سكادا

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة
جزء من سلسلة مقالات حول
صناعة الآلات
Mill
طرق التصنيع
Industrial technologies
Information and communication
Process control
  • v
  • t
  • e

SCADA ( التحكم الإشرافي واكتساب البيانات ) هو بنية نظام تحكم تتألف من أجهزة كمبيوتر واتصالات بيانات شبكية وواجهات مستخدم رسومية للإشراف عالي المستوى على الآلات والعمليات. كما يغطي أجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى، مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، والتي تتفاعل مع مصنع أو آلات العمليات.

تتم معالجة واجهات المشغل التي تمكن من مراقبة وإصدار أوامر العملية، مثل تغييرات نقطة ضبط وحدة التحكم ، من خلال نظام كمبيوتر SCADA. يتم تنفيذ العمليات التابعة، مثل منطق التحكم في الوقت الفعلي أو حسابات وحدة التحكم، بواسطة وحدات شبكية متصلة بأجهزة استشعار ومشغلات الحقل .

تم تطوير مفهوم SCADA ليكون وسيلة عالمية للوصول عن بعد إلى مجموعة متنوعة من وحدات التحكم المحلية، والتي يمكن أن تكون من شركات تصنيع مختلفة وتسمح بالوصول من خلال بروتوكولات الأتمتة القياسية . في الممارسة العملية، نمت أنظمة SCADA الكبيرة لتصبح مشابهة لأنظمة التحكم الموزعة في الوظيفة، مع استخدام وسائل متعددة للتفاعل مع المصنع. يمكنها التحكم في العمليات واسعة النطاق التي يمكن أن تمتد إلى مواقع متعددة، وتعمل على مسافات كبيرة. إنه أحد أكثر أنواع أنظمة التحكم الصناعية استخدامًا .

عمليات التحكم

المستويات الوظيفية لعملية التحكم في التصنيع

السمة الرئيسية لنظام SCADA هي قدرته على إجراء عملية إشرافية على مجموعة متنوعة من الأجهزة الملكية الأخرى.

  • يحتوي المستوى 0 على أجهزة الحقل مثل أجهزة استشعار التدفق ودرجة الحرارة وعناصر التحكم النهائية مثل صمامات التحكم .
  • يحتوي المستوى الأول على وحدات الإدخال/الإخراج الصناعية (I/O)، والمعالجات الإلكترونية الموزعة المرتبطة بها.
  • يحتوي المستوى الثاني على أجهزة كمبيوتر إشرافية، تقوم بجمع المعلومات من عقد المعالج على النظام، وتوفر شاشات التحكم للمشغل.
  • المستوى الثالث هو مستوى التحكم في الإنتاج، والذي لا يتحكم بشكل مباشر في العملية، ولكنه يهتم بمراقبة الإنتاج والأهداف.
  • المستوى الرابع هو مستوى جدولة الإنتاج.

يحتوي المستوى الأول على وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) أو وحدات الطرفية البعيدة (RTUs).

يحتوي المستوى 2 على قراءات SCADA وتقارير حالة المعدات التي يتم إرسالها إلى SCADA من المستوى 2 حسب الحاجة. ثم يتم تجميع البيانات وتنسيقها بطريقة تمكن مشغل غرفة التحكم باستخدام HMI ( واجهة الآلة البشرية ) من اتخاذ قرارات إشرافية لتعديل أو تجاوز عناصر التحكم RTU (PLC) العادية. يمكن أيضًا تغذية البيانات إلى مؤرخ ، غالبًا ما يتم بناؤه على نظام إدارة قاعدة بيانات السلع ، للسماح بالتدقيق التحليلي والاتجاهات الأخرى.

تستخدم أنظمة SCADA عادةً قاعدة بيانات العلامات ، والتي تحتوي على عناصر بيانات تسمى العلامات أو النقاط ، والتي تتعلق بأجهزة أو مشغلات معينة داخل نظام العملية. يتم تجميع البيانات مقابل مراجع علامات معدات التحكم في العملية الفريدة هذه.

