Промышленная система управления

Система промышленного управления ( ICS ) представляет собой электронную систему управления и связанная с ними инструменты, используемые для управления промышленным процессом . Системы управления могут варьироваться в размере от нескольких модульных панельных контроллеров до крупных взаимосвязанных и интерактивных распределенных систем управления (DCS) со многими тысячами полевых соединений. Системы управления получают данные от удаленных датчиков измерения переменных процесса (PVS), сравните собранные данные с желаемыми заданиями (SPS) и выводят функции команд, которые используются для управления процессом через конечные элементы управления (FCE), такие как управляющие клапаны .

Крупные системы обычно реализуются с помощью систем контроля над контролем и сбора данных (SCADA) или DCS, а также программируемых логических контроллеров (ПЛК), хотя системы SCADA и ПЛК масштабируются до небольших систем с небольшим количеством петель управления. ^{[ 1 ]} Такие системы широко используются в таких отраслях, как химическая обработка, производство целлюлозы и бумаги, производство электропередачи, переработка нефти и газа, а также телекоммуникации.

Дискретные контроллеры

Самые простые системы управления основаны на небольших дискретных контроллерах с одним циклом управления каждый. Обычно они установлены панелью, которая позволяет прямого просмотра передней панели и предоставляет средства ручного вмешательства оператором, либо для ручного управления процессом, либо для изменения задач управления. Первоначально это были бы пневматические контроллеры, некоторые из которых все еще используются, но почти все сейчас электронные.

Довольно сложные системы могут быть созданы с помощью сетей этих контроллеров, передавающихся с использованием стандартных протоколов отрасли. Сеть позволяет использовать локальные или удаленные интерфейсы оператора SCADA и позволяет каскадным и взаимодействуя с контроллерами. Однако по мере увеличения количества циклов управления для проектирования системы существует точка, когда использование программируемого логического контроллера (ПЛК) или распределенной системы управления (DCS) является более управляемым или экономически эффективным.

Распределенные системы управления

Распределенная система управления (DCS) - это цифровая система управления процессом (ПК) для процесса или установки, при которой функции контроллера и модули полевого соединения распределены по всей системе. По мере роста количества петель управления DCS становится более экономически эффективным, чем дискретные контроллеры. Кроме того, DCS обеспечивает надзорное просмотр и управление в больших промышленных процессах. В DCS иерархия контроллеров подключается сетями связи , позволяя централизованным помещениям управления и локальным мониторингом и контролем на заводах. ^{[ 2 ]}

DCS обеспечивает легкую конфигурацию элементов управления установки, таких как каскадные петли и блокировки, и простое взаимодействие с другими компьютерными системами, такими как управление производством . ^{[ 3 ]} Он также обеспечивает более сложную обработку тревоги, вводит автоматическую регистрацию событий, устраняет необходимость в физических записях, таких как записи диаграммы, и позволяет управляющему оборудованию быть в сети и тем самым расположено локально для управляемого оборудования для снижения кабеля.

DC, как правило, используют процессоры, разработанные на заказ в качестве контроллеров, и использует либо проприетарные взаимосвязи, либо стандартные протоколы для связи. Входные и выходные модули образуют периферические компоненты системы.

Процессоры получают информацию из входных модулей, обрабатывают информацию и определяют управляющие действия, которые будут выполнены выходными модулями. Входные модули получают информацию от сенсорных инструментов в процессе (или поле), а выходные модули передают инструкции в конечные элементы управления, такие как управляющие клапаны .

Входные данные и выходы поля могут быть либо непрерывно изменять аналоговые сигналы, например, ток -цикл или 2 сигнала состояния, которые включаются или выключены , такие как контакты реле или полупроводниковый переключатель.

Распределенные системы управления обычно могут также поддерживать Foundation Fieldbus , Profibus , Hart , Modbus и другие шины цифровой связи, которые содержат не только входные и выходные сигналы, но и расширенные сообщения, такие как диагностика ошибок и сигналы статуса.

Scada Systems

Управление контролем и сбором данных (SCADA)-это архитектура системы управления , которая использует компьютеры, сетевые коммуникации данных и графические пользовательские интерфейсы для управления надзором высокого уровня. Интерфейсы оператора, которые обеспечивают мониторинг и выдачу команд процесса, такие как изменения заданного контроллера, обрабатываются через компьютерную систему надзора SCADA. Тем не менее, логика управления в реальном времени или расчеты контроллера выполняются с помощью сетевых модулей, которые подключаются к другим периферийным устройствам, таким как программируемые логические контроллеры и дискретные контроллеры PID , которые взаимодействуют с процессной установкой или механизмом. ^{[ 4 ]}

Концепция SCADA была разработана как универсальное средство удаленного доступа к различным локальным модулям управления, которые могут быть от разных производителей, позволяющих доступа через стандартные протоколы автоматизации . На практике крупные системы SCADA стали очень похожими на функционирование распределенных систем управления , но с использованием множества средств взаимодействия с заводом. Они могут контролировать крупномасштабные процессы, которые могут включать несколько участков и работать на больших расстояниях. ^{[ 5 ]} Это широко используемые архитектурные системы управления промышленным контролем, однако существуют опасения, что системы SCADA уязвимы для Cyberwarfare или кибертерроризма . атак ^{[ 6 ]}

Программное обеспечение SCADA работает на уровне надзора, поскольку управляющие действия выполняются автоматически RTUS или PLCS. Функции управления SCADA обычно ограничиваются основным вмешательством на уровне надзора или надзора. Цикл управления обратной связью напрямую контролируется RTU или PLC, но программное обеспечение SCADA контролирует общую производительность цикла. Например, ПЛК может контролировать поток охлаждающей воды через часть промышленного процесса до уровня установленной точки, но программное обеспечение SCADA System позволит операторам изменить установленные точки для потока. SCADA также позволяет отображать и записывать условия тревоги, такие как потеря потока или высокая температура.

Программируемые логические контроллеры

ПЛК могут варьироваться от небольших модульных устройств с десятками входов и выходов (ввода/вывода) в интеграле корпуса с процессором, до крупных модульных устройств, установленных на стойке с подсчетом тысяч ввода-вывода, и которые часто сетевы на другие ПЛК и SCADA Systems. Они могут быть спроектированы для множественных расположений цифровых и аналоговых входов и выходов, расширенных диапазонов температуры, иммунитета к электрическому шуму и сопротивления вибрации и воздействию. Программы по управлению работой машины обычно хранятся в поддерживаемой батареи или нелетучивой памяти . ^{[ 7 ]}

История

Контроль процесса крупных промышленных предприятий развивался на протяжении многих этапов. Первоначально контроль был от панелей локально до процесса. Однако это потребовало, чтобы персонал занимался этими рассеянными панелями, и общего представления о процессе не было. Следующим логическим развитием была передача всех измерений растений в центральную управляющую комнату с постоянно отталкиваемой. Часто контроллеры находились за панелями управления, и все автоматические и ручные управляющие выходы были индивидуально переданы обратно на установку в виде пневматических или электрических сигналов. Эффективно это была централизация всех локализованных панелей, с преимуществами снижения требований к рабочей силе и консолидированного обзора процесса.

Однако, предоставляя центральное направление управления, это расположение было негибким, так как каждый цикл управления имел собственное оборудование контроллера, поэтому системные изменения требовали реконфигурации сигналов путем повторного пипетки или повторного проводки. Это также требовало постоянного движения оператора в большой диспетчерской, чтобы контролировать весь процесс. Благодаря появлению электронных процессоров, высокоскоростных электронных сигнальных сетей и электронных графических дисплеев, стало возможным заменить эти дискретные контроллеры на компьютерные алгоритмы, размещенные в сети входных/выходных стоек на их собственные процессоры управления. Они могут быть распределены вокруг завода и будут общаться с графическими дисплеями в диспетчерской. Концепция распределенного контроля была реализована.

Внедрение распределенного контроля позволило гибко взаимосвязан и повторно конфигурации управления растениями, такими как каскадированные петли и блокировки, и взаимодействие с другими производственными компьютерными системами. Он позволил изысканной обработке сигналов тревоги, внедренной автоматической регистрации событий, удалил необходимость в физических записях, таких как записи диаграмм, позволил управлять стойками в сети и, таким образом, расположены на местном уровне для уменьшения кабелей, и предоставили обзоры высокого уровня статуса завода и статус завода и, тем самым Производственные уровни. Для больших систем управления общая коммерческая система управления распределенной именем (DCS) была придуманна для обозначения проприетарных модульных систем от многих производителей, которые интегрировали высокоскоростные сети и полный набор дисплеев и управляющих стоек.

