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scada系统是什么scada系统的构成《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:24:01 阅读: 来源:聚氨酯泡沫填缝剂厂家

2018-05-15 13:43:06来源:贤集网 周莹

听到SCADA系统,相信大家都比较陌生。它的英文缩写为Supervisory Control And Data Acquisition,国内叫法为监控组态软件。SCADA系统现在已经被广泛应用于工业、食品、医药、科研等领域,像钢铁、化工这些都会用到该系统。那么什么是SCADA系统呢?它其实不是完整的控制系统,它是属于管理控制设备的软件。SCADA所接的控制设备通常是PLC(可编程控制器),或者智能表、板卡等等。它的使用简单便利,十分受欢迎。该系统其实很早就有了,而早期的SCADA运行与DOS,UNIX,VMS,现在多数运行在Windows操作系统中,有的可以运行在Linux系统。想了解一下该系统的构成吗?下面贤集网的小编就来为大家介绍一下scada系统是什么?scada系统的构成。

SCADA系统是什么?

首先,SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写,是对分布距离远,生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。

了解生产情况是实施科学生产的基础,如果生产过程分布很近,可以采用就近控制的办法,就地接线,就地监视,就地控制,对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多,也有采用PLC的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的,比如几公里,几十公里,几百公里甚至几千公里的,如变电站,天然气管线,油田,自来水管网,随着技术的发展,人们慢慢发展出远程采集监视控制系统,称为SCADA系统。

SCADA系统与其他系统的区别在于:

分布区域广泛、主站与控制对象距离远、监控终端的工作条件苛刻、通讯系统复杂多变、通讯系统不保证可靠传输。

SCADA系统的构成

1、硬件结构

通常SCADA系统分为两个层面,即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信,进行数据处理何运算。而客户用于人机交互,如用文字、动画显示现场的状态,并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面,通过Web发布在Internat上进行监控,可以认为这是一种“超远程客户”。

硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接,也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232),总线方式可以是RS485,以太网等连接方式。总线方式与点到点方式区别主要在于:点到点是一对一,而总线方式是一对多,或多对多。

在一个系统中可以只有一个服务器,也可以有多个,客户也可以一个或多个。只有一个服务器和一个客户的,并且二者运行在同一台机器上的就是通常所说的单机版。服务器之间,服务器与客户之间一般通过以太网互连,有些场合(如安全性考虑或距离较远)也通过串口、电话拨号或GPRS方式相连。

2、软件体系结构

SCADA有很多任务组成,每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集,数据处理(如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等)。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器,如报警服务器,记录服务器,历史服务器,登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体,但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作,缺点是效率低,局部故障可能影响整个系统。

SCADA系统主要包括三部分组成,主站端,通讯系统和远程终端单元。

主站一般采用先进的计算机,有着良好的图形支持,现在采用PC计算机和WINDOWS系统居多,在历史上,曾经有很多系统采用UNIX系统和XWINDOWS图形界面。一个主站可能的分站数量从几十到几百、几千个不等。

通讯系统就非常复杂了,有线的包括音频电缆、载波电缆、光纤、电力载波等,无线的包括电台、卫星、微波等。

远程终端单元(RTU or TeleControl )的品种也很多,大的系统由很多机柜组成,小的系统可能就是一个小盒子。

一、SCADA的主站系统

SCADA系统的主站过去由很多著名的系统是基于UNIX操作系统家族和XWINDOW图形界面的。

随着计算机系统的发展,特别是PC机的发展,PC机和PC机上运行的操作系统在扮演着越来越重要的角色。

庞大的主站系统一般包括如下内容:

通讯前置系统,主要负责解析各种不同的规约,完成通讯接口数据处理,包括数据转发。包括前置计算机,串口池或者MODEM 池,机架,防雷措施和网络接口。

实时数据库系统,主要包括运行实时数据库的服务器。

工程师工作站,负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。

生产调度工作站,是监控系统的主要用户,显示画面,画面浏览,实现各种报警等。

各种监控工作站,主要用于特别庞大的系统,几个人已经无法监控的情况,这时会根据需要,设立各种的监控工作站,每个工作站有人员工作。

历史数据库服务器,是SCADA系统保存历史数据的服务器。

WEB服务器,是现在SCADA主站系统的一个流行趋势,只要用户装有浏览器软件,得到相应的授权,就可以访问相应的他关心的数据。

上层应用工作站,主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析,负荷预测,事故追忆,电网稳定性分析,能量管理 等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析,管网经济性分析,管网漏失分析等。在采油工程上,包括示功图显示,示功图分析,泵况分析,功图计产等等。

作为SCADA主站系统,大的系统可能有几十个上百个工作站,多个服务器。为了保证系统的可靠性,采用双前置系统,多服务器系统,两个网络。但是对于简单的SCADA主站系统可能就只有一台计算机,运行一套软件。

各种不同应用的SCADA系统,可以说大部分是相同的或者类似的。但是各个行业有各个行业的特点,每个行业所关心的东西不一样。比如电力行业非常关心每个线路电压电流功率,而对于自来水行业就不是特别关心这些数据,而关心管道的压力流量等。这样就形成了不同行业的系统。也有通用的人机界面使用,但是这种界面一般无法满足各个行业的特殊需要。

二、SCADA的通讯系统

SCADA通讯系统是最丰富多彩的,有很多通讯方式是很多人都没有听说过的。一般分类大体可以分为两类,有线和无线,但是随着通讯技术的发展,基于各种网络的通讯方式也发展很快,这种通讯方式很难归结到有线或者无线的范畴,所以也单独作为一类。

有线方式比较多:音频电缆,架空明线,载波电缆,同轴电缆,光纤,电力载波等。在有线上传输大体分为基带传输和调制传输,基带传输是在介质上传输的是数字信号,可能也要经过信号变化。调制解调传输要经过模拟数字变换的传输。很多介质既可以作为基带传输也可以作为调制传输。

无线方式主要包括: 电台、微波、卫星、光线、声波等手段。

网络方式是通讯系统架构在一个计算机网络之上,比如帧中继,ATM.,IP网,这种通讯方式可能是有线的也可能是无线的,甚至多次跨越无线和有线。其性能也明显区分于有线和无线系统。比如不用考虑误码,不用考虑报文的大小,不考虑系统的拓扑结构,但是网络的时延可能比较大。通过GPRS网络或者CDMA传输SCADA系统数据就是典型的例子。

三、SCADA的远方终端单元

SCADA系统远程终端单元有一个专门的词汇RTU。现在术语中称为TeleControl。

RTU一般包括通讯处理单元、开关量采集单元、脉冲量采集单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元,开关量输出单元和脉冲量输出单元等构成。还有一些其他的接口方式,比如电力变压器的分接头,气象的格雷码接口,水文的BCD码接口等等。

远方的通讯一般和RTU安装在一起,这样便于接线。

现在的RTU出来完成本身的数据采集工作和协议处理之外,还要完成和各种IED设备的接口和协议转换工作。而且RTU的通讯处理单元的能力越来越强大,而相应的采集工作却在逐渐的弱化,由各种IED设备代替了。

RTU在中国电力系统的最大发展就是用交流采样算法直接计算线路的电压、电流、有功功、无功功率、功率因数、频率、谐波等,取代了传统的电力变送器,降低了成本,降低了接线复杂度,减少了误差环节,提高了精度。而今综合了保护、远动、计量的设备已经出现了,而传统的远动已经基本退出了历史舞台。

SCADA系统的应用及功能:

1、应用领域

电力、冶金、石油、燃气、化工、铁路

2、功能

可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

常见SCADA编程软件:

1、紫金桥Realinfo

由紫金桥软件技术有限公司开发,该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立的。

2、Hmibuilder

由纵横科技(HMITECH)开发,实用性强,性价比高,市场主要搭配HMITECH硬件使用。

3、世纪星

由北京世纪长秋科技有限公司开发。产品自1999年开始销售。

4、三维力控

由北京三维力控科技有限公司开发,核心软件产品初创于1992年。

5、组态王KingView

由北京亚控科技发展有限公司开发,该公司成立于1997年。1995年推出组态王1.0版本,在市场上广泛推广KingView6.53、KingView6.55版本,每年销量在10,000套以上,在国产软件市场中市场占有率第一。

6、MCGS

由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发,分为通用版、嵌入版和网络版,其中嵌入版和网络版是在通用版的基础开发来的[2] ,在市场上主要是搭配硬件销售。

7、易控

易控组态软件由九思易公司开发。

8、态神

态神是由南京新迪生软件技术有限公司开发,核心软件产品初创于2005,是首款3d组态软件

9、Controx

由北京华富远科技术有限公司开发,软件版本分为通用版、嵌入版(CE)、网络版、分布式式版本。

10、uScada免费组态软件

uScada是国内著名的免费组态软件,是专门为中小自动化企业提供的监控软件方案。uScada包括常用的组态软件功能,如画面组态,动画效果,通讯组态,设备组态,变量组态,实时报警,控制,历史报表,历史曲线,实时曲线,棒图,历史事件查询、脚本控制,网络等功能,可以满足一般的小型自动化监控系统的要求。软件的特点是小巧、高效、使用简单。

11、iCentroView

由上海宝信软件股份有限公司开发。平台支持:权限管理、冗余管理、集中配置、预案联动、多媒体集成、主流通讯协议通讯、GIS等,并拥有自身研发的实时数据库,为数据挖掘与利用提供必要条件。能够实现对底层设备的实时在线监测与控制(设备启停、参数调整等)、故障报警、事件查询、统计分析等功能。

12、QTouch

由著名的QT类库开发而成,完全具有跨平台和统一工作平台特性,可以跨越多个操作系统,如unix、linux、windows等,同时在多个操作上实现统一工作平台,即可以在windows上开发组态,在linux上运行等。QTouch是HMI/SCADA组态软件,提供嵌入式linux平台的人机界面产品。

燃气行业管网SCADA系统工控安全解决方案:

一、城市燃气管网SCADA系统

城市燃气广泛应用于居民生活、工商业、发电、交通运输、分布式能源等多个领域,是城市发展不可或缺的重要能源。同时,城市燃气的输配系统是城市基础设施建设的重要组成部分,是城市现代化的重要标志之一。近年来,随着长输管线、省级管线以及城市管道的大量建设,管道燃气已经成为城市燃气消费中最重要的运输和消费形式。

1、城市燃气系统

目前,随着现代计算机技术和自动化技术在管道燃气行业的广泛应用,城市燃气企业建立起了相应的城市燃气管网SCADA系统,实现对燃气传输管线、燃气输气场站、燃气储备站的远程管理、集中控制、数据自动实时采集、事故报警、参数调整、气量调节等管理功能,降低了管理成本和生产风险,节省了人力资源。大多数的城市燃气企业采用SCADA系统,集合PLC和RTU等控制设备,操作人员在调度控制中心通过SCADA系统可完成对燃气输配系统的监控和运行管理。

2、门站

门站是城镇燃气输配系统的重要设施,是输配气系统的起点和总枢纽。其作用是接受长输管道(或气源厂)来气,并根据需要进行除尘、调压、计量、加臭、质量检测后,送入城镇燃气输配管网分配给各级用户或直接送大用户。门站系统主要包括净化系统、调压系统、计量系统、加臭系统、质量检测、和站控系统。燃气在管道内长距离输送后,其主要杂质为腐蚀产物和铁屑粉末,为了保证设备和仪表的正常工作并保护其不被损坏,必须除去固体杂质,净化系统的旋风分离器是该系统的核心设备,其主要功能为尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴,达到气固液分离,以保证管道及设备的正常运行。

