Scada sistemasining arxitekturasi

7- ma’ruza

SCADA sistemasining arxitekturasi

SCADA tizimi zamonaviy hisoblash texnologiyalarining o'sishi va murakkabligi bilan parallel ravishda ishlab yangi tehnologiya ishlab chiqilmoqda. SCADA tizimlarining 3 avlodlari tavsiflanadi:

• Birinchi avlod - yaxlit avlod

• Ikkinchi avlod – taqsimlangan avlod

• Uchinchi avlod - tarmoqqa ulangan avlod

Yaxlit avlod SCADA tizimi

SCADA tizimlari birinchi marta ishlab chiqilganda, hisoblash tushunchasi asosan asosiy tizimlarga qaratilgan edi. Bu tizim meynfreym deb atalgan.

Mainframe (ingliz tilida mainframe) - bu katta tezkor va tezkor operatsion tranzaksiya tizimi bo’lib (inglizcha kritik) foydalanish uchun mo'ljallangan katta hajmli yuqori samarali ishlamay qolishga bardoshli server hisoblanadi. Tarmoq, qoida tariqasida, mavjud har bir markazlashtirilgan tizim alohida bo’lgan.
Natijada, SCADA tizimlari boshqa tizimlarga deyarli ulanmagan avtonom tizimlar bo’lgan.

Masofaviy terminal qurilmalari (RTU) bilan bog'lanish uchun amalga oshirilgan keng tarmoqli tarmoqlar (WAN) faqat masofadagi terminallar bilan aloqaga xizmat qilish uchun yaratilgan.
Bundan tashqari, bugungi kunda ishlatiladigan WAN protokollari o'sha paytda asosan noma'lum edi.

INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\рабочий стол\\rabochi stol\\836D~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMAT

11.1 – rasm. Birinchi avlod SCADA arxetekturasi.
Taqsimlangan avlod SCADA tizimi

Taqsimlangan boshqaruv tizimlari neft va gazni qayta ishlash zavodlari, suv va oqava suvlarni tozalash, elektr stantsiyalari, kimyoviy ishlab chiqarish zavodlari va farmatsevtika qayta ishlash zavodlari kabi sanoat uchun ishlab chiqarish tizimlarini boshqarish uchun ishlatiladi. Ushbu tizimlar odatda jarayonlarni boshqarish yoki diskret qismlarni boshqarish tizimlari.

11.2-rasm. Taqsimlangan boshqaruv SCADA arxetekturasi.

11.3-rasm. Ikkinchi avlod SCADA arxetekturasi.

Tarmoqqa ulangan avlod SCADA tizimi

Hozirgi avlod SCADA arxitekturasi ikkinchi avlod muammosi bilan chambarchas bog'liq, chunki asosiy farq provayder emas, balki ochiq tizim arxitekturasi o'z atrof-muhit tomonidan boshqarilishi hisoblanadi. Uchinchi avlodning muhim tomoni shundaki, ochiq me'yorlar va protokollardan foydalangan holda tizim arxitekturasining kashf etilishi SCADA funktsional imkoniyatlarini nafaqat mahalliy tarmoq orqali, balki keng tarmoq orqali tarqatish imkonini beradi. Ochiq standartlar oldingi avlod SCADA tizimlarining ba'zi cheklovlarini olib tashlaydi.




11.3-rasm. Uchinchi avlod SCADA arxetekturasi.

SCADA texnik ta’minoti

SCADA tizimi RTU (remote terminal units) masofaviy ternimal uskunalaridan iborat bo’lib, ma’lumotlarni yig’ish va ularni aloqa tizimi hisoblangan master stansiyaga qaytarishni ta’minlaydi. Master stansiya olingan ma’lumotlarni ko’rsatadi va operator uchun masofadan boshqarishni amalga oshirishga imkon beradi.

Zavodni boshqarish va jarayonni optimallashtirish uchun ma’lumotlar aniq va o’z vaqtida bo’lishi kerak. Boshqa afzalliklari tejamkorlik, samaradorlik va eng muhimi xavfsiz boshqarishdan iborat. Bunday natijalar avtomatlashtirilmagan tizimlar bilan taqqoslaganda kam xarajatlidir.

SCADA tizimlarini yanada komplekslashtishning muhim 5 xil darajasi yoki ierarxiyasi mavjud:

• 
  Yo’nalish darajasi asbobsozlik va nazorat qilish qurilmalari
  
• 
  Safarbar etilgan terminallar va RTU lar
  
• 
  Aloqa tizimi
  
• 
  Master stantsiyani (lar)
  
• 
  Tijorat ma'lumotlarni ishlab chiqish bo'limining kompyuter tizimi
  

RTU interfeysning har bir chekka qismida yo’nalish analogi va raqamli sezgir element bilan ta’minlangan.

Aloqa tizimlari master stansiya va masofaviy maydon o’rtasidagi muloqot uchun yo’lak vazifasini bajaradi. Bu aloqa tizimi simli, optik tolali, radio to’lqinli, telefon liniyali, mikroto'lqinli va hatto sun'iy yo'ldoshli bo'lishi mumkin. Muayyan protokollar va xatoliklarni aniqlash ma'lumotlarni samarali va optimal uzatish uchun foydalaniladi.

Master stantsiya ma’lumotlarni turli RTU lardan yig’adi va odatda, u ma’lumotlarni ko’rsatish hamda masofaviy nazorat uchun operator interfeysi bilan ta’minlangan. Ulkan telemetriya sistemalarida, Sub-masterlar ma’lumotlarni bir-biridan olis masofadan master stantsiyaga qaytarilgani kabi to’playdi.

SCADA dasturiy ta’minoti

SCADA tizimlarining dasturiy ta’minoti ikki guruhga bo’linadi: mulikiy va ochiq. Korxonalar o’zlarining texnik ta’minotini ma’lum qilish uchun mulikiy dasturiy ta’minotini rivojlantiryapti. Bunday tizimlar “o’zgarish kaliti” sifatida sotiladi. Ushbu tizim bilan asosiy muammo shundaki, tizimni yetkazib beruvchiga o‘ta ishoniladi. Ochiq dasturiy ta’minot tizimlari sistemaning qobiliyati orqali mashhutlik keltirgan. Sistema qobiliyati ba’zi tizimlarda turli xil ishlab chiqarish asboblarini bir-biri bilan bog’laydi.

SCADA tizimlari uchun dasturlar bozorida ochiq dasturiy paketlarning faqat ikki turi mavjud: Citect va Wonderware. Ba'zi paketlar bugungi kunda SCADA tizimi doirasida integratsiyalashgan boshqarishni o’z ichiga oladi. SCADA tizimining umumiy komponentlari quyidagi diagrammada ko’rsatilgan.

1.4-rasm. Oddiy SCADA sistemasi.

SCADA dasturiy ta'minot asosiy xususiyatlari quyidagilar:

• 
  Foydalanuvchi interfeysi
  
• 
  Grafik tasvirlar
  
• 
  Signallar
  
• 
  Yo’nalishlar
  
• 
  RTU (va PLC) interfeysi
  
• 
  O‘lchov birligi
  
• 
  Ma'lumotlarga kirish
  
• 
  Ma'lumotlar bazasi
  
• 
  Tarmoq
  
• 
  Xatolikka bardoshlilik
  
• 
  Mijoz /taqsimlangan jarayon serveri
  

SCADA uchun aloqa yo’li

Garchi, IED tizimlar uchun kompyuterda foydalaniladigan simlar miqdori kamaytirilgan bo’lsada, odatda, umumiy SCADA tizimlarida ko’plab simlar mavjud. Bu simlar asosiy muammo bo’lgan elektr shovqinli ko’plab muammolarni keltirib chiqaradi.

Qo’shimcha signal va shovqinlar muloqot tizimi ma’lumotlarini loyihalash va o’rnatish hamda elektr signallarini bartaraf etish uchun muhim omildir. Shovqin tasodifiy hosil bo’luvchi nomaqbul signal (yoki to’sqinlik signali) va haqiqiy signal sifatida ta’riflanadi. Bunday shovqinlar simlar va kabellarning ichida har xil usullarda hosil bo’ladi. Tizimning boshidan kamroq shovqinga ega bo’lishi dizaynerning salohiyatiga bog’liq. SCADA tizimlari tabiatan shovqinga moyil bo’lganligi uchun odatda ularda kichik kuchlanish foydalaniladi.

Deyarli barcha tizimlarda burama qatlamli himoyalangan cat5 simlari eng ko’p qo’llaniladi. Yaxshi simlardan foydalanish va to’g’ri o’rnatish usullari orqali tizimda shovqin bo’lmasligiga kafolat beradi.

Optik tolali kabellar kam shovqinliligi uchun tobora keng qo’llanmoqda. Bugungi kunda ba’zi sanoat maydonlarida plastik tolali kabellar keng qo’llangan bo’lsada, optik tolali kabellar tobora keng miqyosda ishlatilmoqda.

1.5-rasm. Optik tolali kabellar.

Kelajakda ma’lumotlar almashinish radio to’lqinlar, optik tolali kabellar va ba’zi ko’z ilg’amas sistemalar o’rtasida amalga oshiriladi. Simlar elektronikaning quvvat talabini va quvvat bilan ta’minlanish darajasini minimal ko’rsatkichga yetkazib, hatto quvvat uchun talabni ham kamaytiradi.

SCADA va mahalliy tarmoq

Mahalliy tarmoq (MT yoki LAN) barcha ma’lumotlar va resurslarni o’zaro almashinishini ta’minlaydi. SCADA tarmog’ida ma’lumot almashinishi uchun barcha tugunlarni faollashtirish va ular oraliq uzatkichlar orqali o’zaro ulangan bo’lishi kerak. Ulanish usullari tarmoq texnologiyasida o’rganiladi. Tugunlarni taqsimlash uchun oraliq uzatkichlar kerak, chunki bu yo’l bilan orqali ma’lumotlarni belgilangan jo’natuvchiga xalaqitlarsiz o’tishiga imkon beradi.

LAN – kompyuterlar, fayl-serverlari, terminallar, ish stantsiyalari, hamda boshqa intelektual asbob-uskunalar o’rtasidagi muloqot yo’lagidir va u orqali qurilmalar va ko’rsatkichlardan ma’lumot olinadi. LAN tarmoqdagi butun stantsiya o’rtasida to’liq bog’lanishni o’rnatib, bir necha foydalanuvchiga qurilmalar uchun ma’lumot taqsimlashga imkon beradi. Odatda, LAN mahalliy guruh binolarida joylashgan xususiy egalari tomonidan boshqariladi va egalik qilinadi.

Bugungi kunda Ethernet arzonligi va foydalanishga osonligi uchun LAN (mahalliy tarmoq) keng qo’llaniladi. LAN ga SCADA tarmog’ining bog’lanishi uchun tizimga kirish huquqi kompaniya tomonidan beriladigan to’g’ri dasturiy ta’mimot va uning ruxsatnomasi zarur. Axborot ma’lumotlar omboriga to’langandan buyon foydalanuvchi barcha ma’lumotlarni o’qishi kamaydi. Muammoli jihatlardan biri albatta xavfsizlik masalasidir, ammo uni hal qilsa bo’ladi.

1.6-rasm. SCADA sistemasida ma’lumotlarni Ethernet tarmog’i orqali yuborish.

1.7-rasm. Kompyuterdan RTU ga modemdan foydalanish.

SCADA tizimlarida masofaviy boshqarishni ta’minlash uchun RTU (masofaviy terminal uskunalari (PLC, DCS yoki IED) joylashtirilgan. Bunday masofalar bir necha o’n metrdan minglab kilometrgacha bo’lishi mumkin. Eng maqbul yo’l uzoq masofalarda RTU bilan telefon dialup liniyasi orqali muloqotni o’rnatishdir. Bunday tizimlarni qurish uchun kompyuter, ikkita dialup modem va RTU (COM portga ega bo’lgan RTU) kerak. Modemlar avtomatik javob berish reejimiga o’tkaziladi hamda RTU va kompyuter o’zaro bog’lanadi. Buning uchun dasturiy ta’minot RTU ishlab chiqaruvchilari tomonidan foydalanish uchun tayyor holda ishlab chiqariladi. Bunday modemlarni mahalliy kompyuter rastalaridan sotib olish mumkin.

Chiziqli modemlar RTY larni tarmoqqa simlar jufti orqali bo’g’lash uchun qo’llaniladi. Ushbu tizimlar odatda qisqa (1 kilometrgacha) va muloqo kanalli FSK (frequency shift keyingi) bo’ladi. Chiziqli modemlar RS-232 yoki RS-485 aloqa tizimlari amaliy bo’lmaganda, RTU lar bilan muloqot o’rnatish uchun foydalaniladi. Bunday tizimlarda to’lqin tezligi kichik bo’ladi, 1200 dan 9600 bit/s.

1.8 Kompyuter saytlar va muammoni bartaraf etish

Agar kompyuter va RTU lar haqida kerakli ma’lumotga ega bo’linsa, ular uzoq vaqt davomida muammosiz xizmat qiladi. Ushbu texnik vazifalar kundalik, haftalik, oylik yoki yillik tekshiruvlarni o’z ichiga oladi. Agar texnik xizmat ko’rsatish zarur bo’lsa, texnik yoki muhandis muntazam ravishda quyidagi uskunalarni nazorat qilish kerak bo'ladi:

• 
  RTU va butlovchi modullar
  
• 
  Analog kirish modullari
  
• 
  Raqamli kirish moduli
  
• 
  RTU dan PLC uchun interfeys (RS-232 / RS-485)
  
• 
  Xususiy kabellar
  
• 
  O’zgartirilgan telefon liniyasi
  
• 
  Analog yoki raqamli ma'lumotlar to’plamlari
  
• 
  Master saytlar
  
• 
  Markaziy sayt
  
• 
  Operator stansiyasi va dasturiy ta’minot
  

Elektron tizimlarga texnik xizmat ko’rsatish va ularni ta’mirlashda ikki asosiy qoida quyida keltirilgan:

• 
  Agar u sinsa, uni tuzatib bo’lmaydi
  
• 
  Zararsizlantirish
  

Texniklar va muhandislar biroz chang dastgohlarni tozalashga qaraganda ko’proq muammolarga sababchi bo’ladi. Buning uchun 0,1 dB dan ortiq radio to’lqinlarning tashqi kuchlanishi va jarayondagi sarflangan kuchlanish zarur.

1.8-rasm. SCADA sistemasida komponentlarga texnik xizmat ko’rsatish.

Tizimni amalga oshirish

SCADA tizimlarini dastlabki rejalashtirish va loyihalashtirishda, yangi infratuzilma va kommunikatsiya obyektlarini barpo etishning xarajatlaridan qochish maqsadida yangi SCADA tizimlari integratsiya qilish kerak bo’ladi. Ushbu jarayon LAN (mahalliy tarmoq)lar, mobil aloqa uchun foydalaniladigan xususiy telefon tizimlari yoki radio tizimlar orqali amalga oshirilishi mumkin. SCADA tizimlari va muhandislik tizimlari orasidagi aloqa tarmog’I bir-biriga xalaqit bermasligi lozim.

1.9-rasm. SCADA dasturiy ta’minoti old panel oynasi va uning blok sxemasi.

Agar yangi tizim joriy etilsa, sistema sifatlarini ko’rib chiqish kerak. Chunki hech qaysi kompaniya cheksiz bujetda ega emas. Yuqori iqtisodiy holatga qarshilik hamda yaxlit talablar loyiha oxirida maqbul ish tizimini tashkil etish uchun muhim ahamiyatga ega. Aloqa tizimlari istiqbollari va uskunalar ishonchliligi sistemani ishga tushirishda muhim ahamiyatga ega.

Barcha yuqorida ta’kidlangan omillar ushbu kitobda batafsil muhokama qilinadi. Ular orqali o’rganuvchi tizimli yondashuv yordamida o’rnatilgan sanoat muhiti uchun mos bo’lgan loyihalash, o’rnatish, texnik xizmat ko’rsarish hamda telemetriya xususiyatlari va tizimlari haqida ma’lumot olish mumkin.