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Die Grundlagen von Hardware und Software für SCADA-Systeme, die Sie kennen sollten

Was können SCADA-Systeme?

Die SCADA-Systeme sind bekanntermaßen in der Lage verschiedene Parameter und Variablen zu messen und zu überwachen, sowie: Flüssigkeitsstand, Volumen der Gase, Volumenstrom, Masse von Flüssigkeiten und Gasen, Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Viskosität, Position und Bewegung usw.

Die Grundlagen von Hardware und Software für SCADA-Systeme, die Sie kennen sollten

Die Grundlagen von Hardware und Software für SCADA-Systeme, die Sie kennen sollten

Dafür müssen einige Signale basierend auf erfasst werdendie entsprechenden Sensoren und Wandler von verschiedenen elektrischen und elektronischen Geräten, bevor sie vom SCADA-System verarbeitet und analysiert werden Diese Daten können zur Überwachung entfernter Prozesse verwendet werden.

Dazu werden die Daten verarbeitet und analysiert, um Berichte zu generieren, die zur Kontrolle der Prozessparameter innerhalb bestimmter Grenzen übertragen werden.

Die SCADA-Anwendungen haben zwei grundlegende Ebenen:

  1. Die Kundenebene, auf der die Mensch-Maschine-Interaktion ausgeführt wird;
  2. Die Datenserverebene, die den gesamten Prozess steuert.

Somit sendet der Datenserver diese Daten an dieKundenebene über Remote-Geräte wie SPS (über verschiedene Kommunikationsprotokolle direkt oder über ein Kommunikationsnetzwerk mit dem Datenbankserver verbunden).

Die entwickelten Protokolle können Eigentum von a seinFirma (z.B. Siemens H1) oder vom offenen Typ (Modbus, Profibus usw.). Datenbankserver können vollständig miteinander und auch mit den Kundenstationen verbunden werden Local Area Network (LAN) Netzwerke basierend auf Ethernet-Technologie.

Die SCADA-Systeme können relativ einfach sein odersehr komplex, abhängig von der Dimension und Komplexität des überwachten Prozesses. Diese Systeme arbeiten in Echtzeit mit einem Datenbanksystem namens Real Time Data Base (RTDB), das auf einem der Server zu finden ist.


Hardware-Architekturen

Die Server sind für die Übernahme verantwortlichund Verwaltung von Daten für eine Reihe von Parametern. Ist es möglich, dedizierte Server für bestimmte Aufgaben zu haben (z. B. wenn die Prozessserver entwickelt werden sollen), Server, die sich mit der Verarbeitung von Alarmen befassen, oder Dateiserver

Ein SCADA-Server wird direkt über ein mit der SPS verbunden Open Platform Communications (OPC) oder ein RTU, die Daten sowohl von als auch von PLC-uri sammelt und konsolidiert (Abbildung 1). Die SCADA übernimmt auf Anfrage die Daten aus Indikatorlesegeräten und dem Gerätezustand.

OPC und RTU arbeiten als a Datenkonzentrator. Die Daten werden mit einer Mensch-Maschine strukturiertSchnittstelle (HMI) in einem für den Bediener geeigneten Format, um Entscheidungen treffen zu können, die die Kommunikation zwischen den Geräten optimieren.

SCADA-Hardware

Abbildung 1 - SCADA-Hardware

Die RTU führt Folgendes aus:

  1. Die Verbindung mit überwachten Geräten;
  2. Ablesen des Gerätestatus (z. B. geöffnete / geschlossene Stellung des Ventils oder Relais);
  3. Erfassung von Messsignalen wie Druck, Durchfluss, Spannung oder Strom;
  4. Die Steuerung von Geräten durch das Senden von Befehlssignalen wie das Schließen eines Ventils oder Relais oder das Einstellen der Drehzahl einer Pumpe;
  5. Lesen der digitalen oder analogen Signale und Senden der Befehle mit beiden
    digitale oder analoge Signale.

Die SPS enthält einen Mikroprozessor für dieAutomatisierung von Prozessen. Eine SPS wird mit Eingangs- / Ausgangssensoren und Relais geliefert. SPS ist weniger aufwendig als bei alten Systemen, die Dutzende oder Hunderte von Relais und Zeitgebern verwendeten. Die SPS wird mit strukturierten Programmiersprachen und elementaren Verknüpfungen programmiert.

Der Begriff "Überwachungsstation”Bezieht sich auf die Server und Software, die für die Kommunikation mit den Geräten (RTUs, SPS usw.) und der HMI-Software verantwortlich sind, die auf einer Master-Station in der Leitwarte oder anderswo laufen.

Die Master-Station kann aus einem PC in zusammengesetzt seinkleines SCADA-System. In großen SCADA-Systemen kann die Master-Station mehrere Server, verteilte Softwareanwendungen und Disaster Recovery-Strategien enthalten.

Um die Integrität des Systems zu erhöhen, Die mehreren Server werden häufig in einer doppelt redundanten oder Hot-Standby-Topologie konfiguriert, sodass auch im Falle eines Serverausfalls Kontrolle und Überwachung möglich sind.

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Softwarearchitekturen

Die SCADA-Anwendungen werden auf Basis der implementiert Softwarearchitektur (Abbildung 2 unten). Die SCADA-Softwarearchitektur besteht aus mindestens zwei Komponenten:

  1. Die SCADA-Serveranwendung;
  2. Die SCADA-Clientanwendung;
SCADA-Softwarearchitektur

Abbildung 2 - SCADA-Softwarearchitektur

SCADA-Systeme

Abbildung 3 - SCADA-Systeme

SCADA-Server und SCADA-Client

Die SCADA-Serveranwendung ist für das Multitasking verantwortlich Speichern der SCADA-Clientanwendungen in einer Datenbank. Die SCADA-Clientanwendung empfängt Daten über die serielle Schnittstelle unter Verwendung der Protokolle RS232 und MODBUS RTU.

In vielen Fällen müssen die SCADA-Anträge seinan die Benutzer gerichtet und entfernt, die keine Internetverbindung haben. In diesem Fall ist eine neue Softwarekomponente auf einem Webserver erforderlich. Ein Webserver dient zur Generierung dynamischer Webseiten, die an Kunden zur Verfügung gestellt werden.

Die Web-SCADA-Clients können von einem Echtzeitzugriff (ähnlich wie normale SCADA-Clients) auf die Liste der Parameter, die Ereignisliste und die Alarmliste über einen einfachen Browser profitieren.

Die Web-SCADA-Clients erhalten jedoch keinegleiche grafische Benutzeroberfläche und verfügen über dieselben HMI-Funktionen wie die regulären SCADA-Clients. Die normalen SCADA-Clients sind daran gewöhnt, bestimmte Anwendungen auszuführen, im Gegensatz zu den Web SCADA-Clients, die die vom Web SCADA-Server bereitgestellten Webseiten anzeigen.

Um so viel Unterschied zwischen denreguläre SCADA-Clients und Web-SCADA-Clients Einige Laufwerke, Dienste und virtuelle Instrumente sind in HMI implementiert. Visualisierungssoftware zur Überwachung und Steuerung industrieller Prozesse wird als "Software" -HMI oder "SCADA-Software" bezeichnet.

HMI, wie es generisch genannt wird, bedeutet jeder Switch, Schnittstelle, über die Sie ein Gerät steuern können. Der Begriff "Automatisierung" bezieht sich auf die grafischen Oberflächen, die durch Interaktion mit der Maus und / oder der Tastatur oder durch Berührung implementiert werden.

HMI / SCADA erschien als Terminal fürBenutzer aus dem System mit SPS-Einheiten implementiert. Eine SPS ist so programmiert, dass sie einen Prozess automatisch steuert. Da die SPS-Einheiten in einem großen System verteilt sind, werden die Daten von der SPS gespeichert und dann übertragen. HMI / SCADA hat die Aufgabe, die Daten der SPS mithilfe eines bestimmten Protokolls zu sammeln und zu kombinieren.

HMI-Software kann mit einer Datenbank verbunden werden, um: die Diagramme und Diagramme in Echtzeit auszuführen:

  • Um die SPS-Daten zu analysieren;
  • Um die geplante Wartung zu behandeln;
  • Um die Schemata für einen bestimmten Sensor oder eine bestimmte Maschine zu bohren;
  • Die Methoden zur Fehlerbehebung des Systems anwenden.
SCADA-Energiemanagementsystem

Abbildung 4 - SCADA-Energiemanagementsystem

Das grundlegende SCADA-Protokoll ist MODBUSentworfen, um Daten an die Master-Station zu senden, auch wenn der Master die RTU-Station abfragt MODBUS basiert auf einer Master-Slave-Architektur, die auch als Client-Server-Architektur bezeichnet wird.

Das Protokoll ist für die Verwendung von Modicon in eigenen SPSen vorgesehen. Nun wurde es zu einem Kommunikationsstandard fürdie Industrie und wird derzeit am häufigsten für die Verbindung aller industriellen Geräte verwendet. Die Protokolle enthalten Erweiterungen für den Betrieb über das Transmission Control Protocol (TCP / IP).

In der Praxis wird vorgeschlagen die Sicherheit der Internetverbindung zu vermeiden, um das Risiko von Cyberangriffen zu verringern.

Dieses Protokoll verfügt über folgende Funktionen:

  1. Es ist ein offenes Protokoll mit verfügbarer Dokumentation.
  2. Es kann schnell implementiert werden (in wenigen Tagen, nicht Monaten);
  3. Es arbeitet mit Bits und Bytes, also keine besonderen Anforderungen an die Implementierung.

MODBUS ermöglicht die Verwaltung der Netzwerkgeräte, wodurch das SCADA-System mit neuen Funktionen hinsichtlich Flexibilität, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit bei hoher Leistung ausgestattet wird.

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Referenz // SCADA-Anwendungen für das elektrische Energiesystem von Naser Mahdavi Tabatabaei, Ali Jafari Aghbolaghi

Bemerkungen: