Scada системы что это такое кратко

Обновлено: 03.07.2024

Свое знакомство со SCADA системами я начал на третьем курсе родного политеха. У нас был предмет посвященный этому. Это одна из тех дисциплин, которые интересно изучать, с точки зрения практичности. Понимаешь как это работает и как это использовать. В этот момент понимаешь, что есть инструменты делающие работу инженера более интересной и привлекательной.

Основная задача любой SCADA системы - это оперативный сбор информации с производственного процесса и оперативное управления через диспетчерський пульт.

Проще говоря, в реальном времени, Вы видите состояние того- или иного процесса и можете его корректировать по заданным параметрам или вообще остановить.

Свое знакомство с такими системами мы начали с программы Genie

Genie - это простая среда разработки, тогда она была под win 98, сейчас возможно есть и под другие варианты ОС. Мы учились формировать технологические процессы, формировать различные управляющие сигналы, создавать отчеты и задействовать различные алгоритмы управления и сценарии. Кому интересно, можете поставить на компьютере демо версию и попробовать, хотя без подготовки она покажется скучной.

Основная идея любой SCADA системы состоит в следующих принципах работы.

1. Это оперативный сбор ключевых параметров технологического процесса

2. Удобное отображение информации на экране для оператора.

3. Оповещение разными способами о нештатной ситуации.

4. Учет всех событий и изменений в настройках.

5. Гибкое управление и контроль технологического процесса.

Можно еще добавить несколько пунктов.

Пример того как выглядит место оператора без использования SCADA

Понятно, что это разработка старых годов и нисколько не уменьшает трудов инженеров создавших это, но сегодня это можно вывести на меньшее рабочее пространство с визуализацией ключевых элементов.

Сегодня такое место оператор может выглядеть так :

Это место может быть в 100 метрах от процесса, а может быть в 1000 километрах и скорость взаимодействия может отличаться не белее чем в 1 секунду.

Как выглядит система с точки зрения структуры

Из картинки видим, что вся система состоит из двух частей

1 - центральное управление

2 - производственная сеть или промышленная сеть.

1 (Левая) часть создана для обработки большого входного потака информации и хранения обрабатываемых данных. Основные характеристики - это большой поток данных, визуализация и удобное хранение, самое главное это заложенные алгоритмы, которые корректируют процесс по множеству параметров.

2 (правая )часть - это промышленная зона, для которой характерны большие помехи, тяжелые условия эксплуатации (шум, вибрации, сложный температурный режим, различные излучения) и во всем этом нужна надежная работа и хорошая связь с левой частью.

Как видим из картинки, вся связь построена на модемах (оптические, медные или беспроводные плюс поддержка различных промышленных протоколов ). Управление исполнительной частью осуществляется через промышленные контроллеры (RTU/PLC). Сбор с данных с локальных мест, также через них.

На самом деле многие школьники могут собирать подобные решения на ардуино, сложности в этом нет. Вся сложность реализации таких проектов - это построение надежных конечных терминалов и связь с ними. В этом и есть основная стоимость решения. И понимание технологических процессов - это опыт и знание.

Если говорить про "умный дом", то это будет как раз SCADA система адаптированная под обычного пользователя. Вся сложность в "умном доме" - это понимание технологических процессов и создание удобного интерфейса. Любой АСУ ТП-шник скажет, что умный дом, это игрушки, создать пульт как на первой картинке в сотни раз сложнее.

Ну и как итог скажем, что визуализация - это лишь вишенка на пироге, приятно выглядит, но за содержание и качество пирога не отвечает, хотя именно этого и хотелось бы. Сегодня огромное количество созданных SCADA систем, и выбираете уже из них под свои задачи, по вашим критериям и возможностям.

Если Вам понравилась публикация, подписывайтесь на канал, за Ваши лайки чаще показывают Наши публикации.

Назначение и задачи SCADA-систем

Диспетчер взаимодействует с программным обеспечением, установленным на ПК, а реализация связи с объектами, нуждающимися в контроле, осуществима через драйвер ввода-вывода или сопряженные с ними серверы. Программное обеспечение может использовать в своей структуре коды, сгенерированные в среде автоматизированного проектирования.

