RTU имеют прямое соединение с объектом управления. Это означает, что контроль или управление объектом осуществляется в режиме реального времени. Терминалы могут представлять собой примитивные методы связи или датчики с процессорами на базе MSC, которые занимаются обработкой данных и управлением в реальном времени.
Статьи и обзоры систем автоматизации и безопасности
Термин SCADA система используется для обозначения кластера материальных связей (телекоммуникационного комплекса) для сбора данных.
К основным задачам, решаемым SCADA-системами, относятся:
- Обмен данными в реальном времени с УСО (устройством связи с контролируемым объектом). Этим устройством может быть как промышленный контроллер, так и плата ввода/вывода.
- Обработка информации в реальном времени.
- Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface — человеко-машинный интерфейс).
- Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
- Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
- Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
- Архивирование технологической информации (сбор истории).
Связь с внешними приложениями (например, DBM, бухгалтерские ведомости, текстовые процессоры). В системах управления бизнесом такими приложениями обычно являются приложения, соответствующие уровню MES.
Системы SCADA могут быть оснащены дополнительным программным обеспечением для программирования промышленных аудиторов. Такие SCADA-системы называются интегрированными системами, к которым добавляется термин SoftLogiс.
Это была сухая терминология, взятая из энциклопедии. На самом деле, назначение этих систем понятно — обеспечить возможность мониторинга и наблюдения за множеством удаленных объектов (от 1 до 10 000 контрольных точек, иногда удаленных на тысячи километров) или за одним географически разбросанным объектом.
Классическими примерами являются:
- Нефтепроводы;
- Газопроводы;
- Водопроводы;
- Удалённые электрораспределительные подстанции;
- Водозаборы;
- Дизель-генераторные пункты и т.д.
Основной задачей SCADA является сбор информации о множестве удаленных объектов с контрольных точек и отображение этой информации в едином распределительном центре. Кроме того, SCADA должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. Отправитель часто может не только пассивно наблюдать за объектом, но и ограниченно управлять им и реагировать на различные ситуации.
Общая структура SCADA
Режим SCADA — это непрерывный процесс сбора информации фактического времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления.
Требования к обработке фактического времени требуют доставки (публикации) всех сообщений и данных на центральный интерфейс оператора (отправителя). В то же время, понятие реального времени отличается в разных системах SCADA.
Все современные системы SCADA содержат три основных структурных блока (см. схему ниже)
Удаленный терминал (RTU) Удаленный терминал, который непосредственно подключен к контролируемому объекту и выполняет задачи (проверки) в режиме реального времени. Реализации RTU варьируются от примитивных датчиков, снимающих информацию с объектов, до специализированных многопроцессорных вычислительных систем, выполняющих жесткое управление информацией и контролем. Их конкретное применение определяется конкретной областью применения. Использование низкоуровневых устройств обработки информации снижает требования к диапазону каналов связи с центральным залом управления.
Пункт мониторинга и управления (главный терминал) главного оконечного устройства (MTU), главной станции (MS), обрабатывает и контролирует данные высокого уровня, обычно в щадящем (квази) режиме реального времени. Одна из его основных функций — обеспечение человеко-машинного интерфейса (между человеком-оператором и системой). В зависимости от системы, MTU могут быть реализованы в различных формах, начиная от одного компьютера с дополнительными устройствами, подключенными к каналу связи, до больших компьютерных систем (мэйнфреймов) и/или рабочих станций или серверов в сети. Как правило, MTU изготавливаются различными способами для повышения надежности и безопасности системы. MTU часто называют серверами SCADA.
Система связи (CS) — это система связи (канал связи) между RTU и MTU. Он необходим для передачи данных от удаленной точки (RTU) к отправляющему центральному интерфейсу и для передачи управляющих сигналов от MTU к RTU. В качестве систем связи можно использовать следующие соединения данных
- Выделенные линии — собственные или арендованные; медный кабель или оптоволокно;
- Частные радиосети;
- Аналоговые телефонные линии;
- Цифровые ISDN сети;
- Сотовые сети GSM (GPRS).
Чтобы удвоить количество линий связи, устройства могут быть подключены к нескольким сетям. Выделенные линии и дополнительные радиоканалы.
