Què és un sistema SCADA: arquitectura i el seu funcionament

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Hi ha un gran nombre de processos en grans establiments industrials. Tots els processos que heu de supervisar són molt complexos perquè cada màquina dóna la sortida diferent. El sistema SCADA utilitzat per recopilar dades de sensors i instruments situats en zones remotes. L’ordinador processa aquestes dades i les presenta ràpidament. El sistema SCADA recopila la informació (com si es produís una fuita en una canonada) i transfereix la informació al sistema alhora que dóna les alertes que s’ha produït una fuita i mostra la informació de manera lògica i organitzada. El sistema SCADA solia funcionar en sistemes operatius DOS i UNIX. Tot aquest procés es coneix com automatització . En aquest article es discuteix una visió general del sistema SCADA.

Què és un sistema SCADA?

SCADA significa control de supervisió i adquisició de dades. És un tipus d'aplicació de programari per al control de processos. SCADA és un sistema de control central que consta de controladors interfícies de xarxa, entrada / sortida, equips de comunicació i programari. Els sistemes SCADA s’utilitzen per controlar i controlar els equips en el procés industrial que inclou la fabricació, producció, desenvolupament i fabricació. Els processos d'infraestructura inclouen la distribució de gas i petroli, l'energia elèctrica i la distribució d'aigua. Els serveis públics inclouen un sistema de trànsit d'autobusos, aeroport. El sistema SCADA pren la lectura dels comptadors i comprova l'estat dels sensors a intervals regulars de manera que requereixi una mínima interferència dels humans.




General SCADA Network

General SCADA Network

Història de SCADA

Abans, el control de plantes industrials i plantes de fabricació es podia fer manualment amb l’ajut d’equips analògics i polsadors. A mesura que la mida de la indústria creix, van emprar temporitzadors i relés per proporcionar un control supervisor a un nivell fix per a una mínima automatització. Per tant, era necessari un sistema totalment automatitzat amb un sistema més eficient per a totes les indústries.



Sabem que, a efectes de control industrial, els ordinadors es van implementar l'any 1950. Després d'això, el concepte de telemetria es va implementar tant per a la transmissió de dades com per a la virtual comunicació . L’any 1970 es va desenvolupar el sistema SCADA juntament amb els microprocessadors i PLC.

Per tant, es van ajudar plenament aquests conceptes mentre es desenvolupava una automatització que s’explica en indústries de forma remota. Els sistemes SCADA distribuïts es van implementar l'any 2000. Després d'això, es van desenvolupar nous sistemes SCADA per controlar i controlar dades en temps real en qualsevol lloc del món.

Arquitectura de sistemes SCADA

En general, el sistema SCADA és un sistema centralitzat que controla i controla tota l’àrea. És un paquet de programari pur que es situa a la part superior del maquinari. Un sistema de supervisió recopila dades sobre el procés i envia el control d’ordres al procés. El SCADA és una unitat de terminal remot que també es coneix com RTU.


La majoria de les accions de control es realitzen automàticament mitjançant RTU o PLC. Les RTU consisteixen en el convertidor lògic programable que es pot configurar en un requisit específic. Per exemple, a la central tèrmica, el cabal d’aigua es pot establir a un valor específic o es pot canviar segons el requisit.

El sistema SCADA permet als operadors canviar el punt de configuració del cabal i habilitar les condicions d'alarma en cas de pèrdua de cabal i alta temperatura, i es visualitza i registra la condició. El sistema SCADA controla el rendiment general del bucle. El sistema SCADA és un sistema centralitzat per comunicar-se amb la tecnologia per cable i sense fils als dispositius Clint. Els controls del sistema SCADA poden executar completament tot tipus de processos industrials.

Per exemple, si es genera massa pressió en un gasoducte, el sistema SCADA pot obrir automàticament una vàlvula d'alliberament.

Arquitectura de maquinari

El sistema generalment SCADA es pot classificar en dues parts:

  • Capa de client
  • Capa de servidor de dades

La capa Clint atén la interacció home-màquina.

La capa de servidor de dades gestiona la major part del procés d'activitats de dades.

