Systemy SCADA przyspieszają automatyzację w przemyśle oraz wdrażanie technologii IIoT

Oprogramowanie VTScada 12 firmy Trihedral transformuje sposób uzyskiwania przemysłowych danych procesowych oraz ich wykorzystywania w całym przedsiębiorstwie. Nowości w tej wersji to: ulepszone działanie, automatyczny import tagów PLC, dodatki dla programu Excel, sterowniki MQTT i OPC-UA, wysoko wydajne widżety typu drag-and-drop, aplikacje Master/Subordinate, tworzenie ekranu dla internetowych klientów VTScada, edycja danych historycznych, import danych historycznych, obsługa wielu języków oraz inne cechy. VTScada V12 firmy Trihedral, zintegrowana platforma dla interfejsów HMI oraz systemów SCADA, zdobyła nagrodę Engineers? Choice (Wybór Inżynierów) 2021 w kategorii oprogramowania HMI. | Źródło: Trihedral

Ponieważ automatyka przemysłowa ewoluuje, to należy oceniać jej różne systemy za pomocą oferowanych funkcji, a nie komponentów. W artykule opisano, jak systemy SCADA mogą przyśpieszyć uzyskiwanie różnych możliwości przez automatykę przemysłową oraz podano porady na temat wyboru systemu SCADA dla zakładu.

Czy obecnie Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) zastępuje komputerowe systemy sterowania procesami technologicznymi i produkcji SCADA? W dzisiejszych czasach jest to częsta wiadomość, jednak czy jest ona rzeczywistością, czy też częścią jakiegoś planu? W systemach automatyki SCADA czujniki, sprzęt przemysłowy oraz inne źródła danych są połączone siecią z serwerem (serwerami), przez co dane z maszyn i urządzeń pomiarowych są dostępne dla użytkowników, którzy mogą dzięki temu sterować procesami produkcji.

Sieć IIoT łączy czujniki, sprzęt oraz inne źródła danych z oprogramowaniem na serwerze, które przetwarza dane i udostępnia je użytkownikom.

Co prawda akronimy IIoT oraz SCADA różnią się od siebie, jednak ich funkcje są takie same: zbieranie danych i uczynienie ich użytecznymi dla tych osób, które ich potrzebują. Systemy IIoT oraz SCADA mają wiele cech różnych i wiele cech wspólnych.

Internet Rzeczy IoT (i później Przemysłowy Internet Rzeczy IIoT) rozwinął się z aplikacji SCADA, które wykorzystywały Internet do łączenia systemów automatyki przemysłowej. W rzeczywistości technologie IoT oraz IIoT wykorzystywały przesyłanie danych, które wykraczało poza Internet. Pod koniec lat 90. i na początku pierwszej dekady XXI wieku wykorzystywano w tym celu wirtualne sieci prywatne (VPN). Ponadto zarówno systemy SCADA, jak i IIoT często wykorzystują te same typy infrastruktury sieciowej.

Idea zastępowania starej, ?złej? rzeczy nową ?dobrą? jest dobra w marketingu, jednak gdy przyjrzymy się jej bliżej, to odkryjemy, że jedną po prostu dodaje się do drugiej w celu osiągnięcia tego samego celu. IIoT może być łatwiejszą drogą przesyłania danych z odległych źródeł do systemu SCADA, natomiast postępy w technologiach SCADA mogą dodać technologii IIoT dodatkowe funkcje oraz ułatwić integrację obydwu.

Funkcjonalność operacyjna oznacza coś więcej niż tylko komponenty automatyki przemysłowej

Gdyby Henry Ford zobaczyłby na ulicy jadący samochód elektryczny Tesla Model 3, to byłby zdumiony, jak daleko posunęła się ewolucja samochodów od czasu, gdy pierwsze pojazdy zaczęły zjeżdżać z linii montażowych w zakładach Forda w 1913 roku. Jednak ten amerykański przedsiębiorca rozpoznałby, że ten przejeżdżający koło niego pojazd to nadal samochód, pomimo tego, że każdy podzespół Tesli byłby radykalnie inny niż Forda T. Jakie byłyby te różnice? Henry Ford odgadłby to na podstawie funkcji tych podzespołów. Niezależnie od tego, czy jest to Ford T, czy Tesla Model 3, samochód jest narzędziem wykorzystywanym przez ludzi do przemieszczania się z miejsca na miejsce.

W świecie automatyki przemysłowej innowacje są postrzegane raczej jako fala, która przynosi coś nowego i wymiata coś starego, a nie jako najnowsze wersje starych koncepcji. Nowe terminy i akronimy wydają się stworzone umyślnie w celu próby zapewnienia, że opracowana w zeszłym roku najnowocześniejsza technologia będzie już przestarzała w roku przyszłym.

