Войти
Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA ) - это система управления архитектура содержащий компьютеры, сетевые передачи данных и графические пользовательские интерфейсы (GUI) для высокоуровневого управления процессом, а также другие периферийные устройства например, программируемые логические контроллеры (PLC) и дискретные пропорционально-интегрально-производные (PID) контроллеры для взаимодействия с технологическим оборудованием или оборудованием. Использование SCADA было рассмотрено также для управления и операций проектно-ориентированного процесса в строительстве.
Интерфейсы оператора, которые позволяют осуществлять мониторинг и выдачу команд процесса, таких как изменение уставки контроллера, обрабатываются через компьютерную систему SCADA. Подчиненные операции, например логика управления в реальном времени или вычисления контроллера выполняются сетевыми модулями, подключенными к полевым датчикам и исполнительным механизмам.
. Концепция SCADA была разработана как универсальное средство удаленного доступа к множество модулей местного управления, которые могут быть разных производителей и позволять доступ через стандартные протоколы автоматизации . На практике большие системы SCADA выросли и стали очень похожи на распределенные системы управления по функциям, но при этом используют несколько средств взаимодействия с предприятием. Они могут управлять крупномасштабными процессами, которые могут включать несколько сайтов, и работать как на больших, так и на малых расстояниях. Это один из наиболее часто используемых типов промышленных систем управления, несмотря на опасения по поводу уязвимости систем SCADA для кибервойны / кибертеррористических атак.
Функциональные уровни операции управления производством Ключевым атрибутом системы SCADA является ее способность выполнять операции контроля над множеством других проприетарных устройств.
Прилагаемая диаграмма представляет собой общую модель, которая показывает функциональные уровни производства с использованием компьютеризированного управления.
Ссылаясь на схему,
Уровень 1 содержит программируемый логические контроллеры (ПЛК) или удаленные терминалы (RTU).
Уровень 2 содержит SCADA для показаний и отчетов о состоянии оборудования, которые при необходимости передаются в SCADA уровня 2. Затем данные компилируются и форматируются таким образом, что оператор диспетчерской, использующий HMI (человеко-машинный интерфейс ), может принимать решения по надзору для настройки или отмены нормального управления RTU (PLC). Данные также могут быть переданы в архиватор, часто построенный на базе товарной системы управления базами данных, чтобы можно было проводить трендовый и другой аналитический аудит.
Системы SCADA обычно используют базу данных тегов, которая содержит элементы данных, называемые тегами или точками, которые относятся к конкретным приборам или исполнительным механизмам в технологической системе. Данные накапливаются по этим уникальным ссылкам на теги оборудования управления технологическим процессом.
Пример использования SCADA в офисной среде для удаленного мониторинга процесса Используя концепцию SCADA, можно построить как большие, так и маленькие системы. В этих системах может быть от нескольких десятков до тысяч контуров управления, в зависимости от приложения. Примеры процессов включают промышленные, инфраструктурные и производственные процессы, как описано ниже:
. Однако системы SCADA могут иметь уязвимости безопасности, поэтому системы должны быть оценены для выявления рисков и решений, реализованных для снижения этих рисков.
Типичный имитатор SCADA показан в виде анимации. Для технологического предприятия они основаны на схеме трубопроводов и КИПиА.Система SCADA обычно состоит из следующих основных элементов:
Это ядро системы Система SCADA, собирающая данные о процессе и отправляющая команды управления на подключенные полевые устройства. Он относится к компьютеру и программному обеспечению, отвечающим за связь с контроллерами полевых подключений, которые являются RTU и PLC, и включает программное обеспечение HMI, работающее на рабочих станциях оператора. В небольших системах SCADA управляющий компьютер может состоять из одного ПК, и в этом случае HMI является частью этого компьютера. В более крупных системах SCADA главная станция может включать несколько человеко-машинного интерфейса, размещенных на клиентских компьютерах, несколько серверов для сбора данных, распределенные программные приложения и сайты аварийного восстановления. Для повышения целостности системы несколько серверов часто конфигурируются в виде двойного резервирования или горячего резервирования, обеспечивающего непрерывный контроль и мониторинг в случае сбоя или поломки сервера..
