SCADA significa Controle de Supervisão e Aquisição de Dados, mas é um termo freqüentemente usado para coleta e apresentação de dados.
Na maioria dos cados esse o sistema SCADA reune um pacote de software projetado para exibir informações, registrar dados e mostrar alarmes.
Dentre os pacotes utilizados os mais comuns são os sistema de IHM (Interface Homem Máquina) as telas que são criadas com desenhos que representa o processo e seus componetes conforme a sua distribição real no pocesso.
Esse sóftware são instalados em computadores e ou servidores esses softwares se comunicam com os PLC´s através de drives específicos, sendo esses responsáveis em armazenas os dados podendo ser depois utilizados das mais diferentes formas.
O Sistema de aquisição de dados (SCAD) na grande maioria das aplicações é utilizado para supervisionar e ou controlar processos e ou equipamentos específicos (Caldeiras, robôs, plataforma de petroleo etc ).
Podendo o controle ser realizado de forma manual com tomadas de decisões do operador ou de forma automática, com base na aquisição de dados realizados pelas UTRs (unidades terminais remotas).
O host central (O sistema principal responsável pelo processamento dos dados do cliente), esse sistema fará a varredura da RTU(unidades remotas) .
As informações coletadas pelos os hosts podem ser disponibilizadas de 3 forma mais comuns que são:
Dados analógicos (ou seja, números reais) e suas tendências (protados em gráficos).
Dados digitais (ligado / desligado) podem ter alarmes associados a um estado ou outro.
Dados de pulso (por exemplo, contando as revoluções de um medidor) são normalmente acumulados ou contados
Controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) refere-se a ICS (sistemas de controle industrial) usados para controlar processos de infraestrutura (serviços públicos, tratamento de água, tratamento de águas residuais, gasodutos, parques eólicos, etc), processos baseados em instalações (aeroportos, estações espaciais, navios, etc) ou processos industriais (produção, fabricação, refino, geração de energia, etc).
Os seguintes subsistemas estão geralmente presentes em sistemas SCADA:
- Unidades Terminais Remotas (UTRs) São dispositivos que se conectão aos sensores do processo, convertendo os dados coletados em sinais digitais que por sua vez são enviados para o sistema de armazenamento de dados para que sejam disponibilizados conforme necessidade (sistema de supervisão, controle de inventário , etc)
- Controlador lógico programável (PLCs) ou Controlador Programável: é um computador industrial que foi reforçado e adaptado para o controle de processos de fabricação, ou qualquer atividade que requeira alta confiabilidade, facilidade de programação e processo diagnóstico de erro..
- Coletores de dados manuais ; todos os dados processados são apresentados ao operador.
- Supervisório: Sistema de supervisão que reúne todos os dados necessários sobre o processo.
Geralmente, um sistema SCADA não controla os processos em tempo real – geralmente se refere ao sistema que coordena os processos em tempo real.
Conceitos de sistemas SCADA
SCADA refere-se aos sistemas centralizados que controlam e monitoram fábricas , ou são os sistemas complexos espalhados por grandes áreas.
Os projetos de sistemas de SCADA são sistema que disponibilizam condições para o controle automatico de um sistema, processo ou equipamento garantindo assim a qualidade e repetibilidade na execução das tarefas.
Conceitos de sistemas SCADA
SCADA refere-se aos sistemas centralizados que controlam e monitoram os sites inteiros, ou são os sistemas complexos espalhados por grandes áreas.
Quase todas as ações de controle são executadas automaticamente pelas unidades terminais remotas (RTUs) ou pelos controladores lógicos programáveis (PLCs).
As restrições às funções de controle do host são intervenção no nível de supervisão ou anulação básica.
Por exemplo, o PLC (em um processo industrial) controla o fluxo de água de resfriamento, o sistema SCADA permite que quaisquer alterações relacionadas às condições de alarme e pontos de ajuste para o fluxo (como alta temperatura, perda de fluxo, etc) sejam registradas e exibido de forma automática pelas unidades terminais remotas (RTUs) ou pelos controladores lógicos programáveis (PLCs).
A aquisição de dados começa no nível do PLC ou RTU, que inclui a coleta de dados dos sensores e o status dos equipamentos e instrumentos instalados no chão de fabrica . Os dados são então formatados de forma que o operador da sala de controle possa tomar as decisões de supervisão para substituir ou ajustar os controles normais do CLP (RTU), usando o HMI.
Os sistemas SCADA implementam principalmente os bancos de dados distribuídos conhecidos como bancos de dados de tags, contendo elementos de dados chamados pontos ou tags. Um ponto é uma única saída ou valor de entrada controlada ou monitorada pelo sistema.
