Che cos'è un sistema SCADA: architettura e funzionamento

Un gran numero di processi si verifica in grandi stabilimenti industriali. Ogni processo che devi monitorare è molto complesso perché ogni macchina fornisce un output diverso. Il sistema SCADA utilizzato per raccogliere dati da sensori e strumenti situati in aree remote. Il computer quindi elabora questi dati e li presenta prontamente. Il sistema SCADA raccoglie le informazioni (come si è verificata una perdita su una tubazione) e trasferisce le informazioni al sistema fornendo gli avvisi che si è verificata una perdita e visualizza le informazioni in modo logico e organizzato. Il sistema SCADA utilizzato per funzionare su sistemi operativi DOS e UNIX. L'intero processo è noto come automazione . Questo articolo discute una panoramica del sistema SCADA.

Cos'è un sistema SCADA?

SCADA sta per controllo di supervisione e acquisizione dati. È un tipo di programma applicativo software per il controllo del processo. SCADA è un sistema di controllo centrale composto da controllori interfacce di rete, input / output, apparecchiature di comunicazione e software. I sistemi SCADA vengono utilizzati per monitorare e controllare le apparecchiature nel processo industriale che include produzione, produzione, sviluppo e fabbricazione. I processi infrastrutturali comprendono la distribuzione di gas e petrolio, energia elettrica, distribuzione di acqua. I servizi pubblici includono un sistema di traffico di autobus, aeroporto. Il sistema SCADA rileva la lettura dei contatori e controlla lo stato dei sensori a intervalli regolari in modo da richiedere il minimo intervento da parte dell'uomo.

Rete SCADA generale

Storia dello SCADA

In precedenza, il controllo di impianti industriali e piani di produzione poteva essere eseguito manualmente con l'ausilio di apparecchiature analogiche e pulsanti. Poiché le dimensioni del settore sono in crescita, hanno impiegato timer e relè per fornire il controllo di supervisione a un livello fisso per un'automazione minima. Quindi, un sistema completamente automatizzato con un sistema più efficiente era necessario per tutte le industrie.

Sappiamo che, per scopi di controllo industriale, i computer sono stati implementati nell'anno 1950. Successivamente, il concetto di telemetria è stato implementato per la trasmissione di dati e virtuale comunicazione . Nell'anno 1970, il sistema SCADA è stato sviluppato insieme ai microprocessori e al PLC.

Quindi questi concetti sono stati pienamente aiutati durante lo sviluppo dell'automazione che viene gestita in remoto nelle industrie. I sistemi SCADA distribuiti sono stati implementati nel 2000. Successivamente, sono stati sviluppati nuovi sistemi SCADA per monitorare e controllare i dati in tempo reale ovunque nel mondo.

Architettura del sistema SCADA

In generale, il sistema SCADA è un sistema centralizzato che monitora e controlla l'intera area. Si tratta di un puro pacchetto software posizionato sopra l'hardware. Un sistema di supervisione raccoglie i dati sul processo e invia i comandi di controllo al processo. Lo SCADA è un'unità terminale remota nota anche come RTU.

La maggior parte delle azioni di controllo vengono eseguite automaticamente da RTU o PLC. Le RTU sono costituite dal convertitore logico programmabile che può essere impostato in base a requisiti specifici. Ad esempio, nella centrale termica, la portata d'acqua può essere impostata su un valore specifico oppure può essere modificata in base alle esigenze.

Il sistema SCADA consente agli operatori di modificare il setpoint del flusso e abilitare le condizioni di allarme in caso di perdita di flusso e alta temperatura, e la condizione viene visualizzata e registrata. Il sistema SCADA monitora le prestazioni complessive del loop. Il sistema SCADA è un sistema centralizzato per comunicare con tecnologia cablata e wireless ai dispositivi Clint. I controlli del sistema SCADA possono eseguire completamente tutti i tipi di processo industriale.

Ad esempio, se si sta accumulando troppa pressione in un gasdotto, il sistema SCADA può aprire automaticamente una valvola di rilascio.