عناصر

محاكاة نموذجية لنظام SCADA تظهر في شكل رسوم متحركة. بالنسبة لمصانع العمليات، تعتمد هذه الرسوم على مخطط الأنابيب والأجهزة .
رسوم متحركة أكثر تعقيدًا لنظام SCADA تُظهر التحكم في أربعة طهاة دفعات

يتكون نظام SCADA عادة من العناصر الرئيسية التالية:

أجهزة كمبيوتر إشرافية
هذا هو جوهر نظام SCADA، حيث يجمع البيانات حول العملية ويرسل أوامر التحكم إلى الأجهزة المتصلة بالميدان. يشير هذا إلى الكمبيوتر والبرنامج المسؤول عن الاتصال بوحدات التحكم في الاتصال الميداني، والتي هي وحدات التحكم عن بعد وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، ويتضمن برنامج HMI الذي يعمل على محطات عمل المشغل. في أنظمة SCADA الأصغر حجمًا، قد يتكون الكمبيوتر الإشرافي من كمبيوتر شخصي واحد، وفي هذه الحالة يكون HMI جزءًا من هذا الكمبيوتر. في أنظمة SCADA الأكبر حجمًا، قد تتضمن المحطة الرئيسية العديد من HMIs المستضافة على أجهزة كمبيوتر العميل، وخوادم متعددة لاكتساب البيانات، وتطبيقات برمجية موزعة، ومواقع استرداد الكوارث. لزيادة سلامة النظام، غالبًا ما يتم تكوين الخوادم المتعددة في تكوين مزدوج التكرار أو احتياطي ساخن يوفر التحكم والمراقبة المستمرة في حالة حدوث عطل أو انهيار في الخادم.
وحدات طرفية بعيدة
تتصل وحدات التحكم عن بعد [1] بأجهزة استشعار ومشغلات في هذه العملية، وترتبط بشبكة بنظام الكمبيوتر الإشرافي. تحتوي وحدات التحكم عن بعد على قدرات تحكم مدمجة وغالبًا ما تتوافق مع معيار IEC 61131-3 للبرمجة وأتمتة الدعم عبر منطق السلم أو مخطط كتلة الوظيفة أو مجموعة متنوعة من اللغات الأخرى. غالبًا ما يكون للمواقع النائية بنية تحتية محلية قليلة أو معدومة، لذلك ليس من غير المألوف العثور على وحدات تحكم عن بعد تعمل بنظام طاقة شمسية صغير ، باستخدام الراديو أو GSM أو الأقمار الصناعية للاتصالات، وتكون متينة للبقاء على قيد الحياة من -20 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية أو حتى -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية بدون معدات تدفئة أو تبريد خارجية.
وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة
يتم توصيل PLCs بأجهزة استشعار ومشغلات في العملية، ويتم ربطها بشبكة بنظام الإشراف. في أتمتة المصانع، عادةً ما يكون لدى PLCs اتصال عالي السرعة بنظام SCADA. في التطبيقات البعيدة، مثل محطة معالجة المياه الكبيرة، قد تتصل PLCs مباشرة بنظام SCADA عبر رابط لاسلكي، أو بشكل أكثر شيوعًا، تستخدم وحدة RTU لإدارة الاتصالات. تم تصميم PLCs خصيصًا للتحكم وكانت المنصة التأسيسية للغات البرمجة IEC 61131-3 . لأسباب اقتصادية، غالبًا ما تُستخدم PLCs للمواقع البعيدة حيث يوجد عدد كبير من وحدات الإدخال/الإخراج، بدلاً من استخدام وحدة RTU وحدها.
البنية التحتية للاتصالات
يربط هذا نظام الكمبيوتر الإشرافي بوحدات التحكم عن بعد وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وقد يستخدم بروتوكولات قياسية في الصناعة أو بروتوكولات خاصة بالشركة المصنعة. تعمل كل من وحدات التحكم عن بعد وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بشكل مستقل على التحكم في الوقت الفعلي تقريبًا للعملية، باستخدام آخر أمر صادر عن نظام الإشراف. لا يؤدي فشل شبكة الاتصالات بالضرورة إلى إيقاف عناصر التحكم في عملية المصنع، وعند استئناف الاتصالات، يمكن للمشغل الاستمرار في المراقبة والتحكم. ستحتوي بعض الأنظمة الحرجة على طرق بيانات مزدوجة زائدة عن الحاجة، غالبًا ما يتم توصيلها عبر مسارات متنوعة.
واجهة الإنسان والآلة
واجهة الآلة البشرية هي نافذة المشغل لنظام الإشراف. وهي تعرض معلومات المصنع على موظفي التشغيل بيانيًا في شكل مخططات محاكاة، وهي تمثيل تخطيطي للمصنع الذي يتم التحكم فيه، وصفحات تسجيل الإنذارات والأحداث. ترتبط واجهة الآلة البشرية بجهاز الكمبيوتر الإشرافي SCADA لتوفير بيانات حية لتشغيل المخططات المحاكية وشاشات الإنذار والرسوم البيانية الاتجاهية. في العديد من التركيبات، تكون واجهة الآلة البشرية هي واجهة المستخدم الرسومية للمشغل، وتجمع جميع البيانات من الأجهزة الخارجية، وتنشئ التقارير، وتنفذ الإنذارات، وترسل الإشعارات، وما إلى ذلك. تتكون المخططات المحاكية من رسومات خطية ورموز تخطيطية لتمثيل عناصر العملية، أو قد تتكون من صور رقمية لمعدات العملية متراكبة مع رموز متحركة. تتم عملية الإشراف على المصنع عن طريق واجهة الآلة البشرية، حيث يصدر المشغلون الأوامر باستخدام مؤشرات الماوس ولوحات المفاتيح وشاشات اللمس. على سبيل المثال، يمكن لرمز المضخة أن يوضح للمشغل أن المضخة تعمل، ويمكن لرمز مقياس التدفق أن يوضح مقدار السائل الذي تضخه عبر الأنبوب. يمكن للمشغل إيقاف تشغيل المضخة من المحاكاة بنقرة ماوس أو لمس الشاشة. سيعرض HMI معدل تدفق السائل في الأنبوب ينخفض ​​في الوقت الفعلي. تتضمن حزمة HMI لنظام SCADA عادةً برنامج رسم يستخدمه المشغلون أو أفراد صيانة النظام لتغيير الطريقة التي يتم بها تمثيل هذه النقاط في الواجهة. يمكن أن تكون هذه التمثيلات بسيطة مثل إشارة مرور على الشاشة، والتي تمثل حالة إشارة مرور فعلية في الميدان، أو معقدة مثل شاشة متعددة أجهزة العرض تمثل موضع جميع المصاعد في ناطحة سحاب أو جميع القطارات على السكك الحديدية. المؤرخ هو خدمة برمجية داخل HMI والتي تجمع البيانات المختومة بالوقت والأحداث والإنذارات في قاعدة بيانات يمكن الاستعلام عنها أو استخدامها لملء الاتجاهات الرسومية في HMI. المؤرخ هو عميل يطلب البيانات من خادم اكتساب البيانات. [2]

