SCADA

Reprezentarea unui sistem SCADA pentru controlul nivelului lichidului în interiorul unui echipament .

SCADA (acronim din limba engleză „ Supervisory Control And Data Acquisition ”, adică „controlul de supraveghere și achiziția de date”), în lexiconul controalelor automate , indică un sistem computerizat distribuit pentru monitorizarea și supravegherea sistemelor fizice . Este o tehnologie în continuă evoluție, mână în mână cu progresul electronicii , tehnologiei informației și rețelelor de telecomunicații , utilizate în principal în domeniile industriale și infrastructurale.

Descriere

Exemplu de procesare grafică a comportamentului unui sistem SCADA așa cum apare pe un monitor în ^{panoul de} control ^[1]

În general, termenul SCADA poate identifica un software , instalat pe un computer personal sau server , care permite crearea, operarea și gestionarea sistemelor de supraveghere, control și control de la distanță fără a fi neapărat necesar să scrie cod prin limbaje de programare . Acest ultim punct este deosebit de caracteristic deoarece cei care creează și utilizează sisteme SCADA sunt adesea tehnicieni cu experiență în controlul proceselor, mai degrabă decât informaticieni sau programatori .

Trebuie remarcat faptul că sistemele SCADA au evoluat în mare măsură ca o completare a soluțiilor de automatizare oferite de companiile de top din lume ( Siemens , Allen-Bradley , Rockwell , Invensys plc, Wonderware etc.) și că terminologia poate varia atât asupra contextului geografic ( Europa , America , Asia ) și sectorial ( industria grea , industria farmaceutică , producția și transportul de energie electrică , transportul persoanelor etc.), deoarece reglementările de referință și contextul cultural din care sunt inspirate sunt diferite.

Sistemele SCADA sunt utilizate în mod normal în centrele de control ale fabricilor , stațiilor de cale ferată , aeroporturilor , apeductelor sau complexelor mari de construcții , precum și - pentru sisteme mai mici - în vecinătatea procesului care urmează să fie controlat.

Caracteristici

Redați fișierul media

Animație SCADA mai complexă

De obicei, sistemele SCADA sunt utilizate ca o interfață , atât pentru operatori, cât și pentru alte sisteme, în cadrul sistemelor de control ale proceselor industriale sau infrastructurale, și indiferent de prezența:

1. unul sau mai mulți senzori sau actuatori , care efectuează măsurători și / sau variații ale mărimilor fizice pe sistemul în cauză.
2. unul sau mai multe microcontrolere , care pot fi PLC sau microcomputer , care, continuu sau la intervale de timp, efectuează măsurători prin senzorii la care sunt conectați și stochează valorile măsurate într-o memorie locală; aceleași microcontrolere sau PLC-uri sunt adesea aceleași care implementează și logica de automatizare a sistemului la care sunt conectate.
3. unsistem de telecomunicații între microcontrolere și supraveghetor. Poate fi o rețea de calculatoare sau un set de linii seriale; poate fi bazat pe cablu sau radio . În cazuri tipice, acestea sunt cabluri seriale digitale pentru distanțe scurte, perechi torsadate de tip telefonic la care sunt conectate modemuri de viteză mică, pentru distanțe medii, sau legături radio sau telefoane celulare , pentru distanțe mari; în ultimii 10 ani - datorită limitării costurilor și cererii tot mai presante de integrare cu sisteme eterogene - acești transportatori de telecomunicații sunt înlocuiți în favoarea rețelelor Ethernet sau a rețelelor bazate pe protocolul TCP / IP .
4. unul sau mai multe computere de supraveghere (de exemplu, servere ), care colectează periodic date de la microcontrolere, le prelucrează pentru a extrage informații utile, stoca date sau informații sumare pe disc , eventual declanșa o alarmă, permite selectarea și afișarea pe ecran a datelor curente și anterioare, de asemenea în format grafic și, în cele din urmă, trimite informații selectate către sistemul de informații al companiei.

Terminologie

Se pot distinge între:

• Sisteme HMI ( Human Machine Interface ) atunci când utilizarea sistemului SCADA are loc dintr-un singur punct (un PC sau un panou tactil ). Utilizat în mod normal în sistemele de automatizare locale de procese simple sau, în orice caz, limitate la medii restrânse. Uneori, sistemele HMI pot fi utilizate și din panoul operatorului, adică dispozitive hardware și software dedicate care nu au ca bază un sistem de operare pentru PC, cum ar fi Windows, Windows CE sau Linux, ci un sistem încorporat dedicat exclusiv unui anumit sistem microcontroler.