Architettura hardware

Il sistema generalmente SCADA può essere classificato in due parti:

• Livello client
• Livello server dati

Il livello Clint si rivolge all'interazione uomo-macchina.

Il livello del server di dati gestisce la maggior parte del processo delle attività sui dati.

La stazione SCADA fa riferimento ai server ed è composta da un unico PC. I server di dati comunicano con i dispositivi sul campo tramite controller di processo come PLC o RTU. I PLC sono collegati ai server di dati direttamente o tramite reti o bus. Il sistema SCADA utilizza reti WAN e LAN, WAN e LAN sono costituite da protocolli Internet utilizzati per la comunicazione tra la stazione master e i dispositivi.

L'apparecchiatura fisica come i sensori collegati ai PLC o alle RTU. Le RTU convertono i segnali del sensore in dati digitali e inviano i dati digitali al master. In base al feedback master ricevuto dalla RTU, applica il segnale elettrico ai relè. La maggior parte delle operazioni di monitoraggio e controllo vengono eseguite da RTU o PLC come possiamo vedere in figura.

Architettura hardware del sistema SCADA

Architettura software

La maggior parte dei server viene utilizzata per il multitasking e il database in tempo reale. I server sono responsabili della raccolta e del trattamento dei dati. Il sistema SCADA è costituito da un programma software per fornire trend, dati diagnostici e gestire informazioni quali procedure di manutenzione programmata, informazioni logistiche, schemi dettagliati per un particolare sensore o macchina e guide per la risoluzione dei problemi di sistemi esperti. Ciò significa che l'operatore può vedere una rappresentazione schematica dell'impianto controllato.

Architettura software di SCADA

Esempi sono il controllo degli allarmi, i calcoli, la registrazione e l'archiviazione dei controller di polling su una serie di parametri, che sono tipicamente collegati al server.

Sistema SCADA funzionante

Il sistema SCADA svolge le seguenti funzioni

• Acquisizioni di dati
• Comunicazione dei dati
• Presentazione di informazioni / dati
• Monitoraggio / controllo

Queste funzioni sono svolte da sensori, RTU, controller, una rete di comunicazione. I sensori vengono utilizzati per raccogliere le informazioni importanti e le RTU vengono utilizzate per inviare queste informazioni al controller e visualizzare lo stato del sistema. In base allo stato del sistema, l'utente può dare il comando ad altri componenti del sistema. Questa operazione viene eseguita dalla rete di comunicazione.

Acquisizioni di dati

Il sistema in tempo reale è costituito da migliaia di componenti e sensori. È molto importante conoscere lo stato di particolari componenti e sensori. Ad esempio, alcuni sensori misurano il flusso d'acqua dal serbatoio al serbatoio dell'acqua e alcuni sensori misurano il valore della pressione mentre l'acqua viene rilasciata dal serbatoio.

Comunicazione dei dati

Il sistema SCADA utilizza una rete cablata per comunicare tra utenti e dispositivi. Le applicazioni in tempo reale utilizzano molti sensori e componenti che dovrebbero essere controllati a distanza. Il sistema SCADA utilizza le comunicazioni Internet. Tutte le informazioni vengono trasmesse tramite Internet utilizzando protocolli specifici. Sensori e relè non sono in grado di comunicare con i protocolli di rete, quindi le RTU venivano utilizzate per comunicare sensori e interfacce di rete.

Presentazione di informazioni / dati

Le normali reti di circuiti hanno alcuni indicatori che possono essere visibili per il controllo, ma nel sistema SCADA in tempo reale ci sono migliaia di sensori e allarmi impossibili da gestire contemporaneamente. Il sistema SCADA utilizza l'estensione interfaccia uomo-macchina (HMI) fornire tutte le informazioni raccolte dai vari sensori .

Monitoraggio / controllo

Il sistema SCADA utilizza diversi interruttori per azionare ogni dispositivo e visualizza lo stato dell'area di controllo. Qualsiasi parte del processo può essere attivata / disattivata dalla stazione di controllo utilizzando questi interruttori. Il sistema SCADA è implementato per funzionare automaticamente senza intervento umano, ma in situazioni critiche è gestito da manodopera.

