В чем различие между РСУ (DCS) и SCADA?

Распределенной системы управления (РСУ, англ. DCS, Distributed Control System, DCS) – это система управления технологическим процессом, с распределённой системой ввода-вывода и децентрализованной системой обработки данных. РСУ - это часть системы производства, они используются в промышленных и гражданских инженерных приложениях для мониторинга и контроля распределенного оборудования с дистанционным вмешательством человека.

Как правило, начиная с 1970 годов, РСУ – системы цифровые, обычно состоят из полевых приборов, соединенных с помощью проводов к компьютерным шинам, либо электрических шин, подключенным к мультиплексорам / демультиплексорам и через аналого-цифровое преобразование к человеко-машинным интерфейсам (ЧМИ, англ. Human Machine Interface, HMI) или к консолям управления. РСУ это система управления технологическим процессом, использующая сеть для соединения датчиков, приводов, контроллеров и терминалов операторов.

Распределенная система управления является широким термином, который описывает решения по автоматизации в различных отраслях промышленности: сети электроснабжения и установки по производству электроэнергии; нефтепереработка, химические и нефтехимические предприятия; фармацевтика, системы управления дорожно-транспортным движением и т.д.
Архитектура РСУ может подразумевать как использование непосредственного подключения к физическому оборудованию, таким как коммутаторы, насосы, клапана, так и подключение через вторичный системы, такие как системы SCADA.
РСУ – это система, в общем случае, не требующая вмешательства со стороны оператора при ее нормальной эксплуатации, но слияние РСУ и SCADA предполагает наличие управляющего воздействия со стороны оператора с помощью системы SCADA.

Термин SCADA (аббревиатура: диспетчерское управление и сбор данных, англ. supervisory control and data acquisition) относят к крупномасштабным, распределенным измерительным и управляющим системам. SCADA системы используются для мониторинга или управления химическими и физическими процессами. В Европе, часто SCADA называют человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ)

Содержание

1. Системные понятия
2. Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ)
3. Аппаратные решения
4. Системные компоненты
5. Будущие тенденции в SCADA
6. Практическое использование
7. Внешние ссылки

1. Системы понятия
Термин SCADA обычно относят к центральной системе, которая контролирует и управляет всем объектом полностью. Данное управление реализуется с помощью удаленного терминала (RTU) или программируемого логического контроллера (ПЛК, англ. PLC) . 
Сбор данных начинается на уровне удаленного терминала (RTU) или ПЛК и включает в себя показания приборов и состояния различного полевого оборудования, которые передаются в SCADA. Далее данные обрабатываются в читаемый для человека вид, что бы оператор с помощью ЧМИ (HMI) мог проанализировав показания, совершить необходимые управляющие воздействия. (Система SCADA включает в себя все элементы: HMI, контроллеры, устройства ввода/вывода, промышленные сети, полевые шины, программное обеспечение и т.д.)

SCADA системы обычно реализуют распределенную базу данных, которая содержит элементы данных, называемые точками ввода/вывода (параметры, сигналы, англ. i/o points). Точка представляет собой одно входное или выходное значение, контролируемое системой. Точки разделяют на программные (soft) и физические (hard). Под физическими понимают реальные входные или выходные параметры, подключенные к системе. Программные же представляют собой результат логических и математических операций, применяемых к другим физическим и/или программным точкам. Значения точек обычно хранят с учетом времени: значение плюс отметка времени, когда это значение было считано или рассчитано.
В настоящее время существует возможность покупки и внедрения SCADA или РСУ от одного производителя. Решения, когда SCADA «собирают» из компонентов различных разработчиков, таких как Wonderware HMI, Allen-Bradley & GE ПЛК, устройств связи Ethernet и т.д. так же распространены.

2. Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ, англ. HMI)

HMI / SCADA является порождением необходимости дружественного пользовательского интерфейса для систем управления на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК). ПЛК обеспечивает автоматизированное, заранее запрограммированное управление над процессом, они, как правило, распределены по производству, что затрудняет систему сбора данных из них вручную. Кроме того, информация с ПЛК предоставляется в сыром, так сказать формате, нечитаемом для обычного пользователя. HMI / SCADA собирает информацию из ПЛК с помощью различных поддерживаемых методов коммуникаций, комбинируя и преобразуя информацию. С начала 1990-х годов роль SCADA систем в промышленном производстве существенно выросла, требования к автоматизации существенно увеличились. Современные сложные HMI могут быть связаны с базами данных, обеспечивая мгновенный анализ тенденций, диагностические данные, запланированные процедуры по техническому обслуживанию, логистическую информацию, подробные схемы для конкретного датчика или машины, и даже инструкции по поиску неисправностей эксперт-системы. Примерно с 1998 года, практически все основные производители ПЛК предложили интегрированные HMI/ SCADA системы, многие из них используют открытые протоколы связи. Имеется большое число HMI / SCADA систем сторонних разработчиков, при этом производители гарантируют не только совместимость своего программного обеспечения с большинством ПЛК, но так же предоставляет простую и дружелюбную разработки, позволяющую инженерам-механикам, инженерам- электрикам и техникам самостоятельно настраивать интерфейсы HMI, не имея специализированных навыков программирования, без необходимости заказа программ, написанных разработчиками программного обеспечения.

3. Аппаратные решения

SCADA решения часто содержат компоненты распределенных систем управления (РСУ). Использование "умных" RTU, или ПЛК, которые способны автономно выполнять простые логические процессы без участия главного компьютера, растет. Язык программирования функциональных блоков, IEC 61131-3, часто используется для создания программ, которые запускаются на этих удаленных терминалах и ПЛК. В отличие от процедурных языков, таких как языки программирования С или FORTRAN, IEC 61131-3 прост в освоении и имеет минимальные требования к обучению.

4. Системные компоненты

Три компонента SCADA системы это:

4.1. Множество удаленных терминалов (RTU). 
4.2. Мастер-станция и HMI компьютер (ы). 
4.3. Инфраструктура связи.

4.1 Удаленный терминал (RTU)

RTU соединяется с физическим оборудованием и считывает данные о состоянии оборудования, такие как открытое / закрытое состояние с выключателей или клапанов, считывает значения измерений, например, давление, расход, напряжение или ток. Посылая сигналы оборудованию, RTU может управлять им: открыть или закрыть задвижку, регулировать скорость работы насоса, отправлять команды или аналоговые значения уставок клапанам.
Важной частью реализаций SCADA систем является организация сигналов тревоги. Сигнализация – это дискретное состояние параметра, имеющее 2 значения: «нормальное» или «тревога». Благодаря сигнализациям SCADA указывает оператору какая часть системы, требует его внимания и корректирующих действий.

4.2. Мастер станция (инженерная станция)

Термин "Мастер станция" относится к серверам и программному обеспечению, отвечающим за связь с полевым оборудованием (RTU, ПЛК, и т.д.), и далее с ЧМИ (HMI) на рабочих станциях в диспетчерской или операторной. В небольших SCADA мастер станция может состоять из одного компьютера. В более крупных системах SCADA, мастер станция может представлять собой кластеры резервированных серверов, распределенных программных приложений и систем аварийного восстановления.
SCADA обычно предоставляет информацию операторам в виде мнемосхем. Это означает, что оператор может видеть изображение управляемого оборудования. Например, изображением насоса, соединенного с трубой может показать оператору, что насос работает и сколько жидкости он откачивает через трубу в данный момент. 
Пакет HMI для системы SCADA включает в себя программу для рисования, позволяющий обслуживающему персоналу систем, изменять изображение на мнемосхемах. Изначально, «открытые» платформы, такие как Linux не получили широкого применения в качестве операционных систем из-за очень динамичной разработки SCADA систем и высокой стоимости. Цена операционной системы на фоне стоимости SCADA и полевого оборудования для заказчика была ничтожна, поэтому использовались более документируемые и поддерживаемые разработчиками системы UNIX, OpenVMS и Windows. На сегодняшний день все основные операционные системы, включая и открытые из семейства Linux широко используются как для серверов так и для рабочих станций HMI.

Операционная философия

Вместо того, чтобы полагаться на вмешательство оператора или запрограммированные автоматические действия мастер-станции, в современных реализациях систем применяются RTU, способные самостоятельно выполнять некоторые задачи, особенно оперативные, связанные с безопасностью. Программное обеспечение таких мастер станции используется, для выполнения сложных задач расчета и анализа данных, связанных с конкретными требованиями управляемой среды.
В настоящее время требования к безопасности применяемых систем автоматизации должны соответствовать строгим стандартам безопасности соответствующих отраслей промышленности.
Для некоторых установок, цена ошибки или сбоя в работе системы управления чрезвычайно высока. Часто связана с риском разрушения оборудования и опасности для жизни персонала. Оборудование SCADA систем таких объектов, как правило, повышенной прочности, способное выдерживать экстремальные температуры, вибрации и напряжения, надежность таких систем так же повышается за счет избыточного оборудования и каналов связи. Резервирование и системы диагностики обеспечивают своевременное выявление и устранения отказов части оборудования без прерывания процесса функционирования. Надежность таких систем могут быть рассчитаны статистически и указывается как среднее время до отказа, который является вариантом понятия среднего времени наработки на отказ. Исчисляться средняя наработка на отказ таких систем повышенной надежности порой может в десятках лет.

4.3. Инфраструктура связи

SCADA системы для передачи данных традиционно используют проводные линии, технологий радио передачи данных, пока еще не стали доминирующими в отрасли, но находятся в стадии стремительного развития.
Кроме того производители, учитывая желание большинства заказчиков иметь данные со SCADA в своих корпоративных сетях и взаимодействовать с другими приложениями, добавляют в свои системы все новые программные компоненты, обеспечивающие данные возможности.

5 Будущие тенденции в развитии SCADA систем

Вектор развития ПЛК и HMI / SCADA един – соответствие современным требованиям в производительности, совместимости, безопасности и надежности. Если в середине 1990-х годов, практически каждый производитель использовал для передачи данных собственные закрытые программные протоколы и простые низкоскоростные коммуникационные интерфейсы подобные RS-485 , то к концу 1990-х, тенденция перехода к открытой и универсальной коммуникации стала основополагающей, протокол ModBus c использованием не только RS-485 но и TCP/IP, технологии OPC стали дефакто стандартами коммуникации и убрали барьеры взаимодействия отдельных SCADA систем и иных приложений.

В данной ситуации становятся актуальными риски безопасности подобных структур, потенциально подверженных атаке злоумышленниками из Интернет сетей. На сегодняшний день подобные вопросы вышли на уровень национальной безопасности государств, в связи с угрозами кибертерроризма и возникновения кибервойн.

Подобные проблемы в будущем, возможно, приведут к отказу от привычных в нашем понимании SCADA систем и переходу к иным, более защищенным и безопасным архитектурам и технологиям.

Источник:

http://www.asu-tp.org/index.php?option=com_content&task=view&id=425&Itemid=68