1 componente ale sistemului de control
Componentele unui sistem de control industrial ICS pot fi împărțite pe larg în două categorii, în funcție de locul în care se află: dispozitivele de control al centrului de control și dispozitivele de pe site -ul la distanță. Dispozitivele Centrului de control sunt amplasate în centrul de control al sistemului și includ interfața de mașini umane (HMI), stațiile de lucru ale inginerilor și serverele de istorie (istoric). Dispozitivele site -ului la distanță sunt dispozitive care se află la locul de producție și sunt conectate direct la actuatoare și senzori a căror funcție principală este supravegherea și controlul procesului fizic. Deși dispozitivele de site nu interacționează de obicei direct cu oamenii, acestea sunt mai susceptibile să fie atacate și compromise, deoarece site -urile de producție sunt de obicei mai puțin sigure decât centrele de control.
1.1 Echipamente centrale de control
Interfața de mașini umane HMIS (uneori numite sisteme SCADA) sunt sisteme care permit operatorilor să monitorizeze și să controleze procesele. HMIS HMIS sunt de obicei aplicații software pure care rulează pe un computer cu scop general, care rulează de obicei în familia de medii de sistem de operare Microsoft Windows. HMI-urile comune din industrie includ Wonderware, Siemens 'WINCC, RSView Rockwell și Areva E-Tterra, Kinseal fiind de asemenea o alegere bună.
History Server History este un server de baze de date care înregistrează istoricul stării unui sistem de control al proceselor. În unele cazuri, dacă istoricul este suficient de puternic, acesta poate fi folosit și ca HMI pentru sistemul de control. Istoricul se desfășoară de obicei pe sisteme de operare majore și pe dispozitive hardware comune și este de obicei oglindit în rețeaua corporativă.
1.2 Dispozitive pe site -ul la distanță
Dispozitivele de pe site -ul de la distanță includ PLC -uri, unități de terminal la distanță RTU, IED -uri electronice inteligente și relee electronice. Deși funcțiile acestor dispozitive variază foarte mult, ele pot fi grupate aproximativ în funcție de locația și asemănările lor. Există, de asemenea, asemănări în arhitectura hardware folosită în aceste dispozitive, care oferă în general funcții de intrare/ieșire analogică sau digitală (I/O) și de control. Citesc date direct de la senzori și trimit comenzi de operare către actuatoare și, în unele cazuri, sunt conectate la alte dispozitive de câmp.
O discuție simplificată a dispozitivelor este prezentată în acest articol. De fapt, fiecare dintre aceste dispozitive menționate mai sus (PLCS, RTU, IED și relee electronice) realizează un anumit subset de funcții în modelul de relații de obiect al sistemului de control (ORM). De exemplu, RTU, care sunt de obicei funcția sistemelor SCADA care furnizează doar controlul I/O de câmp, efectuează eșantionare prin senzori de I/O de câmp și, în mod individual, RTU va genera declanșatori pentru actuatoare. Releele electronice vor îndeplini întotdeauna funcțiile de eșantionare și declanșare. RTU va genera puncte de câmp de date de stare și, în unele cazuri, va prelucra punctele de câmp de date de comandă. Releele vor genera puncte de câmp de date de stare, dar sunt mai puțin susceptibile să gestioneze punctele de câmp de date comandate. În general, nu au funcționalități de control locale, dar releele au această funcționalitate. Pe lângă comunicarea cu senzori, actuatori și funcții de control la nivel superior, PLC -urile au funcții importante de control local. Aceste funcții pot părea similare, dar există diferențe semnificative în ORMS.
2 Arhitectură tipică a sistemului de control
Figura 1 prezintă o arhitectură tipică a sistemului de control. În acesta, un computer comercial comun care rulează un HMI comunică cu dispozitive de câmp, cum ar fi PLC -uri, prin protocoale de rețea standard (de exemplu, Ethernet). Stația de inginer și baza de date de istoric sunt, de asemenea, de obicei PC -uri comerciale obișnuite sau servere care comunică cu dispozitivele de câmp prin intermediul protocoalelor de rețea standard. Dispozitivele de câmp se conectează la alte dispozitive de câmp folosind protocoale de control industrial bazate pe Ethernet, cum ar fi Fieldbus. Unele dispozitive de câmp se conectează la dispozitive inteligente folosind protocoale standard de comunicare în serial în serie, cum ar fi RS232 sau RS485, iar unele dispozitive de câmp se conectează direct la senzori, dispozitive și dispozitive pentru mașini.
3 Programabil Logic Controller PLC
A PLC is a field device that can be connected directly to sensors and actuators or other field devices.PLCs are controlled locally through logic programs (generally in a format defined according to the IEC 61131-3 standard), and are capable of receiving control commands and query requests from an HMI through the control system's communication protocols.PLCs can be modular, or can be combined into compact, fixed shapes, but both types Utilizați în esență aceleași componente de bază. Tipurile folosesc în esență aceleași componente de bază.