Обмен информацией с устройствами, контролирующими объект (пром-контроллеры или платы input-output) в real-time режиме с помощью драйверов.
Обрабатывание данных в real-time режиме.
Logical-управление.
Вывод данных на экран для комфортного восприятия человеком (диспетчером).
База данных ведется в real-time режиме с техническими составляющими.
Полноценное управления и контроль за тревожными СМС и аварийной сигнализацией.
Генерирование всевозможных отчетов о состоянии и работе системы, и отдельных ее составляющих.
Контроль и реализация сетевой структуры между Скада-станциями.
Сопряжение с внешними программами (СУБД, текст, таблицы).

Разработка СКАДА ведется АСУ ТП в клиент-серверной или же в архитектуре распределенной.

Преимущества

Повышенная надежность через автоматизацию.
Отказ от ручного сбора данных в пользу автоматизированного.
Мониторинг системы и тревожные уведомления разрешают оператору быстро выявить проблему и устранить ее источник.
Больший процент неисправностей можно устранить в автоматическом режиме, не посылая на удаленный объект сотрудников компании.
Мощный аналитический инструментарий, разрешающий анализировать и диагностировать системы. Благодаря такому инструменту можно повысить эффективность техобслуживания и выявить участки, рекомендуемые или незамедлительно требующие модернизации.
Сохранение данных о работе системы за все время ее функционирования разрешает выуживать информацию, анализировать ее и применять для дальнейшего повышения эффективности.

Структура SCADA-систем

Удаленный терминал (обозначают как RTU).
Терминал диспетчера (на схеме MTU).
Системы коммуникации, связывающие RTU и MTU.

RTU имеет непосредственное подключение к объекту управления. То есть контроль или управление объектом реализовывается в real-time режиме. В качестве терминала может быть датчик с примитивным способом взаимодействия, или же процессорный, многопоточный, отказоустойчивый МПЦ, занимающийся обработкой данных и управлением в real-time режиме.

обычный компьютер, сопряженный с несколькими источниками связи;
огромный вычислительный мейнфрейм с терминалами/табло;
с развитой и продуманной сетью рабочих станций MTU и обрабатывающих данные серверами.

Выделенные линии связи.
Мобильные сети.
Радиоволны.
Телефонные линии связи.
ISDN-каналы и т.д.

Особенности процесса управления в SCADA-системах

Присутствие человека в SCADA-системах обязательно;
Неправильно поданные команды или воздействие реализуют отказ объекта контроля или большие проблемы для взаимодействия системы в целом;
Диспетчер ответственен за управление системой, ее настройки (опционально это реализовано через пульт и практически не требует вмешательства);
За все время работы диспетчер чаще всего наблюдает за показателями системы, не внося никаких управленческих изменений;
Активное вмешательство случается из-за появления алармов – предупреждения, отказы, авария или внештатные ситуации;
Временные ограничения на действия оператора реализуется при появлении критических алармов системы. Задать тайминг можно от нескольких секунд до минут.

Защита SCADA-систем

Эксплуатируемые SCADA-системы создавались заточенными на конкретные задачи, не имеют высоких степеней защиты и уязвимы для кибератак.

Подобного рода системы, например, применяемые в энергетическом секторе, разрабатывались только для управления напряжением электроцепи. Больших способностей (по типу протоколов безопасности сети) в СКАДА нет.

Хотя большинство современных SCADA-систем могут работать с популярным сетевым протоколом TCP/IP, им ограждают выход в интернет (они соединяются от точки до точки через выделенные линии связи). Но это не значит, что защита от кибератак им обеспечена на 100%.

Делают это ограничение не для всех SCADA поголовно. Многое зависит от задач и применяемой структуры построения системы.

безопасную операционную систему, которая способна работать только с доверенными приложениями;
сетевой экран (брандмауэр), фильтрующий трафик;
аппаратную составляющую.

Примеры SCADA-систем

OpenSCADA.
Rapid SCADA.
FreeSCADA.
IAI (Inductive Automation Ignition).

MasterSCADA.
IGSS.
Каскад.
Vijeo Citect.
Simp Light Free.