التعامل مع الإنذار

يعد التعامل مع الإنذارات جزءًا مهمًا من معظم تطبيقات SCADA . يراقب النظام ما إذا كانت شروط الإنذار معينة قد تم الوفاء بها، لتحديد وقت حدوث حدث الإنذار. بمجرد اكتشاف حدث إنذار، يتم اتخاذ إجراء واحد أو أكثر (مثل تنشيط مؤشر إنذار واحد أو أكثر، وربما إنشاء رسائل بريد إلكتروني أو رسائل نصية حتى يتم إخطار الإدارة أو مشغلي SCADA عن بعد). في العديد من الحالات، قد يتعين على مشغل SCADA تأكيد حدث الإنذار؛ وقد يؤدي هذا إلى إلغاء تنشيط بعض مؤشرات الإنذار، بينما تظل مؤشرات أخرى نشطة حتى تتم إزالة شروط الإنذار.

يمكن أن تكون شروط التنبيه صريحة - على سبيل المثال، نقطة التنبيه هي نقطة حالة رقمية لها إما القيمة NORMAL أو ALARM التي يتم حسابها بواسطة صيغة تعتمد على القيم في نقاط تناظرية ورقمية أخرى - أو ضمنية: قد يراقب نظام SCADA تلقائيًا ما إذا كانت القيمة في نقطة تناظرية تقع خارج قيم الحد الأقصى والأدنى المرتبطة بهذه النقطة.

تتضمن أمثلة مؤشرات الإنذار صفارة الإنذار، أو مربعًا منبثقًا على الشاشة، أو منطقة ملونة أو وامضة على الشاشة (قد تعمل بطريقة مماثلة لضوء "خزان الوقود فارغ" في السيارة)؛ في كل حالة، يتمثل دور مؤشر الإنذار في لفت انتباه المشغل إلى جزء النظام "في حالة إنذار" حتى يمكن اتخاذ الإجراء المناسب.

برمجة PLC/RTU

تتمتع وحدات التحكم عن بعد "الذكية" أو وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة القياسية بالقدرة على تنفيذ عمليات منطقية بسيطة بشكل مستقل دون إشراك الكمبيوتر الإشرافي. وهي تستخدم لغات برمجة تحكم موحدة مثل IEC 61131-3 (مجموعة من خمس لغات برمجة تتضمن كتلة الوظيفة والسلم والنص المنظم ومخططات الوظائف المتسلسلة وقائمة التعليمات)، وتستخدم بشكل متكرر لإنشاء برامج تعمل على وحدات التحكم عن بعد وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هذه. وعلى عكس لغة إجرائية مثل C أو FORTRAN ، فإن IEC 61131-3 لديها متطلبات تدريب بسيطة بحكم تشابهها مع مجموعات التحكم المادية التاريخية. وهذا يسمح لمهندسي أنظمة SCADA بإجراء كل من تصميم وتنفيذ برنامج ليتم تنفيذه على وحدة تحكم عن بعد أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.

وحدة التحكم الآلي القابلة للبرمجة (PAC) هي وحدة تحكم مدمجة تجمع بين ميزات وقدرات نظام التحكم القائم على الكمبيوتر الشخصي مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة النموذجية. يتم نشر وحدات التحكم الآلي القابلة للبرمجة في أنظمة SCADA لتوفير وظائف RTU وPLC. في العديد من تطبيقات SCADA في محطات الطاقة الكهربائية الفرعية، تستخدم "وحدات التحكم الآلي القابلة للبرمجة الموزعة" معالجات المعلومات أو أجهزة الكمبيوتر في المحطة للتواصل مع مرحلات الحماية الرقمية وPACs والأجهزة الأخرى للإدخال/الإخراج، والتواصل مع وحدة التحكم الرئيسية SCADA بدلاً من وحدة التحكم عن بعد التقليدية.

التكامل التجاري لـ PLC

منذ عام 1998 تقريبًا، عرضت جميع الشركات المصنعة الرئيسية لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أنظمة HMI/SCADA متكاملة، واستخدم العديد منها بروتوكولات اتصالات مفتوحة وغير خاصة. كما دخلت السوق العديد من حزم HMI/SCADA المتخصصة من جهات خارجية، والتي توفر توافقًا مدمجًا مع معظم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الرئيسية، مما يسمح للمهندسين الميكانيكيين ومهندسي الكهرباء والفنيين بتكوين وحدات HMI بأنفسهم، دون الحاجة إلى برنامج مخصص مكتوب بواسطة مبرمج برامج. تتصل وحدة الطرفية البعيدة (RTU) بالمعدات المادية. عادةً، تقوم وحدة الطرفية البعيدة بتحويل الإشارات الكهربائية من المعدات إلى قيم رقمية. من خلال تحويل هذه الإشارات الكهربائية وإرسالها إلى المعدات، يمكن لوحدة الطرفية البعيدة التحكم في المعدات.

البنية التحتية للاتصالات وطرقها

تستخدم أنظمة SCADA تقليديًا مجموعات من الاتصالات اللاسلكية والسلكية المباشرة، على الرغم من أن SONET/SDH تُستخدم أيضًا بشكل متكرر للأنظمة الكبيرة مثل السكك الحديدية ومحطات الطاقة. غالبًا ما يُشار إلى وظيفة الإدارة أو المراقبة عن بُعد لنظام SCADA باسم القياس عن بعد . يريد بعض المستخدمين أن تنتقل بيانات SCADA عبر شبكاتهم المؤسسية المحددة مسبقًا أو مشاركة الشبكة مع تطبيقات أخرى. ومع ذلك، لا يزال إرث بروتوكولات النطاق الترددي المنخفض المبكرة قائمًا.