Удаленные оконечные устройства, также известные как (RTU), подключаются к датчикам и исполнительным механизмам в процессе и объединены в сеть с компьютерной системой диспетчеризации. RTU имеют встроенные возможности управления и часто соответствуют стандарту IEC 61131-3 для программирования и поддержки автоматизации с помощью релейной логики, функциональной блок-схемы или различных Другие языки. В удаленных местах часто мало или совсем нет местной инфраструктуры, поэтому нередко можно встретить RTU, работающие от небольшой системы солнечной энергии, использующие радио, GSM или спутник для связи и защищенные от -20C до + 70C или даже от -40C до + 85C без внешнего нагревательного или охлаждающего оборудования.
Также известные как ПЛК, они подключаются к датчикам и исполнительным механизмам в процессе и подключены к системе контроля. В автоматизации производства ПЛК обычно имеют высокоскоростное соединение с системой SCADA. В удаленных приложениях, таких как крупная водоочистная станция, ПЛК могут напрямую подключаться к SCADA по беспроводной связи или, что чаще всего, использовать RTU для управления связью. ПЛК специально разработаны для управления и явились основой для языков программирования IEC 61131-3. По экономическим причинам ПЛК часто используются на удаленных объектах, где имеется большое количество операций ввода-вывода, вместо использования одного удаленного терминала.
Служит для подключения компьютерной системы надзора к RTU и ПЛК и может использовать отраслевые стандарты или собственные протоколы производителя. И RTU, и PLC работают автономно, контролируя процесс почти в реальном времени, используя последнюю команду, полученную от системы контроля. Отказ сети связи не обязательно останавливает управление технологическим процессом на предприятии, и при возобновлении связи оператор может продолжить мониторинг и контроль. Некоторые критически важные системы будут иметь магистрали данных с двойным резервированием, часто соединенные разными путями.
Воспроизвести медиа Более сложная анимация SCADA, показывающая управление четырьмя варочными машинами периодического действия Человеко-машинный интерфейс (HMI) - это окно оператора системы контроля. Он представляет информацию об установке для обслуживающего персонала в графическом виде в виде мнемосхем, которые представляют собой схематическое представление управляемой установки, а также страниц регистрации аварийных сигналов и событий. HMI связан с управляющим компьютером SCADA для предоставления данных в реальном времени для управления мнемосхемами, дисплеями аварийных сигналов и графиками трендов. Во многих случаях HMI представляет собой графический пользовательский интерфейс для оператора, который собирает все данные с внешних устройств, создает отчеты, выполняет сигнализацию, отправляет уведомления и т. Д.
Мнемосхемы состоят из линейной графики и схематических символов для представления процесса элементы или могут состоять из цифровых фотографий технологического оборудования, наложенных на анимированные символы.
Управление производством осуществляется посредством HMI, при этом операторы подают команды с помощью указателей мыши, клавиатуры и сенсорных экранов. Например, символ насоса может показать оператору, что насос работает, а символ расходомера может показать, сколько жидкости он перекачивает по трубе. Оператор может отключить насос от мнемосхемы щелчком мыши или касанием экрана. HMI покажет уменьшение расхода жидкости в трубе в реальном времени.
Пакет HMI для системы SCADA обычно включает в себя программу рисования, которую операторы или обслуживающий персонал используют для изменения способа представления этих точек в интерфейсе. Эти представления могут быть такими же простыми, как экранный светофор, который представляет состояние фактического светофора в поле, или столь же сложным, как многопроекторный дисплей, представляющий положение всех лифтов в небоскребе или всех из них. поезда на железной дороге.
