يعد نظام SCADA جزءًا من موجة الصناعة 4. ولكن هل هو مجرد دعاية أم أنه له مكان في عملك؟
إنه سؤال يستحق أن نطرحه ونجيب عليه، خاصة إذا كنت ترغب في الحفاظ على قدرتك التنافسية الآن. لديك خيارات، وعليك أن تعرف ما هي.
يدعم تطبيق SCADA الأعمال من خلال المراقبة عن بعد. وغالبًا ما يُستخدم للتحكم في الوظائف المهمة وجمع البيانات الواردة للمساعدة في الحفاظ على سير العمليات بسلاسة.
لقد أصبح نظام SCADA هو المفتاح للتحكم في أنظمة الطاقة بطريقة أكثر ذكاءً وأقل تكلفة. إليك كل ما تحتاج إلى معرفته للتأكد من أنه مناسب لك.
ما هو SCADA؟
SCADA هو اختصار لـ Supervisory Control and Data Acquisition (التحكم الإشرافي واكتساب البيانات). يشير SCADA إلى نظام تحكم آلي مفضل في الصناعات واسعة النطاق مثل النفط والغاز والمياه والطاقة والأدوية وغيرها من الصناعات الصناعية والتصنيعية والبناء والهندسية واسعة النطاق.
ولكن قد يكون من الصعب تحديد نظام SCADA لأنه ليس تقنية محددة - بل هو عملية. فكر فيه باعتباره برنامج تطبيق يتلقى بيانات تشغيلية حول مجموعة من الأنظمة. ثم يستخدم التطبيق البيانات الواردة للتحكم في تشغيل النظام وتحسينه بطريقة استباقية أو حتى تنبؤية.
تبدأ بنظام مركزي يراقب ويتحكم في المواقع، بدءًا من مصنع واحد إلى سلسلة معقدة من المصانع المنتشرة في جميع أنحاء البلاد.
يعمل نظام SCADA عن طريق معالجة إشارات الإدخال من المفاتيح والأجهزة. يمكن للمستخدمين عن بعد قراءة البيانات الواردة دون الحاجة إلى التواجد ثم التحكم في المعدات.
يعتمد التطبيق أيضًا على قاعدة بيانات موزعة من العلامات أو النقاط في جميع أنحاء المصنع. هذه النقاط عبارة عن معلومات حول قيم الإدخال أو الإخراج الفردية التي تخبر نظام SCADA بما يحدث للمعدات التي يتم مراقبتها والتحكم فيها.
كما يقوم نظام SCADA أيضًا بالتقاط وتخزين البيانات الوصفية مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ومسارات التسجيل وإحصائيات الإنذار. ويدعم الهيكل بشكل جماعي:
- التحكم في العمليات الصناعية من مواقع محلية أو بعيدة.
- مراقبة البيانات وجمعها ومعالجتها في الوقت الفعلي.
- التفاعل مباشرة مع الأجهزة مثل أجهزة الاستشعار والصمامات والمضخات والمحركات عبر برنامج HMI.
- تسجيل الأحداث في ملفات السجل.
عند عرض نموذج SCADA بيانياً، من السهل أن ترى أنه عبارة عن حلقة تغذية مرتدة ذات فروع تحليل متوازية. على سبيل المثال، باستخدام أجهزة استشعار درجة الحرارة ووحدات التحكم عن بعد، يتلقى خادم SCADA معلومات حول المعلومات لمزيد من التحليل واتخاذ القرار.
تتضمن مكونات نظام SCADA الشائعة ما يلي:
- وحدة الطرفية البعيدة (RTU):جهاز ميداني، مثل PLC، ينقل بيانات جهاز الاستشعار/الجهاز الميداني باستخدام بروتوكولات الاتصالات الصناعية للبيانات. تعتبر وحدات التحكم عن بعد أقوى من وحدات PLC لأنها وحدات تحكم ذكية تُستخدم لتأكيد السيطرة على الأجهزة الأخرى، والتي تعمل بعد ذلك على أتمتة العمليات الصناعية.
- الراديو/المودم:من خلال النقل اللاسلكي، تقوم أجهزة الراديو والمودم بإرسال واستقبال البيانات في الوقت الفعلي بطريقة فعالة وموثوقة.
- أجهزة الاستشعار/المحولات:تستقبل المستشعرات الإشارات من الأنظمة المادية ثم تنقلها عبر أنظمة القياس عن بعد والتحكم. تساعد هذه المستشعرات الفني/مشغل نظام SCADA على قياس وجمع البيانات عن بعد.
- المكررات:مثل الأقمار الصناعية، تستقبل المكررات الإشارات وتعيد إرسالها عبر مسافات طويلة، حتى في وجود عوائق مادية.
