المحاضر: سنناقش
في هذا الدرس أنظمة التحكم الصناعية
وأنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات،
المعروفة باسم ICS وSCADA.
بشكل عام، معظمنا يعمل في مجال تكنولوجيا المعلومات،
وهي تكنولوجيا المعلومات.
تتضمن تكنولوجيا المعلومات الآن
أجهزة الكمبيوتر القياسية التي تعمل بنظام
Windows، وخوادمنا، وشبكاتنا، ومنصاتنا
السحابية، وأشياء من هذا القبيل.
عندما نبدأ بالحديث عن ICS وSCADA،
فإننا ننتقل إلى عالم OT، التكنولوجيا التشغيلية.
التكنولوجيا التشغيلية الآن عبارة عن شبكة
اتصالات مصممة لتنفيذ نظام التحكم الصناعي، بدلاً
من أنظمة شبكات الأعمال والبيانات
التقليدية.
عندما نتعامل مع ICS وSCADA، لن نركز
على أجهزة المستخدم النهائي أو محطة عمل
Windows 11 على سبيل المثال، الموجودة
على شبكاتنا.
بدلاً من ذلك، مع التكنولوجيا
التشغيلية، سنستخدم التكنولوجيا وأجهزة
الكمبيوتر للقيام بشيء ما في العالم
المادي، مثل فتح أو إغلاق صمام
كما قد تفعل في مصنع تصنيع، أو توليد الطاقة
في محطة طاقة كهربائية، أو تشغيل الأضواء تشغيل
أو إيقاف، وأشياء من هذا القبيل.
الآن عندما تنظر إلى التكنولوجيا التشغيلية،
فإنها تبدو مختلفة عن شبكات
تكنولوجيا المعلومات النموذجية الأخرى.
على سبيل المثال، هذا هو شكل OT، مع
خزانة كبيرة بها أقراص ومقاييس وأزرار تشير
إلى ما يحدث في العالم الحقيقي.
إذا كنت أرغب في فتح أو إغلاق صمام مختلف
أو تشغيل أو إيقاف تشغيل مضخة مختلفة،
فسأضغط على الأزرار الموجودة في هذا المخطط
أمام الخزانة، بدلاً
من استخدام جهاز يعمل بنظام Windows واستخدام
أوامر مثل بدء فتح الصمام و الضغط على Enter.
هذا لا يعني أنه لا يمكنك توصيل جهاز يعمل بنظام Windows
واستخدامه كواجهة رقمية في عالم التكنولوجيا التشغيلية، لأنك
تستطيع ذلك.
لكن بشكل عام، عندما تفكر في التكنولوجيا التشغيلية،
أريدك أن تفكر في التكنولوجيا التي
تتفاعل مع العالم الحقيقي.
يمكن تنفيذ الكثير من التقنيات التشغيلية
في مصنع باستخدام أنظمة كهذه، ولا تحتاج
حتى إلى امتلاك جهاز كمبيوتر عادي.
ولكن إذا كنت تريد استخدام جهاز كمبيوتر يعمل بنظام
Windows والتحكم في شبكات التكنولوجيا التشغيلية هذه، فيمكنك
القيام بذلك ويمكنك دمج تكنولوجيا المعلومات مع التكنولوجيا التشغيلية.
ولكن مرة أخرى، ليس عليك القيام بذلك.
الآن في عالم التكنولوجيا التشغيلية،
لدينا نوعان رئيسيان من الأنظمة.
لدينا أنظمة التحكم الصناعية
وأنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات.
أولا، لدينا أنظمة التحكم الصناعية.
الآن يوفر نظام التحكم الصناعي، المعروف أيضًا
باسم ICS، آليات سير العمل وأتمتة العمليات من خلال
التحكم في الآلات باستخدام الأجهزة
المدمجة المصممة
لأداء وظيفة محددة ومخصصة.
يتم استخدام ICS بكثافة للتحكم في أجهزة العالم الحقيقي في
البنية التحتية الحيوية.
أشياء مثل موردي الطاقة وموردي المياه
وخدمات الرعاية الصحية والاتصالات
وخدمات الأمن الطبيعي.
إذا قمت بربط عدة ICSs معًا، فيمكنك
في الواقع إنشاء نظام تحكم موزع أو DCS.
الآن عندما تتعامل مع أنظمة التحكم الصناعية،
يتعين عليك إعطاء الأولوية للتوفر والنزاهة
على حساب السرية.
الآن في عالم تكنولوجيا المعلومات، نركز عادة على CIA Triad،
ونبدأ في التفكير
في أن الأشياء الثلاثة مهمة حقًا،
مع كون السرية منافسًا قويًا على المركز
الأول.
