1 komponenter i styrsystemet
Komponenterna i ett industriellt kontrollsystem ICS kan i stort sett delas upp i två kategorier beroende på var de är belägna: kontrollcenterenheter och fjärrplatser. Control Center -enheter finns i System Control Center och inkluderar Human Machine Interface (HMI), ingenjörsarbetsstationer och historiska servrar (historiker). Fjärrplatser är enheter som finns på produktionsplatsen och är direkt anslutna till ställdon och sensorer vars primära funktion är att övervaka och kontrollera den fysiska processen. Även om webbplatsenheter vanligtvis inte interagerar direkt med människor, är de mer benägna att attackeras och komprometteras eftersom produktionsplatser vanligtvis är mindre säkra än kontrollcentra.
1.1 Kontrollcenterutrustning
Mänskligt maskingränssnitt HMIS (ibland kallade SCADA -system) är system som gör det möjligt för operatörer att övervaka och kontrollera processer. HMIS HMIS är vanligtvis rena programvaruapplikationer som körs på en allmän dator, som vanligtvis körs i Microsoft Windows-familjen i operativsystemmiljöer. Vanliga HMI: er i branschen inkluderar Wonderware, Siemens 'WinCC, Rockwell's Rsview och Areva E-terra, där Kinseal också är ett bra val.
History Server Historian är en databasserver som registrerar historien för ett processkontrollsystem. I vissa fall, om historiker är tillräckligt kraftfull, kan den också användas som en HMI för kontrollsystemet. Historiker körs vanligtvis på stora operativsystem och vanliga hårdvaruenheter och speglas vanligtvis på företagsnätverket.
1.2 Remote Site -enheter
Fjärrsidesenheter inkluderar PLC: er, fjärrterminalenheter RTU, intelligenta elektroniska enheter IED: er och elektroniska reläer. Även om funktionerna för dessa enheter varierar mycket, kan de grovt grupperas baserat på deras plats och likheter. Det finns också likheter i hårdvaruarkitekturen som används i dessa enheter, som i allmänhet tillhandahåller analog eller digital ingång/utgång (I/O) och kontrollfunktioner. De läser data direkt från sensorer och skickar driftskommandon till ställdon, och i vissa fall är de anslutna till andra fältenheter.
En förenklad diskussion av enheterna ges i denna artikel. Faktum är att var och en av dessa enheter som nämns ovan (PLCS, RTUS, IEDS och Electronic Relays) utför en viss delmängd av funktioner i styrmodellen för kontrollsystemets objektrelation (ORM). Till exempel utför RTUS, som vanligtvis är funktionen för SCADA -system som endast tillhandahåller fält I/O -kontroll, provtagning via fält I/O -sensorer, och individuellt kommer RTUS att generera triggers för ställdon. Elektroniska reläer kommer alltid att utföra provtagnings- och utlösningsfunktionerna. RTU kommer att generera statusdatafältpunkter, och kommer i vissa fall att behandla kommandodatafältpunkter. Reläer genererar statusdatafältpunkter, men är mindre benägna att hantera kommanderade datafältpunkter. RTUS har i allmänhet inte lokal kontrollfunktionalitet, men reläer har den funktionen. Förutom att kommunicera med sensorer, ställdon och kontrollfunktioner på högre nivå har PLC: er viktiga lokala kontrollfunktioner. Dessa funktioner kan verka lika, men det finns betydande skillnader i ORMS.
2 Typisk kontrollsystemarkitektur
Figur 1 visar en typisk kontrollsystemarkitektur. I den kommunicerar en vanlig kommersiell dator som driver en HMI med fältenheter som PLC: er via standardnätverksprotokoll (t.ex. Ethernet). Ingenjörsstationen och historikdatabasen är också vanligtvis vanliga kommersiella datorer eller servrar som kommunicerar med fältenheterna via standardnätverksprotokoll. Fältenheter ansluter till andra fältenheter med Ethernet-baserade industriella kontrollprotokoll som FieldBus. Vissa fältenheter ansluter till intelligenta enheter med hjälp av standardprotokoll för seriebusskommunikation som RS232 eller RS485, och vissa fältenheter ansluter direkt till sensorer, i enheter och maskinenheter.
3 Programmerbar logikkontroll PLC
A PLC is a field device that can be connected directly to sensors and actuators or other field devices.PLCs are controlled locally through logic programs (generally in a format defined according to the IEC 61131-3 standard), and are capable of receiving control commands and query requests from an HMI through the control system's communication protocols.PLCs can be modular, or can be combined into compact, fixed shapes, but both types Använd i huvudsak samma underliggande komponenter. Typer använder i huvudsak samma underliggande komponenter.
3.1 PLC -programmering
PLC: er kan programmeras med ett av de språk som anges i IEC 61131-3:
Stege diagram (LD), grafisk
Funktionsblockdiagram (FBD), grafisk
Strukturerad text (ST), textuell
Instruktionslista (IL), textuell
Sekvensfunktionsdiagram (SFC), grafisk
PLC fungerar i cykliska cykler som kallas "skanningar", som består av ingångar, logikutförande och utgångar.
3.2 Allmän modulär PLC -arkitektur
Modulära PLC: er består av enskilda moduler anslutna med ett backplan. En icke-modulär PLC integrerar alla komponenter i ett enda kort.
3.3 PLC -modulinteraktion
I den allmänna PLC-arkitekturen som visas i figur 2 har varje modul en fysisk plats och tilldelas en serie backplan-adresser. Gränssnittsregister och buffertminnen exponeras inom intervallet för backplan -adresser. Meddelanden skickas och tas emot av moduler som läser och skriver till register eller andra modulbuffertar.
3.4 Processormodul
Processormodulen är hjärtat i PLC. Den implementerar samordning mellan moduler och används ibland som en backplan -skiljedomare. Processormodulen konfigurerar andra moduler vid Power-Up om de inte lagrar sina egna konfigurationer.
Processormodulen tolkar och kör stege -logiken, läser värden från kommunikationsmodulen eller I/O -modulen, underhåller det operativa tillståndet, kör "skanna" cykler i stegen och skriver utgångsvärden till kommunikationsmodulen eller I/O -modulen.
3.5 Kommunikationsmodul
Kommunikationsmodulerna tar kommunikationsprotokollrelaterad kod från processormodulen. De tar tidskänsliga protokollinteraktionsdata från processormodulen, vilket säkerställer att processormodulen är i sin egen tidskänsliga kontrollslinga. Eftersom vissa kontrollsystemprotokoll är mycket komplexa kan kommunikationsmodulen ha hög bearbetningskraft, så kommunikationsmodulen kan vara lika komplex som processormodulen.
3.6 I/O -moduler
I/O -moduler omvandlar signaler mellan lågspänning (3,3 volt eller 5 volt), låg ström (milliampernivå) kontrolllogik och högspänning (24 volt eller mer), hög ström (Ampere -nivå) processkontroll. Analoga I/O-moduler innehåller analoga till digitala omvandlare (ADC) och digitala till analogkonverterare (DAC). Dessa moduler har relativt enkla logik och relativt lite intelligent hårdvara, och deras enda uppgift är att konvertera mellan analoga och digitala signaler.
3.7 Processorer för allmänna ändamål
Det finns tre typer av processorarkitekturer som oftast finns i PLC: er:
ARM -arkitektur (7 eller 9 -serien)
Motorola/Freescale 68000 Series Architecture
IBM: s kraftarkitektur
ARM -arkitekturen designades av ARM, ett företag baserat i Storbritannien med mer än 1 700 anställda. Arm tillverkar inte chips, utan designar och licensierar den immateriella egendom (IP) för dem. (1) ARM -arkitekturen används allmänt i inbäddade system och enheter, och den har en särskilt stor andel konsumentelektronik, såsom mobiltelefoner och personliga digitala assistenter (PDA), med en marknadsandel på över 90%. (2) ARM-processorer kan köras i stora-endian- eller lite-endian-läge, och kan också använda armen (32- bit) och tummen ({8}} bit) -instruktioner. Armprocessorer är ofta en del av anpassade system-on-chips (SOCS).
Motorola (nu Freescale) 68000 -serien är en 32- Bit Complex Instruction Set (CISC) Microprocessor. Det används allmänt i inbäddade system. Det var världens bästsäljande 32- bitarkitekturprocessor år 2000, och 68000-serien är stor-endian.
Kraftarkitekturen inkluderar PowerPC, en reducerad instruktionsuppsättning (RISC) mikroprocessorarkitektur implementerad av IBM, Freescale, AMCC, Tundra och PA Semi, bland andra. Power-arkitekturen använder Big-Endian Byte-sekvenser.
3.8 Minneslayout
PLC: er använder vanligtvis icke-flyktigt flashminneslagring för att lagra processormodul firmware och stege logikprogram (eller andra IEC 61131-3 språk). Adressen till flashminnet mappas till processorns adressutrymme, liksom kontrollregistren för andra enheter ombord. RAM används för att lagra körtidsstatus.
3.9 Inbäddade operativsystem
Många inbäddade operativsystem är också realtidsoperativsystem (RTO). För att betraktas som en RTO: er måste operativsystemet vara "deterministiskt försenat, eller garantera en sämsta avbrottsfördröjning eller sammanhangsomkopplare".
PLC: er använder ofta kommersiella RTOS-implementeringar som VXWorks, Windows CE eller QNX, men kan också använda anpassade "interna" operativsystem. Även om de ännu inte är vanliga, har vissa tillverkare börjat använda Linux-baserade operativsystem på PLC: er.