SCADA Sistemi Nedir: Mimari ve Çalışması

Büyük sanayi kuruluşlarında çok sayıda işlem gerçekleşir. İzlemeniz gereken her süreç çok karmaşıktır çünkü her makine farklı çıktılar verir. Uzak bölgelerde bulunan sensörlerden ve cihazlardan veri toplamak için kullanılan SCADA sistemi. Bilgisayar daha sonra bu verileri işler ve hemen sunar. SCADA sistemi bilgileri toplar (bir boru hattında meydana gelen bir sızıntı gibi) ve sızıntının meydana geldiğine dair uyarılar verirken bilgileri sisteme geri aktarır ve bilgileri mantıklı ve organize bir şekilde görüntüler. SCADA sistemi DOS ve UNIX işletim sistemlerinde çalışıyordu. Tüm bu süreç şu şekilde bilinir: otomasyon . Bu makale, SCADA sistemine genel bir bakışı tartışmaktadır.

SCADA Sistemi nedir?

SCADA, denetim kontrolü ve veri toplama anlamına gelir. Proses kontrolü için bir tür yazılım uygulama programıdır. SCADA, aşağıdakilerden oluşan merkezi bir kontrol sistemidir: denetleyiciler ağ arayüzleri, giriş / çıkış, iletişim ekipmanı ve yazılım. SCADA sistemleri, imalat, üretim, geliştirme ve imalat dahil endüstriyel süreçteki ekipmanı izlemek ve kontrol etmek için kullanılır. Altyapı süreçleri arasında gaz ve petrol dağıtımı, elektrik enerjisi, su dağıtımı bulunmaktadır. Kamu hizmetleri bir otobüs trafik sistemi, havaalanı içerir. SCADA sistemi, sayaçların okumasını alır ve sensörlerin durumunu düzenli aralıklarla kontrol eder, böylece minimum insan müdahalesi gerektirir.

Genel SCADA Ağı

SCADA'nın Tarihçesi

Daha önce endüstriyel tesislerin ve üretim katlarının kontrolü analog ekipman ve butonlar yardımıyla manuel olarak yapılabiliyordu. Sektörün boyutu büyüdükçe, minimum otomasyon için sabit bir seviyeye denetim kontrolü sağlamak için zamanlayıcılar ve röleler kullandılar. Bu nedenle, tüm endüstriler için daha verimli bir sistemle tam otomatik bir sistem gerekliydi.

Bilgisayarların endüstriyel kontrol amacıyla 1950 yılında hayata geçirildiğini biliyoruz. Bundan sonra, telemetri kavramı veri aktarımı için olduğu kadar sanal olarak da uygulandı. iletişim . 1970 yılında, mikroişlemciler ve PLC ile birlikte SCADA sistemi geliştirildi.

Bu nedenle, endüstrilerde uzaktan çalıştırılan otomasyon geliştirilirken bu kavramlara tamamen yardımcı olunmuştur. Dağıtılmış SCADA sistemleri 2000 yılında uygulandı. Bundan sonra, dünyanın herhangi bir yerinde gerçek zamanlı verileri izlemek ve kontrol etmek için yeni SCADA sistemleri geliştirildi.

SCADA Sistem Mimarisi

Genel olarak SCADA sistemi, tüm alanı izleyen ve kontrol eden merkezi bir sistemdir. Donanımın üstüne yerleştirilmiş saf bir yazılım paketidir. Bir denetim sistemi, süreçle ilgili verileri toplar ve komutları işleme gönderir. SCADA, RTU olarak da bilinen uzak bir terminal birimidir.

Çoğu kontrol eylemi, RTU'lar veya PLC'ler tarafından otomatik olarak gerçekleştirilir. RTU'lar, özel gereksinime göre ayarlanabilen programlanabilir mantık dönüştürücüden oluşur. Örneğin termik santralde su akışı belirli bir değere ayarlanabilir veya ihtiyaca göre değiştirilebilir.

SCADA sistemi, operatörlerin akış için ayar noktasını değiştirmesine, akış kaybı ve yüksek sıcaklık durumunda alarm koşullarını etkinleştirmesine olanak tanır ve durum görüntülenir ve kaydedilir. SCADA sistemi, döngünün genel performansını izler. SCADA sistemi, Clint cihazlarıyla hem kablolu hem de kablosuz teknolojiyle iletişim kurmak için merkezi bir sistemdir. SCADA sistem kontrolleri, her türlü endüstriyel süreci eksiksiz olarak çalıştırabilir.

Örneğin, bir gaz boru hattında çok fazla basınç oluşuyorsa, SCADA sistemi otomatik olarak bir tahliye vanasını açabilir.