3、调压站

调压站在城市燃气管网系统中是用来调节和稳定管网压力的设施。通常是由入口紧急切断阀(ESD阀)、超声波流量计、粗过滤器(旋风分离器)、精过滤器(凝聚式过滤器)、增压机、电加热器和集污筒组成。其中ESD保护系统是调压站重要的安全保护系统,其作用是实现与上游管道的电绝缘、火灾、严重泄漏等紧急事故时的紧急切断,关断时间<3秒,执行机构有气动型,和气液联动型,一般配置绝缘接头以实现调压站和上游管线的电绝缘。

4、阀室

阀室大多分布在一些野外、山里或者戈壁无人区等区域,主要是用于管道的分节管控。阀室的核心器件为关断阀。当管道发生泄露时,阀室控制系统会关掉泄露节段两端的阀门,减少漏油漏气量。在维修管道时,阀室控制系统会关闭两个阀室的阀门,阀门关闭后进行分段维修。阀室还有一些监控设备,比如压力表,通讯设备等,该监控设备主要作用为监控管道的运行状态。

随着科技水平的飞速发展,城市燃气管网SCADA系统的自动化技术也在不断提高,它在保护环境、减轻污染、方便生活、促进和繁荣经济等方面发挥着重大作用。然而任何科学技术都是一把双刃剑,均具有利弊二重性。门站系统中使用的可编程控逻辑控制器存在大量安全漏洞,如绕过权限修改内部寄存器值的漏洞,此漏洞被利用后,可导致门站系统中的旋风分离器停止工作,管路中聚集大量固体颗粒杂质和液滴,导致管路腐蚀泄漏,由于城镇燃气具有易燃、易爆和有毒等特点,一旦供气用燃气设施发生泄漏,极易发生火灾、爆炸及中毒事故,使国家和人民生命财产遭受损失。全社会对燃气安全缺乏足够的认识,燃气事故不断上升,仅北京每年发生燃气事故2000到3000起,通过对4个城市的燃气企业和对23个液化石油气站的调研发现,我国城镇燃气的安全现状令人担忧。

二、城市燃气管网SCADA系统的风险

根据2017年对燃气行业的调研,尤其是生产企业工业控制系统网络安全的调研统计,几乎90%的企业对工控网络安全没有完整的认识和防护意识。目前城市燃气管网SCADA系统主要存在以下工控安全问题。

1、通信协议漏洞

自动化和信息化的高度融合和物联网的发展使得ModBus协议、ProfiBus协议、OPC协议等工业协议越来越广泛地应用在工业控制网络中,协议的公开性导致极易遭受攻击,而传统IT防火墙无法发现和防范出现的安全问题。

2、工业设备漏洞

国内城市燃气管网SCADA系统大量采用西门子、霍尼韦尔等产品,但由于该系列产品存在漏洞,可利用漏洞进行脚本攻击改变操作指令,进而影响生产正常进行。

3、操作系统漏洞

城市燃气管网SCADA系统的工程师站/操作站/HMI都是Windows平台的,为保证过程控制系统的相对独立性,同时考虑到系统的稳定运行,通常现场工程师站/操作站/HMI在系统运行后不会对Windows平台安装任何补丁,存在很大的安全隐患。

4、安全策略和管理流程漏洞

追求可用性而牺牲安全,是很多工业控制系统存在的普遍现象,缺乏完整有效的安全策略与管理流程也给工业控制系统信息安全带来了一定的威胁。例如工业控制系统中移动存储介质的使用和不严格的访问控制策略,包括笔记本电脑、U盘等设备。

5、杀毒软件漏洞

为了保证工控应用软件的可用性,许多工控系统操作站通常不会安装杀毒软件。即使安装了杀毒软件,在使用过程中也有很大的局限性,原因在于使用杀毒软件很关键的一点是,其病毒库需要不定期的经常更新,这一要求尤其不适合于工业控制环境。

