Exemple Scada. Bazele sistemelor SCADA și funcțiile acestora

Majoritatea sistemelor de automatizare funcționează cu participarea umană (operator, dispecer). Interfața dintre o persoană și un sistem se numește interfață om-mașină ( HMI), în literatura străină - HMI(Interfață om-mașină) sau MMI(Interfață om-mașină). În cazul particular în care un HMI este proiectat pentru interacțiunea umană cu un proces tehnologic automatizat, acesta se numește sistem SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Acest termen se traduce literal prin „control de supraveghere și achiziție de date”, dar în practică este interpretat mult mai larg, iar pachetele moderne SCADA includ o gamă largă de funcționalități care depășesc cu mult colectarea datelor și controlul de supraveghere.

9.4.1. Funcții SCADA

Pachetele SCADA existente în prezent îndeplinesc multe funcții, care pot fi împărțite în mai multe grupuri:

• configurarea SCADA pentru o sarcină specifică (adică dezvoltarea părții software a sistemului de automatizare);
• controlul expedierii;
• control automat;
• stocarea istoricului procesului;
• îndeplinirea funcțiilor de securitate;
• îndeplinirea funcțiilor la nivelul întregului sistem.

În ciuda numeroaselor funcții realizate de SCADA, principala sa caracteristică distinctivă este prezența unei interfețe cu utilizatorul. În absența unei astfel de interfețe, funcțiile enumerate mai sus coincid cu funcțiile instrumentelor de programare a controlerului, iar controlul este automat, spre deosebire de supraveghere.

Calitatea deciziilor luate de operator (dispecer) afectează adesea nu numai calitatea produselor produse, ci și viața oamenilor. Prin urmare, confortul locului de muncă, claritatea interfeței, prezența prompturilor și blocarea erorilor evidente ale operatorului sunt cele mai importante proprietăți ale SCADA, iar dezvoltarea lor ulterioară se realizează în direcția îmbunătățirii ergonomiei și a creării de subsisteme experte. .

Uneori, SCADA-urile sunt echipate cu instrumente pentru programarea controlerelor, dar această funcție este din motive comerciale și are legătură vag cu scopul principal al SCADA.

Pachetele SCADA folosesc conceptul de alarme și evenimente. Eveniment este o schimbare în unele stări din sistem. Exemple de evenimente ar putea fi începutul transferului de cereale într-un lift, finalizarea unui ciclu periodic de prelucrare a pieselor, sfârșitul încărcării unui container, înregistrarea unui nou operator etc. Evenimentele nu necesită intervenție urgentă din partea operatorului, dar pur și simplu informați-l despre starea sistemului.

Spre deosebire de eveniment alarma(din limba engleză „alarma” – „semnal de alarmă”) este un avertisment cu privire la un eveniment important, în răspunsul căruia trebuie luate de urgență unele măsuri. Cuvântul englezesc „alarma” are o traducere exactă în limba rusă - „semnal de alarmă” sau „semnal de urgență”, dar termenul „alarma” a intrat deja ferm în lexicul automatizării industriale.

Exemple de alarme pot fi atingerea unei temperaturi critice pentru depozitarea cerealelor într-un lift, după care începe să se aprindă, atingerea unei valori critice a presiunii într-o autoclavă, după care carcasa se poate rupe, activarea unui senzor pentru deschidere. o ușă păzită, depășirea nivelului admis de contaminare cu gaz în camera cazanelor etc.

Datorită faptului că alarmele necesită o decizie, acestea sunt împărțite în confirmatȘi neconfirmat. Se numește o alarmă confirmată, ca răspuns la care operatorul a introdus o comandă de confirmare. Până în acest moment, alarma este considerată neconfirmată.

Alarmele sunt împărțite în discretȘi analogic. Alarmele discrete semnalează o modificare a unei variabile discrete; alarmele analogice apar atunci când o variabilă continuă intră într-un interval predeterminat al valorilor sale. Ca exemplu în Fig. Figura 9.13 arată împărțirea întregului interval de schimbare a variabilei în intervalele „Normal”, „Atenție” (stare pre-urgență) și „Urgență”:

Fiecare graniță critică din Fig. are o zonă moartă (zonă moartă), care este necesară pentru ca după eliminarea condiției de alarmă, variabila să nu poată reveni la ea din cauza emisiilor aleatorii din sistem (zgomot). Limitele zonei din fig. 9.13 se poate modifica în timp.

Limite similare pot fi atribuite ratei de schimbare a unei variabile (pentru derivata unei funcții), care este definită ca unghiul de înclinare al tangentei la curbă.

Metoda de alarmă trebuie să fie fiabilă. În special, ferestrele pop-up cu mesaje de alarmă ar trebui să fie întotdeauna deasupra altor ferestre; alarmele pot fi duplicate cu sunet și lumină. Deoarece pot exista multe alarme în sistem, acestora li se atribuie priorități diferite, volume și tonuri diferite ale semnalului audio etc.