• Sisteme distribuite HMI-SCADA (Human Machine Interface / Control de supraveghere și achiziție de date) care asigură mai multe puncte de achiziție de date (servere) și mai multe puncte de utilizare (de exemplu, un server SCADA dedicat achiziției de date poate fi utilizat într-o infrastructură de autostradă pentru fiecare tunel sau cabină de taxare și utilizarea sistemului în ansamblu pot avea loc atât din centrul de control al operatorului autostrăzii, cât și de la terminalele mobile ale operatorilor de întreținere).

Funcționalitate

Un sistem modern SCADA poate îndeplini următoarele funcții:

• Achiziționarea datelor prin intermediul driverelor de comunicații adecvate către dispozitivele din teren ( microcontrolere sau PLC ) conectate la rândul lor la senzori sau actuatori. Datele schimbate sunt de obicei cantități digitale sau analogice sau șiruri de text. În anumite cazuri, aceste date sunt integrate cu informații suplimentare gestionate de microcontrolere sau PLC-uri, cum ar fi ștampila de timp sau identificatorul calității datelor (măsurători certe, incerte, defecte sau supradimensionate etc.). Comunicarea poate avea loc atât cu interogările clasice sincrone (de votare ), cât și cu cele asincrone, adică pe baza notificării - inițiate de aparatul din teren și referitoare la schimbarea unei măsuri sau a unei stări clasificate ca fiind de interes pentru sistemul SCADA.
• Reprezentarea datelor pe ecranul unui computer, într-un browser web sau pe ecranul unui smartphone. Datele pot fi reprezentate atât ca o cantitate, cât și sub forma unei animații grafice (de exemplu, un rezervor cu lichidul colorat crescând și coborând pe baza citirii nivelului). De asemenea, din interfața grafică este posibilă trimiterea comenzilor către sistemul de automatizare.
• Istoricizarea datelor - datele de interes pot fi istoricizate pe arhive locale sau distribuite, în diverse metode: de la fișiere binare la baze de date relaționale , în funcție de tipul platformei utilizate și de nevoile proiectului. Aceste date pot fi apoi vizualizate de operator direct de pe platformă și sub formă de grafice sau exportate și gestionate pe sisteme terțe care permit analiza în scopul eficientizării procesului sau analizei situațiilor critice care au avut loc.
• Gestionarea alarmelor - Alarma este o condiție specială de proces care este modelată de proiectantul platformei SCADA și necesită interacțiune de la un operator. De exemplu, în cazul unui bloc de pompă, pot apărea pictograme intermitente, emiterea unui sunet sau în sisteme mai complexe, trimiterea unui operator de e-mail, SMS sau apel telefonic în sinteză vocală către operator apel - toate pentru a informa operatorul că este necesară acțiunea umană pentru a rezolva o excepție din sistem care nu poate fi gestionată independent.
• Interacțiunea cu sistemele de nivel superior - Funcție care este din ce în ce mai necesară și care prevede că SCADA poate funcționa ca un „Gateway” între proces și sistemele de nivel superior (de la un controler de domeniu pentru autentificarea utilizatorului la un sistem MES sau ERP de exemplu, astfel încât stocurile de depozite de produse finite și materii prime sunt actualizate automat pe măsură ce se realizează producția).

Tipuri de platformă SCADA

În sensul comun, o platformă SCADA este doar stratul software care îndeplinește funcțiile menționate în paragraful anterior „Sarcini ale sistemului SCADA”.

Un astfel de software poate fi sub forma:

• Platforme închise și dedicate: un software compilat cu sursă închisă, dedicat exclusiv supravegherii unui anumit sistem sau instalație, poate fi, de asemenea, înțeles în mod necorespunzător ca un sistem SCADA. În acest caz, numai producătorul acestuia va putea modifica, extinde sistemul sau îl poate integra cu alte sisteme paralele sau de nivel superior. De obicei, este o soluție încă adoptată în automatizarea mașinilor individuale (de exemplu, un purificator mic sau un UPS mediu / mare), datorită reducerii costurilor și menținerii proprietății intelectuale, ca singurul cost al licenței pe care furnizorul de sistemul expiră, la rândul său, plata este cea aferentă sistemului de operare utilizat, dacă este cazul, în timp ce nu există alte costuri repetitive ale licenței care să fie recunoscute terților.
• Platforme dedicate: acestea oferă posibilitatea configurării de către personal specializat, dar se conectează și se integrează numai cu dispozitive de teren furnizate de același producător al platformei.