Основываясь на своих широких возможностях, системы SCADA могут быть разработаны и запрограммированы для объекта практически любой сложности, бюджета или отрасли. Это могут быть как крупные производственные и перерабатывающие заводы, так и небольшие системы, такие как светофоры или устройства для наблюдения за домом. В тех случаях, когда требуется контроль и управление данными, SCADA может помочь упростить процесс.

Почему SCADA

При правильной реализации внедрение SCADA-системы приводит к масштабным улучшениям и повышению эффективности процессов, требующих мониторинга. В обрабатывающей промышленности такие системы могут определять достигаются ли поставленные цели по объему выпуска продукта или цели по обеспечению его качества.

Если на одном участке производственного процесса случается отклонение от нормы, то оператор получает информацию о характере и местонахождении неполадки, что позволяет быстро принять необходимые меры для устранения неисправности. Некоторые системы могут выполнять основные задачи без вмешательства человека, при достижении определенных пороговых значений, что позволяет выполнять, например, аварийные отключения или другие аналогичные действия.

Важно отметить, что система SCADA не заменяет промышленные системы управления , и она не может управлять заводом самостоятельно.

SCADA — это система для сбора и обработки данных от установленных промышленных датчиков и компонентов, позволяющая оператору принимать более обоснованные и оперативные решения.

Разработчик обязан рассматривать создание каждой SCADA-системы как часть более крупной промышленной системы управления для облегчения автоматизации на всех уровнях.

Компоненты системы SCADA

Системы SCADA базируются на пяти компонентах, которые в сочетании обеспечивают ее широкое применение в различных отраслях промышленности. Эти элементы работают совместно с датчиками для более глубокой автоматизации производственных процессов.

Устройства связи с объектом (УСО) или Удаленные терминальные устройства (Remote Terminal Units — RTU). Удаленные терминальные (или телеметрические) устройства являются одним из основных способов взаимодействия программного обеспечения SCADA с физическими компонентами системы. RTU существуют главным образом для контроля датчиков и исполнительных механизмов для передачи значений их выходных сигналов в центральный блок управления (на сервер).
Программируемые логические контроллеры (ПЛК илиProgrammable Logic Controllers — PLC). Функции ПЛК довольно сильно совпадают с функциями RTU. Оба микропроцессора способны считывать, обрабатывать и передавать результаты измерений. Однако ПЛК, как правило, предпочтительнее в локальных системах, поскольку они экономичны и способны работать на высоких скоростях передачи данных на короткие расстояния. RTU, напротив, могут быть предпочтительнее, когда система географически более распределена. Нет необходимости понимать тонкие различия между RTU и ПЛК при первом рассмотрении системы SCADA. Во многих случаях они взаимозаменяемы.
Компьютерные серверы. Серверы являются центром управления системой SCADA. Они собирают информацию с RTU и ПЛК, а также передают команды в обратном направлении на объект, что позволяет удаленно управлять компонентами системы. Каждое автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора может взаимодействовать с несколькими серверами.
Человеко-машинный интерфейс (Human Machine Interface — HMI). Сгенерированный диспетчерским компьютером HMI представляет собой графический интерфейс, или проще говоря, графическую панель (монитор компьютера или ноутбука и т.п.), который отображает данные в удобной для человека форме. Контролируя и взаимодействуя с HMI, сотрудник может просматривать тренды или схемы, выполнять диагностику и изменять значения уставок в соответствии с новой информацией.
Инфраструктура связи. Инфраструктура связи формирует структуру, на которой взаимодействуют все другие компоненты системы.

Архитектура системы

Как можно понять из вышеописанного, невозможно полностью понять программирование SCADA, рассматривая отдельные ее части. Архитектура системы расширяет представление о SCADA, описывая способ взаимодействия компонентов друг с другом и образуя интегрированную сеть управления.

Данные, обрабатываемые программным обеспечением SCADA, поступают автоматически с датчиков, или реже заносятся вручную. Эти данные могут включать в себя измерения температуры, давления, напряжения или другие важные параметры. После каждой записи RTU или PLC передает новую информацию на сервер. Он в свою очередь обрабатывает и отображает данные измененного процесса графически на HMI панели, чтобы оператор мог легко воспринять информацию и предпринять оперативные действия. В некоторых случаях сам RTU или PLC могут быть запрограммированы на выполнение простых действий управления на основе результата измерения. На практике архитектура SCADA может быть довольно сложной, охватывающей сотни или тысячи различных компонентов и различные протоколы связи.