A saída ou entrada real de um sistema é representada por um ponto fisico, enquanto o ponto software é o resultado de diferentes operações matemáticas e lógicas aplicadas a outros pontos.
Esses pontos são geralmente armazenados como pares de valor de identificação de data / hora. A série de pares de valor de identificação de data / hora fornece o histórico de um ponto específico.
Armazenar metadados adicionais com as tags é comum (esses dados adicionais podem incluir comentários sobre o tempo de design, informações de alarme, caminho para o dispositivo de campo ou o registro PLC).
Interface homem-máquina
A HMI, ou Human Machine Interface, é um aparelho que fornece os dados processados ao operador. O operador usa HMI para facilitar o controle do processo.
O HMI está ligado aos bancos de dados do sistema SCADA, para fornecer os dados de diagnóstico, informações de gerenciamento e informações de tendências, como informações logísticas, esquemas detalhados para uma determinada máquina ou sensor, procedimentos de manutenção e guias de solução de problemas.
As informações fornecidas pela HMI ao pessoal operacional são informações gráficas, na forma de diagramas que representa ao processo. Esse sistema permite apresentar uma representação esquemática a planta a qual está sendo controlada facilitando assim o entendimento do operador.
Podemos exeplificar por exemplo um sistema de controle de uma maquina centrifuga, esse conjunto de imagem representam de forma gráfica como os equipamentos estão interligados e como está o estado de funcionamento de cada um dos instrimentos e equipamentos.
A bomba pode então ser desligada pelo operador. O software da HMI mostra a diminuição da vazão de fluido na tubulação em tempo real.
O pacote HMI dos sistemas SCADA consiste em um programa de desenho usado pelo pessoal de manutenção do sistema ou operadores para alterar a representação desses pontos na interface.
Essas representações podem ser tão simples como um semáforo na tela que representa o estado do semáforo real na área, ou complexas, como a tela de um destilador que representa a condição de todas as variáves de processo.
Hardware SCADA
O sistema SCADA pode ter os componentes do Sistema de Controle Distribuído. A execução de processos lógicos fáceis sem envolver o computador master é possível porque PLCs ‘inteligentes’ ou RTUs.IEC61131-39 (Lógica Ladder) é usado, (esta é uma linguagem de programação de bloco funcional, comumente usada na criação de programas rodando em PLCs e RTUs. )
O IEC 61131-3 tem poucos requisitos de treinamento, ao contrário das linguagens de procedimento como linguagem de programação C etc.
Os engenheiros do sistema SCADA podem realizar a implementação e projeto de programas em execução no PLC ou RTU. O controlador compacto, controlador de automação programável (PAC), combina as capacidades e recursos de um sistema de controle baseado em PC com um PLC típico.
‘RTUs distribuídas’, em várias aplicações SCADA de subestação elétrica, usam computadores de estação ou processadores de informação para se comunicar com PACs, relés de proteção e outros dispositivos de E / S.
Muitos deles usam protocolos de comunicação abertos e não proprietários. Muitos pacotes HMI / SCADA de terceiros qualificados entraram no mercado, oferecendo compatibilidade embutida com vários PLCs principais, o que permite que engenheiros elétricos, engenheiros mecânicos ou técnicos configurem HMIs por conta própria, sem a necessidade de um desenvolvedor de software feito sob medida programa.
Unidade Terminal Remota (RTU)
A RTU está conectada ao equipamento atraves dos sensores a RTU converte todos os sinais elétricos recebidos dos sensores em valores digitais como o status – aberto / fechado – de uma válvula ou chave, ou as medições como vazão, pressão, corrente ou tensão.
Após converter os sinais , a RTU através de seu sistema de processamento pode controlar o sistema conforma a logica de definida para o controle do equipamento, comutando as valvulas e motores e bombas e controlando o fluxo das linhas através da velocidade das bombas e e posição de valvulas de controle.
Estação Supervisório
Uma “Estação de supervisão” refere-se ao software e servidores responsáveis pela comunicação com o equipamento de campo (PLCs, RTUs, etc.) e, depois disso, ao software HMI em execução nas estações de trabalho na sala de controle ou em qualquer outro lugar. Uma estação mestre pode ser composta por apenas um PC (em pequenos sistemas SCADA). A estação mestre pode ter vários servidores, locais de recuperação de desastres e aplicativos de software distribuídos em sistemas SCADA maiores.