A «архиватор», - это программная служба в HMI, которая накапливает данные с отметками времени, события и аварийные сигналы в базе данных, которую можно запрашивать или использовать для заполнения графических трендов в HMI. Архиватор - это клиент, который запрашивает данные с сервера сбора данных.
Важной частью большинства реализаций SCADA является обработка аварийных сигналов. Система отслеживает, удовлетворяются ли определенные условия срабатывания сигнализации, чтобы определить, когда произошло событие срабатывания сигнализации. После обнаружения аварийного события выполняется одно или несколько действий (например, активация одного или нескольких аварийных индикаторов и, возможно, генерация электронной почты или текстовых сообщений для информирования руководства или удаленных операторов SCADA). Во многих случаях оператору SCADA может потребоваться подтвердить тревожное событие; это может деактивировать некоторые индикаторы тревоги, тогда как другие индикаторы остаются активными до тех пор, пока условия тревоги не будут устранены.
Аварийные условия могут быть явными (например, аварийная точка - это цифровая точка состояния, которая имеет значение НОРМАЛЬНОЕ или ТРЕВОГА, рассчитываемое по формуле на основе значений в других аналоговых и цифровых точках), или неявными : система SCADA может автоматически контролировать, находится ли значение в аналоговой точке за пределами верхнего и нижнего пределов значений, связанных с этой точкой.
Примеры индикаторов тревоги включают сирену, всплывающее окно на экране или цветную или мигающую область на экране (которая может действовать аналогично индикатору «топливный бак пуст» в машина); в каждом случае роль индикатора тревоги состоит в том, чтобы привлечь внимание оператора к той части системы, которая находится в состоянии тревоги, чтобы можно было предпринять соответствующие действия.
«Интеллектуальные» RTU или стандартные ПЛК способны автономно выполнять простые логические процессы без участия управляющего компьютера. В них используются стандартизованные языки программирования управления, такие как IEC 61131-3 (набор из пяти языков программирования, включая функциональные блоки, релейные диаграммы, структурированный текст, функциональные диаграммы последовательности и список команд), часто используемый для создания программ. которые работают на этих RTU и PLC. В отличие от процедурного языка, такого как C или FORTRAN, IEC 61131-3 предъявляет минимальные требования к обучению за счет сходства с историческими массивами физического управления. Это позволяет системным инженерам SCADA выполнять как разработку, так и реализацию программы, которая будет выполняться на RTU или PLC.
A (PAC) - это компактный контроллер, сочетающий в себе функции и возможности системы управления на базе ПК и типичного ПЛК. PAC развернуты в системах SCADA для обеспечения функций RTU и PLC. Во многих приложениях SCADA электрических подстанций «распределенные RTU» используют информационные процессоры или станционные компьютеры для связи с цифровыми реле защиты, PAC и другими устройствами для ввода / вывода, а также для связи с главным устройством SCADA вместо традиционный RTU.
Примерно с 1998 года практически все основные производители ПЛК предлагают интегрированные системы HMI / SCADA, многие из которых используют открытые и непатентованные протоколы связи. Многочисленные специализированные пакеты HMI / SCADA сторонних производителей, предлагающие встроенную совместимость с большинством основных ПЛК, также вышли на рынок, что позволяет инженерам-механикам, инженерам-электрикам и техническим специалистам самостоятельно конфигурировать HMI без необходимости в специальной программе, написанной программист. Удаленный терминал (RTU) подключается к физическому оборудованию. Обычно RTU преобразует электрические сигналы оборудования в цифровые значения. Преобразуя и отправляя эти электрические сигналы на оборудование, RTU может управлять оборудованием.
В системах SCADA традиционно используются комбинации радио и прямых проводных соединений, хотя SONET / SDH также часто используется для крупных систем, таких как железные дороги и энергостанции. Функция удаленного управления или мониторинга системы SCADA часто упоминается как телеметрия. Некоторые пользователи хотят, чтобы данные SCADA передавались по их заранее созданным корпоративным сетям или совместно использовали сеть с другими приложениями. Однако наследие ранних протоколов с низкой пропускной способностью остается.