Dezvoltarea interfeței om-mașină

Una dintre funcțiile principale ale SCADA este dezvoltarea unei interfețe om-mașină, i.e. SCADA este atât un HMI, cât și un instrument pentru crearea acestuia. Viteza de dezvoltare afectează semnificativ profitabilitatea companiei care implementează sistemul de automatizare, prin urmare viteza de dezvoltare este principalul indicator al calității SCADA din punctul de vedere al integratorului de sistem. Procesul de dezvoltare include următoarele operațiuni:

• crearea unei interfețe grafice (diagrame mnemonice, grafice, tabele, ferestre pop-up, elemente pentru introducerea comenzilor operatorului etc.);
• programarea și depanarea algoritmilor sistemului de automatizare. Multe SCADA vă permit să depanați sistemul atât în ​​modul de emulare hardware, cât și cu echipamente conectate;
• configurarea unui sistem de comunicații (rețele, modemuri, controlere de comunicații etc.);
• crearea bazelor de date și conectarea SCADA la acestea.

SCADA ca sistem de control de supraveghere

Cum sistemul d departamentul de expediere SCADA poate îndeplini următoarele sarcini:

• interacțiunea cu operatorul (distribuirea informațiilor vizuale și auditive, transmiterea comenzilor operatorului către sistem);
• asistenta operatorului in luarea deciziilor (functii sistem expert);
• semnalizarea automată a accidentelor și situațiilor critice;
• emiterea de mesaje informative către consola operatorului;
• menținerea unui jurnal de evenimente în sistem;
• extragerea informațiilor din arhivă și prezentarea acesteia operatorului într-o formă ușor de înțeles;
• întocmirea rapoartelor (de exemplu, tipărirea tabelelor de temperatură, a programelor de schimb ale operatorului, a listei de acțiuni ale operatorului);
• contabilizarea timpului de funcționare a echipamentelor tehnologice.

SCADA ca parte a unui sistem de control automat

Partea principală a sarcinilor de control automat este efectuată, de regulă, folosind un PLC, dar unele sarcini pot fi atribuite SCADA. În plus, în multe sisteme de control mici este posibil să nu existe PLC-uri deloc, iar atunci un computer cu SCADA instalat este singurul mijloc de control. SCADA efectuează de obicei următoarele sarcini de control automat:

• reglare automată;
• gestionarea secvenței operațiilor în sistemul de automatizare;
• adaptarea la condițiile în schimbare ale procesului tehnologic;
• blocarea automată a actuatoarelor atunci când sunt îndeplinite condiții prestabilite.

Stocarea istoricului proceselor

Cunoașterea istoricului procesului controlat vă permite să îmbunătățiți comportamentul viitor al sistemului, să analizați cauzele situațiilor periculoase sau ale defectelor produsului și să identificați erorile operatorului. Pentru a crea un istoric, sistemul efectuează următoarele operații:

• colectarea și prelucrarea datelor (filtrare digitală, interpolare, compresie, normalizare, scalare etc.);
• arhivarea datelor (acțiuni ale operatorului, date colectate și prelucrate, evenimente, alarme, grafice, formulare de ecran, fișiere de configurare, rapoarte etc.);
• gestionarea bazei de date (în timp real și arhivată).

Securitate SCADA

Utilizarea SCADA în sistemele de acces la distanță prin Internet a crescut considerabil vulnerabilitatea SCADA la acțiunile persoanelor ostile. Neglijarea acestei probleme poate duce, de exemplu, la defectarea rețelelor de alimentare cu energie electrică, a susținerii vieții, a comunicațiilor, a defecțiunii balizelor maritime, a semafoarelor rutiere, la contaminarea apei cu ape uzate neepurate etc. Sunt posibile și consecințe mai grave, cu pierderi de vieți omenești sau daune economice mai mari. Pentru a îmbunătăți securitatea SCADA, sunt utilizate următoarele metode:

• diferențierea accesului la sistem între diferite categorii de utilizatori (operator de tură, tehnolog, programator și director trebuie să aibă drepturi de acces diferite la informații și să modifice setările sistemului);
• protecția informațiilor (prin criptarea informațiilor și asigurarea secretului protocoalelor de comunicare);
• asigurarea sigurantei operatorului datorita distantei acestuia fata de procesul periculos controlat (telecomanda). Monitorizarea și controlul de la distanță sunt cerințe standard ale Rostechnadzor și sunt efectuate printr-o rețea cu fir, canal radio (prin GSM sau modem radio), prin Internet etc.;
• metode speciale de protecție împotriva atacurilor cibernetice;
• utilizarea firewall-urilor.

Caracteristici la nivelul întregului sistem

Deoarece SCADA este de obicei singurul program pentru controlul unui sistem de automatizare, acesta poate fi responsabil și pentru unele funcții la nivelul întregului sistem:

• implementarea interacțiunilor între mai multe SCADA, între SCADA și alte programe (MS Office, bază de date, MATLAB etc.);
• diagnosticarea echipamentelor, canalelor de comunicație și software-ului.

9.4.2. Proprietăți SCADA

Analiza proprietăților diferitelor SCADA vă permite să alegeți un sistem care este optim pentru rezolvarea sarcinii. Toată varietatea de proprietăți ale pachetelor SCADA poate fi împărțită în următoarele grupuri:

• proprietăți instrumentale;
• proprietăți de performanță;
• proprietăți de deschidere;
• eficiență economică.

Proprietăți instrumentale

Proprietățile instrumentale includ proprietăți SCADA care afectează eficiența integratorilor de sistem:

• viteza de dezvoltare a proiectului;
• ușurința de învățare;
• mijloace de comunicare suportate;
• disponibilitatea funcțiilor pentru prelucrarea complexă a datelor;
• disponibilitatea limbilor IEC 61131-3 și a unui limbaj algoritmic universal, cum ar fi Visual Basic;
• grad de deschidere pentru dezvoltator (suport COM și ActiveX pentru conectarea modulelor de program utilizator, precum și OPC, ODBC, OLE DB;
• calitatea documentației tehnice (completitudine, claritatea prezentării, numărul de erori);
• Disponibilitatea modului de emulare a echipamentelor pentru depanare;
• prezența unor editori grafici interni care vă permit să refuzați să utilizați editori externi precum CorelDraw sau Photoshop; suport pentru formate standard de fișiere grafice;
• calitatea suportului tehnic (timpul de răspuns la întrebările utilizatorilor, disponibilitatea unei linii de asistență tehnică.

SCADA-urile folosesc limbaje de programare orientate pe proces IEC 61131-3, care sunt completate de funcții specifice SCADA. Majoritatea SCADA au un editor și un interpret încorporat pentru limbajul Microsoft Visual Basic.

Proprietăți de performanță

Calitatea SCADA în timpul funcționării este evaluată de utilizatorii finali și se caracterizează prin următorul set de proprietăți:

• robustețe (insensibil la erorile utilizatorului, protecție împotriva vandalilor și elementelor ostile, rezistență la erori în datele sursă);
• fiabilitate;
• securitatea informațiilor;
• disponibilitatea mijloacelor de salvare a datelor în caz de situații de urgență, pene de curent și defecțiuni;
• prezența unei reporniri automate a sistemului atunci când acesta îngheață sau după o întrerupere a alimentării;
• suport pentru redundanță SCADA (stație operator, servere de rețea, stații de lucru client, backup de date);
• suport pentru comutarea ecranelor cu diferite detalii de imagine; suport pentru mai multe monitoare.

Gradul de deschidere

Gradul de deschidere influențează foarte mult eficiența economică a sistemului, dar această influență este de natură aleatorie, deoarece depinde de gradul de utilizare a proprietăților de deschidere într-un anumit proiect.

Deschiderea pentru programarea utilizatorului a SCADA este asigurată de capacitatea de a conecta module software scrise de utilizator sau de alți producători. Acest lucru se realizează de obicei prin faptul că SCADA este dezvoltat ca un container pentru obiecte COM și elemente ActiveX. Compatibilitatea cu echipamentele și bazele de date de la alți producători se realizează folosind standardul OPC, folosind interfața ODBC sau OLE DB. Deschiderea sistemului de programare este realizată prin suportarea limbilor IEC 61131-3.

Utilizarea unei interfețe web este deosebit de interesantă din punct de vedere al deschiderii, deoarece oferă acces la SCADA de pe orice computer de oriunde în lume, indiferent de platforma hardware, tipul de canal de comunicare, sistemul de operare și browserul web utilizat.

Eficiență economică

Eficiența economică a SCADA poate fi definită ca raportul dintre efectul economic al implementării acestuia și costul total al implementării și menținerii sistemului în stare de funcționare. Aproape toate proprietățile SCADA influențează în cele din urmă eficiența economică, dar următoarele pot fi evidențiate mai întâi:

• scalabilitate (poate fi folosit atât pentru sisteme mari, cât și pentru sisteme mici);
• modularitatea. Modularitatea vă permite să personalizați sistemul în funcție de sarcina la îndemână. Modulele tipice pot fi, de exemplu, un modul de intrare-ieșire, un modul de vizualizare, un modul de alarmă, un modul de tendințe, un modul de raportare, un modul comercial de contorizare a energiei etc.;
• costul serviciului;
• condiții pentru actualizarea versiunilor;
• fiabilitatea furnizorului, experiență în aplicarea practică;
• costul educației;
• costul suportului tehnic;
• metode de stabilire a prețurilor.

Un dezavantaj comun al SCADA universal este eficiența lor economică scăzută atunci când este utilizat pentru a rezolva probleme simple. În ciuda faptului că prețul pachetelor SCADA scade semnificativ pe măsură ce numărul de etichete și module disponibile utilizatorului scade, prețul suportului tehnic rămâne ridicat. De asemenea, adaptarea unui SCADA universal la o sarcină specifică rămâne costisitoare (care necesită forță de muncă). Prin urmare, o serie de companii oferă micro-SCADA mai înalt specializate, dar destul de ușor de configurat, cu funcționalitate redusă.

9.4.3. Software

În prezent, cele mai comune SCADA universale interne sunt MasterSCADA (InSAT, www.masterscada.ru), Trace Mode (AdAstrA Research Group, Ltd, www.adastra.ru), Krug-2000 (NPF „KRUG”, www.krug2000.ru ) și SARGON (NVT-Avtomatika, nvt.msk.ru). Toate sistemele îndeplinesc cerințele de bază SCADA descrise mai sus și concurează cu succes cu analogii străini. Mai jos ne vom uita la caracteristicile distinctive ale celor mai faimoase două pachete: MasterSCADA și Trace Mode.