Para aumentar a integridade do sistema, vários servidores são ocasionalmente configurados em formação hot-standby ou redundante, fornecendo monitoramento e controle contínuo durante as falhas de um dos servidores.
Filosofia Operacional SCADA
Waste Water Treatment -SCADA – Plant-IQ
Os custos resultantes de falhas no sistema de controle são muito altos. Até vidas podem ser perdidas. Para alguns sistemas SCADA, o hardware é robusto para suportar temperaturas, tensão e vibrações extremas, e a confiabilidade é aumentada, em muitas instalações críticas, incluindo canais de comunicação e hardware redundante.
Uma parte que está falhando pode ser identificada e a funcionalidade assumida automaticamente por meio do hardware de backup. Pode ser substituído sem qualquer interrupção do processo.
Infraestrutura e comunicação
Os sistemas SCADA inicialmente usaram conexões de modem ou combinações de serial direto e rápido para atender aos requisitos de comunicação, embora IP e Ethernet sobre SONET / SDH também possam ser usados em locais maiores, como estações de energia e ferrovias.
A função de monitoramento ou gerenciamento remoto do sistema SCADA é chamada de telemetria.
Os protocolos SCADA foram projetados para serem extremamente compactos e para enviar informações para a estação mestre apenas quando a RTU é pesquisada pela estação mestre. Normalmente, o legado de protocolos SCADA consiste em uma comunicação utilizando um tipo de rede que pode ser por ex Profibus, Modbus RTU e RP-570.
Esses protocolos de comunicação são especificamente do fornecedor SCADA. Os protocolos padrão são IEC 61850, DNP3 e IEC 60870-5-101 ou 104. Esses protocolos são reconhecidos e padronizados por todos os grandes fornecedores de SCADA. Vários desses protocolos têm extensões para operar por meio do TCP / IP.
O desenvolvimento de muitos dispositivos controladores automáticos e UTRs começou antes do advento dos padrões da indústria para a interoperabilidade.
Para uma melhor comunicação entre diferentes softwares e hardwares, o PLE for Process Control é uma solução amplamente aceita que permite a comunicação entre os dispositivos que originalmente não deveriam fazer parte da rede industrial.
Arquiteturas SCADA
Primeira geração –
Na primeira geração, os sistemas de mainframe foram usados para computação. Na época em que o SCADA foi desenvolvido, as redes não existiam.
Portanto, os sistemas SCADA não possuíam conectividade com outros sistemas, ou seja, eram sistemas independentes. Posteriormente, os fornecedor
Segunda geração – Distribuido
As informações entre várias estações eram compartilhadas em tempo real por meio da LAN e o processamento era distribuído entre várias estações.
O custo e o tamanho das estações foram reduzidos em comparação com as utilizadas na primeira geração. Os protocolos usados para as redes ainda eram proprietários, o que causava muitos problemas de segurança para os sistemas SCADA.
Devido à natureza proprietária dos protocolos, muito poucas pessoas realmente sabiam o quão segura era a instalação do SCADA.
Terceira geração – Em rede
O sistema SCADA utilizado hoje pertence a esta geração. A comunicação entre o sistema e a estação mestre é feita através de protocolos WAN como os protocolos de Internet (IP).
Como os protocolos padrão usados e os sistemas SCADA em rede podem ser acessados pela Internet, a vulnerabilidade do sistema é aumentada.
No entanto, o uso de técnicas de segurança e protocolos padrão significa que melhorias de segurança podem ser aplicadas em sistemas SCADA.
As RTU´s projetaram as redes de longa distância que ajudaram na comunicação com a RTU.
O uso de protocolos de comunicação naquela época era proprietário. Se o sistema de mainframe falhou, havia um mainframe de backup, conectado no nível do barramento.
Tendências SCADA
No final da década de 1990, em vez de usar o RS-485, os fabricantes usaram estruturas de mensagens abertas como Modbus ASCII e Modbus RTU (ambos desenvolvidos pela Modicon).
Em 2000, quase todos os fabricantes de I O ofereciam interfaces totalmente abertas como Modbus TCP em vez de IP e Ethernet.
Os sistemas SCADA agora estão alinhados com as tecnologias de rede padrão. Os antigos padrões proprietários estão sendo substituídos pelos protocolos TCP / IP e Ethernet. No entanto, devido a certas características da tecnologia de comunicação de rede baseada em quadros, as redes Ethernet foram aceitas pela maioria dos mercados para HMI SCADA.
