationskostnad
  • Arbetslösheten kan ökas
  • Detta system stöder hårdvaruenheter och begränsad programvara

Applikationer

Tillämpningarna i SCADA-systemet inkluderar följande.

  • Generering och fördelning av makt
  • Kollektivtrafik
  • Vatten- och avloppssystem
  • Tillverkning
  • Branscher & byggnader
  • Kommunikationsnät
  • Olje- och gasindustrin
  • Kraftgenerering, transmission och distribution
  • Vattenfördelning och reservoarsystem
  • Offentliga byggnader som elvärme och kylsystem.
  • Generatorer och turbiner
  • Trafikljusstyrsystem

Således handlar det här om en översikt över SCADA-systemet (Översynskontroll och dataförvärvning). Detta system styrs av en dator som används för att kontrollera och övervaka olika processer i anläggningar. Detta system använder GUI (grafiskt användargränssnitt), datakommunikation och utökad hantering för övervakningssystem. Här är en fråga till dig, vad är PLC?

Fotokredit: