Qu'est-ce qu'un système SCADA: l'architecture et son fonctionnement

Un grand nombre de processus se produisent dans les grands établissements industriels. Chaque processus que vous devez surveiller est très complexe car chaque machine donne une sortie différente. Le système SCADA utilisé pour recueillir des données à partir de capteurs et d'instruments situés dans des régions éloignées. L'ordinateur traite ensuite ces données et les présente rapidement. Le système SCADA rassemble les informations (comme une fuite sur un pipeline s'est produite) et transfère les informations vers le système tout en donnant les alertes qu'une fuite s'est produite et affiche les informations de manière logique et organisée. Le système SCADA fonctionnait sous les systèmes d'exploitation DOS et UNIX. L'ensemble de ce processus est connu sous le nom de automatisation . Cet article présente une vue d'ensemble du système SCADA.

Qu'est-ce qu'un système SCADA?

SCADA est synonyme de contrôle de supervision et d'acquisition de données. C'est un type de programme d'application logiciel pour le contrôle de processus. SCADA est un système de contrôle central composé de contrôleurs interfaces réseau, entrée / sortie, équipement de communication et logiciel. Les systèmes SCADA sont utilisés pour surveiller et contrôler l'équipement dans le processus industriel qui comprend la fabrication, la production, le développement et la fabrication. Les processus infrastructurels comprennent la distribution de gaz et de pétrole, l'énergie électrique et la distribution d'eau. Les services publics comprennent un système de circulation des bus, un aéroport. Le système SCADA prend la lecture des compteurs et vérifie l'état des capteurs à intervalles réguliers afin de ne nécessiter que le minimum d'interférences humaines.

Réseau SCADA général

Histoire de SCADA

Auparavant, le contrôle des installations industrielles et des ateliers de fabrication pouvait se faire manuellement à l'aide d'équipements analogiques et de boutons poussoirs. Au fur et à mesure que la taille de l'industrie augmente, ils ont donc utilisé des minuteries et des relais pour fournir un contrôle de supervision à un niveau fixe pour une automatisation minimale. Ainsi, un système entièrement automatisé avec un système plus efficace était nécessaire pour toutes les industries.

Nous savons que, à des fins de contrôle industriel, les ordinateurs ont été mis en œuvre en 1950. Après cela, le concept de télémétrie a été mis en œuvre pour la transmission de données ainsi que la communication . En 1970, le système SCADA a été développé avec les microprocesseurs ainsi que le PLC.

Ces concepts ont donc été pleinement aidés lors du développement de l'automatisation exploitée à distance dans les industries. Les systèmes SCADA distribués ont été mis en œuvre en 2000. Par la suite, de nouveaux systèmes SCADA ont été développés pour surveiller et contrôler les données en temps réel n'importe où dans le monde.

Architecture du système SCADA

En général, le système SCADA est un système centralisé qui surveille et contrôle toute la zone. C'est un progiciel pur qui est positionné au-dessus du matériel. Un système de supervision rassemble des données sur le processus et envoie les commandes de contrôle au processus. Le SCADA est un terminal distant également connu sous le nom de RTU.

La plupart des actions de contrôle sont exécutées automatiquement par les RTU ou les API. Les RTU se composent du convertisseur logique programmable qui peut être réglé selon des besoins spécifiques. Par exemple, dans la centrale thermique, le débit d'eau peut être réglé sur une valeur spécifique ou il peut être modifié en fonction des besoins.

Le système SCADA permet aux opérateurs de modifier le point de consigne du débit et d'activer les conditions d'alarme en cas de perte de débit et de température élevée, et la condition est affichée et enregistrée. Le système SCADA surveille les performances globales de la boucle. Le système SCADA est un système centralisé permettant de communiquer avec la technologie filaire et sans fil avec les appareils Clint. Les commandes du système SCADA peuvent exécuter toutes sortes de processus industriels.

Par exemple, si trop de pression s'accumule dans un gazoduc, le système SCADA peut ouvrir automatiquement une soupape de décharge.

Architecture matérielle

Le système SCADA généralement peut être classé en deux parties:

• Couche client
• Couche serveur de données

La couche Clint répond à l'interaction homme-machine.

La couche serveur de données gère la plupart des processus des activités de données.

La station SCADA fait référence aux serveurs et est composée d'un seul PC. Les serveurs de données communiquent avec les équipements sur le terrain via des contrôleurs de processus tels que des API ou des RTU. Les automates sont connectés aux serveurs de données soit directement, soit via des réseaux ou des bus. Le système SCADA utilise un réseau WAN et LAN, le WAN et LAN se composent de protocoles Internet utilisés pour la communication entre le poste maître et les appareils.

Les équipements physiques tels que les capteurs connectés aux API ou RTU. Les RTU convertissent les signaux des capteurs en données numériques et envoient des données numériques au maître. Selon le retour du maître reçu par la RTU, il applique le signal électrique aux relais. La plupart des opérations de surveillance et de contrôle sont effectuées par des RTU ou des automates comme on peut le voir sur la figure.

Architecture matérielle du système SCADA

Architecture logicielle

La plupart des serveurs sont utilisés pour le multitâche et la base de données en temps réel. Les serveurs sont responsables de la collecte et du traitement des données. Le système SCADA se compose d'un programme logiciel pour fournir des tendances, des données de diagnostic et gérer des informations telles que des procédures de maintenance planifiées, des informations logistiques, des schémas détaillés pour un capteur ou une machine particulière et des guides de dépannage du système expert. Cela signifie que l'opérateur peut voir une représentation schématique de l'installation contrôlée.

Architecture logicielle de SCADA

Des exemples sont la vérification des alarmes, les calculs, la journalisation et l'archivage des contrôleurs d'interrogation sur un ensemble de paramètres, ceux-ci sont généralement connectés au serveur.

Fonctionnement du système SCADA

Le système SCADA remplit les fonctions suivantes

• Acquisitions de données
• Communication de données
• Présentation des informations / données
• Surveillance / Contrôle

Ces fonctions sont assurées par des capteurs, des RTU, des contrôleurs, un réseau de communication. Les capteurs sont utilisés pour collecter les informations importantes et les RTU sont utilisés pour envoyer ces informations au contrôleur et afficher l'état du système. Selon l'état du système, l'utilisateur peut donner la commande à d'autres composants du système. Cette opération est effectuée par le réseau de communication.

Acquisitions de données

Le système en temps réel se compose de milliers de composants et de capteurs. Il est très important de connaître l'état de certains composants et capteurs. Par exemple, certains capteurs mesurent le débit d'eau du réservoir au réservoir d'eau et certains capteurs mesurent la valeur de pression lorsque l'eau est libérée du réservoir.

Communication de données

Le système SCADA utilise un réseau filaire pour communiquer entre les utilisateurs et les appareils. Les applications en temps réel utilisent de nombreux capteurs et composants qui doivent être contrôlés à distance. Le système SCADA utilise les communications Internet. Toutes les informations sont transmises via Internet en utilisant des protocoles spécifiques. Les capteurs et les relais ne sont pas en mesure de communiquer avec les protocoles réseau, de sorte que les RTU sont utilisés pour communiquer les capteurs et les interfaces réseau.

Présentation des informations / données

Les réseaux de circuits normaux ont des indicateurs qui peuvent être visibles pour contrôler mais dans le système SCADA en temps réel, il y a des milliers de capteurs et d'alarme qui sont impossibles à gérer simultanément. Le système SCADA utilise le interface homme-machine (IHM) de fournir toutes les informations recueillies à partir des différents capteurs .

Surveillance / Contrôle

Le système SCADA utilise différents commutateurs pour faire fonctionner chaque appareil et affiche l'état de la zone de contrôle. N'importe quelle partie du processus peut être activée / désactivée à partir du poste de commande à l'aide de ces commutateurs. Le système SCADA est mis en œuvre pour fonctionner automatiquement sans intervention humaine, mais dans des situations critiques, il est géré par la main-d'œuvre.

Composants SCADA

Les composants du système SCADA sont les suivants.

Système de surveillance

Le système de supervision fonctionne comme un serveur de communication entre le logiciel d'interface homme-machine dans la salle de contrôle des postes de travail ainsi que ses appareils tels que les RTU, les capteurs, les API, etc. Les systèmes SCADA plus petits comprennent simplement un seul ordinateur personnel pour servir de maître système de supervision, tandis que les grands systèmes SCADA comprennent de nombreux serveurs, des sites de récupération de tragédie ainsi que des applications logicielles distribuées. Les serveurs sont connectés comme une formation de secours à chaud, sinon à double redondance pour surveiller en permanence les pannes du serveur.

RTU (unités terminales distantes)

Le RTU ou unité terminale à distance est un appareil électronique et il est également connu sous le nom d'unités de télémétrie à distance. Ce système comprend des objets physiques interfacés via des RTU.

Le contrôle de ces appareils peut se faire par des microprocesseurs. Ici, des microprocesseurs sont utilisés pour contrôler les RTU qui sont utilisées pour transmettre les données enregistrées vers le système de supervision. Les données peuvent être reçues du système maître pour contrôler les objets connectés.

Automates programmables (contrôleurs logiques programmables)

Le terme API désigne les contrôleurs logiques programmables qui sont utilisés dans les systèmes SCADA à l'aide de capteurs. Ces contrôleurs sont connectés aux capteurs pour convertir le signal de sortie du capteur en données numériques. Par rapport aux RTU, ils sont utilisés en raison de leur flexibilité, de leur configuration, de leur polyvalence et de leur prix abordable.

Infrastructure de communication

Dans le système SCADA, un mélange de radio et de connexion filaire directe est utilisé. Mais, SONET ou SDH peuvent également être utilisés pour des systèmes supérieurs tels que les centrales électriques et les chemins de fer. Peu de protocoles reconnus normalisés 7 sont utilisés entre les protocoles SCADA compacts pour fournir des informations simplement une fois que les RTU sont interrogées via la station de supervision.

Programmation SCADA

Dans l'IHM sinon la station maître, la programmation SCADA est principalement utilisée pour faire des cartes, des diagrammes pour fournir des informations très importantes tout au long de la progression sinon en cas d'échec de l'événement. La plupart des systèmes SCADA commerciaux utilisent des interfaces cohérentes en langage de programmation C, sinon un langage de programmation dérivé peut également être utilisé.

Interface Homme-machine

Le système SCADA utilise l'interface homme-machine. Les informations sont affichées et surveillées pour être traitées par un humain. L'IHM permet d'accéder à plusieurs unités de contrôle qui peuvent être des API et des RTU. L'IHM fournit la présentation graphique du système.

Par exemple, il fournit une image graphique de la pompe connectée au réservoir. L'utilisateur peut voir le débit de l'eau et la pression de l'eau. La partie importante de l'IHM est un système d'alarme qui est activé selon les valeurs prédéfinies.

Interface Homme-machine

Par exemple , l'alarme de niveau d'eau du réservoir est réglée sur des valeurs de 60% et 70%. Si le niveau d'eau atteint plus de 60%, l'alarme donne un avertissement normal et si le niveau d'eau atteint plus de 70%, l'alarme donne un avertissement critique.

Types de système SCADA

Les systèmes SCADA sont classés en quatre types, dont les suivants.

• Systèmes SCADA monolithiques
• Systèmes SCADA distribués
• Systèmes SCADA en réseau
• Systèmes IoT SCADA

Systèmes SCADA monolithiques

Les systèmes SCADA monolithiques sont appelés systèmes de première génération ou de première génération. Dans ces types de systèmes, des mini-ordinateurs sont utilisés. Le développement de ces systèmes peut être effectué lorsque les services de réseau communs ne sont pas disponibles. La conception de ces systèmes peut se faire comme des systèmes indépendants sans aucune relation avec d'autres systèmes.

Les données peuvent être collectées à partir de tous les RTU à l'aide d'un mainframe de sauvegarde. Les principales fonctions de ces systèmes de première génération se limitent à signaler les processus en cas de crise et à surveiller les capteurs.

Systèmes SCADA distribués

Les systèmes SCADA distribués sont appelés systèmes de deuxième génération. La répartition des fonctions de contrôle peut être effectuée sur de nombreux systèmes en se connectant à un réseau local. Les opérations de contrôle peuvent être effectuées en partageant les données en temps réel et le traitement des commandes.

Dans ces types de systèmes, la taille et le coût de chaque station sont réduits, mais il n'y avait pas de protocoles de réseau cohérents. Comme les protocoles étaient propriétaires, moins de gens comprennent la sécurité du système SCADA pendant l'installation et ce facteur a été largement ignoré.

Systèmes SCADA en réseau

Les systèmes SCADA en réseau sont également appelés systèmes de troisième génération. La mise en réseau et la communication des systèmes SCADA actuels peuvent être effectuées en utilisant le système WAN via des lignes de données ou des téléphones. La transmission de données entre deux nœuds peut être effectuée à l'aide de connexions Ethernet ou fibre optique.

Ce type de système SCADA utilise PLC d'ajuster et de surveiller les opérations de balisage simplement une fois que les choix principaux sont nécessaires.

Systèmes IoT SCADA

Les systèmes IoT SCADA sont des systèmes de quatrième génération. Dans ces systèmes, le coût d’infrastructure du système est réduit grâce à la mise en œuvre de l’IdO via Cloud computing . La maintenance ainsi que l'intégration de ces systèmes sont faciles par rapport à d'autres.

En temps réel, l'état de ces systèmes peut être signalé via le cloud computing. Par conséquent, la mise en œuvre d'algorithmes tels que le contrôle complexe peut être effectuée, qui sont fréquemment utilisés sur les API habituels.

Sécurité SCADA

À l'heure actuelle, les réseaux SCADA sont largement utilisés dans les industries actuelles pour vérifier et examiner les données en temps réel, les processus industriels peuvent être contrôlés, communiquer avec les appareils. Les systèmes SCADA sont donc essentiels pour les organisations industrielles car ces systèmes incluent du matériel et des logiciels. Ainsi, la sécurité SCADA est également essentielle dans les industries.

Le terme sécurité SCADA est utilisé pour protéger les réseaux SCADA qui sont fabriqués avec du matériel informatique. Les réseaux SCADA utilisés par certains des systèmes sont électricité , gaz naturel, etc. Les organisations privées et gouvernementales ont pris les mesures de ces réseaux en raison du rôle précieux d'assurer la sécurité des systèmes SCADA.

Exemples de sécurité SCADA

Les menaces qui se produisent dans les systèmes SCADA sont les suivantes.

• Les pirates
• Les terroristes
• Malware
• Erreur à l'intérieur

La faiblesse de la sécurité SCADA se produit principalement pour les raisons suivantes.

• Mauvaise formation
• Développement des failles de l'application
• Problèmes lors de la surveillance
• Moins d'entretien

Le système SCADA peut être protégé en cartographiant tous les systèmes présents, en surveillant et en détectant l'institut, et en créant des processus pour la sécurité du réseau.

Différence entre PLC et SCADA

La différence entre PLC et SCADA comprend les éléments suivants.

SCDA pour installation industrielle à distance

Dans les grands établissements industriels, de nombreux processus se déroulent simultanément et chacun doit être surveillé, ce qui est une tâche complexe. Les systèmes SCADA sont utilisés pour surveiller et contrôler les équipements dans les processus industriels qui incluent la distribution d'eau, la distribution d'huile et la distribution d'énergie. L'objectif principal de ce projet est de traiter les données en temps réel et de contrôler l'environnement industriel distant à grande échelle. Dans le scénario en temps réel, un système d'enregistrement de température pour une opération d'installation à distance est utilisé.

Schéma fonctionnel de l'installation industrielle de contrôle de la température

Les capteurs de température sont connectés au microcontrôleur, qui est connecté au PC à l'avant, et le logiciel est chargé sur l'ordinateur. Les données sont collectées à partir des capteurs de température. Les capteurs de température envoient en permanence le signal au microcontrôleur qui affiche en conséquence ces valeurs sur sa face avant.

On peut définir les paramètres comme la limite basse et la limite haute sur l'écran de l'ordinateur. Lorsque la température d'un capteur dépasse le point de consigne, le microcontrôleur envoie une commande au relais correspondant. Les éléments chauffants connectés via les contacts de relais sont désactivés et activés.

Il s'agit d'un système d'enregistrement de la température. Ici 8 capteurs de température en mode multiplexage sont connectés au microcontrôleur via ADC 0808. Puis les valeurs de tous les capteurs sont envoyées en série par le microcontrôleur via Max 32 au port com du PC. Un logiciel «Système DAQ» chargé sur le PC prend ces valeurs et les affiche sur sa face avant, et les enregistre également dans la base de données «daq.mdb».

On peut définir par la manière interactive certains paramètres comme un point de consigne, une limite basse et une limite haute sur l'écran de l'ordinateur. Lorsque la température de certains capteurs augmente au-delà du point de consigne, le microcontrôleur envoie des commandes au pilote de relais IC. Les éléments chauffants connectés via des contacts de relais sont (spécifiques à ce capteur) désactivés (ou ON dans le cas contraire). Les limites haute et basse sont pour l'alarme. Lorsque la température dépasse la limite haute ou en dessous de la limite basse, l'alarme est activée.

SCADA pour installation industrielle à distance

Avantages

Les avantages du système SCADA sont les suivants.

• La qualité de service peut être améliorée
• La fiabilité peut être améliorée
• Le coût de maintenance est moindre
• L'opération peut être réduite
• Les grands paramètres du système peuvent être surveillés
• Les effectifs peuvent être réduits
• Le temps de réparation peut être réduit
• Détection et localisation des défauts
• Il stocke une grande quantité de données
• Selon les besoins de l'utilisateur, il affiche les données dans divers formats.
• Des milliers de capteurs peuvent être interfacés avec SCADA pour le contrôle et la surveillance
• Des simulations de données réelles peuvent être obtenues par les opérateurs
• Donne une réponse rapide
• Il est flexible et évolutif tout en ajoutant des ressources supplémentaires.
• Le système SCADA fournit des informations mécaniques et graphiques à bord
• Le système SCADA est facilement extensible. Nous pouvons ajouter un ensemble d'unités de contrôle et de capteurs selon les besoins.
• Le système SCADA est capable de fonctionner dans des situations critiques.

Désavantages

Les inconvénients du système SCADA sont les suivants.

• Il est complexe en termes de modules dépendants et d'unités matérielles.
• Il a besoin d'analystes, de programmeurs et d'opérateurs qualifiés pour maintenir
• Coût d'installation élevé
• Les taux de chômage peuvent être augmentés
• Ce système prend en charge les périphériques matériels et les logiciels restreints

Applications

Les applications du système SCADA sont les suivantes.

• Production et distribution d'énergie
• Transport public
• Système d'eau et d'égouts
• Fabrication
• Industries et bâtiments
• Réseaux de communication
• Industries pétrolières et gazières
• Production, transport et distribution d'électricité
• Distribution d'eau et système de réservoir
• Les bâtiments publics comme le système de chauffage et de refroidissement électriques.
• Générateurs et turbines
• Système de contrôle des feux de circulation

Ainsi, il s'agit de un aperçu du système SCADA (Contrôle et d'acquisition de données). Ce système est contrôlé par un ordinateur, utilisé pour contrôler et surveiller différents processus dans les usines. Ce système utilise GUI (interface utilisateur graphique), communications de données et gestion étendue pour les systèmes de surveillance. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le PLC?

Crédit photo:

• Réseau SCADA général par mycpanel