L'estació SCADA fa referència als servidors i es compon d'un sol PC. Els servidors de dades es comuniquen amb els dispositius del camp a través de controladors de processos com PLC o RTU. Els automàtics estan connectats als servidors de dades directament o mitjançant xarxes o autobusos. El sistema SCADA utilitza xarxes WAN i LAN, la WAN i LAN consisteixen en protocols d’Internet que s’utilitzen per a la comunicació entre l’estació principal i els dispositius.

L’equip físic, com ara sensors connectats als PLC o RTU. Les RTU converteixen els senyals del sensor a dades digitals i envien dades digitals al mestre. Segons el feedback principal rebut per la RTU, aplica el senyal elèctric als relés. La majoria de les operacions de control i control les realitzen RTU o PLC, tal com podem veure a la figura.

Arquitectura de maquinari del sistema SCADA

Arquitectura de maquinari del sistema SCADA

Arquitectura de programari

La majoria dels servidors s’utilitzen per a múltiples tasques i bases de dades en temps real. Els servidors són responsables de la recollida i manipulació de dades. El sistema SCADA consisteix en un programa de programari per proporcionar dades de tendència, diagnòstic i gestionar informació com ara procediments de manteniment programats, informació logística, esquemes detallats per a un sensor o màquina en particular i guies de resolució de problemes del sistema expert. Això significa que l’operador pot veure una representació esquemàtica de la planta que es controla.

Arquitectura de programari de SCADA

Arquitectura de programari de SCADA

Alguns exemples són la comprovació d’alarma, els càlculs, el registre i l’arxiu de controladors de sondeig en un conjunt de paràmetres, que normalment estan connectats al servidor.

Sistema SCADA funcionant

El sistema SCADA realitza les funcions següents

  • Adquisicions de dades
  • Comunicació de dades
  • Informació / Presentació de dades
  • Monitorització / Control

Aquestes funcions són realitzades per sensors, RTU, controladors i una xarxa de comunicació. Els sensors s’utilitzen per recollir la informació important i les RTU s’utilitzen per enviar aquesta informació al controlador i mostrar l’estat del sistema. Segons l'estat del sistema, l'usuari pot donar l'ordre a altres components del sistema. Aquesta operació la fa la xarxa de comunicació.

Adquisicions de dades

El sistema en temps real consta de milers de components i sensors. És molt important conèixer l'estat de components i sensors particulars. Per exemple, alguns sensors mesuren el flux d’aigua des del dipòsit fins al dipòsit d’aigua i alguns sensors mesuren el valor de la pressió a mesura que l’aigua s’allibera del dipòsit.

Comunicació de dades

El sistema SCADA utilitza una xarxa per cable per comunicar-se entre usuaris i dispositius. Les aplicacions en temps real utilitzen molts sensors i components que s’han de controlar remotament. El sistema SCADA utilitza comunicacions per Internet. Tota la informació es transmet a través d’Internet mitjançant protocols específics. Els sensors i els relés no són capaços de comunicar-se amb els protocols de xarxa, de manera que les RTU s’utilitzen per comunicar els sensors i les interfícies de xarxa.

Informació / Presentació de dades

Les xarxes de circuits normals tenen alguns indicadors que poden ser visibles per controlar, però en el sistema SCADA en temps real, hi ha milers de sensors i alarmes impossibles de manejar simultàniament. El sistema SCADA utilitza el fitxer interfície home-màquina (HMI) per proporcionar tota la informació recollida dels diversos sensors .

Monitorització / Control

El sistema SCADA utilitza diferents commutadors per accionar cada dispositiu i mostra l'estat de l'àrea de control. Qualsevol part del procés es pot activar / desactivar des de l'estació de control mitjançant aquests commutadors. El sistema SCADA s’implementa per funcionar automàticament sense intervenció humana, però en situacions crítiques és gestionat per la mà d’obra.

Components SCADA

Els components del sistema SCADA inclouen el següent.

Sistema de supervisió

El sistema de supervisió funciona com un servidor de comunicacions entre el programari d’interfície home-màquina a la sala de control de les estacions de treball, així com els seus aparells com RTU, Sensors, PLC, etc. el sistema és supervisat d'una altra manera, mentre que els grans sistemes SCADA inclouen nombrosos servidors, llocs per a la recuperació de tragèdies i aplicacions de programari distribuïdes. Els servidors estan connectats com una formació en espera calenta, en cas contrari, són redundants per supervisar la fallada del servidor contínuament.