Протоколы SCADA очень компактны. Многие из них предназначены для отправки информации только тогда, когда главная станция опрашивает RTU. Типичные устаревшие протоколы SCADA включают Modbus RTU, RP-570, Profibus и Conitel. Эти протоколы связи, за исключением Modbus (Modbus был открыт Schneider Electric), являются специфичными для поставщиков SCADA, но широко применяются и используются. Стандартные протоколы: IEC 60870-5-101 или 104, IEC 61850 и DNP3. Эти протоколы связи стандартизированы и признаны всеми основными поставщиками SCADA. Многие из этих протоколов теперь содержат расширения для работы по TCP / IP. Хотя использование стандартных сетевых спецификаций, таких как TCP / IP, стирает грань между традиционными и промышленными сетями, каждая из них удовлетворяет принципиально разным требованиям. Моделирование сети может использоваться в сочетании с Симуляторы SCADA для выполнения различных анализов «что, если».
С ростом требований к безопасности (таких как North American Electric Reliability Corporation (NERC) и защита критически важной инфраструктуры (CIP) в США), растет использование спутниковая связь. Это имеет ключевые преимущества, заключающиеся в том, что инфраструктура может быть автономной (без использования цепей от общедоступной телефонной системы), может иметь встроенное шифрование и может быть спроектирована для обеспечения доступности и надежности, необходимых оператору системы SCADA. Предыдущий опыт использования потребительского уровня VSAT был неудовлетворительным. Современные системы операторского класса обеспечивают качество обслуживания, необходимое для SCADA.
RTU и другие устройства автоматического управления были разработаны до появления отраслевых стандартов взаимодействия. В результате разработчики и их руководство создали множество протоколов управления. Среди более крупных поставщиков также был стимул создать свой собственный протокол, чтобы «закрепить» свою клиентскую базу. Здесь составлен список протоколов автоматизации.
Примером усилий групп поставщиков по стандартизации протоколов автоматизации является OPC-UA (ранее «OLE для управления процессами», теперь Унифицированная архитектура Open Platform Communications ).
Учебное пособие 5-601 армии США охватывает «Системы SCADA для C4ISR объектов» Системы SCADA развивались через четыре поколения, а именно:
Ранние вычисления системы SCADA выполнялись большими миникомпьютерами. На момент разработки SCADA общих сетевых служб не существовало. Таким образом, системы SCADA были независимыми системами, не имеющими связи с другими системами. Используемые протоколы связи в то время были строго проприетарными. Резервирование системы SCADA первого поколения было достигнуто с помощью резервной системы мэйнфрейма, подключенной ко всем сайтам Remote Terminal Unit, и использовалось в случае отказа основной системы мэйнфрейма. Некоторые системы SCADA первого поколения были разработаны как операции «под ключ», которые выполнялись на мини-компьютерах, например серия PDP-11.
Информация SCADA и обработка команд были распределены между несколькими станциями, которые были связаны через локальную сеть. Информация передавалась практически в реальном времени. Каждая станция отвечала за конкретную задачу, что уменьшало стоимость по сравнению со SCADA первого поколения. Используемые сетевые протоколы все еще не стандартизированы. Поскольку эти протоколы были проприетарными, очень немногие люди, помимо разработчиков, знали достаточно, чтобы определить, насколько безопасна установка SCADA. Безопасность установки SCADA обычно игнорировалась.
Подобно распределенной архитектуре, любая сложная SCADA может быть сведена к простейшим компонентам и подключена через протоколы связи. В случае сетевой конструкции система может быть распределена по более чем одной сети LAN, называемой сетью управления технологическим процессом (PCN), и разделена географически. Несколько SCADA распределенной архитектуры, работающих параллельно, с одним супервизором и архиватором, можно рассматривать как сетевую архитектуру. Это позволяет найти более экономичное решение в очень крупномасштабных системах.