6、应用软件漏洞

由于应用软件多种多样,很难形成统一的防护规范以应对安全问题;另外当应用软件面向网络应用时,就必须开放其应用端口。因此常规的IT防火墙等安全设备很难保障其安全性。

三、城市燃气管网SCADA系统的现状

城市燃气管网SCADA系统按照区域和功能一般划分为调度控制中心、传输网络(有线+无线备份)和站控系统。调度控制中心内主要包含SCADA服务器、数据库服务器、WEB服务器、通讯服务器和工作站(操作员工作站、工程师工作站、视频工作站),调度控制中心一般通过通讯服务器或专用服务器与外部系统实现数据交互。调度控制中心与下属站控通过光纤专线和运营商无线网络(如:GPRS、CDMA等)互联同时实现线路冗余备份。站控系统根据功能主要分为门站、调压站、阀室三类。

城市燃气管网SCADA系统作为关键信息基础设施,系统的安全稳定运行直接关系到市民生活和社会稳定。与传统信息系统不同,工业控制系统在建设初期兼顾应用环境、控制管理等实际环境因素,首要保证系统高可用性和实际业务的正常稳定运行,缺乏对网络安全风险的考量。随着工业控制系统开放化的趋势和大量传统信息技术的广泛应用,传统以太网和信息系统所面临的病毒、木马、网络攻击等安全问题也同样威胁着各大中小城市燃气管网SCADA系统。

四、系统安全防护建议

综合分析城市燃气管网SCADA系统主机、网络、数据和应用安全各方面风险,结合工控系统运行环境相对稳定固化,系统更新频率较低的特点。威努特建议采用基于"白名单"机制的工业控制系统信息安全"白环境"解决方案,通过对工控网络流量、工程师站工作状态等进行监控,收集并分析工控网络数据及软件运行状态,建立工控系统正常工作环境下的安全状态基线和模型,构筑工控安全"白环境",确保:

只有可信任的设备,才能接入工控网络。

只有可信任的消息,才能在工控网络上传输。

只有可信任的软件,才允许被执行。

边界隔离:建议在城市燃气管网SCADA系统和外部系统网络边界部署工业防火墙,通过工业协议深度解析,结合自学习白名单安全防护策略,实现细粒度的边界访问控制和安全隔离,通过最小化规则尽可能规避来自外部系统的非法/违规数据访问。

内部区域防护:通过明确内部安全区域,建议在调度控制中心、门站、调压站和重要阀室区域网络边界部署工业防火墙,实现内部安全区域边界防护,通过建立白名单策略,规范和细化区域内的网络和应用访问规则,阻断数据篡改伪造和恶意攻击等行为,有效保护安全区域内核心数据和应用。

主机防护:对SCADA系统网络内的主机进行安全防护,主要是针对调度控制中心和各站控系统区域内的主机,建议部署工控主机卫士和安全U盘,通过主机应用程序白名单机制,阻止非工作程序在主机上的操作运行,阻断由于操作系统漏洞、应用软件漏洞而引起的恶意攻击,同时通过安全U盘实现移动安全数据存储。

网络实时监测与审计:在SCADA系统调度控制中心旁路部署监测审计平台,建立业务通信模型实现对工控指令攻击、控制参数篡改、病毒和蠕虫等恶意代码攻击行为的实时监测和告警,同时对网络中的攻击行为、网络会话、数据流量、重要操作等进行审计,实现安全事件的日志回溯和取证。

统一安全管理:建立管网SCADA系统安全管理平台,对工控网络中的相关防护产品进行统一的管理及运维,对整网防护设备进行策略配置下发、网络流量分析,对各设备进行集中化策略配置下发、存储、备份、查询、审计、告警、响应,并出具丰富的报表和报告,实时掌握工业控制网络情况,获悉工业控制网络整体的安全状态,实现全生命周期的日志管理。

以上,就是贤集网小编为您介绍的scada系统是什么?scada系统的构成。你看,SCADA系统能够可以对燃气行业的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。这样便可以让管理人员及时了解情况,并可以通过燃气行业工控系统安全问题,制定解决方案,有利于燃气企业建立工控系统安全保障体系,大大增强了对燃气的安全风险防范能力,有效促进了工控系统安全、稳定地运行。除了燃气行业,在其他行业SCADA系统也能做到统一管理及报警。但是网络系统安全这一块,还是需要做好的,以防违规数据访问,泄露数据。

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