تم تصميم بروتوكولات SCADA لتكون مضغوطة للغاية. تم تصميم العديد منها لإرسال المعلومات فقط عندما تستطلع المحطة الرئيسية وحدة التحكم عن بعد. تتضمن بروتوكولات SCADA التقليدية النموذجية Modbus RTU و RP-570 و Profibus وConitel. هذه بروتوكولات الاتصال، باستثناء Modbus (تم فتح Modbus بواسطة Schneider Electric)، كلها خاصة ببائع SCADA ولكنها معتمدة ومستخدمة على نطاق واسع. البروتوكولات القياسية هي IEC 60870-5-101 أو 104 و IEC 61850 و DNP3 . بروتوكولات الاتصال هذه موحدة ومعترف بها من قبل جميع بائعي SCADA الرئيسيين. تحتوي العديد من هذه البروتوكولات الآن على ملحقات للعمل عبر TCP / IP . على الرغم من أن استخدام مواصفات الشبكات التقليدية، مثل TCP / IP ، يطمس الخط الفاصل بين الشبكات التقليدية والصناعية، إلا أن كل منها يلبي متطلبات مختلفة جوهريًا. [3] يمكن استخدام محاكاة الشبكة جنبًا إلى جنب مع محاكيات SCADA لإجراء تحليلات "ماذا لو" المختلفة.

مع تزايد متطلبات الأمن (مثل شركة North American Electric Reliability Corporation (NERC) وحماية البنية التحتية الحرجة (CIP) في الولايات المتحدة)، هناك استخدام متزايد للاتصالات القائمة على الأقمار الصناعية. وهذا له المزايا الرئيسية المتمثلة في أن البنية التحتية يمكن أن تكون مكتفية ذاتيًا (لا تستخدم الدوائر من نظام الهاتف العام)، ويمكن أن يكون لها تشفير مدمج، ويمكن هندستها وفقًا للتوافر والموثوقية المطلوبة من قبل مشغل نظام SCADA. كانت التجارب السابقة باستخدام VSAT من الدرجة الاستهلاكية ضعيفة. توفر أنظمة فئة الناقل الحديثة جودة الخدمة المطلوبة لنظام SCADA. [4]

تم تطوير وحدات التحكم عن بعد وأجهزة التحكم الأوتوماتيكية الأخرى قبل ظهور المعايير الصناعية الشاملة للتوافق بين الأجهزة. وكانت النتيجة أن المطورين وإدارتهم ابتكروا عددًا كبيرًا من بروتوكولات التحكم. ومن بين البائعين الأكبر حجمًا، كان هناك أيضًا حافز لإنشاء بروتوكول خاص بهم "لتأمين" قاعدة عملائهم. تم تجميع قائمة ببروتوكولات التشغيل الآلي هنا.

ومن الأمثلة على الجهود التي تبذلها مجموعات البائعين لتوحيد بروتوكولات الأتمتة هو OPC-UA (المعروف سابقًا باسم "OLE للتحكم في العملية" والذي أصبح الآن Open Platform Communications Unified Architecture ).

تطوير الهندسة المعمارية

يغطي دليل التدريب 5-601 التابع للجيش الأمريكي "أنظمة SCADA لمرافق C4ISR "

تطورت أنظمة SCADA عبر أربعة أجيال على النحو التالي: [5] [6] [7] [8]

كانت عمليات الحوسبة المبكرة لنظام SCADA تتم بواسطة أجهزة كمبيوتر صغيرة كبيرة . لم تكن خدمات الشبكة الشائعة موجودة في وقت تطوير SCADA. وبالتالي كانت أنظمة SCADA عبارة عن أنظمة مستقلة بدون اتصال بأنظمة أخرى. كانت بروتوكولات الاتصال المستخدمة مملوكة بشكل صارم في ذلك الوقت. تم تحقيق التكرار لنظام SCADA من الجيل الأول باستخدام نظام حاسب آلي رئيسي احتياطي متصل بجميع مواقع وحدة الطرفية البعيدة وتم استخدامه في حالة فشل نظام الحاسب الآلي الرئيسي الأساسي. [9] تم تطوير بعض أنظمة SCADA من الجيل الأول كعمليات "جاهزة للاستخدام" تعمل على أجهزة كمبيوتر صغيرة مثل سلسلة PDP-11 . [10]

تم توزيع معلومات SCADA ومعالجة الأوامر عبر محطات متعددة متصلة عبر شبكة LAN. تمت مشاركة المعلومات في الوقت الفعلي تقريبًا. كانت كل محطة مسؤولة عن مهمة معينة، مما أدى إلى تقليل التكلفة مقارنة بالجيل الأول من SCADA. لم يتم توحيد بروتوكولات الشبكة المستخدمة بعد. نظرًا لأن هذه البروتوكولات كانت مملوكة، فقد كان عدد قليل جدًا من الأشخاص بخلاف المطورين يعرفون ما يكفي لتحديد مدى أمان تثبيت SCADA. غالبًا ما يتم تجاهل أمان تثبيت SCADA.

على غرار الهندسة المعمارية الموزعة، يمكن تقليص أي نظام SCADA معقد إلى أبسط المكونات وتوصيله من خلال بروتوكولات الاتصال. في حالة التصميم الشبكي، قد يتم نشر النظام عبر أكثر من شبكة LAN تسمى شبكة التحكم في العمليات (PCN) ويتم فصلها جغرافيًا. يمكن اعتبار العديد من أنظمة SCADA ذات الهندسة المعمارية الموزعة التي تعمل بالتوازي، مع مشرف ومؤرخ واحد، هندسة شبكية. يسمح هذا بحل أكثر فعالية من حيث التكلفة في الأنظمة واسعة النطاق للغاية.

أدى نمو الإنترنت إلى قيام أنظمة SCADA بتنفيذ تقنيات الويب التي تسمح للمستخدمين بعرض البيانات وتبادل المعلومات والتحكم في العمليات من أي مكان في العالم من خلال اتصال SOCKET على الويب. [11] [12] شهدت أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين انتشار أنظمة Web SCADA. [13] [14] [15] تستخدم أنظمة Web SCADA متصفحات الإنترنت مثل Google Chrome و Mozilla Firefox كواجهة مستخدم رسومية (GUI) لواجهة HMI للمشغلين. [16] [13] وهذا يبسط التثبيت من جانب العميل ويمكّن المستخدمين من الوصول إلى النظام من منصات مختلفة باستخدام متصفحات الويب مثل الخوادم وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة. [13] [17]

حماية

تم تصميم أنظمة SCADA التي تربط بين المرافق اللامركزية مثل خطوط أنابيب الطاقة والنفط والغاز وتوزيع المياه وأنظمة جمع مياه الصرف الصحي لتكون مفتوحة وقوية وسهلة التشغيل والإصلاح، ولكنها ليست آمنة بالضرورة. [18] [19] أدى الانتقال من التقنيات الخاصة إلى حلول أكثر توحيدًا وانفتاحًا جنبًا إلى جنب مع العدد المتزايد من الاتصالات بين أنظمة SCADA وشبكات المكاتب والإنترنت إلى جعلها أكثر عرضة لأنواع من هجمات الشبكة الشائعة نسبيًا في أمان الكمبيوتر . على سبيل المثال، أصدر فريق الاستعداد لحالات الطوارئ الحاسوبية بالولايات المتحدة (US-CERT) استشارة ثغرة أمنية [20] تحذر من أن المستخدمين غير المصادق عليهم يمكنهم تنزيل معلومات تكوين حساسة بما في ذلك تجزئات كلمة المرور من نظام Inductive Automation Ignition باستخدام نوع هجوم قياسي يستفيد من الوصول إلى خادم Tomcat Embedded Web . قدم الباحث الأمني ​​جيري براون استشارة مماثلة بشأن ثغرة فيض المخزن المؤقت [21] في عنصر تحكم Wonderware InBatchClient ActiveX . أتاح كلا البائعين التحديثات قبل إصدار الثغرة الأمنية للجمهور. كانت توصيات التخفيف عبارة عن ممارسات تصحيح قياسية وتطلب الوصول إلى شبكة VPN للاتصال الآمن. ونتيجة لذلك، أصبحت أمان بعض الأنظمة القائمة على SCADA موضع تساؤل حيث يُنظر إليها على أنها عرضة للهجمات الإلكترونية . [22] [23] [24]

ويشعر الباحثون الأمنيون بالقلق على وجه الخصوص بشأن:

  • الافتقار إلى الاهتمام بالأمن والمصادقة في تصميم ونشر وتشغيل بعض شبكات SCADA الحالية
  • الاعتقاد بأن أنظمة SCADA تتمتع بميزة الأمان من خلال الغموض من خلال استخدام بروتوكولات متخصصة وواجهات خاصة
  • الاعتقاد بأن شبكات SCADA آمنة لأنها مؤمنة فعليًا
  • الاعتقاد بأن شبكات SCADA آمنة لأنها منفصلة عن الإنترنت

تُستخدم أنظمة SCADA للتحكم في العمليات الفيزيائية ومراقبتها، ومن الأمثلة على ذلك نقل الكهرباء، ونقل الغاز والنفط في خطوط الأنابيب، وتوزيع المياه، وإشارات المرور، وغيرها من الأنظمة المستخدمة كأساس للمجتمع الحديث. إن أمن أنظمة SCADA هذه مهم لأن اختراق هذه الأنظمة أو تدميرها من شأنه أن يؤثر على مجالات متعددة من المجتمع بعيدة كل البعد عن الاختراق الأصلي. على سبيل المثال، قد يتسبب انقطاع التيار الكهربائي الناجم عن اختراق نظام SCADA الكهربائي في خسائر مالية لجميع العملاء الذين تلقوا الكهرباء من هذا المصدر. لا يزال من غير الواضح كيف سيؤثر الأمان على أنظمة SCADA القديمة والنشرات الجديدة.

هناك العديد من ناقلات التهديد لنظام SCADA الحديث. أحدها هو تهديد الوصول غير المصرح به إلى برنامج التحكم، سواء كان وصولاً بشريًا أو تغييرات ناتجة عن عمد أو عن طريق الخطأ عن طريق الإصابة بالفيروسات والتهديدات البرمجية الأخرى الموجودة على جهاز المضيف للتحكم. وهناك تهديد آخر يتمثل في وصول الحزم إلى أجزاء الشبكة التي تستضيف أجهزة SCADA. في العديد من الحالات، يفتقر بروتوكول التحكم إلى أي شكل من أشكال الأمان التشفيري ، مما يسمح للمهاجم بالتحكم في جهاز SCADA عن طريق إرسال أوامر عبر شبكة. في العديد من الحالات، افترض مستخدمو SCADA أن وجود شبكة VPN يوفر حماية كافية، دون أن يدركوا أنه يمكن تجاوز الأمان بسهولة من خلال الوصول المادي إلى مقابس ومفاتيح الشبكة المرتبطة بـ SCADA. يقترح بائعو التحكم الصناعي التعامل مع أمان SCADA مثل أمان المعلومات باستراتيجية دفاع متعمقة تستفيد من ممارسات تكنولوجيا المعلومات الشائعة. [25] وبصرف النظر عن ذلك، فقد أظهرت الأبحاث أن بنية أنظمة SCADA بها العديد من نقاط الضعف الأخرى، بما في ذلك العبث المباشر بوحدات التحكم عن بعد، وروابط الاتصال من وحدات التحكم عن بعد إلى مركز التحكم، وبرامج تكنولوجيا المعلومات وقواعد البيانات في مركز التحكم. [26] يمكن أن تكون وحدات التحكم عن بعد، على سبيل المثال، أهدافًا لهجمات الخداع التي تحقن بيانات كاذبة [27] أو هجمات رفض الخدمة .