Термин «SCADA» имеет два значения. Наиболее распространенное представление о SCADA заключается в том, что это приложение — пакет программного обеспечения, обеспечивающий определенную функцию — и инструмент для разработки этого программного обеспечения.
Назначение и задачи SCADA-систем
Системы SCADA предназначены для контроля и управления большим количеством удаленных объектов (1-10 000, иногда тысячи километров) или географически разнесенных объектов. К таким объектам относятся нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, распределительные подстанции, водозаборы и дизельные электростанции.
Основной задачей системы SCADA является сбор информации о ряде удаленных объектов с контрольных точек и отображение этой информации в едином центре управления. Система SCADA также должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. Отправитель часто имеет возможность не только пассивно наблюдать за объектами, но и управлять ими в ответ на различные ситуации.
- обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы;
- обработка информации в реальном времени;
- отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме;
- ведение базы данных реального времени с технологической информацией;
- аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
- подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;
- обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).
Структура SCADA-систем
Каждая система SCADA состоит из трех компонентов: удаленного терминального устройства (RTU), главного терминального устройства (MTU) и системы связи (CS).
Удаленные терминалы подключаются непосредственно к контролируемому объекту и управляют им в режиме реального времени. Терминал может представлять собой примитивный датчик, собирающий информацию с объекта, или специализированный многопроцессорный компьютер, обрабатывающий информацию и управляющий им в режиме реального времени.
Центр управления отправителя выполняет обработку данных и управление на высоком уровне в квазиреальном времени, в принципе. Он обеспечивает человеко-машинный интерфейс. MTU может представлять собой один компьютер с дополнительными устройствами подключения или большую компьютерную систему или локальную сеть рабочих станций и серверов.
Системы связи необходимы для передачи данных от RTU к MTU и реверсивным устройствам. В качестве систем связи могут использоваться следующие каналы передачи данных: выделенные линии, радиосети, аналоговые телефонные линии, сети ISDN и мобильные сети GSM (GPRS). Во многих случаях устройства подключаются к нескольким сетям для обеспечения надежной передачи данных.
Особенности процесса управления в SCADA-системах
- В системах SCADA обязательно наличие человека (оператора, диспетчера).
- Любое неправильное воздействие может привести к отказу объекта управления или даже катастрофическим последствиям.
- Диспетчер несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального функционирования.
- Большую часть времени диспетчер пассивно наблюдает за отображаемой информацией. Активное участие диспетчера в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае наступления критических событий — отказов, аварийных и нештатных ситуаций и пр.
- Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).
Некоторые пользователи систем SCADA считают, что если их системы не подключены к Интернету, то они застрахованы от кибер-атак. Эксперты с этим не согласны.
По словам Файзеля Лакхани, эксперта по безопасности ИТ, физическая изоляция бесполезна при атаке на систему SCADA. По его мнению, естественная изоляция систем эквивалентна борьбе с ветряными мельницами1.
Мнения российских экспертов о безопасности систем APC и SCADA схожи. Поскольку вопрос безопасности промышленных систем управления оказался в центре общественного внимания, некоторые решения в области безопасности начали разрабатывать продукты, направленные на борьбу с угрозами для промышленных информационных систем (эти продукты могут включать, среди прочего, защищенную операционную систему — среду может включать в себя. только для работы доверенных приложений)2.
Отдельные компании начинают разрабатывать аналитические материалы по этим вопросам, пытаясь оценить состояние промышленной автоматизации с точки зрения безопасности. Реакция экспертов по промышленным системам на эти инициативы была неоднозначной и не всегда благоприятной. Сторонние наблюдатели могут сделать вывод, что между операторами промышленных систем управления и средствами информационной безопасности существует недопонимание — производители пытаются создать что-то особенное для нужд владельцев и пользователей промышленных информационных систем, но это плохо работает. .
В любом случае, общее мнение экспертного сообщества заключается в том, что безопасность промышленных систем регулирования очень низкая. С одной стороны, существуют мощные подсистемы управления, которые обеспечивают операторам полный контроль над производственными процессами, в том числе в стратегических областях, где опасен сбой, но при должном умении и внимательности со стороны компании. Операторы могут быть очень изворотливыми людьми. Практика обеспечения информационной безопасности в промышленных компаниях ограничена, руководство склонно переоценивать безопасность систем управления технологическими процессами, а компании по обеспечению безопасности разведки часто не понимают реальных потребностей отрасли и того, как работают промышленные информационные системы. Интеграторы и консультанты могут опираться на более широкие решения по безопасности при создании систем безопасности. Этому во многом способствует строгая политика сертификации и менее активное производство этой продукции в России.