3.1 Programare PLC
PLC -urile pot fi programate folosind unul dintre limbajele enumerate în IEC 61131-3:
Diagrama scării (LD), grafică
Diagrama blocului de funcții (FBD), grafică
Text structurat (ST), textual
Lista de instrucțiuni (IL), textual
Grafic de funcții de secvență (SFC), grafic
PLC funcționează în cicluri ciclice numite „scanări”, care constau din intrări, execuție logică și ieșiri.
3.2 Arhitectură generală PLC modulară
PLC -urile modulare sunt compuse din module individuale conectate printr -un avion. Un PLC non-modular integrează toate componentele dintr-o singură placă.
3.3 Interacțiunea modulului PLC
În arhitectura PLC cu scop general prezentat în figura 2, fiecare modul are un slot fizic și i se atribuie o serie de adrese de backplane. Registrele de interfață și amintirile tampon sunt expuse în intervalul adreselor de backplane. Mesajele sunt trimise și primite de module care citesc și scrise către registre sau alte buffere de module.
3.4 Modul de procesor
Modulul procesorului este inima PLC. Implementează coordonarea între module și este uneori utilizat ca arbitru de plan din spate. Modulul de procesor configurează alte module la Power-Up dacă nu stochează propriile configurații.
Modulul de procesor interpretează și execută logica scării, citește valori din modulul de comunicare sau modulul I/O, menține starea operațională, rulează cicluri „scanare” ale logicii scării și scrie valori de ieșire la modulul de comunicare sau modulul I/O.
3.5 Modul de comunicare
Modulele de comunicare preiau codul legat de protocolul de comunicare din modulul procesorului. Aceștia iau datele de interacțiune protocol sensibile la timp din modulul procesorului, asigurându-se că modulul procesorului este în propria buclă de control sensibilă la timp. Deoarece unele protocoale ale sistemului de control sunt foarte complexe, modulul de comunicații poate avea o putere de procesare ridicată, astfel încât modulul de comunicații poate fi la fel de complex ca modulul procesorului.
3.6 Module I/O.
Modulele I/O convertesc semnale între tensiune joasă (3,3 volți sau 5 volți), logică de control de curent cu curent scăzut (nivel miliampere) și control de înaltă tensiune (24 volți sau mai mult), control de curent curent (nivel amper). Modulele I/O analogice conțin convertoare analogice-digitale (ADC) și convertoare digitale-analogice (DAC). Aceste module au o logică relativ simplă și un hardware relativ puțin inteligent, iar singura lor sarcină este să se transforme între semnalele analogice și cele digitale.
3.7 Procesoare de scop general
Există trei tipuri de arhitecturi de procesor cel mai frecvent întâlnite în PLC:
Arhitectură ARM (seria 7 sau 9)
Motorola/Freescale 68000 Series Architecture
Arhitectura puterii IBM
Arhitectura ARM a fost proiectată de ARM, o companie cu sediul în Marea Britanie, cu peste 1.700 de angajați. ARM nu fabrică jetoane, ci mai degrabă proiectează și licențe proprietatea intelectuală (IP) pentru ei. (1) Arhitectura ARM este utilizată pe scară largă în sisteme și dispozitive încorporate și are o pondere deosebit de mare de electronice de consum, cum ar fi telefoanele mobile și asistenții digitali personali (PDA), cu o cotă de piață de peste 90%. )
Seria Motorola (acum FreeScale) 68000 este un set de instrucțiuni complexe 32- biți (CISC). Este utilizat pe scară largă în sistemele încorporate. A fost cel mai bine vândut din lume 32- Bit Architecture Processor în 2000, iar seria 68000 este mare.
Arhitectura de putere include PowerPC, o arhitectură de microprocesor set de instrucțiuni reduse (RISC) implementate de IBM, Freescale, AMCC, Tundra și PA semi, printre altele. Arhitectura de putere utilizează secvențe de octeți mari.
3.8 Aspectul memoriei
PLC-urile folosesc de obicei stocarea de memorie flash non-volatilă pentru a stoca programe de firmware și logică a scărilor de procesor (sau alte limbi IEC 61131-3). Adresa memoriei flash este mapată în spațiul de adrese al procesorului, la fel ca și registrele de control ale altor dispozitive de bord. RAM este utilizat pentru a stoca starea timpului de rulare.
3.9 Sisteme de operare încorporate
Multe sisteme de operare încorporate sunt, de asemenea, sisteme de operare în timp real (RTO). Pentru a fi considerat un RTO, sistemul de operare trebuie să fie „întârziat determinist sau să garanteze o întârziere de întrerupere a cazurilor sau un timp de comutare a contextului”.
PLC-urile folosesc adesea implementări comerciale RTOS, cum ar fi VXWorks, Windows CE sau QNX, dar pot utiliza și sisteme de operare „interne” personalizate. Deși nu sunt încă obișnuiți, unii producători au început să utilizeze sisteme de operare bazate pe Linux pe PLC.