ولكن في عالم التكنولوجيا التشغيلية، تعد السرية في الواقع
أقل العناصر أهمية من بين المكونات الثلاثة.
يعد التوفر أمرًا بالغ الأهمية،
وهذا هو السبب وراء وجيه.
دعونا نفكر في الغرض من التكنولوجيا التشغيلية
وما تم تصميمها في الأصل للقيام به في التصنيع.
كان الأمر كله يدور حول تعظيم
كفاءة مصانعنا.
ففي نهاية المطاف، في أي وقت يتعطل فيه هذا المصنع،
فإن المنظمة لا تجني المال.
لذلك، بالنسبة لهم، التوفر هو كل شيء.
وأيضًا، في ذلك الوقت، لم تكن مصانع التصنيع
متصلة بالإنترنت وكانت
الشبكة بأكملها
موجودة داخل جدران المصنع.
لذلك كان لدينا تلك الحدود المادية
لتوفر لنا مستوى معينًا من السرية.
وهذا يعني أن السرية لم تكن مشكلة كبيرة ولم
يكن علينا التفكير
في ضرورة دمج ذلك في شبكاتنا.
وذلك لأننا نثق في الأشخاص
الذين كانوا يعملون في مصانعنا.
الآن دعونا نلقي نظرة على مثال جيد آخر لـ ICS الذي
يتم استخدامه يوميًا في جميع أنحاء العالم.
هنا، لدينا سفينة حربية تابعة للبحرية الأمريكية.
يعد هذا مثالًا رائعًا
لأنه يحتوي على العديد من أنظمة ICS
التي تركز على أشياء مختلفة
لأن تلك السفينة هي في الأساس مدينة في البحر.
تذكر الآن، عندما تسمع ICS، فهي
في الأساس مجرد شبكة تدير
الأجهزة المضمنة.
على تلك السفينة،
هناك محطة لتوليد الكهرباء.
هناك ما يعادل مصنعًا يحتوي
على جميع الآلات اللازمة لإنشاء قوة الدفع
وإدارة تلك المروحة وتحريك السفينة عبر الماء.
هناك العمود الفقري للاتصالات الصوتية والمرئية التي تجري
في جميع أنحاء السفينة بأكملها.
هناك مرافق لمعالجة النفايات والمياه على متن الطائرة.
كل ما يحتاجه هؤلاء البحارة للبقاء على قيد الحياة
لعدة أشهر في المرة الواحدة موجود على تلك السفينة.
ويتم التحكم في كل ذلك بواسطة ICS والأجهزة المدمجة.
الآن، من أجل ربط جميع أنظمة التحكم الصناعية
هذه، تستخدم ICS تقنية اتصالات تُعرف باسم Fieldbus.
يعد Fieldbus الآن بمثابة اتصال رقمي للبيانات التسلسلية
سيتم استخدامه في شبكات التكنولوجيا التشغيلية
لربط وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة
المختلفة أو PLCs معًا.
وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة
هي نوع من أجهزة الكمبيوتر الرقمية
المستخدمة في البيئات الصناعية لتمكين الأتمتة في
خطوط التجميع والعمليات الميدانية المستقلة والروبوتات
والتطبيقات الأخرى.
سيتم ربط PLCs باستخدام Fieldbus مع أجهزة
الاستشعار وأجهزة الإدخال والإخراج
لربط العالم الحقيقي بالعالم الرقمي.
يمكن برمجة أجهزة PLC هذه للقيام بإجراء بناءً
على المدخلات التي تتلقاها من مستشعر معين.
الآن لبرمجة PLCs، سنستخدم
واجهة HMI أو واجهة الإنسان والآلة.
يمكن أن تكون الواجهة بين الإنسان والآلة عبارة عن لوحة
تحكم محلية أو برنامج يعمل على جهاز كمبيوتر عادي.
ستعمل واجهة الإنسان والآلة
كمدخل إلى PLCs ومخرجات للنظام بأكمله.
بهذه الطريقة، يمكن للإنسان أن يرى ويراقب
بسرعة ما يفعله هذا النظام في أي وقت.
بعد كل شيء، باعتباري مشغلًا بشريًا، أحتاج
إلى أن أكون قادرًا على رؤية ما تفعله الآلة من خلال
قراءة المقاييس أو الشاشات الأخرى، بالإضافة
إلى أن أكون قادرًا على إعطاء مدخلات لتلك الآلة لما
أريدها أن تفعله.
وأقوم بذلك عن طريق الضغط على الأزرار، أو إدارة المقابض،
أو إدخال ضغطات المفاتيح، أو حتى استخدام شاشة اللمس.