Componenti SCADA

I componenti del sistema SCADA includono quanto segue.

Sistema di supervisione

Il sistema di supervisione funziona come un server di comunicazione tra il software di interfaccia uomo-macchina all'interno della sala di controllo delle stazioni di lavoro, nonché i suoi apparati come RTU, sensori, PLC, ecc. I sistemi SCADA più piccoli includono semplicemente un singolo personal computer che funge da master sistema altrimenti supervisore, mentre i sistemi SCADA di grandi dimensioni includono numerosi server, siti per il ripristino di tragedie e applicazioni software distribuite. I server sono collegati come una formazione hot-standby altrimenti doppia ridondanza per monitorare continuamente i guasti del server.

RTU (unità terminali remote)

La RTU o unità terminale remota è un dispositivo elettronico ed è anche nota come unità di telemetria remota. Questo sistema comprende oggetti fisici che sono interfacciati tramite RTU.

Il controllo di questi dispositivi può essere effettuato tramite microprocessori. Qui, i microprocessori vengono utilizzati per controllare le RTU che vengono utilizzate per trasmettere i dati registrati verso il sistema di supervisione. I dati possono essere ricevuti dal sistema master per il controllo degli oggetti collegati.

PLC (controllori logici programmabili)

Il termine PLC sta per controllori logici programmabili che vengono utilizzati nei sistemi SCADA con l'aiuto di sensori. Questi controller sono collegati ai sensori per convertire il segnale di uscita del sensore in dati digitali. Rispetto alle RTU, queste vengono utilizzate per la loro flessibilità, configurazione, versatilità e convenienza.

Infrastruttura di comunicazione

Nel sistema SCADA, viene utilizzata una combinazione di radio e connessione cablata diretta. Tuttavia, SONET o SDH possono essere utilizzati anche per sistemi superiori come centrali elettriche e ferrovie. Pochi 7 protocolli standardizzati riconosciuti vengono utilizzati tra i protocolli SCADA compatti per fornire informazioni semplicemente una volta che le RTU sono state interrogate attraverso la stazione di supervisione.

Programmazione SCADA

Nell'HMI, altrimenti stazione master, la programmazione SCADA viene utilizzata principalmente per creare mappe, diagrammi per fornire informazioni molto importanti durante la progressione, altrimenti quando si verifica un errore. La maggior parte dei sistemi SCADA commerciali utilizza interfacce coerenti nel linguaggio di programmazione C, altrimenti è possibile utilizzare anche un linguaggio di programmazione derivato.

Interfaccia uomo macchina

Il sistema SCADA utilizza l'interfaccia uomo-macchina. Le informazioni vengono visualizzate e monitorate per essere elaborate da un essere umano. L'HMI fornisce l'accesso a più unità di controllo che possono essere PLC e RTU. L'HMI fornisce la presentazione grafica del sistema.

Ad esempio, fornisce un'immagine grafica della pompa collegata al serbatoio. L'utente può vedere il flusso dell'acqua e la pressione dell'acqua. La parte importante dell'HMI è un sistema di allarme che viene attivato in base ai valori predefiniti.

Interfaccia uomo macchina

Per esempio , l'allarme del livello dell'acqua della vasca è impostato sui valori 60% e 70%. Se il livello dell'acqua supera il 60% l'allarme emette un avviso normale e se il livello dell'acqua supera il 70% l'allarme emette un avviso critico.

Tipi di sistema SCADA

I sistemi SCADA sono classificati in quattro tipi che includono quanto segue.

• Sistemi SCADA monolitici
• Sistemi SCADA distribuiti
• Sistemi SCADA in rete
• Sistemi SCADA IoT

Sistemi SCADA monolitici

I sistemi SCADA monolitici sono chiamati sistemi iniziali o di prima generazione. In questi tipi di sistemi vengono utilizzati minicomputer. Lo sviluppo di questi sistemi può essere effettuato quando i servizi di rete comuni non sono disponibili. La progettazione di questi sistemi può essere eseguita come sistemi indipendenti senza alcuna relazione con altri sistemi.