Krótka historia automatyki

Pierwszą informatyczną siecią przemysłową była tzw. Sneaker net (sieć piesza). Pierwsze systemy automatyki w zakładach wykorzystywały głównie pracowników, których zadaniem było dokonywanie obchodów i sprawdzanie, czy maszyny i sprzęt funkcjonują prawidłowo, oraz odpowiednie reagowanie w przypadku wykrycia nieprawidłowości lub awarii. Ludzie ci mogli wykonywać swoje zadania tylko na miejscu lub też podróżować pomiędzy odległymi od siebie zakładami. Zapamiętano takie fakty z historii automatyki. Ludzie mieli zakodowaną w umysłach logikę działania. Na przykład ?jeśli miernik nr 1 pokazuje więcej niż 16,8 m, to należy wyłączyć zawór nr 3?. Gdy zła pogoda uniemożliwiała wykonanie prac, to dane z tego dnia były szacowane teoretycznie. Jeśli np. podczas nieobecności pracowników wylał się na skutek przepełnienia jakiś płyn, to po powrocie pracownicy ci wycierali go mopem.

Wraz ze wprowadzeniem komputerów sterowanie ręczne zostało szybko zastąpione przez następujące, powszechnie znane koncepcje automatyki przemysłowej:

  • rozproszone systemy sterowania (ang. distributed control systems, DCS);
  • programowalne sterowniki logiczne (ang. programmable logic controllers, PLC);
  • zdalne jednostki telemetryczne (ang. remote telemetry units, RTU);
  • interfejsy operatorskie (ang. human-machine interfaces; interfejsy człowiek-maszyna, HMI);
  • systemy nadzoru, sterowania i akwizycji danych (ang. supervisory control and data acquisition, SCADA)
  • Przemysłowy Internet Rzeczy (Industrial Internet of Things, IIoT).

Narzędzia do akwizycji danych oraz do podejmowania decyzji, wykorzystywane za systemami automatyki, także ciągle ewoluują.

Komu możemy zaufać, gdy potrzebujemy rady na temat systemu automatyki?

Jakże często czytaliśmy w Internecie recenzje czegoś, co zamierzaliśmy kupić? Były to zapewne opinie zarówno pozytywne: To jest najlepsza rzecz, jaką kiedykolwiek miałem…zmieniła ona moje życie, jak i negatywne: Niestety, muszę wystawić negatywa.

Przedzieranie się przez ?bagno? różniących się od siebie opinii przy wyborze oprogramowania dla przemysłowego systemu sterowania także może być wyzwaniem. Praktyczną regułą, która może pomóc w wyczuciu nieobiektywnych opinii, jest zwrócenie uwagi na używanie uogólnień. Chociaż wszystkie platformy automatyki wykazują pewne podobieństwa, częstą techniką odwrócenia uwagi jest pisanie czy mówienie typu SCADA w zasadzie nie zapewnia redundancji, ale DCS tak!

Czy takie poważne stwierdzenie jest prawdą? Odpowiedź brzmi: nie. Niektóre systemy SCADA dostarczają niemal nieskończoną redundancję, które jest równa lub nawet większa niż w systemach DCS. Jednak czy w przemyśle zawsze wdraża się redundancję w którymkolwiek z tych systemów? I znów odpowiedź brzmi: nie. Stwierdzenia przyciągające uwagę mogą odrzucić kogoś, kto mógłby uzyskać duże korzyści z systemu SCADA.

Tak więc należy rozpocząć działanie od uzyskania odpowiedzi na różne pytania.

Kwestia podłączania systemów sterowania do Internetu

Łączenie wszystkiego ze wszystkim i każdym było i jest strategią w ostatnich latach. Jednak czasem zdarza się, że osoby nieupoważnione uzyskują przez Internet dostęp do pewnych zasobów. Wynika z tego, że infrastruktura krytyczna powinna cały czas być chroniona przed cyberatakami oraz hakerami. Często wymienianym sposobem zapewniania cyberbezpieczeństwa jest tu air-gapping, czyli fizyczne odizolowanie danej sieci od Internetu. Spotykane są takie koncepcje:

Nie należy podłączać systemów automatyki do Internetu.

Nie należy pozwolić na zdalny dostęp do systemów.

Powyższe stwierdzenia są słuszne, jednak pomijają ważne tematy związane z rzeczywistością. Na przykład: jak jest realizowana synchronizacja serwerów? Czas serwera musi być synchronizowany za pomocą jakiegoś źródła dokładnego czasu. O ile firma przemysłowa nie posiada zegara atomowego, serwery muszą być cały czas podłączone do Internetu, aby uzyskiwać dane synchronizacji czasu, które są przekazywane do innych serwerów w systemie, w którym zastosowano air-gapping. A co by się stało, jeśli system zostałby całkowicie pozbawiony synchronizacji? Jeśli lokalny system byłby niedostępny (z powodu np. burzy, pandemii czy awarii sprzętu), to jak pracownicy zakładu uzyskaliby bezpieczny i pewny dostęp do realizowanych procesów technologicznych i produkcji?