Система состоит из двух частей: программного и аппаратного обеспечения. Простейшая структура реализации системы показана на рисунке ниже. Если вы хотите быстро попрактиковаться, об этом есть статья.
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 имеют прямое соединение с объектом управления. Это означает, что контроль или управление объектом осуществляется в режиме реального времени. Терминалы могут представлять собой примитивные методы связи или датчики с процессорами на базе MSC, которые занимаются обработкой данных и управлением в реальном времени.
- 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.
По словам Файзеля Лакхани, эксперта по безопасности ИТ, физическая изоляция бесполезна при атаке на систему SCADA. По его мнению, естественная изоляция систем эквивалентна борьбе с ветряными мельницами1.
Концепции систем
Термин SCADA обычно относится к централизованному контролю и управлению всей системой или целыми системами, осуществляемому с помощью человеческого вмешательства. Большинство действий по управлению выполняются автоматически с помощью RTU или ПЛК. Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или ПЛК и режимами управления SCADA. Например, ПЛК может управлять потоком охлаждающей воды в рамках производственного процесса, а система SCADA позволяет операторам изменять точки потока, менять пути движения жидкости, заполнять емкости, использовать потери потока и отслеживать сигналы тревоги («оповещения»). Высокая температура должна своевременно отображаться, регистрироваться и отвечать оператору. Циклы управления с замкнутым контуром передаются через RTU или ПЛК, но система SCADA контролирует полное выполнение цикла.
Сбор данных начинается на уровне RTU или ПЛК и включает в себя измерения наличности. Затем данные собираются и форматируются таким образом, чтобы операторы в диспетчерской могли использовать HMI для принятия решений по управлению для изменения или прекращения стандартного управления RTU/PLC. Данные также можно архивировать для эволюции и другой детальной обработки сохраненных данных.
WebSCADA
Термин Webscada обычно относится к онлайн-реализации человеко-машинного интерфейса (HMI) системы SCADA.
Она позволяет осуществлять контроль и управление SCADA через обычный браузер, который в данном случае работает как тонкий клиент.
Архитектура таких систем включает в себя WebScada-Wider и клиентский терминальный компьютер, КПК или мобильный телефон с веб-браузером. Подключение клиентов к WebScada-Wider через Интернет/Internet позволяет им взаимодействовать с работой автоматизированных приложений, таких как простые веб-сайты или WAP-страницы. Однако этот этап развития WebScada еще не достиг уровня широкого промышленного импорта из-за трудностей с безопасностью передаваемой информации. Кроме того, реализация функций управления через незащищенные каналы связи не соответствует оценкам безопасности промышленных установок. По этой причине в большинстве случаев веб-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для управления и получения данных.
Системы SCADA могут быть уязвимы для хакерских атак. Например, в 2010 году он подвергся атаке со стороны иранских предприятий по обогащению урана с помощью StuxNet 3 4. Поэтому для защиты информационных систем, включая системы SCADA, необходимо придерживаться общих требований информационной безопасности.
SimpLight
По моему субъективному мнению, эта система находится между Masterscada и Simple-Scada. Он немного громоздкий и разбит на различные подпрограммы, выполняющие конкретные задачи.
- Интерфейс и рабочие окна приятны на вид;
- Миллион удобных настроек;
- Цена не заоблачная;
На самом деле, я привел еще только три пачки. Это связано с тем, что их достаточно для решения задач автоматизации в нашей области. Есть и такие гиганты, как Trace Mode, Iridium Mobile и NPF Circle. Есть и варианты в домашних условиях с использованием Arduino. Пусть о них пишут другие. Я подробно опишу эти три программы в будущих статьях, научу себя и научу других.
Это пока. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях. Я отвечу на них. Подпишитесь на блог и расскажите о нем своим друзьям. Я расскажу о них в одной из следующих статей. Пока-пока.