MasterSCADA

Sistem MasterSCADA Compania InSAT [Ablin] este concepută pentru a crea sisteme de automatizare la scară largă în diverse industrii. Caracteristica sa principală este abordarea obiectului, folosit la nivelul descrierii sistemului atunci când îl configurați pentru un anumit obiect de automatizare. De exemplu, un atelier, o secțiune, un bloc tehnologic și un dispozitiv fizic sunt considerate obiecte separate atunci când se creează un proiect folosind MasterSCADA. Pentru fiecare obiect, se creează propria sa descriere într-un limbaj de programare tehnologic. Descrierea include proprietățile obiectului și documentele obiectului. Proprietățile pot fi perioada de sondare, metoda de liniarizare a senzorului, gama de semnale de intrare. Documentele unui obiect sunt imaginea acestuia, o diagramă mnemonică, un grafic al modificărilor variabilelor etc. Orice document din sistem se referă la un anumit obiect. Această abordare vă permite să reproduceți cu ușurință obiectele create o singură dată, ceea ce crește viteza de configurare a SCADA pentru sarcina utilizatorului.

Caracteristicile abordării obiect includ, de asemenea, capacitatea de a moșteni toate setările de la obiectele „părinte”. Aceasta înseamnă că în MasterSCADA nu este nevoie să introduceți setări pentru fiecare tip de obiect de la zero. Puteți moșteni aceste setări de la obiectul părinte, modificând numai acele setări care disting părintele de copil.

Obiectele create pot fi copiate pentru reutilizare. Când copiați un obiect, toate documentele și proprietățile asociate cu acesta sunt păstrate. Conexiunile cu sursele și receptorii de date externe sunt restaurate după copiere, dacă sistemul are astfel de surse sau receptoare de date libere (dispozitive fizice). Acest lucru vă permite să completați biblioteca de obiecte cu instanțe nou create și să utilizați obiecte create de alți dezvoltatori.

Modul de urmărire

Sistem SCADA Modul de urmărire 6 din AdAstrA constă dintr-un sistem instrumental și un set de module de execuție. Trace Mode 6 include, de asemenea, instrumente pentru gestionarea proceselor de afaceri ale unei întreprinderi de producție.

Pentru a crește viteza de dezvoltare a proiectului utilizatorului, este utilizată tehnologia originală de auto-building. Următoarele pot fi construite automat în SCADA:

• surse de date pentru PLC-uri și module I/O bazate pe o configurație cunoscută;
• canale pe surse de date;
• conexiuni la canal din editorul de argumente;
• comunicații controler-server și server-server;
• interogări SQL;
• comunicare cu serverul OPC;
• comunicare cu ODBC.

Auto-building vă permite să reduceți numărul de erori făcute de utilizator la crearea manuală a unui proiect.

În cea de-a cincea versiune a Trace Mode, sistemul de instrumente este prezentat sub formă de componente separate, în a șasea versiune este utilizat un mediu de dezvoltare integrat.

Sistemul Trace Mode 6 include cinci limbaje de programare - Techno SFC, Techno LD, Techno FBD, Techno ST și Techno IL, care sunt extensii ale limbajelor corespunzătoare standardului IEC 61131-3.

9.5. Concluzie la capitolul „Software”

Principalele tendințe în dezvoltarea de software pentru instrumente de automatizare sunt simplificarea maximă a procesului de programare și asigurarea deschiderii instrumentelor. Scopul final este de a oferi consumatorului posibilitatea de a construi un sistem de automatizare de înaltă calitate în cel mai scurt timp posibil.

O lungă perioadă de incertitudine în instrumentele de programare PLC și SCADA s-a încheiat cu adoptarea standardului IEC 61131-3 general acceptat și crearea de instrumente de programare pe baza acestuia, care sunt susținute de companii specializate în software.

O contribuție semnificativă la deschiderea sistemelor de automatizare a fost adusă de standardul OPC, care a oferit integratorilor de sistem cea mai largă gamă de hardware compatibil cu orice pachet standard SCADA, iar dezvoltatorilor de echipamente de controler o expansiune a piețelor de vânzare.

Sistemele de control de supraveghere și achiziție de date (SCADA) sunt controale care utilizează computere, comunicații în rețea și interfețe grafice cu utilizatorul pentru a controla procesele de nivel înalt. Sunt utilizate și alte dispozitive periferice, cum ar fi controlere PID discrete pentru a interacționa cu instalația sau echipamentul de proces. Interfețele operatorului care permit monitorizarea și emiterea comenzilor de proces (modificări ale punctului de referință al controlerului) sunt procesate prin sistemul informatic SCADA. Cu toate acestea, logica de control în timp real sau calculele controlerului sunt efectuate de modulele de rețea care se conectează la senzori și actuatori de câmp.

Conceptul SCADA

Conceptul SCADA a fost dezvoltat ca o modalitate universală de a accesa de la distanță mai multe module de control local, care pot fi de la diferiți producători, oferind acces prin protocoale standard de automatizare. O revizuire a sistemelor SCADA arată că software-ul este foarte asemănător cu controalele, dar cu mai multe moduri de a interacționa cu instalația. Ei pot gestiona procese la scară largă care pot implica mai multe site-uri și pot opera pe distanțe lungi. Este unul dintre cele mai frecvent utilizate tipuri de sisteme de control industrial, dar există îngrijorări că sistemele de execuție SCADA sunt vulnerabile la atacurile de război cibernetic/terorism cibernetic.