Wykorzystanie danych dla krytycznych systemów zautomatyzowanych

Czasami dane niekrytyczne zostają wymieszane z danymi z systemów krytycznych w jakiś subtelny sposób. Na początku 2020 roku pewien artysta chodził po ulicach pewnego wielkiego europejskiego miasta, ciągnąc mały czerwony wózek z 99 telefonami komórkowymi. I co się wtedy zdarzyło? Dwie ulice opustoszały z samochodów. Oprogramowanie zarządzające mapami Google zaznaczyło trasę w centrum miasta, którą poruszał się artysta, jako zakorkowaną, i poprowadziło kierowców wszystkich samochodów osobowych, ciężarówek, autobusów, a nawet pojazdów uprzywilejowanych, innymi drogami. Niekrytyczne dane o geolokalizacji, wysyłane z przewożonych wózkiem telefonów z włączonym Internetem, zostały zinterpretowane przez wspomniane oprogramowanie jako bardzo powolny ruch uliczny, czyli korek. Okazało się, że nawet podstawowe służby jak straż pożarna, pogotowie ratunkowe oraz policja polegały na usługach Google Maps.

Dlatego też wszystkie systemy muszą sprawdzać walidację danych. Ma ona duże znaczenie. Zawsze należy pytać, w jaki sposób w danym systemie są walidowane dane źródłowe.

Czy wykorzystywany protokół sieciowy przepuszcza komunikaty bez walidacji ich zawartości? Czy są one oddzielone całkowicie od tych danych, które mogą zostać zhakowane? Jak silne jest stosowane szyfrowanie danych (o ile jest)?

Porównanie systemów SCADA za pomocą tabel z polami wyboru

Porównania często przybierają formę tabel z polami wyboru. Na takiej tablicy umieszcza się listę wszystkich cech porównywanych produktów wraz z odpowiednimi polami wyboru, które zaznacza się, gdy obydwa produkty mają jakąś cechę wspólną. Niestety, metoda ta nie jest taka prosta w przypadku porównań szczegółowych. Nie wszystkie systemy automatyki przemysłowej są takie same, dlatego też ich odróżnianie może być wyzwaniem.

Doskonałym punktem startowym porównywania ofert różnych firm jest porównanie ich podstawowego podejścia do klienta. Takie podejście koncentruje się na maksymalizacji bezawaryjnego działania systemu, nieodłącznie zawartej w oprogramowaniu poprzez wbudowanie wielu mechanizmów redundancji. Mechanizmy te mają na celu zapewnienie, że system nie ulegnie awarii.

Dużo informacji może dostarczyć nam umowa licencyjna, którą zwykle potwierdza się bez przeczytania, klikając odpowiednie pole. A należy jednak najpierw ją przeczytać. Mogą tam znaleźć się takie stwierdzenia, jak Produkt nieprzeznaczony dla systemów używanych w krytycznych czy niebezpiecznych środowiskach, w których awaria może doprowadzić do utraty życia przez ludzi. Pola wyboru przy różnych cechach produktów w tabelach porównawczych dają szybki obraz podobieństw i różnic, jednak nie ujawniają wielu informacji. W tabeli nie zawsze znajdują się takie pozycje jak rozwiązanie skalowalne od małego do dużego systemu, dodane wiele poziomów redundancji, łatwość użycia, kompatybilność w przód oraz jakość wsparcia technicznego. Dlatego należy czytać umowy licencyjne oprogramowania oraz zadawać w razie potrzeby dodatkowe pytania.

System SCADA ma taką wartość, jakie funkcje realizuje

Przy ocenie przydatności powyższych kryteriów dla wyboru systemu SCADA:

  • Nie należy przywiązywać nadmiernej wagi do stosowanych terminów.
  • Należy pozostać skoncentrowanym na celu działań.
  • Należy zadawać trudne pytania.

Systemy SCADA nadal się rozrastają, uzyskując nowe funkcje. Wykorzystują nowe, pojawiające się technologie. Podobnie jak w przypadku samochodów niemal wszystko można w nich zmienić bez zmiany ich podstawowej funkcji. Nawet teraz, gdy zobaczymy latające nad naszymi głowami samochody, to będziemy je nazywać latającymi samochodami. Dlaczego? Bo nadal będą to samochody.


Pete Diffley, starszy menedżer ds. współpracy globalnej, Chris Little, specjalista ds. kontaktów z mediami w firmie Trihedral, będącej producentem oprogramowania VTScada.