- ماستر سكادا:إن الجهاز الرئيسي هو لوحة التحكم، ومحطة التحكم المركزية لجميع العمليات الأخرى. وقد يكون جهاز كمبيوتر واحدًا أو عدة خوادم، وتطبيقات برمجية، ووحدات تحكم عن بعد وأجهزة تحكم منطقية قابلة للبرمجة لعمليات أكثر تعقيدًا.
- برامج المراقبة:يعد برنامج المراقبة مسؤولاً عن توجيه النظام وإنشاء خط أساس لتعليمات البيانات. توجه هذه التعليمات كيفية تفاعل النظام مع كافة الأجهزة، والقيم المتوقعة، ومقاييس الأداء المطلوبة.
- واجهة الآلة البشرية (HMI):بمجرد أن يقوم مضيف SCADA بمسح البيانات، يكتشف برنامج HMI حالة التنبيه ويخبر المشغل بما يجب البحث عنه.
لا يعد نظام SCADA مجرد مسألة تتعلق بالراحة، بل قد يكون أيضًا مسألة تتعلق بالأمن.
تعتمد الصناعات مثل النفط والغاز ومحطات الطاقة والطاقة الكهرومائية ومرافق معالجة المياه والصرف الصحي ومحطات مراقبة البيئة على اتصالات SCADA وجمع البيانات لأن هذه الموارد بعيدة للغاية.
حتى لو كان من الممكن الوصول إليها، فمن الأفضل في بعض الأحيان لمشغلي المصنع البقاء مستيقظين - خاصة إذا كان نظام المراقبة عن بعد يمكنه إجراء قياسات وجمع بيانات منتظمة.
تعد آبار النفط وآبار المياه ومحطات الطاقة مجرد أمثلة قليلة للأصول التي تعتمد على هياكل SCADA التي تعتمد على عمليات القياس عن بعد القديمة.
مراقبة القياس عن بعد
لن تكون تطبيقات SCADA شيئًا بدون مراقبة القياس عن بعد.
يعد القياس عن بعد جزءًا أساسيًا من عملية الحصول على البيانات الواردة حول حالة المعدات واستلامها ومراقبتها وتحليلها في الوقت الفعلي.
تُعد أنظمة الطقس التي تقيس وتراقب وتتنبأ بالطقس مثالاً جيدًا لنظام مراقبة القياس عن بعد. تتم مراقبة القياس عن بعد عن بُعد وتتطلب مجموعة من أدوات جمع البيانات المتصلة (حتى لاسلكيًا) بمجموعة من أنظمة تكنولوجيا المعلومات.
ويتم التواصل بين الواجهتين من خلال تقنيات مثل الراديو، والموجات فوق الصوتية، والأشعة تحت الحمراء، والهاتف، أو شبكات الكمبيوتر.
هناك أربعة أنواع من وحدات القياس عن بعد المستخدمة في SCADA:
- سلكي:يقع فعليًا داخل المصنع ويتضمن شبكة إيثرنت وخطوط الهاتف الهاتفي وخطوط مستأجرة إلى مواقع بعيدة.
- لاسلكي:تشمل الشبكات اللاسلكية داخل المصنع مثل شبكات Wi-Fi والشبكات الخلوية والأقمار الصناعية وشبكات الراديو من نقطة إلى نقطة مع مكررات.
- التصويت:يعتمد التقرير هنا على الاستثناءات.
- هجين:مزيج من وحدة واحدة أو أكثر من الوحدات السابقة.
أصبحت القياسات عن بعد مفيدة بشكل متزايد مع ظهور البيانات الضخمة. فهي توفر نظام نقل غني بالبيانات يمكن تعزيزه بمعلومات معقدة ومفصلة من خلال التجميع في نظام مركزي.
أنظمة سكادا الحديثة
تعتمد أنظمة SCADA الحديثة بشكل متزايد على تطبيقات SCADA المستندة إلى السحابة لإعادة تصور بنية SCADA.
المفاهيم في النموذج هي نفسها، ولكن الأجهزة المادية غالبًا ما تكون رقمية وأتمتت، مما يجعل العمليات أكثر سهولة ومرونة وقابلية للتطوير.
توفر أنظمة SCADA الحديثة اليوم أفضل أجهزة التحكم لمرونة ووظائف تكنولوجيا المعلومات. تعتمد أنظمة SCADA الحديثة على العمليات في الوقت الفعلي: الوصول والشفافية والتحكم واتخاذ القرار.
القواعد الذهبية السبعة لنجاح نظام SCADA
إن الفعالية الحقيقية لنظام SCADA تكمن في دوره في تحقيق الأهداف الأوسع للمنظمة.
يحتل نظام SCADA مكانة استراتيجية للغاية في وسط هرم الأتمتة:
من خلال عملياتها، تقوم SCADA بالتحكم ومراقبة البيانات الواردة والعمليات على النحو المقصود.
