3 Generationen von SCADA-Systemarchitekturen, die Sie kennen sollten
Generationen
SCADA-Systeme haben sich parallel zum Wachstum und zur Entwicklung moderner Computertechnologie entwickelt.
Dritte Generation von Steuerungs- und Datenerfassungs- (SCADA) -Systemen und digitalen Steuersystemen (DCS) - Über das Fotoverteilungssystem von Elektrovojvodina, Serbisches Institut „Mihailo Pupin“
In den folgenden Abschnitten wird Folgendes beschrieben drei Generationen von SCADA-Systemen:
- Erste Generation - monolithisch
- Zweite Generation - verteilt
- Dritte Generation - vernetzt
- Abwasseraufbereitungsanlage - SCADA (VIDEO)
1. Monolithische SCADA-Systeme
Bei der Entwicklung von SCADA-Systemen konzentrierte sich das Konzept des Rechnen im Allgemeinen auf "Mainframe" -Systeme. Netzwerke waren im Allgemeinen nicht vorhanden, und jedes zentralisierte System stand für sich allein. SCADA-Systeme waren daher Standalone-Systeme, die praktisch keine Verbindung zu anderen Systemen hatten.
Die in SCADA-Netzwerken verwendeten Kommunikationsprotokolle wurden von Anbietern von RTU-Geräten entwickelt und waren oft proprietär.
Darüber hinaus waren diese Protokolle generell sehr "mager"unterstützt praktisch keine weitere FunktionalitätDies erforderte das Scannen und Kontrollieren von Punkten innerhalb des Remote-Geräts. Es war im Allgemeinen auch nicht möglich, andere Arten von Datenverkehr mit RTU-Kommunikationen im Netzwerk zu vermischen.
Konnektivität zur SCADA-Master-Station selbstwar vom Systemanbieter sehr begrenzt. Verbindungen zum Master wurden normalerweise auf Busebene über einen proprietären Adapter oder Controller hergestellt, der an den Master angeschlossen ist Central Processing Unit (CPU) Backplane.
Abbildung 1 - SCADA-Architektur der ersten Generation
Die Redundanz in diesen Systemen der ersten Generation wurde von erreicht die Verwendung von zwei identisch ausgestatteten Mainframe-Systemen, einem primären und einem Backup, die auf Busebene angeschlossen sind.
Die Hauptfunktion des Standby-Systems warÜberwachen Sie die Primärdatenbank und übernehmen Sie im Falle eines festgestellten Fehlers. Diese Art von Bereitschaftsbetrieb bedeutete, dass wenig oder keine Verarbeitung auf dem Bereitschaftssystem durchgeführt wurde. Abbildung 1 zeigt eine typische SCADA-Architektur der ersten Generation.
2. Verteilte SCADA-Systeme
Die nächste Generation von SCADA-Systemen nutzte Entwicklungen und Verbesserungen Systemminiaturisierung und Local Area Networking (LAN) -Technologie um die Verarbeitung auf mehrere Systeme zu verteilen. Mehrere Stationen mit jeweils einer bestimmten Funktion wurden in Echtzeit mit einem LAN verbunden und Informationen gemeinsam genutzt.
Einige dieser verteilten Stationen dienten als Kommunikationsprozessoren und kommunizierten hauptsächlich mit Feldgeräten wie RTUs. Einige dienten als Bedienerschnittstellen für die Bereitstellung der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) für Netzbetreiber. Wieder andere dienten als Berechnungsprozessoren oder Datenbankserver.
Remote Terminal Unit (RTU)
Die Verteilung der einzelnen SCADA-Systemfunktionen auf mehrere Systeme wird bereitgestellt mehr Rechenleistung für das System Als ein ganze als wäre in einem einzigen verfügbar gewesenProzessor. Die Netzwerke, die diese einzelnen Systeme miteinander verbanden, basierten im Allgemeinen auf LAN-Protokollen und konnten die Grenzen der lokalen Umgebung nicht überschreiten.
Einige der verwendeten LAN-Protokolle waren vonEine proprietäre Natur, bei der der Anbieter sein eigenes Netzwerkprotokoll oder eine eigene Version erstellt hat, anstatt ein vorhandenes Protokoll aus dem Regal zu ziehen. Dies ermöglichte es einem Anbieter, sein LAN-Protokoll für Echtzeitverkehr zu optimieren. Die Verbindung von Netzwerken anderer Anbieter mit dem SCADA-LAN wurde jedoch eingeschränkt (oder effektiv aufgehoben).
Figur 2 zeigt typische SCADA-Architektur der zweiten Generation.
Abbildung 2 - SCADA-Architektur der zweiten Generation
Die Verteilung der Systemfunktionalität auf vernetzte Systeme diente nicht nur zur Steigerung der Rechenleistung, sondern auch zur Steigerung der Rechenleistung die Redundanz und Zuverlässigkeit des Systems insgesamt zu verbessern. Anstelle des einfachen primären / Standby-FehlersÜber das Schema, das in vielen Systemen der ersten Generation verwendet wurde, hielt die verteilte Architektur oft alle Stationen im LAN ständig online.
Wenn beispielsweise eine HMI-Station ausfällt, Eine andere HMI-Station könnte zum Betrieb des Systems verwendet werden, ohne auf Failover vom primären System auf das sekundäre System zu warten.
Das WAN dient zur Kommunikation mit Geräten imDas Feld war durch die Entwicklung von LAN-Konnektivität zwischen lokalen Stationen am SCADA-Master weitgehend unverändert. Diese externen Kommunikationsnetze waren immer noch auf RTU-Protokolle beschränkt und standen für andere Arten von Netzwerkverkehr nicht zur Verfügung.
3. Vernetzte SCADA-Systeme
Die aktuelle Generation der SCADA-Master-StationDie Architektur steht in engem Zusammenhang mit der zweiten Generation. Der Hauptunterschied besteht in einer offenen Systemarchitektur und nicht in einer herstellergesteuerten, proprietären Umgebung.
Es gibt immer noch mehrere vernetzte Systeme, die Masterstationsfunktionen gemeinsam nutzen. Es gibt immer noch RTUs, die Protokolle verwenden, die proprietär sind.
Offene Standards beseitigen eine Reihe vonEinschränkungen früherer Generationen von SCADA-Systemen. Die Verwendung von Standardsystemen macht es dem Benutzer einfacher, Peripheriegeräte von Drittanbietern (z. B. Monitore, Drucker, Festplatten, Bandlaufwerke usw.) an das System und / oder das Netzwerk anzuschließen.
Da sie umgezogen sindöffnen" oder "ab Lager“Systeme haben SCADA-Anbieter nach und nach aus dem Hardware-Entwicklungsgeschäft herausgekommen. Diese Anbieter haben sich auf Systemanbieter wie Compaq, Hewlett Packard, und Sun Microsystems für ihre Expertise bei der Entwicklung der grundlegenden Computerplattformen und Betriebssystemsoftware.
Dies ermöglicht es SCADA-Anbietern, ihre Entwicklung auf einen Bereich zu konzentrieren, in dem sie dem System einen spezifischen Mehrwert gegenüber der SCADA-Master-Station-Software hinzufügen können.
Die Hauptverbesserung bei SCADA-Systemen der dritten Generation beruht auf der Verwendung von WAN-Protokollen wie dem Internetprotokoll (IP) für die Kommunikation zwischen Zentrale undKommunikationsausrüstung. Dadurch kann der Teil der Master-Station, der für die Kommunikation mit den Feldgeräten verantwortlich ist, von der Master-Station "richtig" über ein WAN getrennt werden.
Anbieter produzieren jetzt RTUs das über eine Ethernet-Verbindung mit der Master-Station kommunizieren kann.
Figur 3 steht für ein vernetztes SCADA-System.
Abbildung 3 - SCADA-System der dritten Generation
Ein weiterer Vorteil der Verteilung der SCADA-Funktionalität über ein WAN ist der von Katastrophenüberlebensfähigkeit. Die Verteilung der SCADA-Verarbeitung über ein LAN in Systemen der zweiten Generation verbessert die ZuverlässigkeitBei einem Totalausfall der Anlage, in der sich der SCADA-Master befindet, kann jedoch auch das gesamte System verloren gehen.
Für einige Organisationen, die SCADA als überkritische Funktion ansehen, ist dies ein echter Vorteil.
Abwasseraufbereitungsanlage - SCADA (VIDEO)
Ressource: Systeme zur Überwachung und Datenerfassung (SCADA) - Communication Technologies, Inc.