Рост Интернета привел к тому, что системы SCADA внедрили веб-технологии, позволяющие пользователям просматривать данные, обмениваться информацией и управлять процессами из любой точки мира через Интернет-соединение РОЗЕТКА. В начале 2000-х годов наблюдалось распространение веб-систем SCADA. Системы Web SCADA используют интернет-браузеры, такие как Google Chrome и Mozilla Firefox, в качестве графического интерфейса пользователя (GUI) для HMI операторов. Это упрощает установку на стороне клиента и позволяет пользователям получать доступ к системе с различных платформ с помощью веб-браузеров, таких как серверы, персональные компьютеры, ноутбуки, планшеты и мобильные телефоны.
системы SCADA, которые соединяющие воедино децентрализованные объекты, такие как электроэнергетические, нефте-, газопроводы, системы водоснабжения и сбора сточных вод, были спроектированы так, чтобы быть открытыми, надежными, простыми в эксплуатации и ремонте, но не обязательно безопасными. Переход от проприетарных технологий к более стандартизованным и открытым решениям вместе с увеличением количества соединений между системами SCADA, офисными сетями и Интернетом сделал их более уязвимыми для типов сетевых атак, которые относительно распространены в компьютерной безопасности. Например, Группа готовности к компьютерным чрезвычайным ситуациям США (US-CERT) выпустила консультативное предупреждение об уязвимостях о том, что неаутентифицированные пользователи могут загружать конфиденциальную информацию о конфигурации, включая хэши паролей из Inductive Automation Система Ignition, использующая стандартный тип атаки с использованием доступа к Tomcat встроенному веб-серверу. Исследователь безопасности Джерри Браун представил аналогичные рекомендации относительно уязвимости переполнения буфера в элементе управления ActiveX Wonderware InBatchClient . Оба поставщика сделали обновления доступными до публичного выпуска уязвимостей. Рекомендации по смягчению - это стандартные методы установки исправлений и требование доступа VPN для безопасного подключения. Следовательно, безопасность некоторых систем на основе SCADA оказалась под вопросом, поскольку они рассматриваются как потенциально уязвимые для кибератак.
В частности, исследователи безопасности обеспокоены
Системы SCADA используются для управления и мониторинга физических процессов, примерами которых являются передача электроэнергии, транспортировка газа и нефти по трубопроводам, распределение воды, светофоры и другие системы, используемые как основа современного общества. Безопасность этих систем SCADA важна, потому что компрометация или разрушение этих систем затронуло бы множество сфер общества, далеких от первоначального взлома. Например, отключение электроэнергии, вызванное скомпрометированной электрической системой SCADA, приведет к финансовым потерям для всех потребителей, которые получали электроэнергию из этого источника. Как безопасность повлияет на устаревшую SCADA и новые развертывания, еще предстоит увидеть.
Есть много векторов угроз для современной системы SCADA. Одна из них - угроза несанкционированного доступа к управляющему программному обеспечению, будь то доступ человека или изменения, намеренно или случайно вызванные вирусными инфекциями и другими программными угрозами, находящимися на управляющем хост-компьютере. Другой - угроза пакетного доступа к сегментам сети, в которых размещены SCADA-устройства. Во многих случаях протоколу управления не хватает какой-либо формы криптографической безопасности, позволяющей злоумышленнику управлять устройством SCADA, отправляя команды по сети. Во многих случаях пользователи SCADA предполагали, что наличие VPN обеспечивает достаточную защиту, не зная, что безопасность можно тривиально обойти с помощью физического доступа к сетевым разъемам и коммутаторам, связанным со SCADA. Поставщики промышленных систем управления предлагают подходить к обеспечению безопасности SCADA, например, Информационная безопасность, со стратегией глубокой защиты, которая использует общие ИТ-практики.