على سبيل المثال، إذا كنت أعمل في
مستشفى كفني تصوير شعاعي، فقد أحتاج
إلى إجراء بعض الأشعة السينية.
يمكنني الحصول على واجهة بين الإنسان
والآلة وهي عبارة عن شاشة مسطحة،
ويمكنني لمسها وإخبار
الآلة بما أريدها أن تفعله.
بهذه الطريقة، يمكن للوحة أن تأخذ تلك المعلومات مني،
وترسلها إلى الجهاز، ثم تلتقط الأشعة السينية،
في حالة جهاز التصوير الشعاعي هذا.
وهذا يسمح لـ ICS وPLCs المتصلة به بتشكيل
حلقة تحكم، وستخضع
عملية الأتمتة بأكملها
لنوع ما من خادم التحكم.
الآن النوع الثاني من OT الذي نحتاج للحديث
عنه هو أنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات،
والتي تُعرف باسم SCADA.
الآن من الناحية الفنية،
SCADA هو نوع من نظام التحكم الصناعي، ويتم استخدامه
لإدارة الأجهزة والمعدات واسعة النطاق متعددة المواقع
المنتشرة على منطقة جغرافية من جهاز الكمبيوتر
المضيف الخاص بك.
قد يكون هذا مربكًا بعض الشيء في البداية،
لذا أريدك أن تتذكره بهذه الطريقة.
إذا سمعت مصطلح ICS، فإننا
نتحدث عن مصنع أو نظام واحد.
إذا كنا نتحدث عن DCS، فهذا
عبارة عن اتصال صغير لأنظمة ICS ولكنه
يظل عادةً في مبنى واحد أو منشأة واحدة.
عندما تبدأ في الانتقال إلى عالم SCADA،
فإننا نتحدث عن العديد من مصانع ICS وDCS المختلفة والمترابطة
جميعها من خلال شبكة واسعة النطاق.
ونظرًا للانتشار الواسع لنظام SCADA،
فإنه عادةً ما يتم تشغيله باستخدام جزء من البرنامج
الذي يعمل على نظام عادي مثل Windows أو Linux.
يمكن لنظام SCADA بعد ذلك جمع البيانات
وإدارتها عبر جميع أجهزة المصنع المختلفة
وجميع المعدات المختلفة التي
تحتوي على PLCs المدمجة في تلك المصانع.
لربط هذه المحطات في شبكة SCADA، ستحتاج
إلى اتصال شبكة واسعة النطاق، والذي يمكن أن
يكون إما خلويًا أو ميكروويفًا أو قمرًا
صناعيًا أو أليافًا أو حتى شبكة LAN تعتمد على VPN.
يمكنك بالفعل استخدام ما تريد
تمامًا عندما تقوم بتصميم اتصالاتك
لشبكاتك الأخرى، ولكن
عليك التأكد من أنك تقوم بربط جميع
تلك الأجهزة الميدانية بخادم SCADA المركزي.
من الأمثلة الجيدة على شبكة SCADA واسعة النطاق
نظام العدادات الذكية الذي
تستخدمه العديد من شركات الكهرباء حول العالم.
في منزلي على سبيل المثال،
لدينا عداد ذكي قامت شركة
الكهرباء بتركيبه.
كل شهر، بدلاً من أن
يضطروا إلى الخروج وقراءة جهاز القياس الخاص
بي، يرسل لهم هذا الجهاز المعلومات عبر
اتصال خلوي ويعرفون الآن المبلغ
الذي يحتاجون إليه لإصدار فاتورة لي.
بالإضافة إلى ذلك، يمكنهم الاتصال بجهاز
القياس الخاص بي ومراقبة ليس فقط استخدامي،
ولكن أيضًا حالتي لأعلى ولأسفل لأن
جميع المنازل في منطقتي هي جزء
من شبكة SCADA هذه.
ومن خلال وجود شبكة SCADA هذه، لم يعد
عليهم أن يدفعوا لقارئي العدادات
للخروج وفحص العدادات يدويًا
في كل منزل في المدينة كل شهر.
وبدلاً من ذلك، يستخدمون ببساطة الشريحة الخلوية
الموجودة هناك لأخذ القراءة مرة واحدة في الشهر
وإرسالها مرة أخرى عبر الشبكة الخلوية كرسالة نصية أو تنسيق
بيانات آخر إلى خادم SCADA الخاص بهم.
يقوم بجمع تلك المعلومات، وتمريرها
إلى نظام الفوترة، ثم أحصل على فاتورة
بالمبلغ المستحق مقابل الكهرباء التي استخدمتها في
ذلك الشهر.