SCADA Программирование

Распространенным заблуждением является то, что SCADA — это то же самое, что распределенная система управления (РСУ или Distributed Control System — DCS). Хотя есть некоторые совпадения, учитывая, что DCS также контролирует производственные процессы, тем не менее, общая настройка систем отличается.

В системе DCS упор делается на компьютерное управление процессами. Оператор может вмешиваться в систему, но человеческий анализ и вмешательство не являются основной целью системы DCS.
Системы SCADA, напротив, нацелены в первую очередь на сбор данных таким образом, чтобы оператор мог принимать повседневные или экстренные решения о функционировании системы и корректировать необходимые параметры.

Эта разница также проявляется в разных методах программирования. DCS обычно в большей степени опирается на простые логические элементы для формирования контуров управления. Программирование SCADA сложнее, но в то же время более гибкое. Логические элементы все еще могут играть роль на уровне RTU и PLC, но для программирования SCADA требуется использование специализированного программного обеспечения для управления и отображения входных данных.

Когда используется специальное программное обеспечение, оно обычно разрабатывается на C (C++, WinCC) или аналогичном языке программирования. Как только эта программная разработка передается Заказчику, ему остается только ввести уставки для RTU, PLC и HMI с использованием графических интерфейсов. При этом оператор может изменять и просматривать уставки или настраивать схемы и диаграммы без необходимости написания программного кода.

SCADA-безопасность

Еще один элемент SCADA-системы, к которому следует относиться серьезно — это кибербезопасность. Первоначально системы SCADA разрабатывались с учетом дополнительных взаимодействий с человеком для проверки показаний датчиков и управления контрольными точками. Теперь многие из этих задач были автоматизированы с использованием интернет-протоколов, что резко повышает вероятность отказов за счет повышенной уязвимости к кибератакам. Эти атаки могут иметь форму взлома или вредоносного ПО, предназначенного для нарушения работоспособности технологии.

Для защиты от этих рисков программисты обязаны следовать рекомендациям SCADA по безопасности системы на каждом этапе процесса разработки, а также рекомендуется отдать им на аутсортинг услугу по установке ПО непосредственно на объекте, предотвращая любую возможность вмешательства третьих лиц и предоставляя Заказчику возможность контролировать процесс установки и отладки.

Где используется SCADA

Ряд различных отраслей полагаются на программы SCADA для оптимизации своей повседневной деятельности. К ним, например, относятся:

SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в режиме реального времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC / DDE-серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде автоматизированного проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин “SCADA” имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов в связи с тем, что всё большая часть функций автоматического управления решается не аппаратными, а программными средствами, термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Содержание

Основные задачи, решаемые SCADA-системами

SCADA-системы решают следующие задачи:

SCADA-системы позвол яют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

Основные компоненты SCADA

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.
Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.
Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. * Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.
Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.
База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.
Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.
Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.
Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.

Концепции систем

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных. [1]

Архитектура SCADA-систем

В зависимости от сложности управляемого технологического процесса, а также требований к надёжности, SCADA-системы строятся по одной из следующих архитектур [2]

Одиночные

При использовании данной архитектуры система состоит из одной или нескольких рабочих станций оператора, которые не "знают" друг о друге. Все функции системы выполняются на единственной (нескольких независимых) станции(ях). Преимущества:

низкая отказоустойчивость;
не обеспечивается истинность данных (исторические данные могут отличаться между разными станциями),

Клиент-Серверные

В данном случае система выполняется на сервере, а операторы используют клиентские станции для мониторинга и управления процессом. Высоконадёжные системы строятся на базе двойного либо тройного резервирования серверов и дублирования клиентских станций оператора, дублирования сетевых подключений сервер-сервер и клиент-сервер. При данной архитектуре уже возможно разделение функций SCADA-системы между серверами. Например, сбор данных и управление ПЛК выполняется на одном сервере, архивирование данных - на втором, а взаимодействие с клиентами - на третьем.