RTU (unitats de terminal remot)

La unitat de terminal remot o RTU és un dispositiu electrònic i també es coneix com a unitats de telemetría remota. Aquest sistema comprèn objectes físics que s’interfacen mitjançant RTU.

El control d’aquests dispositius es pot fer mitjançant microprocessadors. Aquí, s’utilitzen microprocessadors per controlar les RTU que s’utilitzen per transmetre les dades enregistrades cap al sistema de supervisió. Les dades es poden rebre des del sistema mestre per controlar els objectes connectats.

PLC (controladors lògics programables)

El terme PLC significa controladors lògics programables que s’utilitzen en sistemes SCADA amb l’ajut de sensors. Aquests controladors estan connectats als sensors per convertir el senyal de sortida del sensor en dades digitals. En comparació amb les RTU, s’utilitzen per la seva flexibilitat, configuració, versatilitat i assequibilitat.

Infraestructura de comunicacions

Al sistema SCADA, s’utilitza una barreja de ràdio i connexió per cable directe. Però, SONET o SDH també es poden utilitzar per a sistemes superiors, com ara centrals elèctriques i ferrocarrils. S’utilitzen pocs protocols reconeguts estandarditzats entre els protocols compactes SCADA per lliurar informació simplement una vegada que s’interroguen les RTU a través de l’estació de supervisió.

Programació SCADA

En una altra estació principal HMI, la programació SCADA s'utilitza principalment per fer mapes, diagrames per proporcionar informació molt important al llarg de la progressió, en cas contrari quan es produeixi un error d'esdeveniment. La majoria dels sistemes comercials SCADA utilitzen interfícies consistents en llenguatge de programació C que, en cas contrari, també es poden utilitzar llenguatges de programació derivats.

Interfície màquina humana

El sistema SCADA utilitza la interfície home-màquina. La informació es mostra i es controla per ser processada per un humà. L'HMI proporciona accés a diverses unitats de control que poden ser PLC i RTU. La HMI proporciona la presentació gràfica del sistema.

Per exemple, proporciona una imatge gràfica de la bomba connectada al tanc. L'usuari pot veure el flux de l'aigua i la pressió de l'aigua. La part important de la IHM és un sistema d’alarma que s’activa segons els valors predefinits.

Interfície màquina humana

Interfície màquina humana

Per exemple , l'alarma de nivell d'aigua del dipòsit s'estableix en valors del 60% i 70%. Si el nivell de l'aigua arriba al 60%, l'alarma emet un avís normal i si el nivell de l'aigua arriba al 70%, l'alarma emet un avís crític.

Tipus de sistema SCADA

Els sistemes SCADA es classifiquen en quatre tipus que inclouen els següents.

  • Sistemes monolítics SCADA
  • Sistemes SCADA distribuïts
  • Sistemes SCADA en xarxa
  • Sistemes IoT SCADA

Sistemes monolítics SCADA

Els sistemes monolítics SCADA s’anomenen sistemes primerencs o de primera generació. En aquest tipus de sistemes s’utilitzen els miniordinadors. El desenvolupament d'aquests sistemes es pot fer quan no hi ha serveis de xarxa comuns disponibles. El disseny d'aquests sistemes es pot fer com sistemes independents sense cap relació amb altres sistemes.

Les dades es poden recollir de totes les RTU mitjançant un mainframe de còpia de seguretat. Les funcions principals d’aquests sistemes de primera generació es restringeixen als processos de marcatge en casos de crisi i al control dels sensors.

Sistemes SCADA distribuïts

Els sistemes SCADA distribuïts s’anomenen sistemes de segona generació. La distribució de les funcions de control es pot fer a través de nombrosos sistemes mitjançant la connexió amb una xarxa d'àrea local. Les operacions de control es poden realitzar compartint dades en temps real i processament d’ordres.

En aquest tipus de sistemes, la mida i el cost de cada estació es redueixen, però no hi havia protocols de xarxa consistents. Com que els protocols eren propietaris, menys persones entenen la seguretat del sistema SCADA durant la instal·lació i aquest factor es va ignorar en gran mesura.