Sisteme SCADA - ce este?

Un atribut cheie al unui sistem SCADA este capacitatea sa de a efectua operațiuni de supraveghere pe o varietate de alte dispozitive proprietare. Diagrama însoțitoare este un model general care arată nivelurile funcționale ale producției folosind control computerizat.

Niveluri funcționale ale operațiunii de management al producției:

• Nivelul 0 - Dispozitive de câmp (senzori de debit și temperatură) și comenzi finale (supape de control).
• Nivelul 1 - module industriale de intrare/ieșire (I/O) și procesoare electronice distribuite asociate.
• Nivelul 2 sunt calculatoare de control care colectează informații de la nodurile procesorului din sistem și oferă ecrane de control pentru operator.
• Nivelul 3 este nivelul de control al producției, care nu controlează direct procesul, ci se preocupă de monitorizarea producției și a obiectivelor.
• Nivelul 4 este nivelul de planificare a producției.

Exemple de utilizare

Atât sistemele SCADA de dimensiuni mari, cât și cele mici pot fi construite folosind conceptul SCADA.

Aceste sisteme pot varia de la câteva zeci la câteva mii de bucle de control, în funcție de aplicație. Dezvoltarea sistemelor SCADA include procese industriale, de infrastructură și orientate pe obiecte:

• Procesele industriale includ producția, controlul proceselor, generarea de energie, fabricarea și rafinarea și pot funcționa în moduri continue, discontinue, repetitive sau discrete.
• Procesele de infrastructură pot fi publice sau private și includ tratarea și distribuția apei, colectarea și tratarea apelor uzate, conductele de petrol și gaze, transportul și distribuția energiei electrice și parcuri eoliene.
• Procese ale instalațiilor, inclusiv clădiri, aeroporturi, nave și stații spațiale. Acestea controlează sistemele HVAC, accesul și consumul de energie.

Cu toate acestea, sistemele SCADA pot avea vulnerabilități de securitate, astfel încât riscurile și soluțiile de îmbunătățire a securității trebuie evaluate.

Procesare a semnalului

O parte importantă a majorității implementărilor sistemului SCADA este procesarea alarmelor. Sistemul monitorizează dacă sunt îndeplinite anumite condiții de alarmă pentru a determina când a avut loc evenimentul. Odată detectat un eveniment, sunt întreprinse una sau mai multe acțiuni (de exemplu, activarea unuia sau mai multor indicatori de alarmă și, eventual, generarea de e-mailuri sau mesaje text pentru a informa operatorii de control sau operatorii SCADA la distanță). În multe cazuri, operatorul SCADA va trebui să recunoască încălcarea sau eșecul.

Condițiile de alarmă pot fi explicite - de exemplu, un punct de alarmă este un punct de stare digitală care are fie o valoare NORMALĂ sau ALARM, care este calculată printr-o formulă bazată pe valorile din alte puncte analogice și digitale - sau implicit: sistemul SCADA poate monitoriza automat dacă valoarea la un punct analog este în afara valorilor ridicate și scăzute asociate cu acel punct.

Exemple de indicatoare de alarmă includ o sirenă, o fereastră pop-up pe ecran sau o zonă colorată sau intermitentă pe ecran (care poate acționa similar cu o „lumină a rezervorului de combustibil într-o mașină”). În fiecare caz, rolul indicatorului de alarmă este de a atrage atenția operatorului asupra părții din sistem care este „în alarmă”, astfel încât să poată fi luate măsurile corespunzătoare.

Integrarea comercială și viitorul sistemelor SCADA

Din 1998, practic toți producătorii importanți au oferit sisteme SCADA integrate, dintre care multe folosesc protocoale de comunicare deschise și neproprietate. O varietate de pachete specializate de la terți care oferă compatibilitate nativă cu majoritatea sistemelor majore au intrat, de asemenea, pe piață, permițând inginerilor mecanici, electricienilor și tehnicienilor să configureze singuri protocoalele, fără a fi nevoie de un program special scris de un programator. Terminalul de la distanță se conectează la echipamentul fizic și convertește semnalele electrice de la echipament în valori digitale, cum ar fi starea de deschidere/închidere de la un comutator sau supapă sau măsurători (presiune, debit, tensiune sau curent).

Infrastructura și metodele de comunicare

Sistemele de control de supraveghere și achiziție de date Scada au folosit în mod tradițional combinații de conexiuni radio și directe prin cablu, deși SONET/SDH este adesea folosit și pentru sisteme mari, cum ar fi căile ferate și centralele electrice. Funcția de control de la distanță sau monitorizare Scada este adesea denumită telemetrie. Unii utilizatori doresc ca datele SCADA să circule prin rețele corporative prestabilite sau să partajeze rețeaua cu alte aplicații. Cu toate acestea, moștenirea protocoalelor timpurii cu lățime de bandă redusă rămâne.