I dati possono essere raccolti da tutte le RTU utilizzando un mainframe di backup. Le funzioni principali di questi sistemi di prima generazione sono limitate ai processi di segnalazione nei casi di crisi e al monitoraggio dei sensori.

Sistemi SCADA distribuiti

I sistemi SCADA distribuiti sono chiamati sistemi di seconda generazione. La distribuzione delle funzioni di controllo può essere effettuata su numerosi sistemi collegandosi con una rete locale. Le operazioni di controllo possono essere eseguite condividendo l'elaborazione dei dati e dei comandi in tempo reale.

In questi tipi di sistemi, le dimensioni e il costo di ciascuna stazione sono ridotti, tuttavia non c'erano protocolli di rete coerenti. Poiché i protocolli erano proprietari, meno persone comprendono la sicurezza del sistema SCADA mentre l'installazione e questo fattore sono stati ampiamente ignorati.

Sistemi SCADA in rete

I sistemi SCADA in rete sono noti anche come sistemi di terza generazione. Il collegamento in rete e la comunicazione degli attuali sistemi SCADA possono essere effettuati utilizzando il sistema WAN tramite linee dati o telefoni. La trasmissione dei dati tra due nodi può essere effettuata con l'ausilio di connessioni Ethernet o in fibra ottica.

Questo tipo di sistema SCADA utilizza PLC regolare e monitorare le operazioni di contrassegno semplicemente quando è necessario effettuare le scelte principali.

Sistemi SCADA IoT

I sistemi IoT SCADA sono sistemi di quarta generazione. In questi sistemi, il costo infrastrutturale del sistema viene ridotto implementando IoT tramite cloud computing . Mantenere e integrare questi sistemi è facile rispetto ad altri.

In tempo reale, lo stato di questi sistemi può essere segnalato tramite il cloud computing. Pertanto è possibile implementare algoritmi come il controllo intricato che vengono spesso utilizzati sui normali PLC.

Sicurezza SCADA

Al momento, le reti SCADA sono ampiamente utilizzate nelle industrie attuali per controllare ed esaminare i dati in tempo reale, i processi industriali possono essere controllati, comunicare con i dispositivi. Quindi i sistemi SCADA sono essenziali per le organizzazioni industriali perché questi sistemi includono hardware e software. Quindi, la sicurezza SCADA è essenziale anche nelle industrie.

Il termine sicurezza SCADA viene utilizzato per proteggere le reti SCADA fabbricate con l'hardware del computer. Le reti SCADA utilizzate da alcuni dei sistemi sono elettricità , gas naturale, ecc. Le organizzazioni private e governative hanno adottato le misure di queste reti a causa del prezioso ruolo di garantire la sicurezza dei sistemi SCADA.

Esempi di sicurezza SCADA

Le minacce che si verificano nei sistemi SCADA includono quanto segue.

• Gli hacker
• Terroristi
• Malware
• Errore all'interno

La debolezza della sicurezza SCADA si verifica principalmente a causa dei seguenti motivi.

• Scarsa formazione
• Scappatoie Sviluppo di App
• Problemi durante il monitoraggio
• Meno manutenzione

Il sistema SCADA può essere protetto mappando tutti i sistemi presenti, monitorando e rilevando l'istituto e creando processi per la sicurezza della rete.

Differenza tra PLC e SCADA

La differenza tra PLC e SCADA include quanto segue.

SCDA per impianto industriale remoto

Nei grandi stabilimenti industriali, molti processi avvengono simultaneamente e ciascuno deve essere monitorato, il che è un compito complesso. I sistemi SCADA vengono utilizzati per monitorare e controllare le apparecchiature nei processi industriali che includono la distribuzione dell'acqua, la distribuzione del petrolio e la distribuzione dell'energia. L'obiettivo principale di questo progetto è elaborare i dati in tempo reale e controllare l'ambiente industriale remoto su larga scala. Nello scenario in tempo reale, viene utilizzato un sistema di registrazione della temperatura per il funzionamento remoto dell'impianto.

