Docent: In deze les gaan
we het hebben over industriële besturingssystemen
en toezichthoudende besturings- en data-acquisitiesystemen,
beter bekend als ICS en SCADA.
Over het algemeen werken de meesten van ons in de IT,
oftewel informatietechnologie.
Nu omvat informatietechnologie
onze standaard Windows-computers, onze
servers, onze netwerken, onze cloudplatforms
en dat soort dingen.
Als we het echter over ICS en SCADA gaan hebben,
komen we in de wereld van OT, operationele technologie.
Nu is de operationele technologie een communicatienetwerk
dat is ontworpen om een industrieel besturingssysteem te implementeren,
in plaats van onze traditionele bedrijfs-
en datanetwerksystemen.
Als we te maken hebben met ICS en SCADA,
richten we ons niet op eindgebruikersmachines
of bijvoorbeeld een Windows 11 werkstation
op onze netwerken.
In plaats daarvan gaan we met OT
technologie en computers gebruiken om
iets in de fysieke wereld te doen, zoals
een klep openen of sluiten zoals
je in een fabriek zou kunnen doen, stroom
opwekken in een elektriciteitscentrale, of lichten
aan of uit doen, en dat soort dingen.
Als je nu naar operationele technologie kijkt,
ziet het er anders uit dan
onze andere typische informatietechnologienetwerken.
Zo ziet OT er bijvoorbeeld uit, met een grote
kast met wijzerplaten en meters en knoppen die verwijzen
naar wat er in de echte wereld gebeurt.
Als ik een andere klep wil openen of
sluiten of een andere pomp wil in- of
uitschakelen, druk ik op de knoppen op
dat schema voor de kast
in plaats van op een Windows-machine en gebruik
ik commando's als start open valve en druk ik op Enter.
Dit wil niet zeggen dat je geen Windows-machine kunt
aansluiten en gebruiken als digitale interface naar de OT-wereld,
want dat kan wel.
Maar in het algemeen, als je aan OT denkt, wil
ik dat je denkt aan technologie die
interacteert met de echte wereld.
Veel operationele technologie kan gewoon in een productiefabriek
worden uitgevoerd met dit soort systemen, en je hebt er
niet eens een gewone computer voor nodig.
Maar als je een Windows-computer wilt gebruiken
en deze operationele technologienetwerken
wilt beheren, dan kan dat en kun je IT integreren met OT.
Maar nogmaals, dat hoeft niet.
In de wereld van operationele technologie
hebben we twee hoofdtypen systemen.
We hebben industriële controlesystemen
en systemen voor toezichthoudende controle en gegevensverwerving.
Ten eerste hebben we industriële besturingssystemen.
Nu biedt een industrieel besturingssysteem, ook bekend als ICS, de
mechanismen voor workflow- en procesautomatisering door machines
te besturen met behulp van ingesloten apparaten die
zijn ontworpen om een specifieke
en speciale functie uit te voeren.
ICS wordt intensief gebruikt om echte apparaten in kritieke infrastructuur
te besturen.
Dingen zoals stroomleveranciers, waterleveranciers,
gezondheidsdiensten, telecommunicatie en natuurlijke
beveiligingsdiensten.
Als je meerdere ICS'en met elkaar verbindt, kun
je in feite een gedistribueerd besturingssysteem of DCS creëren.
Wanneer je nu te maken hebt met industriële besturingssystemen,
moet je prioriteit geven aan beschikbaarheid en integriteit
boven vertrouwelijkheid.
In de IT-wereld richten we ons meestal op de CIA-triade en beginnen we na te denken
over het feit dat alle
drie de dingen echt belangrijk zijn, waarbij
vertrouwelijkheid een sterke kanshebber is voor de
eerste plaats.
Maar in de wereld van operationele technologie is vertrouwelijkheid
eigenlijk de minst belangrijke van de drie componenten.
Beschikbaarheid staat voorop,
en dat is niet voor niets zo.
Laten we eens nadenken over het doel van operationele technologie
en waarvoor deze oorspronkelijk was ontworpen in de productie.
Het draaide allemaal om het maximaliseren van
de efficiëntie van onze fabrieken.
De organisatie verdient immers geen geld wanneer
de fabriek niet in bedrijf is.
Voor hen is beschikbaarheid dus alles.
Bovendien hadden de fabrieken toen nog geen internetverbinding
en bevond het hele netwerk zich binnen de muren
van de fabriek.
We hadden dus die fysieke grens om ons een zekere
mate van vertrouwelijkheid te bieden.
Dit betekende dat vertrouwelijkheid geen groot probleem was en dat
we er niet over hoefden na te denken
om dat in onze netwerken in te bouwen.
Dit komt omdat we de mensen die in
onze fabrieken werkten vertrouwden.
Laten we nu eens kijken naar een ander goed voorbeeld van ICS
dat dagelijks over de hele wereld wordt gebruikt.
Hier hebben we een oorlogsschip van de Amerikaanse marine.
Dit is een geweldig voorbeeld
omdat het meerdere ICS'en bevat die gericht
zijn op verschillende dingen,
omdat dat schip in wezen een stad op zee is.
Onthoud dat als je ICS hoort, dit in wezen
gewoon een netwerk is dat ingebedde
apparaten beheert.
Op dat schip staat een
energiecentrale die de elektriciteit opwekt.
Er is een equivalent van een fabriek met
alle machines die nodig zijn om stuwkracht te creëren en die
propeller te laten draaien en het schip door het water te laten bewegen.
Er is een telecommunicatie backbone voor spraak en video
die door het hele schip loopt.
Er zijn afval- en waterzuiveringsinstallaties aan boord.