Înregistrare SCADA

Protocoalele SCADA sunt proiectate foarte compact. Protocoalele SCADA vechi includ Modbus RTU, RP-570, Profibus și Conitel. Aceste protocoale de comunicare, cu excepția celor deschise de Schneider Electric), sunt specifice furnizorilor SCADA, dar sunt utilizate pe scară largă. Protocoalele standard sunt IEC 60870-5-101, 104 și DNP3. Acestea sunt standardizate și acceptate de toți furnizorii importanți de SCADA. Multe dintre aceste protocoale conțin acum extensii pentru a opera prin TCP/IP. Deși utilizarea specificațiilor de rețea convenționale, cum ar fi TCP/IP, estompează linia dintre rețelele tradiționale și cele industriale, fiecare implementează cerințe fundamental diferite. Simularea de rețea poate fi utilizată împreună cu simulatoarele SCADA pentru a efectua diverse analize.

SCADA în stadiul actual

Odată cu creșterea cerințelor de securitate, comunicațiile prin satelit sunt din ce în ce mai utilizate. Acest lucru are avantajele cheie că infrastructura poate fi autonomă (nu utilizează circuite din sistemul public de telefonie), poate avea criptare încorporată și poate fi proiectată pentru disponibilitatea și fiabilitatea cerute de operatorul sistemului SCADA. Experiențele anterioare cu utilizarea gradului de consum au fost nesatisfăcătoare. Sistemele moderne de calitate operator oferă calitatea serviciului necesară pentru SCADA.

Probleme de siguranță

Sistemele SCADA care integrează facilități descentralizate, cum ar fi conductele de energie, petrol, gaze, sisteme de distribuție a apei și colectare a apelor uzate, au fost concepute pentru a fi deschise, fiabile și ușor de gestionat. Trecerea de la tehnologiile proprietare la soluții mai standardizate și deschise, împreună cu creșterea conexiunilor dintre sistemele SCADA, rețelele de birou și internet, le-a făcut mai vulnerabile la tipurile de atacuri de rețea care sunt relativ comune în securitatea computerelor. A fost publicată o alertă de vulnerabilitate care afirmă că utilizatorii neautentificați pot descărca informații sensibile de configurare, inclusiv hash-uri de parole, de la sistemul de autoaprindere inductivă folosind un tip de atac standard care oferă acces la Tomcat Embedded. Astfel, securitatea unor sisteme bazate pe SCADA a fost pusă la îndoială, deoarece acestea sunt considerate potențial vulnerabile la atacuri cibernetice.

Soluții

Interesul crescut pentru vulnerabilitățile SCADA i-a determinat pe cercetători să identifice probleme în proiectarea sistemului SCADA comercial și tehnicile ofensive mai generale prezentate comunității generale de securitate. În sistemele SCADA cu utilități electrice și de gaz, vulnerabilitatea unei baze mari instalate de legături de comunicații seriale cu fir și fără fir este, în unele cazuri, abordată prin implementarea de dispozitive cu vârfuri în rețeaua cu fir care utilizează autentificare și criptare avansată de criptare, mai degrabă decât înlocuirea tuturor nodurilor existente. .

Prima vulnerabilitate

În iunie 2010, protecția antivirus VirusBlokAda a raportat prima detectare a malware-ului care atacă sistemele SCADA (sisteme Siemens WinCC/PCS 7) care rulează pe sistemele de operare Windows. Malware-ul se numește Stuxnet și folosește patru atacuri zero-day pentru a instala un rootkit, care la rândul său intră în baza de date SCADA și fură fișierele de proiectare și control. Malware-ul poate schimba, de asemenea, sistemul de control și ascunde aceste modificări. În octombrie 2013, National Geographic a lansat o carte albă intitulată American Blackout, care a examinat un atac cibernetic la scară largă asupra SCADA și a rețelei electrice din Statele Unite.

Riscuri

Sistemele SCADA sunt folosite pentru controlul și monitorizarea proceselor fizice, exemple dintre care sunt transportul de energie electrică, transportul produselor petroliere și gaze, distribuția apei, semafoarele și alte sisteme folosite ca bază a societății moderne. Funcționarea în siguranță a acestor sisteme SCADA este foarte importantă deoarece compromiterea sau distrugerea lor va afecta multe zone ale societății, departe de compromisul inițial. De exemplu, o întrerupere de curent cauzată de un sistem SCADA electric compromis va duce la pierderi financiare pentru toți clienții care au primit energie electrică din acea sursă.

Tip software SCADA destinate dezvoltării și exploatării sistemelor automate de control al proceselor. Este rezonabil să ne punem întrebarea: ce este mai întâi – dezvoltarea sau operarea? Și răspunsul în acest caz este clar - principalul lucru este o interfață om-mașină (HMI) eficientă, concentrată pe utilizator, adică pe personalul operațional, al cărui rol în management este decisiv. SCADA este o nouă abordare a problemelor factorului uman în sistemele de control (de sus în jos), concentrându-se în primul rând pe persoană (operator/dispecer), sarcinile sale și funcțiile pe care le îndeplinește.

Această abordare ne-a permis să minimizăm participarea operatorilor/dispecerii la managementul proceselor, dar le-a lăsat dreptul de a lua decizii în situații speciale.

Ce le-a oferit dezvoltatorilor sistemul SCADA? Odată cu apariția SCADA, au primit un instrument eficient pentru proiectarea sistemelor de control, ale căror avantaje includ:

Grad ridicat de automatizare a procesului de dezvoltare a sistemului

management;

Participarea la dezvoltarea specialiştilor în domeniul automatizării

procese (programare fără programare);

O reală reducere de timp și, în consecință, financiară

costurile pentru dezvoltarea sistemelor de control.