Надежное функционирование систем SCADA в нашей современной инфраструктуре может иметь решающее значение для здоровья и безопасности населения. Таким образом, атаки на эти системы могут прямо или косвенно угрожать здоровью и безопасности населения. Подобное нападение уже произошло, оно было осуществлено в системе управления канализацией Маручи Шир Советом в Квинсленде, Австралия. Вскоре после того, как подрядчик установил систему SCADA в январе 2000 года, компоненты системы начали работать беспорядочно. Насосы не работали, когда это было необходимо, и не поступали сигналы тревоги. Что еще более важно, сточные воды затопили близлежащий парк и загрязнили открытую дренажную канаву для поверхностных вод и попали на 500 метров в приливный канал. Система SCADA открывала канализационные клапаны, хотя протокол проектирования должен был держать их закрытыми. Первоначально считалось, что это системная ошибка. Мониторинг системных журналов показал, что неполадки возникли в результате кибератак. Следователи сообщили о 46 отдельных случаях злонамеренного вмешательства извне до того, как был установлен виновник. Атаки совершил недовольный бывший сотрудник компании, которая установила систему SCADA. Бывший сотрудник надеялся быть нанятым коммунальным предприятием на полный рабочий день для обслуживания системы.
В апреле 2008 года Комиссия по оценке угрозы для США от атаки электромагнитным импульсом (EMP) выпустила отчет о критических инфраструктурах, в котором обсуждалась крайняя уязвимость систем SCADA к электромагнитному импульсу. (EMP) событие. После тестирования и анализа Комиссия пришла к выводу: «Системы SCADA уязвимы к событию EMP. Большое количество и повсеместная зависимость от таких систем всеми критическими инфраструктурами страны представляют собой системную угрозу их дальнейшей работе после события EMP. Кроме того, необходимость перезагрузки, ремонта или замены большого количества географически разнесенных систем значительно затруднит восстановление страны после такого нападения ».
Многие поставщики SCADA и управляющих продуктов начали устранять риски, связанные с несанкционированным использованием доступ за счет разработки специализированных промышленных решений firewall и VPN для сетей SCADA на базе TCP / IP, а также внешнего оборудования для мониторинга и записи SCADA. Международное общество автоматизации (ISA) начало формализовать требования безопасности SCADA в 2007 году с помощью рабочей группы WG4. WG4 «специально занимается уникальными техническими требованиями, измерениями и другими функциями, необходимыми для оценки и обеспечения устойчивости безопасности и производительности устройств промышленной автоматизации и систем управления».
Повышенный интерес к уязвимостям SCADA привел к обнаружению исследователями уязвимостей уязвимости в коммерческом программном обеспечении SCADA и более общие наступательные методы SCADA представлены сообществу безопасности в целом. В системах SCADA для электрических и газовых коммунальных предприятий уязвимость большой установленной базы проводных и беспроводных последовательных каналов связи в некоторых случаях устраняется путем применения устройств с прямым подключением, которые используют аутентификацию и Advanced Encryption Standard вместо замены всех существующих узлов.
В июне 2010 года антивирусная компания VirusBlokAda сообщила о первом обнаружении вредоносного ПО, атакующего системы SCADA (Siemens WinCC / PCS 7), работающий в операционных системах Windows. Вредоносная программа называется Stuxnet и использует четыре атаки нулевого дня для установки руткита, который, в свою очередь, регистрируется в базе данных SCADA и крадет файлы дизайна и управления. Вредоносная программа также способна изменять систему управления и скрывать эти изменения. Вредоносное ПО было обнаружено в 14 системах, большинство из которых находилось в Иране.
В октябре 2013 года National Geographic выпустил документальную драму под названием American Blackout, в которой рассказывается о предполагаемой крупномасштабной кибератаке на SCADA и США. 'электрическая сеть.
 | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с SCADA. |