Schema a blocchi di un impianto industriale di controllo della temperatura

I sensori di temperatura sono collegati al microcontrollore, che è collegato al PC all'estremità anteriore e il software viene caricato sul computer. I dati vengono raccolti dai sensori di temperatura. I sensori di temperatura inviano continuamente il segnale al microcontrollore che di conseguenza visualizza questi valori sul suo pannello frontale.

Si possono impostare i parametri come il limite basso e il limite alto sullo schermo del computer. Quando la temperatura di un sensore supera il setpoint, il microcontrollore invia un comando al relè corrispondente. I riscaldatori collegati tramite contatti a relè vengono spenti e accesi.

Questo è un sistema di registrazione della temperatura. Qui 8 sensori di temperatura in modalità multiplexing sono collegati al microcontrollore tramite ADC 0808. Quindi i valori di tutti i sensori vengono inviati in serie dal microcontrollore tramite Max 32 alla porta com del PC. Un software “DAQ System” caricato sul PC prende questi valori e li mostra sul suo pannello frontale, e li registra anche nel database “daq.mdb”.

È possibile impostare in modo interattivo alcuni parametri come un set point, un limite basso e un limite alto sullo schermo del computer. Quando la temperatura di un sensore aumenta oltre il setpoint, il microcontrollore invia i comandi all'IC del driver del relè. I riscaldatori collegati tramite contatti a relè sono (specifici per quel sensore) spenti (o accesi in caso opposto). I limiti alto e basso sono per l'allarme. Quando la temperatura supera il limite superiore o inferiore al limite inferiore, l'allarme viene attivato.

SCADA per impianti industriali remoti

Vantaggi

I vantaggi del sistema SCADA includono quanto segue.

• La qualità del servizio può essere migliorata
• L'affidabilità può essere migliorata
• Il costo di manutenzione è inferiore
• L'operazione può essere ridotta
• È possibile monitorare parametri di sistema di grandi dimensioni
• La forza lavoro può essere ridotta
• Il tempo di riparazione può essere ridotto
• Rilevamento e localizzazione dei guasti
• Memorizza una grande quantità di dati
• Secondo le esigenze dell'utente, visualizza i dati in vari formati.
• Migliaia di sensori possono essere interfacciati con SCADA per il controllo e il monitoraggio
• Gli operatori possono ottenere simulazioni di dati reali
• Fornisce una risposta rapida
• È flessibile e scalabile aggiungendo risorse extra.
• Il sistema SCADA fornisce informazioni meccaniche e grafiche a bordo
• Il sistema SCADA è facilmente espandibile. Possiamo aggiungere una serie di centraline e sensori in base alle esigenze.
• Il sistema SCADA è in grado di operare in situazioni critiche.

Svantaggi

Gli svantaggi del sistema SCADA includono quanto segue.

• È complesso in termini di moduli dipendenti e unità hardware.
• Ha bisogno di analisti, programmatori e operatori qualificati per il mantenimento
• Costo di installazione elevato
• I tassi di disoccupazione possono essere aumentati
• Questo sistema supporta dispositivi hardware e software con limitazioni

Applicazioni

Le applicazioni del sistema SCADA includono quanto segue.

• Generazione e distribuzione di energia
• Trasporto pubblico
• Sistema idrico e fognario
• Produzione
• Industrie ed edifici
• Reti di comunicazione
• Industrie petrolifere e del gas
• Generazione, trasmissione e distribuzione di energia
• Sistema di distribuzione dell'acqua e serbatoio
• Edifici pubblici come riscaldamento elettrico e sistema di raffreddamento.
• Generatori e turbine
• Sistema di controllo del semaforo

Quindi, questo è tutto una panoramica del sistema SCADA (Controllo di supervisione e acquisizione dati). Questo sistema è controllato da un computer, utilizzato per controllare e monitorare diversi processi negli impianti. Questo sistema utilizza GUI (interfaccia utente grafica), comunicazioni dati e gestione estesa per i sistemi di monitoraggio. Ecco una domanda per te, cos'è il PLC?

Diritti d'autore della foto:

• Rete SCADA generale di mycpanel