Înainte de a vorbi despre funcționalitatea software-ului SCADA, se propune să aruncăm o privire asupra responsabilităților funcționale ale operatorilor/dispecerii înșiși. Care sunt aceste responsabilități? Trebuie remarcat imediat că responsabilitățile funcționale ale operatorilor/dispecerii proceselor tehnologice specifice și instalațiilor de producție pot fi semnificativ diferite, iar conceptele de „operator” și „dispecer” în sine sunt departe de a fi echivalente. Cu toate acestea, printre varietatea acestor responsabilități s-a dovedit a fi posibilă găsirea unora comune inerente acestei categorii de lucrători:

Înregistrarea valorilor principalelor tehnologice și autoportante

parametrii;

Analiza datelor obținute și compararea acestora cu schimburile zilnice

sarcini și planuri de calendar;

Contabilitatea și înregistrarea cauzelor perturbărilor tehnologice

proces;

Păstrarea jurnalelor, întocmirea rapoartelor operaționale, rapoartelor

și alte documente;

Furnizarea de date privind progresul procesului tehnologic și

starea echipamentului la servicii superioare etc.

Anterior, în camera de control (camera de control) era un panou de comandă (de aici și camera de control). Pentru instalații și procese tehnologice cu câteva sute de parametri de control și reglare, lungimea scutului poate ajunge la câteva zeci de metri, iar numărul de dispozitive de pe acestea ar putea fi măsurat în multe zeci și uneori sute. Printre aceste instrumente s-au numărat indicarea (scara și indicatorul) și scrierea (pe lângă scară și indicator, și hârtia de diagramă cu pix) și semnalizarea. La un anumit moment, operatorul, plimbându-se în jurul tabloului de distribuție, a înregistrat citirile instrumentelor într-un jurnal. Așa s-a rezolvat problema colectare și înregistrare informație.

Dispozitivele care deservesc parametrii reglabili aveau dispozitive pentru setarea sarcinii controlerului și pentru trecerea de la modul de control automat la control manual (la distanță). Aici, lângă instrumente, se aflau numeroase butoane, întrerupătoare basculante și întrerupătoare pentru pornirea și oprirea diverselor echipamente tehnologice. Așa s-au rezolvat problemele telecomandă parametrii tehnologici si echipamente.

Deasupra panoului de control (de obicei pe perete) era o diagramă mnemonică a procesului tehnologic cu dispozitive tehnologice, fluxuri de materiale și numeroase lămpi de alarmă de culori verde, galben și roșu (de urgență) reprezentate pe acesta. Aceste lămpi au început să clipească când a apărut o situație de urgență. În situații deosebit de periculoase, a fost posibil să se emită un semnal sonor (sirenă) pentru a avertiza rapid tot personalul operator. Acesta este modul în care problemele legate de alarmaîncălcări ale reglementărilor tehnologice (abateri ale valorilor curente ale parametrilor tehnologici de la valorile specificate, defecțiuni ale echipamentelor).

Odată cu apariția calculatoarelor în camera de comandă/camera de comandă a fost firesc să se transfere unele dintre funcțiile legate de colectarea, înregistrarea, prelucrarea și afișarea informațiilor, identificarea situațiilor anormale (de urgență), menținerea documentației, raportări către calculatoare. Chiar și pe vremea primelor calculatoare de control cu ​​afișaje alfanumerice monocrome, imaginile „pseudo-grafice” erau deja create pe aceste afișaje prin eforturile dezvoltatorilor entuziaști - prototipul graficii moderne. Chiar și atunci, sistemele au asigurat colectarea, procesarea, afișarea informațiilor, introducerea comenzilor și a datelor de către operator, arhivarea și înregistrarea progresului procesului.

Aș dori să remarc că, odată cu apariția instrumentelor moderne de automatizare software și hardware, stațiile de lucru ale operatorului/dispecerului care funcționează pe baza software-ului SCADA, panourile de comandă și diagramele imitative montate pe perete nu au căzut irevocabil în uitare. Acolo unde acest lucru este dictat de oportunitate, tablourile de distribuție și panourile de control rămân, dar devin mai compacte.

Apariția computerelor digitale, și apoi a computerelor personale, a implicat programatorii în procesul de creare a unei interfețe pentru operator. Au bune abilități de calculator, limbaje de programare și sunt capabili să scrie programe complexe. Pentru a face acest lucru, programatorul are nevoie doar de un algoritm (o schemă formalizată pentru rezolvarea unei probleme). Dar problema este că programatorul, de regulă, nu deține tehnologia și nu „înțelege” procesul tehnologic. Prin urmare, pentru a dezvolta algoritmi, a fost necesar să se implice tehnologi, de exemplu, ingineri de automatizare.

O ieșire din această situație a fost găsită în crearea unor metode de „programare fără programare reală”, accesibile înțelegerii nu numai de către un programator, ci și de către un inginer de proces. Ca urmare, au apărut pachete software pentru crearea unei interfețe om-mașină (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). În străinătate, acest software s-a numit SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - control supervizare/dispecer și achiziție de date), întrucât era destinat dezvoltării și suportului funcțional al stațiilor de lucru operator/dispecer în sistemele automate de control al proceselor. Și la mijlocul anilor 90, abrevierea SCADA a apărut cu încredere în vocabularul specialiștilor ruși în automatizare.