Sistemes SCADA en xarxa

Els sistemes SCADA en xarxa també es coneixen com a sistemes de tercera generació. La xarxa i la comunicació dels sistemes SCADA actuals es poden fer mitjançant el sistema WAN a través de línies de dades o telèfons. La transmissió de dades entre dos nodes es pot fer amb l'ajut de connexions Ethernet o de fibra òptica.

Aquest tipus de sistema SCADA utilitza PLC per ajustar i supervisar les operacions de senyalització simplement una vegada que hi hagi necessitat de les principals opcions.

Sistemes IoT SCADA

Els sistemes IoT SCADA són sistemes de quarta generació. En aquests sistemes, el cost infraestructural del sistema es redueix mitjançant la implementació d’IoT la computació en núvol . Mantenir i integrar aquests sistemes és fàcil en comparació amb altres.

En temps real, es pot informar de l'estat d'aquests sistemes mitjançant la computació en núvol. Per tant, es pot fer la implementació d’algoritmes com el control complex que s’utilitzen amb freqüència en els PLC habituals.

Seguretat SCADA

Actualment, les xarxes SCADA s’utilitzen àmpliament en les indústries actuals per comprovar i examinar dades en temps real, es poden controlar els processos industrials i comunicar-se amb els dispositius. Per tant, els sistemes SCADA són essencials per a les organitzacions industrials, ja que inclouen maquinari i programari. Per tant, la seguretat SCADA també és essencial a les indústries.

El terme seguretat SCADA s’utilitza per protegir les xarxes SCADA que es fabriquen amb maquinari informàtic. Les xarxes SCADA que utilitzen alguns dels sistemes són electricitat , gas natural, etc. Les organitzacions privades i governamentals han pres les mesures d'aquestes xarxes a causa del valuós paper de garantir la seguretat dels sistemes SCADA.

Exemples de seguretat SCADA

Les amenaces que es produeixen als sistemes SCADA inclouen les següents.

  • hackers
  • Terroristes
  • Programari maliciós
  • Error a l'interior

La debilitat de la seguretat SCADA es produeix principalment a causa dels motius següents.

  • Mala formació
  • Desenvolupament d'escletxes d'aplicacions
  • Problemes durant el seguiment
  • Menys manteniment

Es pot protegir el sistema SCADA mapejant tots els sistemes actuals, supervisant i detectant l’institut i creant processos per a la seguretat de la xarxa.

Diferència entre PLC i SCADA

La diferència entre PLC i SCADA inclou el següent.

PLC

disminuir

El terme PLC significa control lògic programableEl terme SCADA significa Control de supervisió i adquisició de dades
El PLC es basa en el maquinariSCADA està basat en programari
Els PLC s’utilitzen principalment per controlar el procés d’indústries complexes com ara motors i màquines en funcionament.SCADA s’utilitza per observar i executar els processos de la planta.
El PLC inclou processador, mòduls d'E / S, un dispositiu de programació i font d'alimentacióEl sistema SCADA inclou tres components essencials com MTU, RTU i HMI
Hi ha diferents tipus de PLC, com ara fixos, compactes i modulars.Els diferents tipus d’un sistema SCADA són monolítics, distribuïts, connectats en xarxa i IoT
Els valors i / p & o / ps estan significats en contactes NO (obert normal), NC (tancament normal) i bobina.Les entrades i sortides de SCADA es representen mitjançant imatges.
Al PLC, tots els components es poden definir mitjançant una adreça.A SCADA, cada component es pot definir a través del nom.

SCDA per a planta industrial remota

En els grans establiments industrials, molts processos es produeixen simultàniament i cal controlar-los, cosa que és una tasca complexa. Els sistemes SCADA s’utilitzen per controlar i controlar els equips en els processos industrials que inclouen la distribució d’aigua, la distribució de petroli i la distribució d’energia. L’objectiu principal d’aquest projecte és processar les dades en temps real i controlar l’entorn industrial remot a gran escala. En l'escenari en temps real, es pren un sistema de registre de temperatura per a una operació remota de la planta.