كما أنه يستجيب ويرسل المعلومات الهامة إلى برامج MES وERP. يتيح لك تنفيذ SCADA الناجح تحويل البيانات التشغيلية إلى معلومات استخباراتية وتخطيط تجاري قابل للتنفيذ.
1) مشاكل النظام
يجب أن يتوافق اختيارك للنظام مع متطلبات قطاعك وصناعتك، بالإضافة إلى البائع الذي يتمتع بسمعة قوية في الحلول القابلة للتطوير.
2) دمج الشبكة بشكل صحيح
هل يعد التوقف عن العمل أمرًا لا مفر منه عند الانتقال من نظام إلى آخر؟ قد يعني التوقف الشديد عن العمل فقدان البيانات أو تعريض سلامة البيانات للخطر أو نقل البيانات بشكل غير دقيق. خطط لهذه الحالات الطارئة، حيث أن أي خسارة قد تكون كارثية.
3) الاستعداد للمخاطر البيئية
توفر وحدات التحكم عن بعد للمشغلين إمكانية الوصول الآمن إلى المعلومات ذات الصلة. ولكن حتى وحدات التحكم عن بعد يمكن أن تتلف عند تعرضها لبيئات قاسية. اختر المعدات التي تتوافق مع مناخ منطقتك وجدول الصيانة المنتظم (أو حتى التنبؤي).
4) خطة لاستبدال الوحدات القديمة
تعني وحدة التقادم المخطط لها أنه يمكنك التخطيط للاستبدال. تأكد أيضًا من اختيار مكونات SCADA المصممة للتوسع في المستقبل وتعظيم مرونة المعدات.
5) ابتعد عن التهديدات الأمنية
إن تشغيل البرنامج له نفس أهمية تنفيذه.
يقول 68% من المتخصصين في تكنولوجيا المعلومات أن هجمات رفض الخدمة (المعروفة باسم DDOS) هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتعطيل واستغلال أنظمة SCADA.
على الرغم من قوة نظام SCADA، إلا أنه لا يزال عرضة للهجوم.
ويأتي جزء من الضعف من الطريقة التي يغير بها إنترنت الأشياء الصناعي (IIOT) مجال الأجهزة والتحكم.
يجب أن يكون الأمن السيبراني لنظام SCADA استباقيًا وتنبؤيًا مثل مراقبة وصيانة أجهزته.
6) تقييم منتظم للضعف
ضع في اعتبارك تقييمات التهديدات والثغرات، مثل الصيانة الروتينية والوقائية للمعدات. لا يكفي الإبلاغ عن الهجمات - لحماية شبكة نظام SCADA الخاصة بك، فأنت بحاجة إلى برنامج وقاية محدد.
حتى الأنظمة المغلقة التي لا تحتوي على واجهات اتصال خارجية معرضة للخطر.
إنه أمر حيوي ولا مفر منه وضروري. قم بتشغيل جميع السيناريوهات المحتملة وأنواع الهجمات باستخدام خبراء داخليين أو خارجيين، بالإضافة إلى فنيين ذوي خبرة يعرفون كيفية الاستجابة للهجمات الخارجية.
7) إيجاد التوازن
إن الموقع الاستراتيجي لنظام SCADA بين التكنولوجيا التشغيلية ومبادرات التخطيط المتقدمة يجعله أداة قوية لذكاء الأعمال.
ولكن فقط إذا تمكنت من إيجاد التوازن بين الأمان والتكامل. تأكد من أن الأنظمة المختلفة على شبكة واسعة النطاق قابلة للتشغيل المتبادل، مع التأكد في الوقت نفسه من أنها ليست مفتوحة بما يكفي لخطر التسلل بواسطة أجهزة مارقة.
خاتمة
تدرك شركة Industrial MAX أن برنامج SCADA يشكل أهمية بالغة. وبصفتنا شركة معتمدة في مجال دمج الأجهزة والتحكم، فقد رأينا كيف أصبح برنامج SCADA على استعداد للارتقاء بدوره كمركز استخبارات قيم إلى المستوى التالي.
بدلاً من أن تؤدي تكنولوجيا IIOT إلى خروج أنظمة SCADA من العمل، فإننا نرى كيف تعمل الأولويات مثل المرونة واتخاذ القرارات القائمة على البيانات على إعادة تصور قدرات أنظمة SCADA الحديثة.
نظرًا لأن التكامل هو شأن عائلي، فإن أنظمة SCADA لن تذهب إلى أي مكان.
وبدلاً من ذلك، سنرى كيف أن السمات المميزة لـ IIOT مثل الحوسبة السحابية، والتنقل والتحليلات، والذكاء الاصطناعي، والتعلم الآلي، والمزيد هي مؤشرات على نجاح اختيار ونشر برامج HIM/SCADA.