S-a dovedit că majoritatea sarcinilor cu care se confruntă creatorii de software de nivel superior pentru sistemele automate de control al proceselor din diverse industrii pot fi ușor unificate, deoarece funcțiile operatorului/dispecerului aproape oricărei producții sunt destul de unificate și pot fi ușor formalizate.

Astfel, setul de bază de funcții ale sistemelor SCADA este predeterminat de rolul acestui software în sistemele de control (HMI) și este implementat în aproape toate pachetele. Acest:

Colectarea de informații de la dispozitive de nivel inferior (senzori,

controlori);

Recepția și transmiterea comenzilor operatorului/dispecerului către controlori și

actuatoare (comanda obiectelor de la distanță);

Interacțiunea în rețea cu sistemul informațional al întreprinderii

(cu servicii superioare);

Afișarea parametrilor procesului și a stării

echipamente folosind diagrame mnemonice, tabele, grafice etc. într-un convenabil

pentru perceperea formei;

Sesizarea personalului de exploatare cu privire la situațiile de urgență și

evenimente legate de procesul tehnologic controlat şi

functionarea software-ului si hardware-ului sistemelor automate de control al proceselor cu

înregistrarea acțiunilor personalului în situații de urgență.

Stocarea informatiilor primite in arhive;

Prezentarea datelor curente și acumulate (arhivate) în formular

grafice (tendințe);

Prelucrare secundară a informațiilor;

Formarea rezumatelor și a altor documente de raportare asupra celor create pe

șabloane de etapă de proiectare.

Există mai multe cerințe fundamentale pentru o interfață creată pe baza software-ului SCADA:

Ar trebui să fie intuitiv și ușor de utilizat

operator/dispecer;

O singură eroare de operator nu ar trebui să cauzeze o problemă

comanda falsă de control asupra obiectului.

Aș dori să subliniez că titlul conține două principale atribuite sistemului SCADA:

• colectarea de date privind controlul tehnologic,
• , implementat de persoane responsabile pe baza datelor colectate și a regulilor (criteriilor), a căror implementare asigură cea mai mare eficiență și siguranță procesului tehnologic.

Caracteristici principaleși mijloace care sunt comune tuturor și diferă doar prin caracteristicile tehnice ale implementării:

• dezvoltare automată, care face posibilă crearea de software de sistem fără software real;
• mijloace de colectare a informațiilor primare de la nivel;
• mijloace de control și înregistrare a semnalelor în situații de urgență;
• mijloace de stocare a informațiilor cu posibilitatea de a le post-procesa (de obicei implementate prin interfețe către cele mai populare baze de date);
• mijloace pentru prelucrarea informațiilor primare;
• mijloace de vizualizare a informațiilor sub formă de grafice, histograme etc.;
• posibilitatea unui sistem de aplicație cu seturi de parametri considerați ca „un singur întreg” („rețetă” sau „setări”).

Sistemele oferă următoarele funcții de bază:

1. Recepția informațiilor privind parametrii tehnologici controlați de la controlere și senzori de nivel inferior
2. Salvarea informațiilor primite în arhive.
3. Prelucrarea secundară a informațiilor primite.
4. Reprezentarea grafică a progresului procesului tehnologic, precum și a informațiilor primite și arhivate într-o formă ușor de citit.
5. Primirea comenzilor operatorului și transmiterea acestora către controlori și mecanisme de nivel inferior.
6. Înregistrarea legată de procesul tehnologic controlat și acțiunile personalului responsabil cu operarea și întreținerea sistemului
7. Notificarea personalului de exploatare și întreținere despre evenimentele de urgență detectate legate de procesul tehnologic controlat și funcționarea software-ului și hardware-ului TP cu înregistrarea acțiunilor personalului în situații de urgență.
8. Generarea de rapoarte și alte documente de raportare pe baza informațiilor de arhivă.
9. Schimbul de informații cu un sistem de control automat (sau, așa cum se numește în mod obișnuit acum, un sistem informațional integrat).
10. Control automat direct al procesului tehnologic cu algoritmi specificați.
    Dacă încercăm să caracterizăm pe scurt principalele funcții, putem spune că sistemul SCADA colectează informații despre procesul tehnologic, oferă o interfață cu operatorul, salvează istoricul procesului și efectuează controlul automat al procesului în măsura în care este necesar.
    Capacitățile enumerate ale sistemelor SCADA determină în mare măsură costul și momentul creării software-ului, precum și perioada de rambursare a acestuia.

Capabilitati grafice.

Interfețele grafice ale sistemelor SCADA sunt foarte asemănătoare. Fiecare dintre ele are un editor grafic orientat pe obiecte cu un set de funcții de animație. Grafica vectorială utilizată face posibilă efectuarea unei game largi de operații asupra celui selectat. Obiectele pot fi simple (linii, dreptunghiuri, obiecte text etc.) sau complexe. Posibilitățile de agregare a obiectelor complexe în diferite sisteme SCADA sunt diferite. Toate SCADA- sistemele includ biblioteci de simboluri grafice, biblioteci de obiecte grafice complexe și au o serie de alte capabilități standard.