SCADA framework je sloučením hardwarových komponent a softwarových programů, kde hardware zahrnuje vzdálenou koncovou jednotku (Remote Terminal Units - RTU), hlavní koncová jednotka (Master Terminal Unit - MTU).
Dále akční členy a senzory a software zahrnuje Rozhraní člověk-stroj (Human Machine Interface - HMI), a centrální databáze (Historian) a další uživatelský software. Tyto programy poskytují komunikační rozhraní mezi hardwarem a softwarem.
Fyzické prostředí je spojeno s akčními členy a senzory, které jsou dále připojeny k RTU. RTU shromažďují informace a data ze senzorů a předávají telemetrická data MTU pro pozorování a řízení rámce SCADA.
SCADA komponenty
Vzájemný vztah mezi komponenty SCADA systému MTU, RTU, HMI, Historian a SCADA komunikační spojení je znázorněno na obr. 2. RTU je zodpovědná za sběr dat a informací v reálném čase ze senzorů, které jsou připojeny k fyzickému prostředí pomocí spojení LAN/WAN. RTU přeposílá informace MTU. Tito jsou navíc zodpovědní za přenos aktuálních stavových dat fyzických zařízení spojených se systémem. MTU je centrální monitorovací stanice. Je odpovědný za řízení a ovládání zařízení RTU přes komunikační spojení. Reaguje také na zprávy z RTU a zpracovává a ukládá je pro úspěšnou komunikaci. HMI poskytuje komunikační rozhraní mezi hardwarovými a softwarovými komponentami SCADA. Je odpovědný za kontrolu provozních informací SCADA, například za kontrolu, pozorování a komunikaci mezi několika RTU a MTU ve formě textu, statistik nebo jiného srozumitelného obsahu.
Historian se používá pro shromažďování obousměrných komunikačních dat, událostí a alarmů mezi SCADA dispečinkem. Lze jej popsat jako centralizovanou databázi nebo server umístěný ve vzdálené lokalitě. Historik je dotazován, aby naplnil grafické trendy na HMI.
Komunikační síť poskytuje komunikační služby mezi různými komponentami v rámci sítě SCADA. Používané médium může být bezdrátové nebo kabelové. V současné době se obecně používají bezdrátová média, protože propojují geologicky obíhající oblasti a méně dostupné zóny pro snadnou komunikaci. Pokrok komunikačního paradigmatu se dá rozdělit do čtyř období, například první éra: monolitická, druhá éra: distribuovaná, třetí éra: síťová, čtvrtá éra: technologie internetu věcí.
1. Monolitické systémy SCADA
Jedná se o systémy, které pracují v izolovaném prostředí a nemají žádnou konektivitu s ostatními systémy. Motivem těchto systémů je pracovat osaměle. Pro výpočet systému SCADA byly použity velké minipočítače. Příkladem systému SCADA první generace se řada PDP-11 vyvinutá společností Digital Equipment Corporation. V této architektuře komunikují RTU s MTU pomocí Wide Area Networks (WAN), jak je znázorněno na obr. 3. Protokoly WAN použité v té době však byly v přípravné fázi.
Komunikační protokoly byly proprietární, což lze použít pouze s proprietární MTU od stejného dodavatele. Tyto protokoly byly omezeny tak, aby umožňovaly skenování, řízení a výměnu dat mezi MTU a RTU. Propojení mezi MTU a RTU bylo provedeno na úrovni sběrnice. Připojení různých dodavatelů RTU k MTU bylo nemožným úkolem, což vedlo k naléhavému požadavku na otevřený standard. V některých případech, aby byla zajištěna redundance systému SCADA, byl k hlavnímu systému připojen stejně vybavený systém fungující jako záložní systém.
2. Distribuované systémy SCADA
Tyto systémy byly vzájemně propojeny a uzavřeny uvnitř sítě malého rozsahu, jako jsou místní sítě (LAN), jak je znázorněno na obr. 4. Tato generace distribuuje výpočetní režii na vzdáleně umístěné systémy pomocí LAN, tj. některé systémy fungují jako komunikační procesory, některá jako operátorská rozhraní, jiná jako databázový server atd., což má za následek vyšší výkon zpracování, redundantní a spolehlivý systém. Distribuovaná architektura se používá v případě více klientů a stanic. Podobně jako u monolitického SCADA se distribuované systémy SCADA omezovaly také na proprietární hardware, software, síťové protokoly a periferní zařízení dodávané prodejcem. Zabezpečení SCADA systémů nebylo znepokojující. Informace byly sdíleny pomocí LAN. Některé použité protokoly LAN však byly proprietární povahy, což opět omezovalo systémy, které lze připojit k síti LAN, aby fungovaly jako distribuovaná MTU. WAN byla použita pro komunikaci mezi RTU a MTU.
3. Síťové systémy SCADA
Široce využívají sítě a web kvůli standardizaci a nákladově efektivním řešením pro rozsáhlé systémy. Také se označují jako moderní SCADA systémy. V tomto provedení mohou být systémy SCADA geograficky distribuovány. Networked SCADA však úzce souvisí s distribuovaným SCADA, s významným rozdílem v používání otevřených protokolů a standardů pro komunikaci, spíše než v případě proprietárních protokolů, což má za následek distribuci funkcí MTU napříč WAN, jak je znázorněno na obr. 5. Díky využití otevřených standardů lze k síti připojit periferní zařízení třetích stran.
4. IIoT SCADA
Průmyslová odvětví využívají sílu technologie k vytváření, monitorování a řízení systémů. Inovace integrace internetu věcí (IoT) a ekonomicky dostupné cloudové služby se systémy SCADA výrazně snížily náklady na infrastrukturu a nasazení. Integrace a údržba jsou navíc také snadné ve srovnání s předchozími generacemi. Průmysl 4.0 je příkladem systému SCADA čtvrté generace, jak je znázorněno na obr. 6. Zahrnuje distribuované kognitivní výpočty, kyber-fyzický systém (CPS), IoT a cloud computing. Systémy SCADA již sdílejí několik charakteristik IoT, např. přístup k datům, manipulace a vizualizace. IoT se liší z hlediska interoperability, škálovatelnosti a schopnosti analýzy velkých dat. Sběr a kontrola všech dat se provádí pomocí otevřeného komunikačního standardu. Shromážděná data se ukládají na cloudech. Průmyslový internet věcí (IIoT) nebo Průmysl 4.0 odkazuje na vývoj systémů SCADA čtvrté generace. IIoT je popisován jako IoT v průmyslových odvětvích. Jedná se o síť zařízení s významným zaměřením na přenos, kontrolu důležitých informací, získávání poznatků z velkých dat. Proto, aby se IIoT vštípila do SCADA je třeba integrovat protokoly do stávajícího systému. IIoT také zlepšila svoji odolnost identifikací anomálního chování pomocí technik založených na datech. Systém kritické infrastruktury má také značné obavy ze ztrát v důsledku prostojů. Pomocí prediktivní údržby však lze tyto prostoje snížit, což zvyšuje produkci systému.