В то время как DCS был адаптирован для удовлетворения потребностей крупных непрерывных промышленных процессов, в отраслях, где комбинаторная и последовательная логика была основным требованием, ПЛК развивалась из необходимости замены стойки реле и таймеров, используемых для управления событиями. Старым элементам управления было трудно повторно конфигурировать и отладку, а управление ПЛК позволило сетевым взаимодействием сигналов в центральную область управления с электронными дисплеями. ПЛК были впервые разработаны для автомобильной промышленности на производственных линиях транспортных средств, где последовательная логика становилась очень сложной. ^{[ 8 ]} Вскоре он был принят в большом количестве других применений, управляемых событиями, варьированными, как печатные прессы и водоочистные станции.

История SCADA коренится в приложениях для распределения, таких как мощность, природная газа и водопроводные трубопроводы, где необходимо собирать удаленные данные с помощью потенциально ненадежных или прерывистых низкополагаемых и высоких связей. Системы SCADA используют управление открытым контуром с сайтами, которые широко разделены географически. Система SCADA использует удаленные терминальные единицы (RTU) для отправки контрольных данных обратно в центр управления. Большинство систем RTU всегда имели некоторую способность обрабатывать локальный контроль, в то время как главная станция недоступна. Тем не менее, за эти годы системы RTU стали все более и более способными обрабатывать локальный контроль.

Границы между системами DCS и SCADA/PLC размываются с течением времени. ^{[ 9 ]} Технические ограничения, которые привели к проектированию этих различных систем, больше не столько проблем. Многие платформы ПЛК теперь могут работать довольно хорошо, как небольшой DCS, используя удаленный ввод-вывод и достаточно надежны, и некоторые системы SCADA действительно управляют контролем с закрытым контуром на больших расстояниях. С растущей скоростью современных процессоров, многие продукты DCS имеют полную линию подсистем, подобных ПЛК, которые не были предложены, когда они были первоначально разработаны.

В 1993 году, с выпуском IEC-1131, позже ставшего IEC-61131-3 , отрасль двинулась к повышению стандартизации кода с помощью многоразового, независимого от оборудования программного обеспечения для управления. Впервые, объектно-ориентированное программирование (ООП) стало возможным в системах промышленного управления. Это привело к разработке как программируемых контроллеров автоматизации (PAC), так и промышленных ПК (IPC). Это платформы, запрограммированные на пяти стандартизированных языках МЭК: логика лестницы, структурированный текст, функциональный блок, список инструкций и последовательную функциональную диаграмму. Они также могут быть запрограммированы на современных языках высокого уровня, таких как C или C ++. Кроме того, они принимают модели, разработанные в аналитических инструментах, таких как Matlab и Simulink . В отличие от традиционных ПЛК, которые используют частные операционные системы, МПК используют Windows IoT . МПК имеет преимущество мощных многоядерных процессоров с гораздо более низкими затратами на оборудование, чем традиционные ПЛК, и хорошо вписываются в несколько форм-факторов, таких как DIN Rail Mount, в сочетании с сенсорным экраном как панельный ПК или в качестве встроенного ПК. Новые аппаратные платформы и технологии внесли значительный вклад в эволюцию систем DCS и SCADA, еще больше размывая границы и меняющиеся определения.

Безопасность

SCADA и ПЛК уязвимы для кибератаки. Правительство США по совместной технологии технологии (JCTD), известная как Mosaics (более ситуационная осведомленность о системах управления промышленностью) является первоначальной демонстрацией защитных возможностей кибербезопасности для критических систем контроля инфраструктуры. ^{[ 10 ]} Mosaics обращается к операционной потребностям в области кибер -обороны, чтобы защитить критические системы управления инфраструктурой от кибер -атаки от кибер -атаки от кибер -атаки, таких как энергетика, вода и сточные воды, а также контроль безопасности, влияют на физическую среду. ^{[ 11 ]} Прототип Mosaics JCTD будет распространяться с коммерческой отраслью в течение промышленных дней для дальнейших исследований и разработок, что призван привести к инновационным, изменяющим игру возможностям для кибербезопасности для критических систем контроля инфраструктуры. ^{[ 12 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Nist sp 800-82 rev.2
^ "Controls | Indramat USA" . Indramat-usa.com . Получено 2024-06-01 .
^ Микаэль, Нигаард. «Операционные технологии (OT) Tricloud - обеспечение промышленного IoT, аналитики данных и ИИ» . Трикол . Получено 2023-12-09 .
^ «Reliance Electric Automax PLC 57C435 | Automation Industrial» . 57c435.com . Получено 2023-12-09 .
^ Мальчики, Уолт (18 августа 2009 г.). «Вернуться к основам: Scada» . Automation TV: Control Global - Design Design. Архивировано из оригинала 2021-12-19.
^ «Кибергримт, уязвимости и атаки на сети SCADA» (PDF) . Роза Тан, Беркли.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2012 года . Получено 1 августа 2012 года .
^ B, Лука (2021-07-06). «ПЛК - программируемый логический контроллер» . Электроват . Получено 2024-06-01 .
^ MA Laughton, DJ Warne (Ed), Справочник инженера -электрики, 16 -е издание , Newnes, 2003 Глава 16 Программируемый контроллер
^ Галлоуэй, Брендан; Ханке, Герхард П. (2012). «Введение в промышленные сети контроля». IEEE Communications Surveys и учебные пособия . 15 (2): 860–880. Citeseerx 10.1.1.303.2514 . doi : 10.1109/surv.2012.071812.00124 . S2CID 206583867 .
^ «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (MOSAICS) Демонстрация технических технологий (JCTD): разработка концепции для защиты критической инфраструктуры миссии - HDIAC» . Получено 2021-07-31 .
^ «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (MOSAICS): инженерия и разработка критической инфраструктуры кибер-обороны для высокочувствительных к контекстами динамическим классам: Часть 1-Инжиниринг-HDIAC» . Получено 2021-08-01 .
^ «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (Mosaics): инженерия и разработка критической инфраструктуры кибер-обороны для высокочувствительных к контекстами динамическим классам: Часть 2-разработка-HDIAC» . Получено 2021-08-01 .

Эта статья включает в себя материалы общественного достояния из Национального института стандартов и технологий

Дальнейшее чтение

Руководство по безопасности промышленного контроля (ICS) , SP800-82 Rev2, Национальный институт стандартов и технологий , май 2015 года.
Уокер, Марк Джон (2012-09-08). Программируемый логический контроллер: его предыстория, появление и применение (PDF) (кандидатская диссертация). Департамент коммуникации и систем факультета математики, компьютерных и технологий: открытый университет . Архивировано (PDF) из оригинала 2018-06-20 . Получено 2018-06-20 .

Внешние ссылки

«Новая эпоха промышленных контролеров» . Архивировано с оригинала 2016-03-03.
Proview , система управления процессами с открытым исходным кодом
«10 причин выбора управления на основе ПК» . Автоматизация производства . Февраль 2015.

[NIST_SP_800-82_Rev.2-1] Nist sp 800-82 rev.2

[2] "Controls | Indramat USA" . Indramat-usa.com . Получено 2024-06-01 .

[3] Микаэль, Нигаард. «Операционные технологии (OT) Tricloud - обеспечение промышленного IoT, аналитики данных и ИИ» . Трикол . Получено 2023-12-09 .

[4] «Reliance Electric Automax PLC 57C435 | Automation Industrial» . 57c435.com . Получено 2023-12-09 .

[5] Мальчики, Уолт (18 августа 2009 г.). «Вернуться к основам: Scada» . Automation TV: Control Global - Design Design. Архивировано из оригинала 2021-12-19.

[NGF-CA-GT-01-6] «Кибергримт, уязвимости и атаки на сети SCADA» (PDF) . Роза Тан, Беркли.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2012 года . Получено 1 августа 2012 года .

[7] B, Лука (2021-07-06). «ПЛК - программируемый логический контроллер» . Электроват . Получено 2024-06-01 .

[EERef16-8] MA Laughton, DJ Warne (Ed), Справочник инженера -электрики, 16 -е издание , Newnes, 2003 Глава 16 Программируемый контроллер

[GallowayIntro-9] Галлоуэй, Брендан; Ханке, Герхард П. (2012). «Введение в промышленные сети контроля». IEEE Communications Surveys и учебные пособия . 15 (2): 860–880. Citeseerx 10.1.1.303.2514 . doi : 10.1109/surv.2012.071812.00124 . S2CID 206583867 .

[10] «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (MOSAICS) Демонстрация технических технологий (JCTD): разработка концепции для защиты критической инфраструктуры миссии - HDIAC» . Получено 2021-07-31 .

[11] «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (MOSAICS): инженерия и разработка критической инфраструктуры кибер-обороны для высокочувствительных к контекстами динамическим классам: Часть 1-Инжиниринг-HDIAC» . Получено 2021-08-01 .

[12] «Более ситуационная осведомленность о системах промышленного контроля (Mosaics): инженерия и разработка критической инфраструктуры кибер-обороны для высокочувствительных к контекстами динамическим классам: Часть 2-разработка-HDIAC» . Получено 2021-08-01 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

Базы данных управления авторитетом
Национальный	Чешская Республика
Другой	Энциклопедия современной Украины