SCADA 시스템이란 : 아키텍처 및 작동

대규모 산업 시설에서 많은 프로세스가 발생합니다. 각 기계가 서로 다른 출력을 제공하기 때문에 모니터링해야하는 모든 프로세스는 매우 복잡합니다. 원격 지역에있는 센서 및 기기에서 데이터를 수집하는 데 사용되는 SCADA 시스템. 그런 다음 컴퓨터는이 데이터를 처리하고 즉시 표시합니다. SCADA 시스템은 정보 (예 : 파이프 라인의 누출 발생)를 수집하고 정보를 시스템으로 다시 전송하는 동시에 누출이 발생했음을 알리고 정보를 논리적이고 체계적으로 표시합니다. DOS 및 UNIX 운영 체제에서 실행하는 데 사용되는 SCADA 시스템입니다. 이 전체 프로세스는 오토메이션 . 이 기사에서는 SCADA 시스템에 대한 개요를 설명합니다.

SCADA 시스템이란 무엇입니까?

SCADA는 감독 제어 및 데이터 수집을 나타냅니다. 공정 제어를위한 소프트웨어 응용 프로그램의 일종입니다. SCADA는 다음으로 구성된 중앙 제어 시스템입니다. 컨트롤러 네트워크 인터페이스, 입력 / 출력, 통신 장비 및 소프트웨어. SCADA 시스템은 제조, 생산, 개발 및 제조를 포함하는 산업 공정에서 장비를 모니터링하고 제어하는 ​​데 사용됩니다. 인프라 프로세스에는 가스 및 오일 분배, 전력, 물 분배가 포함됩니다. 공공 시설에는 버스 교통 시스템, 공항이 포함됩니다. SCADA 시스템은 미터를 읽고 정기적으로 센서의 상태를 확인하여 사람의 간섭을 최소화합니다.

일반 SCADA 네트워크

SCADA의 역사

이전에는 아날로그 장비와 푸시 버튼을 사용하여 산업 플랜트 및 제조 현장을 수동으로 제어 할 수있었습니다. 업계의 규모가 커짐에 따라 타이머와 릴레이를 사용하여 최소한의 자동화를 위해 고정 수준까지 감독 제어를 제공했습니다. 따라서 모든 산업에서보다 효율적인 시스템을 갖춘 완전 자동화가 필요했습니다.

산업용 제어 목적으로 컴퓨터가 1950 년에 구현되었다는 것을 알고 있습니다. 그 후 원격 측정의 개념은 데이터 전송과 가상 통신 . 1970 년에 SCADA 시스템은 PLC뿐만 아니라 마이크로 프로세서와 함께 개발되었습니다.

따라서 이러한 개념은 산업에서 원격으로 운영되는 자동화를 개발하는 동안 완전히 도움이되었습니다. 분산 형 SCADA 시스템은 2000 년에 구현되었습니다. 그 후 새로운 SCADA 시스템이 개발되어 전 세계 어디서나 실시간 데이터를 모니터링하고 제어 할 수 있습니다.

SCADA 시스템 아키텍처

일반적으로 SCADA 시스템은 전체 영역을 모니터링하고 제어하는 ​​중앙 집중식 시스템입니다. 하드웨어 위에 위치하는 순수한 소프트웨어 패키지입니다. 감독 시스템은 프로세스에 대한 데이터를 수집하고 명령 제어를 프로세스에 보냅니다. SCADA는 RTU라고도하는 원격 터미널 장치입니다.

대부분의 제어 작업은 RTU 또는 PLC에 의해 자동으로 수행됩니다. RTU는 특정 요구 사항에 맞게 설정할 수있는 프로그래밍 가능 논리 변환기로 구성됩니다. 예를 들어 화력 발전소에서 물의 흐름을 특정 값으로 설정하거나 요구 사항에 따라 변경할 수 있습니다.

SCADA 시스템을 사용하면 작업자가 유량에 대한 설정 값을 변경하고 유량 손실 및 고온시 경보 조건을 활성화 할 수 있으며 상태가 표시되고 기록됩니다. SCADA 시스템은 루프의 전체 성능을 모니터링합니다. SCADA 시스템은 유선 및 무선 기술로 Clint 장치와 통신하는 중앙 집중식 시스템입니다. SCADA 시스템 제어는 모든 종류의 산업 공정을 완전히 실행할 수 있습니다.

예를 들어 가스 파이프 라인에 너무 많은 압력이 축적되면 SCADA 시스템이 자동으로 릴리스 밸브를 열 수 있습니다.

하드웨어 아키텍처

일반적으로 SCADA 시스템은 두 부분으로 분류 할 수 있습니다.

• 클라이언트 계층
• 데이터 서버 계층

Clint 계층은 인간-기계 상호 작용을 제공합니다.

데이터 서버 계층은 대부분의 데이터 활동 프로세스를 처리합니다.

SCADA 스테이션은 서버를 의미하며 단일 PC로 구성됩니다. 데이터 서버는 PLC 또는 RTU와 같은 프로세스 컨트롤러를 통해 현장의 장치와 통신합니다. PLC는 직접 또는 네트워크 또는 버스를 통해 데이터 서버에 연결됩니다. SCADA 시스템은 WAN 및 LAN 네트워크를 사용하며 WAN 및 LAN은 마스터 스테이션과 장치 간의 통신에 사용되는 인터넷 프로토콜로 구성됩니다.

PLC 또는 RTU에 연결된 센서와 같은 물리적 장비. RTU는 센서 신호를 디지털 데이터로 변환하고 디지털 데이터를 마스터로 보냅니다. RTU에서 수신 한 마스터 피드백에 따라 릴레이에 전기 신호를 적용합니다. 대부분의 모니터링 및 제어 작업은 그림에서 볼 수 있듯이 RTU 또는 PLC에 의해 수행됩니다.

SCADA 시스템 하드웨어 아키텍처

소프트웨어 아키텍처

대부분의 서버는 멀티 태스킹 및 실시간 데이터베이스에 사용됩니다. 서버는 데이터 수집 및 처리를 담당합니다. SCADA 시스템은 추세, 진단 데이터를 제공하고 예정된 유지 관리 절차, 물류 정보, 특정 센서 또는 기계에 대한 자세한 회로도 및 전문가 시스템 문제 해결 가이드와 같은 정보를 관리하는 소프트웨어 프로그램으로 구성됩니다. 이는 운영자가 제어중인 플랜트의 개략도를 볼 수 있음을 의미합니다.

SCADA의 소프트웨어 아키텍처

예는 일반적으로 서버에 연결되는 매개 변수 세트에 대한 경보 확인, 계산, 로깅 및 아카이브 폴링 컨트롤러입니다.

SCADA 시스템 작동

SCADA 시스템은 다음 기능을 수행합니다.

• 데이터 수집
• 데이터 통신
• 정보 / 데이터 프레젠테이션
• 모니터링 / 제어

이러한 기능은 센서, RTU, 컨트롤러, 통신 네트워크에 의해 수행됩니다. 센서는 중요한 정보를 수집하는 데 사용되며 RTU는이 정보를 컨트롤러에 전송하고 시스템 상태를 표시하는 데 사용됩니다. 시스템 상태에 따라 사용자는 다른 시스템 구성 요소에 명령을 내릴 수 있습니다. 이 작업은 통신 네트워크에 의해 수행됩니다.

데이터 수집

실시간 시스템은 수천 개의 구성 요소와 센서로 구성됩니다. 특정 구성 요소 및 센서의 상태를 아는 것은 매우 중요합니다. 예를 들어, 일부 센서는 저수지에서 물 탱크로의 물 흐름을 측정하고 일부 센서는 저수지에서 물이 방출 될 때 압력 값을 측정합니다.

데이터 통신

SCADA 시스템은 유선 네트워크를 사용하여 사용자와 장치간에 통신합니다. 실시간 애플리케이션은 원격으로 제어해야하는 많은 센서와 구성 요소를 사용합니다. SCADA 시스템은 인터넷 통신을 사용합니다. 모든 정보는 특정 프로토콜을 사용하여 인터넷을 통해 전송됩니다. 센서 및 릴레이는 네트워크 프로토콜과 통신 할 수 없으므로 RTU는 센서 및 네트워크 인터페이스를 통신하는 데 사용됩니다.

정보 / 데이터 프레젠테이션

일반 회로 네트워크에는 제어 할 수있는 몇 가지 표시기가 있지만 실시간 SCADA 시스템에는 동시에 처리 할 수없는 수천 개의 센서와 경보가 있습니다. SCADA 시스템은 인간-기계 인터페이스 (HMI) 다양한 센서에서 수집 한 모든 정보를 제공하기 위해 .

모니터링 / 제어

SCADA 시스템은 서로 다른 스위치를 사용하여 각 장치를 작동하고 제어 영역의 상태를 표시합니다. 이 스위치를 사용하여 제어 스테이션에서 프로세스의 모든 부분을 켜고 끌 수 있습니다. SCADA 시스템은 사람의 개입없이 자동으로 작동하도록 구현되지만 중요한 상황에서는 인력이 처리합니다.

SCADA 구성 요소

SCADA 시스템 구성 요소에는 다음이 포함됩니다.

감독 시스템

감시 시스템은 RTU, 센서, PLC 등과 같은 장치뿐만 아니라 워크 스테이션의 제어실 내의 휴먼-머신 인터페이스 소프트웨어 사이에서 통신 서버처럼 작동합니다. 소형 SCADA 시스템에는 마스터 역할을하는 단일 개인용 컴퓨터가 포함됩니다. 대규모 SCADA 시스템에는 수많은 서버, 비극 복구 사이트 및 분산 소프트웨어 애플리케이션이 포함됩니다. 서버는 핫 스탠바이 구성처럼 연결되며 그렇지 않으면 이중 중복으로 서버 장애를 지속적으로 모니터링합니다.

RTU (원격 터미널 장치)

RTU 또는 원격 터미널 장치는 전자 장치이며 원격 원격 측정 장치라고도합니다. 이 시스템은 RTU를 통해 인터페이스되는 물리적 개체로 구성됩니다.

이러한 장치의 제어는 마이크로 프로세서를 통해 수행 할 수 있습니다. 여기서 마이크로 프로세서는 기록 된 데이터를 감독 시스템으로 전송하는 데 사용되는 RTU를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 연결된 개체를 제어하기 위해 마스터 시스템에서 데이터를 수신 할 수 있습니다.

PLC (프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러)

PLC라는 용어는 센서의 도움을 받아 SCADA 시스템에서 사용되는 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러를 나타냅니다. 이 컨트롤러는 센서의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위해 센서에 연결됩니다. RTU와 비교할 때 유연성, 구성, 다 용성 및 경제성으로 인해 사용됩니다.

통신 인프라

SCADA 시스템에서는 라디오와 직접 유선 연결이 혼합되어 사용됩니다. 그러나 SONET 또는 SDH는 발전소 및 철도와 같은 우수한 시스템에도 활용할 수 있습니다. RTU가 감독 스테이션을 통해 폴링되면 정보를 전달하기 위해 컴팩트 SCADA 프로토콜 사이에 표준화 된 7 개의 인식 된 프로토콜이 거의 사용되지 않습니다.

SCADA 프로그래밍

HMI에서 마스터 스테이션이 아닌 경우 SCADA 프로그래밍은 주로 맵, 다이어그램을 만드는 데 사용되어 이벤트 실패가 발생할 때 진행 과정 전반에 걸쳐 매우 중요한 정보를 제공합니다. 대부분의 상용 SCADA 시스템은 C 프로그래밍 언어에서 일관된 인터페이스를 사용합니다. 그렇지 않으면 파생 된 프로그래밍 언어도 사용할 수 있습니다.

휴먼 머신 인터페이스

SCADA 시스템은 인간-기계 인터페이스를 사용합니다. 정보는 사람이 처리하도록 표시되고 모니터링됩니다. HMI는 PLC 및 RTU가 될 수있는 여러 제어 장치에 대한 액세스를 제공합니다. HMI는 시스템의 그래픽 표현을 제공합니다.

예를 들어, 탱크에 연결된 펌프의 그래픽 그림을 제공합니다. 사용자는 물의 흐름과 물의 압력을 볼 수 있습니다. HMI의 중요한 부분은 사전 정의 된 값에 따라 활성화되는 알람 시스템입니다.

휴먼 머신 인터페이스

예를 들면 , 탱크 수위 경보는 60 % 및 70 % 값으로 설정됩니다. 수위가 60 % 이상에 도달하면 경보는 정상적인 경고를 제공하고 수위가 70 % 이상에 도달하면 경보는 심각한 경고를 제공합니다.

SCADA 시스템의 유형

SCADA 시스템은 다음과 같은 4 가지 유형으로 분류됩니다.

• 모 놀리 식 SCADA 시스템
• 분산 SCADA 시스템
• 네트워크로 연결된 SCADA 시스템
• IoT SCADA 시스템

모 놀리 식 SCADA 시스템

모 놀리 식 SCADA 시스템은 초기 또는 1 세대 시스템이라고합니다. 이러한 유형의 시스템에서는 미니 컴퓨터가 사용됩니다. 이러한 시스템의 개발은 일반적인 네트워크 서비스를 사용할 수 없을 때 수행 할 수 있습니다. 이러한 시스템의 설계는 다른 시스템과의 관계없이 독립적 인 시스템처럼 수행 될 수 있습니다.

백업 메인 프레임을 사용하여 모든 RTU에서 데이터를 수집 할 수 있습니다. 이러한 1 세대 시스템의 주요 기능은 위기 상황에서 프로세스를 표시하고 센서를 모니터링하는 데 제한됩니다.

분산 SCADA 시스템

분산 형 SCADA 시스템을 2 세대 시스템이라고합니다. 제어 기능의 분배는 근거리 통신망에 연결하여 여러 시스템에 걸쳐 수행 할 수 있습니다. 실시간 데이터 공유 및 명령 처리를 통해 제어 작업을 수행 할 수 있습니다.

이러한 유형의 시스템에서는 각 스테이션의 크기와 비용이 줄어들지 만 일관된 네트워크 프로토콜이 없었습니다. 프로토콜이 독점적이기 때문에 설치하는 동안 SCADA 시스템 보안을 이해하는 사람이 적고이 요소가 크게 무시되었습니다.

네트워크로 연결된 SCADA 시스템

네트워크로 연결된 SCADA 시스템은 3 세대 시스템이라고도합니다. 현재 SCADA 시스템의 네트워킹 및 통신은 데이터 회선 또는 전화를 통해 WAN 시스템을 사용하여 수행 할 수 있습니다. 두 노드 간의 데이터 전송은 이더넷 또는 광섬유 연결을 사용하여 수행 할 수 있습니다.

이 유형의 SCADA 시스템은 PLC 주요 선택이 필요한 경우 플래그 지정 작업을 조정하고 모니터링합니다.

IoT SCADA 시스템

IoT SCADA 시스템은 4 세대 시스템입니다. 이러한 시스템에서는 다음을 통해 IoT를 구현하여 시스템의 인프라 비용을 절감합니다. 클라우드 컴퓨팅 . 이러한 시스템을 유지 관리하고 통합하는 것은 다른 시스템에 비해 쉽습니다.

실시간으로 이러한 시스템의 상태를 클라우드 컴퓨팅을 통해보고 할 수 있습니다. 따라서 일반적인 PLC에서 자주 사용되는 복잡한 제어와 같은 알고리즘을 구현할 수 있습니다.

SCADA 보안

현재 SCADA 네트워크는 현재 산업에서 실시간 데이터를 확인 및 검사하고 산업 프로세스를 제어하고 장치와 통신하는 데 광범위하게 사용됩니다. 따라서 SCADA 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하기 때문에 산업 조직에 필수적입니다. 따라서 SCADA 보안은 산업 분야에서도 필수적입니다.

SCADA 보안이라는 용어는 컴퓨터 하드웨어로 제작 된 SCADA 네트워크를 보호하는 데 사용됩니다. 일부 시스템에서 사용하는 SCADA 네트워크는 전기 , 천연 가스 등. 민간 및 정부 기관은 SCADA 시스템의 보안을 보장하는 귀중한 역할 때문에 이러한 네트워크의 조치를 취했습니다.

SCADA 보안의 예

SCADA 시스템에서 발생하는 위협은 다음과 같습니다.

• 해커
• 테러리스트
• 악성 코드
• 내부 오류

SCADA 보안의 약점은 주로 다음과 같은 이유로 발생합니다.

• 불쌍한 훈련
• 앱의 허점 개발
• 모니터링 중 문제
• 적은 유지 관리

SCADA 시스템은 현재의 모든 시스템을 매핑하고, 연구소를 모니터링 및 감지하고, 네트워크 보안을위한 프로세스를 생성하여 보호 할 수 있습니다.

PLC와 SCADA의 차이점

PLC와 SCADA의 차이점은 다음과 같습니다.

원격 산업 플랜트 용 SCDA

대규모 산업 시설에서는 많은 프로세스가 동시에 발생하고 각 프로세스를 모니터링해야하는데 이는 복잡한 작업입니다. SCADA 시스템은 물 분배, 오일 분배 및 전력 분배를 포함하는 산업 공정에서 장비를 모니터링하고 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이 프로젝트의 주요 목적은 실시간 데이터를 처리하고 대규모 원격 산업 환경을 제어하는 ​​것입니다. 실시간 시나리오에서는 원격 공장 운영을위한 온도 로깅 시스템이 사용됩니다.

온도 제어 산업 플랜트의 블록 다이어그램

온도 센서는 프런트 엔드의 PC에 연결된 마이크로 컨트롤러에 연결되고 소프트웨어는 컴퓨터에로드됩니다. 데이터는 온도 센서에서 수집됩니다. 온도 센서는 계속해서 신호를 마이크로 컨트롤러로 보내며 이에 따라 전면 패널에 이러한 값을 표시합니다.

컴퓨터 화면에서 하한 및 상한과 같은 매개 변수를 설정할 수 있습니다. 센서의 온도가 설정 지점을 초과하면 마이크로 컨트롤러가 해당 릴레이에 명령을 보냅니다. 릴레이 접점을 통해 연결된 히터가 꺼지고 켜집니다.

이것은 온도 로깅 시스템입니다. 여기서 멀티플렉싱 모드의 8 개 온도 센서는 ADC 0808을 통해 마이크로 컨트롤러에 연결됩니다. 그런 다음 모든 센서의 값은 마이크로 컨트롤러에 의해 Max 32를 통해 PC의 com 포트로 직렬로 전송됩니다. PC에로드 된 소프트웨어 'DAQ 시스템'은이 값을 가져 와서 전면 패널에 표시하고 'daq.mdb'데이터베이스에 기록합니다.

컴퓨터 화면에서 설정 점, 하한 및 상한과 같은 일부 매개 변수를 대화식 방식으로 설정할 수 있습니다. 일부 센서의 온도가 설정 값 이상으로 상승하면 마이크로 컨트롤러는 릴레이 드라이버 IC에 명령을 보냅니다. 릴레이 접점을 통해 연결된 히터는 (해당 센서에 따라 다름) 꺼져 있습니다 (또는 반대의 경우 켜짐). 상한 및 하한은 경보 용입니다. 온도가 상한선을 초과하거나 하한선 아래로 내려 가면 알람이 켜집니다.

원격 산업 플랜트 용 SCADA

장점

SCADA 시스템의 장점은 다음과 같습니다.

• 서비스 품질이 향상 될 수 있습니다.
• 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
• 유지 보수 비용이 적습니다.
• 작업을 줄일 수 있습니다.
• 대규모 시스템 매개 변수 모니터링 가능
• 인력 절감 가능
• 수리 시간 단축 가능
• 오류 감지 및 오류 위치 파악
• 많은 양의 데이터를 저장합니다.
• 사용자 요구 사항에 따라 다양한 형식으로 데이터를 표시합니다.
• 제어 및 모니터링을 위해 수천 개의 센서를 SCADA와 인터페이스 할 수 있습니다.
• 운영자가 실제 데이터 시뮬레이션을 얻을 수 있습니다.
• 빠른 응답 제공
• 추가 리소스를 추가하면서 유연하고 확장 가능합니다.
• SCADA 시스템은 온보드 기계 및 그래픽 정보를 제공합니다.
• SCADA 시스템은 쉽게 확장 할 수 있습니다. 요구 사항에 따라 제어 장치 및 센서 세트를 추가 할 수 있습니다.
• SCADA 시스템은 중요한 상황에서 작동 할 수 있습니다.

단점

SCADA 시스템의 단점은 다음과 같습니다.

• 종속 모듈 및 하드웨어 장치 측면에서 복잡합니다.
• 유지하려면 분석가, 프로그래머 및 숙련 된 운영자가 필요합니다.
• 높은 설치 비용
• 실업률을 높일 수 있습니다.
• 이 시스템은 하드웨어 장치 및 제한된 소프트웨어를 지원합니다.

응용

SCADA 시스템의 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 전력 생성 및 분배
• 대중 교통
• 상하수도 시스템
• 조작
• 산업 및 건물
• 통신 네트워크
• 석유 및 가스 산업
• 발전, 송전 및 배전
• 물 분배 및 저수지 시스템
• 전기 난방 및 냉방 시스템과 같은 공공 건물.
• 발전기 및 터빈
• 신호등 제어 시스템

따라서 이것은 SCADA 시스템의 개요 (감독 제어 및 데이터 수집). 이 시스템은 컴퓨터로 제어되며 공장의 다양한 프로세스를 제어하고 모니터링하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 GUI (그래픽 사용자 인터페이스), 데이터 통신 및 모니터링 시스템을위한 확장 관리를 사용합니다. PLC 란 무엇입니까?

사진 크레딧 :

• 일반 SCADA 네트워크 mycpanel