Alles wat die zeelieden nodig hebben om maandenlang
te overleven, bevindt zich op dat schip.
En het wordt allemaal bestuurd door ICS en embedded apparaten.
Om al deze industriële besturingssystemen met elkaar te verbinden,
gebruikt ICS een communicatietechnologie die bekend staat als Fieldbus.
Fieldbus is een digitale seriële datacommunicatie die wordt gebruikt
in operationele technologienetwerken om verschillende
programmeerbare logische controllers of PLC's
met elkaar te verbinden.
Een programmeerbare logische controller
is een soort digitale computer die wordt
gebruikt in industriële omgevingen om automatisering in assemblagelijnen,
autonome veldbewerkingen, robotica en andere toepassingen
mogelijk te maken.
PLC's worden onderling verbonden via veldbussen met
sensoren, invoer- en uitvoerapparaten om de echte
wereld met de digitale wereld te verbinden.
Deze PLC's kunnen worden geprogrammeerd om een actie uit te voeren
op basis van een ingang die ze ontvangen van een bepaalde sensor.
Om deze PLC's te programmeren,
gebruiken we een HMI of mens-machine interface.
Een mens-machine-interface kan een lokaal bedieningspaneel
zijn of een stukje software dat op een gewone computer draait.
De mens-machine-interface fungeert als
invoer voor de PLC's en als uitvoer voor het hele systeem.
Op deze manier kan een mens snel zien en controleren
wat dat systeem op een bepaald moment doet.
Als menselijke operator moet ik immers
kunnen zien wat de machine doet door meters of
andere schermen af te lezen, en moet
ik die machine input kunnen geven voor wat ik
wil dat hij doet.
En ik doe dit door op knoppen te drukken, aan knoppen te draaien, toetsaanslagen
in te voeren of zelfs een touchscreen te gebruiken.
Als ik bijvoorbeeld in een ziekenhuis zou
werken als radiografietechnicus, zou ik
misschien röntgenfoto's moeten maken.
Ik kan een mens-machine-interface hebben
die een plat scherm is, ik kan het
aanraken en de machine
vertellen wat ik wil dat hij doet.
Op deze manier kan het paneel die informatie van mij overnemen,
naar de machine sturen en vervolgens de röntgenfoto
maken, in het geval van dit radiografieapparaat.
Hierdoor kunnen de ICS en de PLC's die erop zijn aangesloten
een regelkring vormen en
wordt het hele automatiseringsproces
bestuurd door een soort besturingsserver.
Het tweede type OT waar we het over moeten hebben,
zijn systemen voor toezichthoudende controle en gegevensverzameling,
beter bekend als SCADA.
Technisch gezien is
SCADA een soort industrieel besturingssysteem dat
wordt gebruikt om grootschalige apparaten en apparatuur op
meerdere locaties in een geografisch gebied te beheren
vanaf een hostcomputer.
Dit kan in het begin een beetje verwarrend zijn,
dus ik wil dat je het op deze manier onthoudt.
Als je de term ICS hoort, hebben we het
over een enkele fabriek of een enkel systeem.
Als we het hebben over een DCS, is dit een
kleine verbinding van ICS-systemen, maar normaal
gesproken nog steeds in één gebouw of één faciliteit.
Wanneer je de wereld van SCADA binnenstapt,
hebben we het over veel verschillende ICS- en DCS-installaties die
allemaal met elkaar verbonden zijn via een wide-area netwerk.
Vanwege het grote bereik van SCADA
wordt het normaal gesproken bediend met software
die draait op een gewoon systeem zoals Windows of Linux.
Dit SCADA-systeem kan dan gegevens verzamelen
en beheren over alle verschillende fabrieksapparatuur
en alle verschillende apparatuur
met ingebouwde PLC's in die fabrieken.
Om deze fabrieken in het SCADA-netwerk met elkaar
te verbinden, heb je een wide-area netwerkverbinding
nodig, die cellulair, microgolf, satelliet, glasvezel
of zelfs een LAN op basis van VPN kan zijn.
Je kunt echt gebruiken wat je wilt, net
als wanneer je je verbindingen voor
je andere netwerken ontwerpt,
maar je moet ervoor zorgen dat je al die
veldapparaten terug linkt naar de centrale SCADA-server.
Een goed voorbeeld van een grootschalig SCADA-netwerk is een
smart-meter systeem dat door veel
elektriciteitsbedrijven over de hele wereld wordt gebruikt.
Bij mij thuis hebben we bijvoorbeeld
een slimme meter die is geïnstalleerd door
het elektriciteitsbedrijf.
In plaats van dat ze elke
maand mijn meter moeten komen opnemen, stuurt
die meter hen de informatie via een mobiele
verbinding en weten ze nu hoeveel
ze me in rekening moeten brengen.
Bovendien kunnen ze verbinding maken met mijn
meter en niet alleen mijn verbruik controleren,
maar ook mijn up- en down-status omdat alle
huizen in mijn gebied deel uitmaken
van dit SCADA-netwerk.
Dus met dit SCADA-netwerk hoeven ze geen
meteropnemers meer te betalen om
elke maand handmatig de meters
van elk huis in de stad te controleren.
In plaats daarvan gebruiken ze gewoon de mobiele chip
die erin zit om één keer per maand een meting te doen
en deze via het mobiele netwerk als sms of ander gegevensformaat
terug te sturen naar hun SCADA-server.
Het verzamelt die informatie, geeft het door
aan het facturatiesysteem en dan krijg ik
een rekening met het verschuldigde bedrag voor de elektriciteit die
ik die maand heb gebruikt.