Виртуализация

Современные технологии виртуализации уже глубоко проникли в промышленную автоматизацию. Применение кластеров и виртуальных серверов с разделением функций SCADA-системы позволяет обеспечивать высокую отказоустойчивость, гибкое распределение вычислительных ресурсов, изолирование системы и сетевых подключений от постороннего сетевого трафика, безопасность данных. При использовании виртуализации клиентские станции уже не требуют полноценного ПК(Толстый клиент), достаточно тонкого клиента с подключением к виртуальному клиенту. Облачные вычисления также применяются в промышленной автоматизации либо автоматизации зданий.

Некоторые распространенные SCADA

На мировом рынке представлено более 50 продуктов, которые можно отнести к SCADA-системам, продукты различаются:

Полностью бесплатные SCADA: OpenSCADA, Rapid SCADA, FreeSCADA, scada-ГИНЭС, Inductive Automation Ignition.

Условно-бесплатные SCADA, достаточные для автоматизации малого технологического процесса и изучения без покупки лицензии, возможность работы в течение неограниченного времени:

Simp Light Free — ограничение 8 тегов;
MasterSCADA — ограничения 32 тега для MasterSCADA RT32 без дополнительных возможностей или 1 час полнофункциональной работы для MasterSCADA Demo;
IGSS — ограничение 50 объектов (ориентировочно 150 тегов) и выбор одного протокола передачи данных (IGSS FREE50), по другому типу лицензии ограниченно время работы без перезапуска на 1 час и 1000 объектов (DEMO Mode);
Контар АРМ — поддерживает только с контроллеры производства ОАО “МЗТА”;
IntegraXor свободна для 128 Modbus I/O;
Каскад. Демо-версия имеет ограничение на 32 физических канала ввода/вывода и 2 часа непрерывной работы, включает себя полную справочную систему, SQL-сервер Firebird 2.5, WEB-модуль (реализация WebSCADA) и ряд проектов, демонстрирующих возможности системы. SCADA интегрирована с SoftLogic-системой KLogic, и, как следствие, реализована сквозная технология программирования алгоритмов контроллеров и рабочих станций. При покупке лицензии время работы не ограничивается, лицензия выдается по числу каналов или устройств сервера доступа к данным и наличию дополнительных клиентских модулей;
Vijeo Citect - позволяет создать и отладить полноценный проект без приобретения лицензий, при отсутствии лицензий включается демо-режим, в котором проект запускается на ограниченное время, после истечения этого времени проект необходимо перезапустить. Лицензируется только среда исполнения (Runtime), среда разработки распространяется свободно. В комплекте идет стандартный набор драйверов для подключения к контроллерам и RTU разных производителей. Всего насчитывается более 100 типов устройств, без учета поддержки стандартных протоколов, таких как OPC, Modbus и т.д. В отсутствии контроллера или контроллеров проект можно разрабатывать и отлаживать благодаря эмуляции точек ввода-вывода конфигурируемых под конкретный контроллер.

Прочие SCADA: Simatic WinCC, Intouch Wonderware, Trace mode, Genesis, SCADA Infinity, PcVue Solutions, RSView, ClearSCADA, DATARate, Контур, Круг-2000, ZenOn, Winlog, iFix, InduSoft Web Studio SCADA, Wizcon, Vijeo Citect, Статус-4, Каскад, Энтек, Sitex, Elipse E3, Elvis, Realflex RealWin SCADA, Broadwin (Advantech) WebAccess, General Electric Proficy Cimplicity, WellinTech SCADA, Factory Link (с 2012 года не поддерживается разработчиком), Monitor Pro (базировалась на Factory Link, рекомендована замена на Vijeo Citect), Vijeo Look (рекомендована замена на Vijeo Citect).

WebSCADA

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA ещё не достигло уровня широкого промышленного внедрения, так как существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинстве случаев Web-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.

Уязвимость

SCADA-системы могут быть уязвимы для хакерских атак, так, в 2010 году с использованием вируса Stuxnet была осуществлена атака на центрифуги для обогащения урана в Иране. Таким образом, для защиты информационных комплексов, содержащих SCADA-системы, требуется соблюдение общих требований информационной безопасности.

Читайте также: