Wykładowca: W tej
lekcji omówimy przemysłowe systemy sterowania
oraz systemy kontroli nadzorczej i akwizycji danych,
znane jako ICS i SCADA.
Ogólnie rzecz biorąc, większość z nas pracuje w branży
IT, czyli technologii informacyjnej.
Obecnie technologia informacyjna
obejmuje nasze standardowe komputery z systemem
Windows, nasze serwery, nasze sieci,
nasze platformy chmurowe i tym podobne rzeczy.
Kiedy jednak zaczynamy mówić o ICS i SCADA,
przenosimy się do świata OT, technologii operacyjnej.
Obecnie technologia operacyjna to sieć komunikacyjna,
która została zaprojektowana w celu wdrożenia przemysłowego systemu sterowania,
a nie naszych tradycyjnych systemów
biznesowych i sieci danych.
Kiedy mamy do czynienia z ICS i SCADA, nie będziemy
koncentrować się na maszynach użytkowników końcowych lub
na przykład stacjach roboczych z systemem Windows 11,
które znajdują się w naszych sieciach.
Zamiast tego, w OT będziemy wykorzystywać
technologię i komputery do robienia czegoś
w świecie fizycznym, na przykład otwierania
lub zamykania zaworu, tak jak można
to zrobić w zakładzie produkcyjnym, generowania
energii w elektrowni lub włączania lub wyłączania świateł
i tym podobnych rzeczy.
Teraz, gdy spojrzymy na technologię
operacyjną, wygląda
ona inaczej niż inne typowe sieci informatyczne.
Na przykład, oto jak wygląda OT, z dużą szafką z
tarczami, wskaźnikami i przyciskami, które odnoszą
się do tego, co dzieje się w prawdziwym świecie.
Gdybym chciał otworzyć lub zamknąć inny zawór
lub włączyć lub wyłączyć inną pompę, nacisnąłbym
przyciski na tym schemacie przed szafką, zamiast
czegoś takiego jak używanie
komputera z systemem Windows i używanie poleceń takich
jak start open valve i naciśnięcie klawisza Enter.
Nie oznacza to, że nie można podłączyć komputera z
systemem Windows i używać go jako cyfrowego interfejsu do świata
OT, ponieważ można.
Ale ogólnie rzecz biorąc, kiedy myślisz o OT, chcę,
abyś myślał o technologii, która wchodzi
w interakcję ze światem rzeczywistym.
Wiele technologii operacyjnych można po prostu wykonać
w zakładzie produkcyjnym za pomocą takich systemów
i nie trzeba nawet mieć zwykłego komputera.
Ale jeśli chcesz korzystać z komputera
z systemem Windows i kontrolować te sieci technologii
operacyjnej, możesz to zrobić i zintegrować IT z OT.
Ale nie musisz tego robić.
Obecnie w świecie technologii operacyjnych
mamy dwa główne typy systemów.
Posiadamy przemysłowe systemy sterowania
oraz systemy kontroli nadzorczej i akwizycji danych.
Po pierwsze, mamy przemysłowe systemy kontroli.
Obecnie przemysłowy system sterowania, znany również jako ICS, zapewnia
mechanizmy przepływu pracy i automatyzacji procesów poprzez sterowanie
maszynami za pomocą wbudowanych urządzeń, które są zaprojektowane
do wykonywania określonej
i dedykowanej funkcji.
ICS jest intensywnie wykorzystywany do kontrolowania rzeczywistych urządzeń
w infrastrukturze krytycznej.
Rzeczy takie jak dostawcy energii, wody, usługi
opieki zdrowotnej, telekomunikacja i usługi
bezpieczeństwa naturalnego.
Jeśli połączysz ze sobą wiele systemów ICS, możesz
w rzeczywistości stworzyć rozproszony system sterowania lub DCS.
Teraz, gdy mamy do czynienia z przemysłowymi systemami
sterowania, musimy przedkładać dostępność i integralność
nad poufność.
W świecie IT zwykle skupiamy się na triadzie CIA i zaczynamy myśleć
o tym, że wszystkie
trzy rzeczy są naprawdę ważne, a poufność
jest silnym pretendentem do pierwszego miejsca.
Jednak w świecie technologii operacyjnych poufność jest w rzeczywistości
najmniej ważnym z trzech elementów.
Dostępność jest najważniejsza
i to nie bez powodu.
Zastanówmy się nad celem technologii operacyjnej i tym,
do czego została pierwotnie zaprojektowana w produkcji.
Chodziło o maksymalizację wydajności
naszych zakładów produkcyjnych.
W końcu za każdym razem, gdy fabryka nie działa,
organizacja nie zarabia pieniędzy.
Dla nich dostępność jest najważniejsza.
Ponadto w tamtych czasach zakłady produkcyjne
nie były podłączone do Internetu,
a cała sieć znajdowała
się w murach fabryki.
Mieliśmy więc fizyczną granicę, która zapewniała
nam pewien poziom poufności.
Oznaczało to, że poufność nie była dużym problemem i nie musieliśmy
myśleć o konieczności wbudowania
jej w nasze sieci.
To dlatego, że ufaliśmy ludziom,
którzy pracowali w naszych fabrykach.
Przyjrzyjmy się teraz innemu dobremu przykładowi ICS,
który jest używany na co dzień na całym świecie.
Tutaj mamy okręt wojenny US Navy.
Jest to świetny przykład,
ponieważ zawiera wiele systemów ICS, które
koncentrują się na różnych rzeczach,
ponieważ zasadniczo ten statek jest miastem na morzu.
Pamiętaj, że kiedy słyszysz ICS, jest to
zasadniczo tylko sieć, która zarządza
urządzeniami wbudowanymi.
Na statku znajduje się
elektrownia, która wytwarza energię elektryczną.
Istnieje odpowiednik fabryki ze wszystkimi
maszynami potrzebnymi do wytworzenia ciągu i obrócenia
śruby napędowej oraz poruszania statkiem po wodzie.
Na całym statku znajduje się szkielet telekomunikacyjny
do przesyłania głosu i obrazu.
Na pokładzie znajdują się urządzenia do oczyszczania ścieków i wody.
Wszystko, czego marynarze potrzebują do przetrwania
przez wiele miesięcy, znajduje się na tym statku.
A wszystko to jest kontrolowane przez ICS i urządzenia wbudowane.
Teraz, aby połączyć wszystkie te przemysłowe systemy sterowania,
ICS wykorzystuje technologię komunikacyjną znaną jako Fieldbus.
Fieldbus to cyfrowa komunikacja danych szeregowych, która będzie
wykorzystywana w sieciach technologii operacyjnych
do łączenia ze sobą różnych programowalnych
sterowników logicznych lub PLC.
Programowalny sterownik logiczny
to rodzaj komputera cyfrowego, który
jest używany w środowisku przemysłowym do automatyzacji
linii montażowych, autonomicznych operacji w terenie,
robotyki i innych zastosowań.
Sterowniki PLC będą łączyć się za pomocą magistrali Fieldbus
z czujnikami, urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi,
aby połączyć świat rzeczywisty ze światem cyfrowym.
Te sterowniki PLC mogą być zaprogramowane do wykonywania
działań w oparciu o dane wejściowe otrzymane z danego czujnika.
Teraz, aby zaprogramować te sterowniki
PLC, użyjemy interfejsu HMI lub interfejsu człowiek-maszyna.
Interfejs człowiek-maszyna może być lokalnym panelem sterowania
lub oprogramowaniem działającym na zwykłym komputerze.
Interfejs człowiek-maszyna będzie działał
jako wejście dla sterowników PLC i wyjście dla całego systemu.
W ten sposób człowiek może szybko zobaczyć
i monitorować, co system robi w danym momencie.
W końcu jako operator muszę być w stanie
zobaczyć, co robi maszyna, odczytując wskaźniki
lub inne ekrany, a także być w stanie przekazać
maszynie dane wejściowe dotyczące tego, co chcę,
aby zrobiła.
Robię to, naciskając przyciski, przekręcając pokrętła, wprowadzając
naciśnięcia klawiszy, a nawet używając ekranu dotykowego.
Na przykład, gdybym pracował w szpitalu
jako technik radiografii, być może musiałbym
wykonać kilka zdjęć rentgenowskich.
Mogę mieć interfejs człowiek-maszyna,
który jest płaskim ekranem,
mogę go dotknąć i powiedzieć
maszynie, co ma zrobić.
W ten sposób panel może pobrać te informacje ode mnie, wysłać je
do urządzenia, a następnie wykonać zdjęcie rentgenowskie,
w przypadku tego urządzenia radiograficznego.
Pozwala to systemowi ICS i podłączonym do niego sterownikom PLC
na utworzenie pętli sterowania,
a cały proces automatyzacji będzie zarządzany
przez pewnego rodzaju serwer sterowania.
Drugim rodzajem OT, o którym musimy porozmawiać,
są systemy kontroli nadzorczej i akwizycji danych,
znane jako SCADA.
Z technicznego punktu
widzenia SCADA jest rodzajem przemysłowego systemu
sterowania i służy do zarządzania dużymi, wielozakładowymi urządzeniami
i sprzętem rozproszonym w regionie geograficznym z
komputera hosta.
Na początku może to być nieco mylące, więc
chcę, abyś zapamiętał to w ten sposób.
Jeśli słyszysz termin ICS, mówimy
o pojedynczym zakładzie lub systemie.
Jeśli mówimy o systemie DCS, jest
to niewielkie połączenie systemów ICS,
ale nadal zwykle w jednym budynku lub obiekcie.
Kiedy zaczynamy przechodzić do świata
SCADA, mówimy o wielu różnych instalacjach ICS i DCS, które
są połączone za pośrednictwem rozległej sieci.
Ze względu na szeroki zasięg SCADA, zwykle
będzie on obsługiwany za pomocą oprogramowania działającego
na zwykłym systemie, takim jak Windows lub Linux.
Ten system SCADA może następnie gromadzić dane i
zarządzać nimi we wszystkich różnych urządzeniach zakładowych
i wszystkich różnych urządzeniach,
które mają wbudowane sterowniki PLC w tych zakładach.
Aby połączyć te instalacje w sieć SCADA, potrzebne
będzie połączenie sieciowe o szerokim zasięgu,
które może być komórkowe, mikrofalowe, satelitarne,
światłowodowe, a nawet oparte na sieci VPN.
Możesz naprawdę użyć dowolnego rozwiązania,
tak jak podczas projektowania połączeń
dla innych sieci, ale musisz
upewnić się, że łączysz wszystkie te
urządzenia terenowe z centralnym serwerem SCADA.
Dobrym przykładem sieci SCADA na dużą skalę jest system
inteligentnych liczników używany
przez wiele firm elektrycznych na całym świecie.
Na przykład w moim domu mamy inteligentny
licznik, który został zainstalowany
przez firmę elektryczną.
Co miesiąc, zamiast
przyjeżdżać i odczytywać mój licznik, licznik
wysyła im informacje za pośrednictwem
połączenia komórkowego i teraz
wiedzą, ile muszą mi wystawić rachunek.
Dodatkowo, mogą oni podłączyć się do mojego
licznika i monitorować nie tylko moje
zużycie, ale także mój status w górę i w dół,
ponieważ wszystkie domy w mojej okolicy
są częścią tej sieci SCADA.
Dzięki sieci SCADA nie muszą już płacić
odczytującym liczniki, którzy co
miesiąc ręcznie sprawdzają stan
liczników w każdym domu w mieście.
Zamiast tego po prostu używają chipa komórkowego, który
jest tam, aby raz w miesiącu dokonać odczytu i wysłać
go z powrotem przez sieć komórkową jako wiadomość tekstową lub
inny format danych do swojego serwera SCADA.
Zestawia te informacje, przekazuje je
do systemu rozliczeniowego, a następnie
otrzymuję rachunek z kwotą należną za energię elektryczną zużytą
w danym miesiącu.