Esquema de blocs de la planta industrial de control de temperatura

Esquema de blocs de la planta industrial de control de temperatura

Els sensors de temperatura es connecten al microcontrolador, que es connecta al PC a la part frontal, i el programari es carrega a l’ordinador. Les dades es recopilen dels sensors de temperatura. Els sensors de temperatura envien contínuament el senyal al microcontrolador que, en conseqüència, mostra aquests valors al panell frontal.

Es poden establir paràmetres com ara límit baix i límit alt a la pantalla de l'ordinador. Quan la temperatura d’un sensor supera el punt d’ajust, el microcontrolador envia una ordre al relé corresponent. Els escalfadors connectats mitjançant contactes de relé estan apagats i engegats.

Es tracta d’un sistema de registre de temperatura. Aquí es connecten 8 sensors de temperatura en mode de multiplexació al microcontrolador mitjançant ADC 0808. A continuació, els valors de tots els sensors són enviats en sèrie pel microcontrolador a través de Max 32 al port com del PC. Un programari “DAQ System” carregat al PC pren aquests valors i els mostra al seu tauler frontal i també els registra a la base de dades “daq.mdb”.

Es poden establir de manera interactiva alguns paràmetres com ara un punt de consigna, un límit baix i un límit alt a la pantalla de l'ordinador. Quan la temperatura d'algun sensor augmenta més enllà del punt de consigna, el microcontrolador envia ordres per retransmetre el controlador IC. Els escalfadors connectats mitjançant contactes de relé estan (específics per a aquest sensor) apagats (o en cas contrari). El límit màxim i el límit baix són d’alarma. Quan la temperatura supera el límit màxim o per sota del límit baix, l'alarma s'activarà.

SCADA per a planta industrial remota

SCADA per a planta industrial remota

Avantatges

Els avantatges del sistema SCADA inclouen els següents.

  • Es pot millorar la qualitat del servei
  • Es pot millorar la fiabilitat
  • El cost de manteniment és menor
  • Es pot reduir l'operació
  • Es poden controlar paràmetres de sistema grans
  • Es pot reduir la mà d'obra
  • Es pot reduir el temps de reparació
  • Localització d'errors i detecció d'errors
  • Emmagatzema una gran quantitat de dades
  • Segons el requisit de l'usuari, mostra les dades en diversos formats.
  • Es poden connectar milers de sensors amb SCADA per controlar-los i controlar-los
  • Els operadors poden obtenir simulacions de dades reals
  • Ofereix una resposta ràpida
  • És flexible i escalable alhora que afegeix recursos addicionals.
  • El sistema SCADA proporciona informació gràfica i mecànica incorporada
  • El sistema SCADA és fàcilment ampliable. Podem afegir un conjunt d’unitats de control i sensors segons el requisit.
  • El sistema SCADA és capaç d’operar en situacions crítiques.

Desavantatges

Els desavantatges del sistema SCADA inclouen els següents.

  • És complex en termes de mòduls i unitats de maquinari dependents.
  • Necessita analistes, programadors i operadors qualificats per mantenir-los
  • Alt cost d’instal·lació
  • Es poden augmentar les taxes d’atur
  • Aquest sistema admet dispositius de maquinari i programes restringits

Aplicacions

Les aplicacions del sistema SCADA inclouen el següent.

  • Generació i distribució d'energia
  • Transport públic
  • Aigua i clavegueram
  • Fabricació
  • Indústries i edificis
  • Xarxes de comunicació
  • Indústries del petroli i del gas
  • Generació, transmissió i distribució d'energia
  • Sistema de distribució i embassament d’aigua
  • Edificis públics com ara sistemes de calefacció i refrigeració elèctrics.
  • Generadors i turbines
  • Sistema de control de semàfors

Per tant, tot això es tracta una visió general del sistema SCADA (Control de supervisió i adquisició de dades). Aquest sistema està controlat per un ordinador, que s’utilitza per controlar i controlar diferents processos de les plantes. Aquest sistema utilitza GUI (interfície gràfica d’usuari), comunicacions de dades i gestió ampliada per a sistemes de monitorització. Aquí teniu una pregunta, què és PLC?

Crèdit fotogràfic: