اسکادا ( Scada ) چیست، چگونه کار میکند و چه امکاناتی دارد

اسکادا ( Scada ) چیست، چگونه کار میکند و چه امکاناتی دارد

کنترل نظارت و جمع آوری داده ها یا اسکادا (SCADA یا Supervisory Control And Data Acquisition)، در صنایعی مانند انرژی، نفت و گاز، آب، نیرو و موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. این سیستم دارای یک سیستم متمرکز است که کل سایت ها را از یک کارخانه صنعتی گرفته تا مجموعه پلنت ها در سراسر کشور کنترل می کند.

تقریباً در هر نقطه ای که در دنیای امروز مشاهده می کنید ، نوعی سیستم اسکادا در پشت صحنه وجود دارد: حفظ سیستم های تبرید در سوپر مارکت محلی ، اطمینان از تولید و ایمنی در یک پالایشگاه ، دستیابی به استانداردهای کیفیت در یک تصفیه خانه فاضلاب یا حتی ردیابی به عنوان مثال چند مورد از انرژی شما در خانه استفاده می کنید

امکانات سیستم اسکادا

اسکادا یک سیستم کنترل اتوماسیون است که شامل سیستمی از نرم افزار و عناصر سخت افزاری بوده و به شما در سازمان های صنعتی اجازه می دهد:

• فرآیندهای صنعتی را بصورت محلی یا در مناطق دور افتاده کنترل کنید.
• نظارت ، جمع آوری و پردازش داده های زمان واقعی را داشته باشید.
• به طور مستقیم با تجهیزاتی مانند سنسور، ولو، پمپ، موتور و موارد دیگر از طریق نرم افزار رابط انسان و ماشین (HMI) ارتباط برقرار کنید.
• وقایع را در یک پرونده ثبت ضبط کنید.
• سیستم های SCADA برای سازمان های صنعتی بسیار مهم هستند زیرا آنها به حفظ کارآیی، پردازش داده ها برای تصمیمات دقیق تر و ارتباط با مسائل مربوط به سیستم برای کمک به کاهش خرابی کمک می کنند.

ساختار و معماری اسکادا

معماری اصلی SCADA با کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا واحدهای ترمینال از راه دور (RTU) آغاز می شود. PLC و RTU میکرو رایانه هایی هستند که با یکسری اشیاء مانند دستگاه های کارخانه، HMI ، سنسورها و دستگاه های نهایی ارتباط برقرار می کنند و سپس اطلاعات را از آن اشیاء با SCADA به سیستم کنترل یا کامپیوتر هدایت می کنند. نرم افزار SCADA داده ها را پردازش، توزیع و نمایش می دهد و به اپراتورها و سایر کارمندان کمک می کند تا داده ها را تجزیه و تحلیل کرده و تصمیمات مهمی بگیرند.

یک سیستم اسکادا با سیگنال هایی که از طریق کانال ها ارتباط برقرار می کنند، کار می کند تا کنترل از راه دور تجهیزات موجود در یک سیستم معین را در اختیار کاربر قرار دهد

به عنوان مثال ، سیستم SCADA به سرعت به یک اپراتور اطلاع می دهد که دسته ای از محصولات، بروز خطاهای زیادی را نشان می دهد. اپراتور عملیات را متوقف کرده و داده های سیستم اسکادا را از طریق HMI مشاهده می کند تا علت بروز مشکل را تعیین کند. اپراتور داده ها را بررسی می کند و فاش می کند که کدام ماشین ناقص بوده است. توانایی سیستم SCADA در اطلاع رسانی به اپراتور از یک مسئله به او کمک می کند تا آن را برطرف و از ضرر بیشتر جلوگیری کند.

یک فونداسیون برای تعالی عملیات

SCADA یک فناوری خاص نیست بلکه یک نوع کاربرد است. هر برنامه ای که به منظور کنترل و بهینه سازی آن سیستم، داده های مربوط به سیستم را دریافت می کند، یک برنامه SCADA است. این کاربرد ممکن است یک فرآیند تقطیر پتروشیمی، یک سیستم تصفیه آب، یک کمپرسور خط لوله یا هر چیز دیگری باشد.

اتوماسیون SCADA صرفاً وسیله ای برای رسیدن به هدف است و نه خود هدف. همه مشاغل در نیاز به حداکثر رساندن بازده دارایی از طریق تعالی عملی همگرا هستند. رقابتی ماندن به معنای یافتن پیوسته راههای جدید برای سریعتر و سبک تر شدن کار است. این فشار همیشه به افزایش بهره وری، کارآیی، چابکی، کیفیت و سودآوری است، در حالی که هزینه ها را به حداقل می رساند.

اجزاء سیستم اسکادا

در حالی که این سیستم ها یک زیرساخت مشخص را ساده می کنند ، اجزای آنها کاملاً پیچیده هستند. پنج قسمت کامپوننت اساسی سیستم SCADA وجود دارد:

• رابط ماشین انسان (HMI)
• سیستم نظارتی
• واحدهای ترمینال از راه دور (RTU)
• کنترل کننده های منطق قابل برنامه ریزی (PLC)
• زیرساخته و پروتکلهای ارتباطی

HMI داده های مربوط به هر برچسب را پردازش می کند و آن را به یک اپراتور انسانی ارسال می کند، در آنجا اپراتور می تواند سیستم را کنترل یا نظارت کند.

سیستم نظارتی، داده های ارسال شده از هر برچسب را جمع آوری می کند و دستورات یا عملیات را برای فرایند ارسال می کند.

RTU ها حسگرها را به هم متصل می کنند و سیگنال های آنها را به داده های دیجیتال تبدیل می کنند و آن را به سیستم نظارتی می فرستند، جایی که می توان آن را در یک پایگاه داده توزیع کرد.

PLC ها به عنوان دستگاه های میدانی مورد استفاده قرار می گیرند زیرا بسیار متنوع تر و مقرون به صرفه تر از RTU های خاص فرآیند هستند.

سرانجام، زیرساختهای ارتباطی، اتصال به سیستم نظارتی و سپس به RTU ها و PLC ها را برای کاربر می دهد. زیرساخت های ارتباطی برای انتقال اطلاعات از راه دور RTU / PLC ، که در امتداد شبکه های برقی ، تأمین آب و خطوط لوله انجام می شود ، ضروری است. ارتباطات مهمترین پیوند برای عملکرد صحیح سیستم SCADA است.

با این حال، چقدر سیستم ارتباطات از HMI به RTU و PLC را به طور اساسی مدیریت می کند، اساساً تعیین می کند که یک سیستم SCADA چقدر موفقیت آمیز می تواند باشد. در زیر یک شکل از یک سیستم اولیه SCADA برای یک زیرساخت مشخص به نظر می رسد.

سوالات اصلی برای تعمق هنگام انتخاب نرم افزار SCADA

اگر وظیفه انتخاب یک سیستم SCADA برای شرکت خود را دارید ، با در نظر گرفتن چگونگی تکامل نیازهای شما در طی ۱۵ سال آینده، که به طور معمول چرخه حیات سیستم های SCADA است، شروع کنید. آیا می توانید یک مدرک دقیق سیستم مورد نیاز را بنویسید که ۱۵ سال آینده اتوماسیون در حال تحول را شامل می شود؟

البته پیش بینی نیازهای اتوماسیون در حال تغییر، تقریباً غیرممکن است، به ویژه که قابلیت اتصال تجهیزات پلنت تغییر می کند. به این ترتیب، درک نه تنها آنچه که فناوری موجود می تواند امروز برای شما انجام دهد، بلکه یافتن یک شریک اتوماسیون آشنا با پتانسیل های فن آوری در حال ظهور برای راهنمایی شما در پاسخ به سؤالاتی مانند موارد زیر بسیار مهم است.

• اهداف کوتاه مدت و بلند مدت شرکت چیست؟ آیا اتوماسیون پیشنهادی با این اهداف سازگار است؟
• چه عملکرد تحت پوششی واقعاً به ادامه طولانی سیستم کمک خواهد کرد؟
• چگونه فناوری، ناسازگاری ها و هزینه های جاری را کاهش داده یا کاهش می دهد؟

سیستم های مدرن اسکادا

سیستم های مدرن SCADA اجازه می دهد تا داده های زمان واقعی ( real time ) از پلنت از هر جای دنیا قابل دسترسی باشند. این دسترسی به اطلاعات در زمان واقعی اجازه می دهد تا دولت ها، مشاغل و افراد تصمیم گیری های مبتنی بر داده ها در مورد چگونگی بهبود فرایندهای خود را اتخاذ کنند. بدون نرم افزار SCADA ، جمع آوری داده های کافی برای تصمیم گیریهای کاملاً آگاهانه، غیرممکن است.

همچنین ، اکثر اپلیکیشن های مدرن طراح SCADA دارای قابلیت توسعه سریع اپلیکیشن (RAD) هستند که به کاربران امکان می دهد برنامه ها را بطور نسبتاً ساده طراحی کنند، حتی اگر دانش کافی در مورد توسعه نرم افزار ندارند.

معرفی استانداردها و شیوه های نوین IT مانند SQL و برنامه های کاربردی مبتنی بر وب در نرم افزار اسکادا باعث افزایش بهره وری، امنیت، بهره وری و قابلیت اطمینان سیستم های SCADA شده است.

نرم افزار SCADA که از قدرت پایگاه داده های SQL بهره می برد، مزایای بزرگی نسبت به نرم افزار قدیمی SCADA دارد. یکی از مزیت های مهم استفاده از پایگاه های داده SQL با یک سیستم SCADA این است که ادغام در سیستم های MES و ERP موجود را آسان تر می کند و باعث می شود داده ها بصورت یکپارچه از طریق یک سازمان کامل جریان پیدا کنند.

سابقه داده های یک سیستم SCADA همچنین می تواند در یک پایگاه داده SQL وارد شود ، که امکان تجزیه و تحلیل داده ها از طریق روند داده ها را آسان تر می کند.

بهینه سازی عملکرد

در حالی که بسیاری از شرکت های انرژی، برق و آب هنوز از کار دستی برای انجام اندازه گیری و تنظیم استفاده می کنند، این وظایف را می توان به راحتی با سیستم های SCADA انجام داد. با استفاده از اتوماسیون در یک چارچوب ، می توان هزینه های کار را کاهش داد و همچنین خطاها را با اندازه گیری یا تنظیم به حداقل رساند.

به نظر می رسد سیستم های SCADA فقط داده ها را در یک پایگاه داده توزیع شده پردازش و ذخیره می کنند ، اما پیچیدگی بسیار بیشتری برای خود سیستم وجود دارد. این سیستم مزایای بی شماری نسبت به کار دستی مانند تنظیمات redundancy، پشتیبان گیری از داده های با مهر زمان و سیستم زنگ خطر امن دارد.

SCADA به جای استفاده از انسان برای بررسی خطاها در سراسر پلنت، شبکه یا خط لوله، از اسکریپت هایی استفاده می کند که مشکلات موجود در سیستم را تشخیص می دهد و به سرعت سیستم را از برای جلوگیری قطعی تنظیم می کند. اگر وقفه ای رخ دهد که از گذشته باشد، یک پایگاه داده توزیع شده SCADA به کارگران کمک می کند تا فوراً محل خرابی را تشخیص دهند.

همچنین، سیستم اتوماسیون، زمان بازیابی نیرو را که با قطعی همراه است، به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. از اتاق کنترل، با فشار دادن یک دکمه، اپراتور می تواند سوئیچ ها را فعال کرده و به تغییر مسیر قدرت به بخش های بدون عیب کمک کند.

سیستم های SCADA در حال حاضر قدرت در دسترس موجود در محاسبات ابری را دارند. این سیستم ها می توانند نزدیک به دقت زمان واقعی گزارش کنند و از محیط های ابری برای پیاده سازی الگوریتم های پیچیده تر استفاده کنند. این الگوریتم ها در غیر این صورت قابل اجرا در PLC ها یا RTU های سنتی نیستند. حتی بدون حضور در کارخانه ، کارگران می توانند به منابع محاسباتی مانند شبکه، ذخیره سازی، سرورها و کنترل تجهیزات دسترسی پیدا کنند.

محاسبات ابری از دو طریق پشتیبانی می شود: سیستم SCADA در محل کار می کند، به طور مستقیم به زیرساخت های ارتباطی متصل می شود و ارسال اطلاعات به ابر یا سیستم اسکادا کاملاً در شبکه ابری اجرا می شود و از راه دور به زیرساخت های ارتباطی متصل می شود.

ممکن است دستیابی به کنترلها به یک سایت در محل عملی باشد، محاسبات ابری از طریق برنامه های SCADA هنوز در برابر حملات سایبری بسیار آسیب پذیر است. اگر این سیستم با یک حمله مواجه شد، هکرها می توانند به داده ها و منابع سازمانی دسترسی داشته باشند که می توانند شرکت را در معرض دید خود قرار دهند.

امنیت SCADA

در حالی که سیستمهای اسکادا ایزوله شده در اختیار مهندسین، اپراتورها و تکنسین های سیستم بودند، در اولویت قرار ندادن همیشه اتصال ایمن سیستم های SCADA به شبکه های عمومی، بسیاری از سیستم عامل های SCADA را برای حمله باز می گذاشتند.

امروزه استانداردهای بی شماری برای پلت فرم امن اسکادا  وجود دارد که برای اجرا و بهره برداری آن توسط یک کاربر لازم است. اگر هر یک از این روشها و استانداردها به درستی انجام نشوند، می تواند بستر SCADA را برای حملات یا ویروس ها باز نگه دارد. با این وجود، حتی با وجود تمام این رویه ها و تجربه ها، عدم تأیید اعتبار زیادی در طراحی و بهره برداری از برخی شبکه های موجود SCADA وجود دارد.

در حالی که این سیستم ها شبکه های برق، خطوط لوله نفت و گاز و توزیع آب را کنترل می کنند، امنیت این سیستم ها باید بسیار خوب توسعه یابد زیرا این امر می تواند مشکلات عظیمی را در بسیاری از مناطق جامعه ایجاد کند.

در حالی که پلتفرمهای SCADA تعداد زیادی از مزایا و کاهش هزینه و خرابی سیستم را ارائه می دهند، هنوز تهدیدهای امنیتی زیادی وجود دارد که باید حل شوند. وظیفه سیستم عامل های SCADA این است که دسترسی سریع به PLC ها / RTU ها را در اختیار کاربران قرار داده و یکپارچه سازی ساده ای از کنترل تجهیزات در رابط های کاربر را فراهم کند.

این سیستم ها می توانند ابزاری عالی باشند ، اما باید به شدت از طریق HMI کنترل شوند. به عنوان مثال، سیستم می تواند یک موتور یا برق را روشن یا خاموش کند و می تواند تجهیزات را به صورت محلی کار کند.