Os protocolos de ‘Próxima geração’ usando serviços da web XML e outras tecnologias modernas da web tornam-se mais suportáveis por TI. Alguns exemplos desses protocolos incluem SuiteLink da Wonderware, Proficy da GE Fanuc, Utilitário de transporte de dados da I Gear, FactoryTalk da Rockwell Automation e OPC-UA.
Alguns fornecedores começaram a oferecer sistemas SCADA de aplicativos específicos que são hospedados em plataformas remotas em toda a Internet. Portanto, não há necessidade de instalar sistemas nas instalações do usuário. As principais preocupações estão relacionadas à confiabilidade, segurança e latência da conexão com a Internet.
Problemas de segurança SCADA
Os sistemas SCADA estão se tornando onipresentes a cada dia. No entanto, ainda existem alguns problemas de segurança.
A segurança dos sistemas baseados em SCADA está sendo questionada, pois eles são alvos potenciais para ataques de ciberterrorismo / ciberguerra.
Há uma crença errônea de que as redes SCADA são seguras o suficiente porque são protegidas fisicamente. Também é erroneamente considerado que as redes SCADA são seguras o suficiente porque estão desconectadas da Internet.
Os sistemas SCADA também são usados para monitorar e controlar processos físicos, como distribuição de água, semáforos, transmissões de eletricidade, transporte de gás e oleodutos e outros sistemas usados na sociedade moderna. A segurança é extremamente importante porque a destruição dos sistemas teria consequências muito ruins.
Existem duas ameaças principais. O primeiro é o acesso não autorizado ao software, seja ele acesso humano ou alterações induzidas intencionalmente, infecções por vírus ou outros problemas que podem afetar a máquina host de controle. A segunda ameaça está relacionada ao acesso de pacotes a segmentos de rede que hospedam dispositivos SCADA.
Em vários casos, permanece menos ou nenhuma segurança no protocolo de controle de pacote real; portanto, qualquer pessoa que envie pacotes para o dispositivo SCADA está em posição de controlá-lo.
Freqüentemente, os usuários do SCADA inferem que a VPN é proteção suficiente e permanecem alheios ao fato de que o acesso físico aos switches e conectores de rede relacionados ao SCADA fornece a capacidade de contornar a segurança no software de controle e controlar as redes SCADA.
Os fornecedores de SCADA estão lidando com esses riscos desenvolvendo soluções de VPN e firewall industriais especializadas para redes SCADA baseadas em TCP / IP. Além disso, as soluções de lista branca foram implementadas devido à sua capacidade de impedir alterações não autorizadas em aplicativos.
APLICAÇÕES DO SCADA:
1) Aplicação em usinas de energia:
Um grupo de usinas de geração de Hidro e Gás quando a demanda de carga excede a capacidade de geração. Essas usinas são consideradas como usinas de pico de carga porque essas usinas podem iniciar em nenhum momento e fornecer energia à rede.
Essas plantas estão localizadas nos locais romote. Essas usinas são controladas abrindo e fechando as válvulas das turbinas para que possam fornecer a energia em condições de pico e possam ser mantidas em espera durante as condições normais de carga.
2) Aplicação em plantas de petróleo e gás:
Muitos parâmetros de controle de processo, motores, bombas e válvulas estão espalhados por uma vasta área no campo.
As aplicações de controle e monitoramento incluem ligar e desligar motores, bombas, válvulas e coleta de informações de parâmetros de processo (como taxa de fluxo, pressão, temperatura) continuamente e a tomada de certas decisões pode ser feita por meio de sistemas SCADA.
(5318) #Supervisory control and data acquisition (SCADA) – YouTube
3) APLICAÇÕES DO SISTEMA SCADA MONITORAMENTO DE LINHAS OLEO E GÁS:
Dutos que transportam óleo, gás, produtos químicos e água localizados a distâncias variáveis da planta precisam de monitoramento e controle contínuos.
O controle inclui abrir e fechar as válvulas, iniciar e parar as bombas. O monitoramento da vazão e demais parâmetros para evitar vazamentos nos dutos, por meio da aquisição dos dados e da realização de controles adequados, é feito por meio de sistemas SCADA.
4) Aplicações em transmissão de energia:
A transmissão de energia elétrica que se estende por milhares de quilômetros pode ser controlada abrindo e fechando os disjuntores e outras funções. Isso é feito na subestação de controle mestre que pode controlar as outras subestações através de sistemas SCADA.
5) Aplicações em sistemas de irrigação:
Os sistemas de irrigação que estão espalhados por uma ampla área podem ser controlados fechando e abrindo as válvulas, reunindo os valores dos medidores da quantidade de água fornecida e tomando as ações de controle podem ser feitas através dos sistemas SCADA
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