• Platforme deschise: acestea includ seturi de caracteristici de bază (de aici termenul de platformă ) pe care să vă dezvoltați sistemul. Acestea includ de obicei cel puțin unele seturi de animație grafică și de bibliotecă de comunicare (de exemplu pentru a schimba culoarea unui obiect pe baza valorii unei mărimi fizice). Acestea permit modificarea și evoluția caracteristicilor și potențialului sistemului și în viitor, fără a avea neapărat abilități de programare și, de asemenea, de către alt personal decât dezvoltatorul original (de exemplu, conectarea echipamentelor noi, modificarea sau creșterea cantității de puncte controlate, crearea de noi pagini grafice etc.) care permit, de asemenea, integrarea hardware-ului de teren furnizat de terți. În cele mai bune cazuri, platforma SCADA este furnizată de un editor independent, al cărui principal interes este să poată conecta cel mai mare număr de dispozitive de la orice producător, creând cu ușurință funcțiile necesare în cele mai diverse domenii de aplicații.

• Platformele deschise sunt compuse din cel puțin două straturi software diferite, în plus față de sistemul de operare:
  • Platforma SCADA , care este aceeași pentru toți utilizatorii și adesea independentă de sectorul aplicațiilor. Poate fi:
    • Sursă închisă (comercială) sau software deschis și configurabil în mod liber de către utilizator, dar ale cărui coduri sursă nu sunt făcute publice
    • Open source, adică sursele platformei sunt făcute publice prin GPL sau licențe similare.
  • Proiectul SCADA , dedicat plantei unice sau categoriei de plante similare sau identice și care reprezintă know-how-ul dezvoltatorului (sau mai adecvat al integratorului de sistem , deoarece nu este sigur că acesta din urmă este un real programator mai degrabă, un procesor expert mai mult în funcțiile și caracteristicile instalației decât în ​​sistemul informatic în sine).

Filozofia de gândire predominantă (2018) prevede adesea crearea de sisteme de supraveghere folosind platforme comerciale deschise independente, pentru a asigura sprijinul producătorului de platforme SCADA fără a fi legat de un anumit furnizor de echipamente de teren (ca și costul acestuia din urmă) este, de obicei, semnificativ mai mare decât costul licenței platformei SCADA utilizate), în timp ce platformele Open Source nu au atins încă un grad de maturitate care permite într-adevăr performanța (în ceea ce privește funcțiile disponibile și viteza de dezvoltare) comparabile cu cele prezente în comerț platforme.

Lista platformelor disponibile

Distincția între sistemele SCADA și DCS

În unele domenii de aplicare se menține distincția între sistemele SCADA și DCS ( Distributed Control System ). O opinie comună, dictată și de distincțiile de politică comercială efectuate de-a lungul deceniilor de către principalele multinaționale din sector, este că, în timp ce un sistem SCADA folosește o rețea de telecomunicații geografice ( rețea extinsă ), un sistem DCS este înțeles ca un sistem care grupează o cantitate considerabilă de puncte controlate (zeci sau sute de mii), dar limitate într-o rețea LAN (rețea locală ). Exemple de aplicații în care termenul "DCS" este încă utilizat pe scară largă se referă la sectorul petrochimic, de exemplu la controlul procesului de rafinare a combustibilului .

În realitate, distincția reală se datorează modului în care sistemele SCADA și DCS gestionează comanda centralelor controlate:

• În sistemele SCADA, comenzile către PLC-uri și microcontrolere din teren sunt trimise aproape exclusiv în urma unui stimul de la operator. Automatizarea, înțeleasă ca gestionare a proceselor (adică funcționarea unui piston sau pornirea unui motor) necesită timpi de execuție anumiți și deterministici pe care sistemele SCADA singure nu le pot garanta, deoarece acestea rulează adesea pe sisteme de operare comerciale nu în timp real în care este dificil pentru a merge în siguranță sub o zecime de secundă. Din acest motiv, de exemplu, în cazul unei linii de îmbuteliere, sistemul SCADA va putea trimite rețeta de producție către microcontrolerele locale, sub forma unei comenzi (de exemplu, ce sticle să folosească, cu care și cât lichid să le umple) cu solicitarea relativă de a începe producția, dar timpul de acționare a supapei și avansul liniei trebuie gestionate local de microcontrolerele dedicate prezente pe mașină. Mai mult, înainte de a executa comanda dată de sistemul SCADA, este posibil ca microcontrolerul să fi fost programat pentru a verifica existența unor interblocări de proces (de exemplu, prezența materiei prime) și / sau siguranța (de exemplu, condiția ca toate capacele mașinii să fie închis pentru a evita rănirea operatorilor), dacă este necesar ignorând comanda dată de SCADA și returnând acestuia din urmă un cod de eroare care identifică motivul pentru care comanda a fost respinsă. De multe ori această eroare ia terminologia alarmei , aceasta este o condiție care necesită intervenția operatorului (continuând exemplul anterior, pentru a verifica închiderea tuturor capacelor de protecție ale mașinii). Se crede că sistemele construite în conformitate cu această metodologie trebuie să poată continua să funcționeze cât mai mult posibil chiar și în cazul deconectării ulterioare sau defectării sistemului SCADA. Concluzionând exemplul anterior referitor la linia de îmbuteliere, producția ar trebui să poată continua cât mai mult posibil chiar dacă, după trimiterea comenzii de pornire, sistemul SCADA eșuează sau este deconectat. Acest lucru permite utilizarea sistemelor SCADA și pe rețelele distribuite, deoarece instalația locală este parțial autosuficientă. În unele cazuri, când sistemul SCADA este reconectat, măsurătorile și stările anterioare pot fi dobândite și prin intermediul tehnicilor de tamponare .
• Sistemele DCS, pe de altă parte, au o interacțiune mai mare între microcontrolerele locale și sistemul de control / supraveghere de pe un PC. Adesea, acestea sunt construite pe sisteme de operare deterministe care garantează anumite timpi de răspuns, ceea ce presupune că totul este conectat într-o rețea LAN locală cu anumite timpi de răspuns. În acest caz, sistemul DCS trebuie să ruleze pe medii în timp real și orice anomalii trebuie gestionate imediat cu logici de redundanță și / sau, în orice caz, asigurând închiderea sigură a procesului în cazul în care există eșecuri de rețea sau indisponibilitatea noduri la distanță.

În ceea ce privește costul, un sistem DCS este mult mai greu atât de proiectat, cât și de administrat decât un sistem SCADA, iar acest lucru este justificat doar în câteva sectoare particulare, cum ar fi produsele petrochimice, unde este necesară o fiabilitate foarte mare în ceea ce privește performanța. Și Siguranță.

În realitate, sistemele SCADA pot fi utilizate și în rețelele LAN, de exemplu pentru controlul unui singur site de producție, dar cu posibilitatea de a scala și centraliza datele de pe mai multe site-uri.

Siguranță

În noiembrie 2008, a apărut un virus informatic numit Stuxnet care viza sistemele SCADA. Virusul a folosit o cheie USB ca mediu de transmisie și a avut sarcina de a contamina software-ul WinCC dezvoltat de compania Siemens . La începutul anului 2011, Stuxnet a apărut într-o nouă formă numită Stars.

Sistemele SCADA sunt din ce în ce mai vizate de infractorii cibernetici, deoarece utilizează pe scară largă protocoalele de comunicații bazate pe TCP-IP care adesea nu au nici o formă de autentificare, parolă sau criptare. Motivul din spatele acestui fapt este că, din punct de vedere istoric, acestea au fost utilizate ca înlocuitoare pentru rețelele închise punct-la-punct în care inițial nu erau prevăzute gateway-uri de interconectare. Prin urmare, este important să segmentați rețelele de proces, astfel încât să nu fie accesibile din exterior, și să utilizați sistemele SCADA moderne și constant actualizate ca singurul punct de acces la rețeaua industrială, împiedicând să se facă conexiuni directe la echipamentele din domeniu. ocoliți mecanismele de protecție și autentificare prezente pe platformele SCADA.

Notă

Elemente conexe

• Achizitie de date
• Control automat

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe SCADA

linkuri externe

• ( EN ) SCADA , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portal de verificări automate

Portal de inginerie