産業オートメーションでは、さまざまなデバイスを使用する必要がある場合、それらのデバイスで設計されているアーキテクチャを理解する必要があります。デバイスは、フィールドと制御室の間でデータを共有するためのハードウェアまたは通信を通じて、さまざまな方法で相互に通信します。どのリンクがどの接続に入るのかを定義して解決する必要があるため、アーキテクチャを理解すれば、システム内で簡単に作業できるようになります。
SCADAシステムアーキテクチャ
SCADA システムを設計する場合、SCADA システムは自動化の基本的な構成要素の 1 つであるため、そのアーキテクチャを理解することが重要です。SCADA アプリケーションは通常、サーバー上で実行されます。デスクトップ コンピュータやスクリーンなどのクライアントは、サーバーに接続することで HMI として機能できます。
PLC や RTU などの操作デバイスもサーバーに接続されているため、SCADA クライアントを使用して動作を制御および監視できます。この記事では、モノリシック、分散、ネットワークなど、いくつかのタイプの SCADA システム アーキテクチャについて学びます。
モノリシック SCADA アーキテクチャ
モノリシック SCADA アーキテクチャは、SCADA システムで使用される最初で最も基本的なタイプのアーキテクチャです。理解するには、下の画像を参照してください。
モノリシック SCADA アーキテクチャは、RTU (リモート ターミナル ユニット) と通信する単一の SCADA システムで構成されます。
RTU も PLC の一種ですが、独自のディスプレイを持たず、主に無線プロトコルを通じて通信します。さらに、環境に危険があり、工場内の立ち入りが困難なエリアでも使用されます。
SCADA システムが最初に開発されたとき、コンピューティングの概念は通常、メインフレーム システムを中心にしていました。通常、ネットワークは存在せず、各集中システムは分離されています。したがって、SCADA システムは、他のシステムへの接続がほとんどない自己完結型のシステムです。
リモート端末装置 (RTU) と通信するために実装されたワイド エリア ネットワーク (WAN) は、フィールド内の RTU と通信するという 1 つの目的のみのために設計されています。さらに、現在使用されている WAN プロトコルは、当時はほとんど知られていませんでした。
SCADA ネットワークで使用される通信プロトコルは、RTU 機器のサプライヤーによって開発され、通常は独自のものです。さらに、これらのプロトコルは多くの場合非常に制限されており、リモート デバイス内の必要なスキャンおよび制御ポイントを超える機能はほとんど許可されません。一般に、ネットワーク内で他のタイプのデータ トラフィックと RTU 通信を混在させることは現実的ではありません。SCADA マスターへの接続は、システム プロバイダーによって制限されます。マスターへの接続は通常、中央処理装置 (CPU) バックプレーンに接続された独自のアダプターまたはコントローラーを介してバス レベルで行われます。
分散型SCADAアーキテクチャ
第 2 世代の SCADA システムは、システムの小型化とローカル エリア ネットワーク (LAN) テクノロジの開発と改良を利用して、複数のシステム間で処理を分散します。それぞれ特定の機能を持つ複数の拠点が LAN に接続し、リアルタイムに情報を共有します。
これらのワークステーションは通常、マイクロコンピュータ クラスであり、第 1 世代のプロセッサよりも小型で安価です。これらの分散ステーションの一部は通信プロセッサとして使用され、主に RTU などのフィールド デバイスと通信します。一部はオペレータ インターフェイスとして使用され、システム オペレータにヒューマン マシン インターフェイス (HMI) を提供します。その他は、コンピューティング プロセッサまたはデータベース サーバーとして機能します。SCADA システムの個々の機能を複数のシステムに分散することで、システム全体に単一のプロセッサよりも多くの処理能力が提供されます。これらの個々のシステムを接続するネットワークは通常、LAN プロトコルに基づいており、ローカル環境の制約を超えることはできません。