Donanım Mimarisi

Genel olarak SCADA sistemi iki bölüme ayrılabilir:

• İstemci katmanı
• Veri sunucusu katmanı

Clint katmanı, insan-makine etkileşimine hitap eder.

Veri sunucusu katmanı, veri etkinlikleri sürecinin çoğunu yönetir.

SCADA istasyonu, sunucuları ifade eder ve tek bir bilgisayardan oluşur. Veri sunucuları, PLC'ler veya RTU'lar gibi işlem denetleyicileri aracılığıyla sahadaki cihazlarla iletişim kurar. PLC'ler veri sunucularına ya doğrudan ya da ağlar ya da veri yolları aracılığıyla bağlanır. SCADA sistemi, bir WAN ve LAN ağlarını kullanır; WAN ve LAN, ana istasyon ve cihazlar arasındaki iletişim için kullanılan internet protokollerinden oluşur.

PLC'lere veya RTU'lara bağlı sensörler gibi fiziksel ekipman. RTU'lar, sensör sinyallerini dijital verilere dönüştürür ve dijital verileri ana bilgisayara gönderir. RTU tarafından alınan ana geri bildirime göre, elektrik sinyalini rölelere uygular. İzleme ve kontrol işlemlerinin çoğu, şekilde görebileceğimiz gibi RTU'lar veya PLC'ler tarafından gerçekleştirilir.

SCADA Sistem Donanım Mimarisi

Yazılım mimarisi

Sunucuların çoğu, çoklu görev ve gerçek zamanlı veritabanı için kullanılır. Verilerin toplanmasından ve işlenmesinden sunucular sorumludur. SCADA sistemi, trend oluşturma, tanılama verileri sağlamak ve planlı bakım prosedürleri, lojistik bilgiler, belirli bir sensör veya makine için ayrıntılı şemalar ve uzman sistem sorun giderme kılavuzları gibi bilgileri yönetmek için bir yazılım programından oluşur. Bu, operatörün kontrol edilen tesisin şematik bir temsilini görebileceği anlamına gelir.

SCADA'nın Yazılım Mimarisi

Örnekler, tipik olarak sunucuya bağlı olan bir dizi parametre üzerinde alarm denetimi, hesaplamalar, günlük kaydı ve sorgulama denetleyicilerinin arşivlenmesidir.

SCADA Sistemi Çalışması

SCADA sistemi aşağıdaki işlevleri yerine getirir

• Veri Alımları
• Veri iletişimi
• Bilgi / Veri sunumu
• İzleme / Kontrol

Bu işlevler sensörler, RTU'lar, kontrolörler, bir iletişim ağı tarafından gerçekleştirilir. Sensörler, önemli bilgileri toplamak için kullanılır ve RTU'lar bu bilgileri kontrolöre göndermek ve sistemin durumunu görüntülemek için kullanılır. Sistemin durumuna göre kullanıcı diğer sistem bileşenlerine komut verebilir. Bu işlem, iletişim ağı tarafından yapılır.

Veri Alımları

Gerçek zamanlı sistem binlerce bileşen ve sensörden oluşur. Belirli bileşenlerin ve sensörlerin durumunu bilmek çok önemlidir. Örneğin, bazı sensörler rezervuardan su tankına su akışını ölçer ve bazı sensörler rezervuardan su tahliye edilirken değer basıncını ölçer.

Veri iletişimi

SCADA sistemi, kullanıcılar ve cihazlar arasında iletişim kurmak için kablolu bir ağ kullanır. Gerçek zamanlı uygulamalar, uzaktan kontrol edilmesi gereken çok sayıda sensör ve bileşen kullanır. SCADA sistemi internet iletişimini kullanır. Tüm bilgiler internet üzerinden belirli protokoller kullanılarak iletilir. Sensörler ve röleler ağ protokolleri ile iletişim kuramadığından RTU'lar sensörleri ve ağ arayüzlerini iletmek için kullanılır.

Bilgi / Veri Sunumu

Normal devre ağlarında, kontrol için görülebilen bazı göstergeler bulunur, ancak gerçek zamanlı SCADA sisteminde, aynı anda ele alınması imkansız olan binlerce sensör ve alarm vardır. SCADA sistemi, insan-makine arayüzü (HMI) çeşitli sensörlerden toplanan tüm bilgileri sağlamak için .

İzleme / Kontrol

SCADA sistemi, her cihazı çalıştırmak için farklı anahtarlar kullanır ve kontrol alanının durumunu gösterir. İşlemin herhangi bir kısmı bu anahtarlar kullanılarak kontrol istasyonundan AÇIK / KAPALI konuma getirilebilir. SCADA sistemi insan müdahalesi olmadan otomatik olarak çalışacak şekilde uygulanmaktadır ancak kritik durumlarda insan gücü ile ele alınmaktadır.

SCADA Bileşenleri

SCADA sistem bileşenleri aşağıdakileri içerir.

Denetleme Sistemi

Denetleme sistemi, iş istasyonlarının kontrol odası içindeki insan-makine arayüz yazılımı ile RTU'lar, Sensörler, PLC'ler vb. Aygıtları arasında bir iletişim sunucusu gibi çalışır. sistem aksi takdirde denetleyici olurken, büyük SCADA sistemleri çok sayıda sunucu, trajedi kurtarma için site ve dağıtılmış yazılım uygulamaları içerir. Sunucular çalışırken bekleme oluşumu gibi bağlanır, aksi takdirde sunucu arızasını sürekli izlemek için çift yedekli.

RTU'lar (Uzak Terminal Birimleri)

RTU veya uzak terminal ünitesi elektronik bir cihazdır ve aynı zamanda uzak telemetri üniteleri olarak da bilinir. Bu sistem, RTU'lar aracılığıyla arayüzlenen fiziksel nesneleri içerir.

Bu cihazların kontrolü mikroişlemciler aracılığıyla yapılabilmektedir. Burada mikroişlemciler, kaydedilen verileri denetim sistemine iletmek için kullanılan RTU'ları kontrol etmek için kullanılır. Veriler, bağlı nesneleri kontrol etmek için ana sistemden alınabilir.

PLC'ler (Programlanabilir Mantık Denetleyicileri)

PLC terimi, sensörler yardımıyla SCADA sistemlerinde kullanılan programlanabilir mantık denetleyicileri anlamına gelir. Bu kontrolörler, sensörün çıkış sinyalini dijital verilere dönüştürmek için sensörlere bağlanır. RTU'larla karşılaştırıldığında, bunlar esneklikleri, konfigürasyonları, çok yönlülükleri ve uygun fiyatlarından dolayı kullanılırlar.

İletişim Altyapısı

SCADA sisteminde, radyo ve doğrudan kablolu bağlantının bir karışımı kullanılır. Ancak SONET veya SDH, elektrik santralleri ve demiryolları gibi üstün sistemler için de kullanılabilir. Sadece RTU'lar denetleyici istasyon aracılığıyla sorgulandıktan sonra bilgi vermek için kompakt SCADA protokolleri arasında az sayıda standartlaştırılmış 7 tanınmış protokol kullanılır.

SCADA Programlama

HMI'da aksi halde ana istasyonda, SCADA programlama esas olarak harita yapmak için kullanılır, ilerleme boyunca çok önemli bilgiler sağlamak için diyagramlar, aksi takdirde olay arızası meydana geldiğinde. Ticari SCADA sistemlerinin çoğu, C programlama dilinde tutarlı arayüzler kullanır, aksi takdirde türetilmiş programlama dili de kullanılabilir.

İnsan-makine arayüzü

SCADA sistemi insan-makine arayüzünü kullanır. Bilgi bir insan tarafından işlenmek üzere görüntülenir ve izlenir. HMI, PLC'ler ve RTU'lar olabilen çoklu kontrol ünitelerine erişim sağlar. HMI, sistemin grafik sunumunu sağlar.

Örneğin, tanka bağlı pompanın grafik resmini sağlar. Kullanıcı suyun akışını ve suyun basıncını görebilir. HMI'nin önemli kısmı, önceden tanımlanmış değerlere göre etkinleştirilen bir alarm sistemidir.

İnsan-makine arayüzü

Örneğin , tank su seviyesi alarmı% 60 ve% 70 değerlerine ayarlanmıştır. Su seviyesi% 60'ın üzerine çıkarsa alarm normal bir uyarı verir ve su seviyesi% 70'in üzerine çıkarsa alarm kritik bir uyarı verir.

SCADA Sistemi Türleri

SCADA sistemleri, aşağıdakileri içeren dört türe ayrılır.

• Monolitik SCADA Sistemleri
• Dağıtık SCADA Sistemleri
• Ağa Bağlı SCADA Sistemleri
• IoT SCADA Sistemleri

Monolitik SCADA Sistemleri

Monolitik SCADA sistemleri, erken veya birinci nesil sistemler olarak adlandırılır. Bu tür sistemlerde mini bilgisayarlar kullanılır. Bu sistemlerin geliştirilmesi, ortak ağ hizmetleri mevcut olmadığında yapılabilir. Bu sistemlerin tasarımı, diğer sistemlerle herhangi bir ilişkisi olmaksızın bağımsız sistemler gibi yapılabilir.

Veriler, yedek bir ana bilgisayar kullanılarak tüm RTU'lardan toplanabilir. Bu birinci nesil sistemlerin ana işlevleri, kriz durumlarında süreçleri işaretlemek ve sensörleri izlemekle sınırlıdır.

Dağıtık SCADA Sistemleri

Dağıtık SCADA sistemlerine ikinci nesil sistemler denir. Kontrol fonksiyonlarının dağıtımı, bir yerel alan ağına bağlanarak çok sayıda sisteme yapılabilir. Kontrol işlemleri, gerçek zamanlı veri ve komut işleme paylaşılarak gerçekleştirilebilir.

Bu tür sistemlerde, her istasyonun boyutu ve maliyeti azaltılır, ancak tutarlı ağ protokolleri yoktur. Protokoller tescilli olduğundan, kurulum sırasında SCADA sistem güvenliğini daha az kişi anlıyor ve bu faktör büyük ölçüde göz ardı edildi.

Ağa Bağlı SCADA Sistemleri

Ağ bağlantılı SCADA sistemleri, üçüncü nesil sistemler olarak da bilinir. Mevcut SCADA sistemlerinin ağ iletişimi ve iletişimi, veri hatları veya telefonlar aracılığıyla WAN sistemi kullanılarak yapılabilir. İki düğüm arasındaki veri aktarımı Ethernet veya Fiber optik bağlantılar yardımı ile yapılabilir.

Bu tip SCADA sistemi, PLC basitçe ana seçeneklere ihtiyaç duyulduğunda işaretleme işlemlerini ayarlamak ve izlemek.

IoT SCADA Sistemleri

IoT SCADA sistemleri dördüncü nesil sistemlerdir. Bu sistemlerde, IoT aracılığıyla sistemin altyapısal maliyeti düşürülür. Bulut bilişim . Bu sistemlerin bakımı ve entegrasyonu diğerlerine kıyasla kolaydır.

Gerçek zamanlı olarak, bu sistemlerin durumu bulut bilişim aracılığıyla raporlanabilir. Bu nedenle, normal PLC'lerde sıklıkla kullanılan karmaşık kontrol gibi algoritmaların uygulanması yapılabilir.

SCADA Güvenliği

Şu anda, SCADA ağları, gerçek zamanlı verileri kontrol etmek ve incelemek için mevcut endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır, endüstriyel süreçler kontrol edilebilir, cihazlarla iletişim kurabilir. Dolayısıyla SCADA sistemleri endüstriyel kuruluşlar için çok önemlidir çünkü bu sistemler donanım ve yazılımı içerir. Dolayısıyla SCADA güvenliği, endüstrilerde de önemlidir.

SCADA güvenliği terimi, bilgisayar donanımı ile üretilen SCADA ağlarını korumak için kullanılır. Bazı sistemlerin kullandığı SCADA ağları elektrik , doğal gaz, vb. SCADA sistemlerinin güvenliğini sağlamadaki değerli rolü nedeniyle özel ve devlet kuruluşları bu ağların önlemlerini almışlardır.

SCADA Güvenliği Örnekleri

SCADA sistemlerinde oluşan tehditler aşağıdakileri içerir.

• Hackerlar
• Teröristler
• Kötü amaçlı yazılım
• İçeride Hata

SCADA güvenliğinin zayıflığı esas olarak aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır.

• Kötü Eğitim
• Uygulamanın boşlukları geliştirme
• İzleme Sırasındaki Sorunlar
• Daha Az Bakım

SCADA sistemi, mevcut tüm sistemleri haritalayarak, enstitüyü izleyerek ve tespit ederek ve ağın güvenliği için süreçler oluşturarak korunabilir.

PLC ve SCADA arasındaki fark

PLC ve SCADA arasındaki fark aşağıdakileri içerir.

Uzak Endüstriyel Tesis için SCDA

Büyük endüstriyel kuruluşlarda birçok süreç aynı anda gerçekleşir ve her birinin izlenmesi gerekir ki bu karmaşık bir iştir. SCADA sistemleri, su dağıtımı, yağ dağıtımı ve güç dağıtımını içeren endüstriyel süreçlerdeki ekipmanı izlemek ve kontrol etmek için kullanılır. Bu projenin temel amacı, gerçek zamanlı verileri işlemek ve büyük ölçekli uzak endüstriyel ortamı kontrol etmektir. Gerçek zamanlı senaryoda, bir uzak tesis operasyonu için bir sıcaklık kayıt sistemi alınır.

Sıcaklık Kontrol Endüstriyel Tesis Blok Şeması

Sıcaklık sensörleri, ön uçta PC'ye bağlı olan mikrodenetleyiciye bağlanır ve bilgisayara yazılım yüklenir. Veriler, sıcaklık sensörlerinden toplanır. Sıcaklık sensörleri, sinyali sürekli olarak mikro denetleyiciye gönderir ve bu da bu değerleri uygun şekilde ön panelinde görüntüler.

Bilgisayar ekranından alt limit ve üst limit gibi parametreler ayarlanabilir. Bir sensörün sıcaklığı ayar noktasının üzerine çıktığında, mikro denetleyici ilgili röleye bir komut gönderir. Röle kontaklarıyla bağlanan ısıtıcılar KAPALI ve AÇIK konuma getirilir.

Bu bir sıcaklık kayıt sistemidir. Burada çoklama modundaki 8 sıcaklık sensörü, mikro denetleyiciye ADC 0808 üzerinden bağlanır. Daha sonra tüm sensörlerin değerleri, mikrodenetleyici tarafından Max 32 üzerinden PC'nin com portuna seri olarak gönderilir. Bilgisayara yüklenen bir Yazılım 'DAQ Sistemi' bu değerleri alıp ön panelinde gösterir ve ayrıca 'daq.mdb' veritabanına kaydeder.

Bilgisayar ekranında bir ayar noktası, düşük limit ve yüksek limit gibi bazı parametreler etkileşimli bir şekilde ayarlanabilir. Bazı sensörlerin sıcaklığı ayar noktasının üzerine çıktığında, mikro denetleyici, röle sürücüsü IC'ye komutlar gönderir. Röle kontaklarıyla bağlanan ısıtıcılar (o sensöre özel) KAPALI (veya tersi durumda AÇIK) konuma getirilir. Yüksek limit ve düşük limitler alarm içindir. Sıcaklık üst limitin üzerine çıktığında veya alt limitin altına düştüğünde alarm açılacaktır.

Uzak Endüstriyel Tesis için SCADA

Avantajları

SCADA sisteminin avantajları aşağıdakileri içerir.

• Hizmet kalitesi iyileştirilebilir
• Güvenilirlik geliştirilebilir
• Bakım maliyeti daha azdır
• Operasyon azaltılabilir
• Büyük sistem parametreleri izlenebilir
• İnsan gücü azaltılabilir
• Onarım süresi azaltılabilir
• Arıza tespiti ve arıza yeri belirleme
• Büyük miktarda veri depolar
• Kullanıcı ihtiyacına göre, verileri çeşitli formatlarda görüntüler.
• Binlerce sensör, kontrol ve izleme için SCADA ile arayüzlenebilir
• Gerçek veri simülasyonları operatörler tarafından elde edilebilir
• Hızlı yanıt verir
• Ekstra kaynaklar eklerken esnek olmasının yanı sıra ölçeklenebilir.
• SCADA sistemi, yerleşik mekanik ve grafik bilgileri sağlar
• SCADA sistemi kolaylıkla genişletilebilir. İhtiyaca göre bir dizi kontrol ünitesi ve sensör ekleyebiliriz.
• SCADA sistemi kritik durumlarda çalışabilir.

Dezavantajları

SCADA sisteminin dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• Bağımlı modüller ve donanım birimleri açısından karmaşıktır.
• Korumak için analistlere, programcılara ve yetenekli operatörlere ihtiyacı var
• Yüksek kurulum maliyeti
• İşsizlik oranları artırılabilir
• Bu sistem, donanım cihazlarını ve kısıtlı yazılımları destekler

Uygulamalar

SCADA sisteminin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• Güç Üretimi ve Dağıtımı
• Toplu taşıma
• Su ve Kanalizasyon Sistemi
• İmalat
• Sektörler ve Binalar
• İletişim ağları
• Petrol ve Gaz Endüstrileri
• Güç üretimi, iletimi ve dağıtımı
• Su dağıtımı ve rezervuar sistemi
• Elektrikli ısıtma ve soğutma sistemi gibi kamu binaları.
• Jeneratörler ve türbinler
• Trafik ışığı kontrol sistemi

Böylece, bu tamamen SCADA sistemine genel bakış (Merkezi denetim ve veri toplama). Bu sistem, bitkilerdeki farklı süreçleri kontrol etmek ve izlemek için kullanılan bir bilgisayar tarafından kontrol edilir. Bu sistem, izleme sistemleri için GUI (grafik kullanıcı arayüzü), veri iletişimi ve genişletilmiş yönetimi kullanır. İşte size bir soru, PLC nedir?

Fotoğraf kredisi:

• Genel SCADA Ağı mycpanel