使用される LAN プロトコルの一部は本質的に独自のものであり、プロバイダーは既存のネットワーク プロトコルまたはそのバージョンを抽出するのではなく、独自のネットワーク プロトコルまたはそのバージョンを作成します。これにより、プロバイダーはリアルタイム トラフィックに合わせて LAN プロトコルを最適化できますが、SCADA LAN への他のプロバイダーのネットワーク接続は制限されます (または事実上排除されます)。この図は、典型的な第 2 世代 SCADA アーキテクチャを示しています。
システムの機能をネットワークに接続されたシステムに分散させることで、処理能力の向上だけでなく、システム全体の冗長性や信頼性も向上します。多くの第 1 世代システムで使用されている単純なアクティブ/スタンバイ切り替えスキームとは異なり、分散アーキテクチャでは通常、LAN 上のすべてのサイトが常にオンラインに保たれます。たとえば、1 つの HMI ステーションに障害が発生した場合、プライマリ システムからセカンダリ システムへのフェイルオーバーを待たずに、別の HMI ステーションを使用してシステムを運用できます。フィールドデバイスとの通信に使用される WAN は、SCADA マスター ステーション内のローカル ステーション間の LAN 接続の開発によって大幅に変更されていません。これらの外部通信ネットワークは依然として RTU プロトコルに限定されており、他のタイプのネットワーク トラフィックには利用できません。
ネットワーク化されたSCADAアーキテクチャ
現世代の SCADA マスターのアーキテクチャは第 2 世代のアーキテクチャと密接に関連していますが、主な違いは、ベンダー制御の独自環境ではなく、オープン システム アーキテクチャであることです。マスター ステーションの機能を共有する、ネットワーク化されたシステムがまだいくつかあります。プロバイダーが所有するプロトコルを使用する RTU がまだ存在します。第 3 世代の主な改良点は、オープン システムのアーキテクチャであり、標準とオープン プロトコルを使用し、LAN だけでなく WAN を介して SCADA 機能を分散できるようになりました。
オープンスタンダードは、前世代の SCADA システムから多くの制限を取り除きます。すぐに使用できるシステムを使用すると、ユーザーはサードパーティの周辺機器 (モニター、プリンター、ディスク ドライブ、テープ ドライブなど) をシステムまたはネットワークに簡単に接続できます。SCADA プロバイダーは、「オープン」または「商用」システムに移行するにつれて、ハードウェア開発ビジネスから徐々に撤退してきました。これらのプロバイダーは、基本的なコンピューティング プラットフォームやオペレーティング システム ソフトウェアの開発経験があるため、Compaq、Hewlett-Packard、Sun Microsystems などのシステム プロバイダーに注目しています。これにより、SCADA ベンダーは、システムに特定の価値を追加できる 1 つの領域、つまり SCADA マスター用のソフトウェアに開発を集中することができます。
第 3 世代 SCADA システムの大幅な改善は、マスター ステーションと通信デバイス間の通信にインターネット プロトコル (IP) などの WAN プロトコルを使用することによってもたらされます。これにより、フィールド デバイスとの通信を担当するマスター ステーションの部分を、WAN 経由でマスター ステーションから「適切に」分離することができます。ベンダーは現在、イーサネット接続を介してマスターと通信できる RTU を製造しています。この図は SCADA ネットワーク システムを表しています。
WAN 経由で SCADA 機能を分散することによるもう 1 つの利点は、災害時の生存性です。第 2 世代システムでは、SCADA 処理を LAN 上に分散することで信頼性が向上しますが、SCADA マスターを収容する設備が完全に失われると、システム全体も失われる可能性があります。物理的に離れた場所に処理を分散することで、1 つの場所が完全に失われた場合でも耐えられる SCADA システムを構築することができます。SCADA を非常に重要な機能とみなしている一部の組織にとって、これは大きなメリットとなります。
このようにして、他の国の遠隔地にある SCADA システムもシステムにアクセスしてデータを通信できます。これは、SCADA システムが単一のプラントだけでなく、物理的に遠く離れた複数のプラントにわたって使用できることを意味します。
SCADA開発ツール
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