قد تكون الوظيفة الموثوقة لأنظمة SCADA في بنيتنا التحتية الحديثة حاسمة للصحة العامة والسلامة. وعلى هذا النحو، فإن الهجمات على هذه الأنظمة قد تهدد الصحة العامة والسلامة بشكل مباشر أو غير مباشر. وقد حدث مثل هذا الهجوم بالفعل، حيث تم تنفيذه على نظام التحكم في الصرف الصحي لمجلس مقاطعة ماروتشي في كوينزلاند ، أستراليا . [28] بعد وقت قصير من قيام أحد المقاولين بتثبيت نظام SCADA في يناير 2000، بدأت مكونات النظام في العمل بشكل غير منتظم. لم تعمل المضخات عند الحاجة ولم يتم الإبلاغ عن أجهزة الإنذار. والأمر الأكثر خطورة هو أن مياه الصرف الصحي غمرت حديقة قريبة وألوثت خندق تصريف المياه السطحية المفتوح وتدفقت لمسافة 500 متر إلى قناة المد والجزر. كان نظام SCADA يوجه صمامات الصرف الصحي للفتح عندما كان من المفترض أن يبقيها بروتوكول التصميم مغلقة. في البداية كان يُعتقد أن هذا خطأ في النظام. كشف مراقبة سجلات النظام أن الأعطال كانت نتيجة لهجمات إلكترونية. أبلغ المحققون عن 46 حالة منفصلة من التدخل الخارجي الخبيث قبل تحديد الجاني. تم شن الهجمات من قبل موظف سابق ساخط من الشركة التي قامت بتثبيت نظام SCADA. كان الموظف السابق يأمل في أن يتم تعيينه من قبل الشركة بدوام كامل لصيانة النظام.

في إبريل/نيسان 2008، أصدرت لجنة تقييم التهديد الذي تتعرض له الولايات المتحدة من هجوم النبضات الكهرومغناطيسية تقريراً عن البنية الأساسية الحرجة، والذي ناقش الضعف الشديد الذي تعاني منه أنظمة التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات في مواجهة حدث النبضات الكهرومغناطيسية. وبعد إجراء الاختبارات والتحليلات، خلصت اللجنة إلى أن: "أنظمة التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات معرضة لخطر النبضات الكهرومغناطيسية. وتمثل الأعداد الكبيرة والاعتماد الواسع النطاق على مثل هذه الأنظمة من قِبَل جميع البنى الأساسية الحرجة في البلاد تهديداً منهجياً لاستمرار تشغيلها بعد وقوع حدث النبضات الكهرومغناطيسية. فضلاً عن ذلك، فإن ضرورة إعادة تشغيل أو إصلاح أو استبدال أعداد كبيرة من الأنظمة المنتشرة جغرافياً على نطاق واسع من شأنها أن تعوق بشكل كبير تعافي البلاد من مثل هذا الهجوم". [29]

بدأ العديد من بائعي منتجات التحكم والأتمتة الإشرافية في معالجة المخاطر التي يفرضها الوصول غير المصرح به من خلال تطوير خطوط من جدران الحماية الصناعية المتخصصة وحلول VPN لشبكات التحكم الإشرافية والإشرافية المستندة إلى TCP/IP بالإضافة إلى معدات المراقبة والتسجيل الخارجية لنظام التحكم الإشرافي والإشرافي. بدأت الجمعية الدولية للأتمتة (ISA) في إضفاء الطابع الرسمي على متطلبات أمان نظام التحكم الإشرافي والإشرافي في عام 2007 من خلال مجموعة عمل، WG4. تتعامل مجموعة العمل 4 بشكل خاص مع المتطلبات التقنية الفريدة والقياسات والميزات الأخرى المطلوبة لتقييم وضمان مرونة الأمان وأداء أجهزة أنظمة التحكم والأتمتة الصناعية". [30]

أدى الاهتمام المتزايد بثغرات SCADA إلى اكتشاف الباحثين عن الثغرات لثغرات في برامج SCADA التجارية وتقنيات SCADA الهجومية الأكثر عمومية المقدمة لمجتمع الأمن العام. [31] في أنظمة SCADA للمرافق الكهربائية والغازية، يتم معالجة ثغرة القاعدة الكبيرة المثبتة من روابط الاتصالات التسلسلية السلكية واللاسلكية في بعض الحالات من خلال تطبيق أجهزة التوصيل السلكي التي تستخدم المصادقة وتشفير معيار التشفير المتقدم بدلاً من استبدال جميع العقد الموجودة. [32]

في يونيو 2010، أعلنت شركة مكافحة الفيروسات VirusBlokAda عن أول اكتشاف لبرنامج ضار يهاجم أنظمة SCADA ( أنظمة WinCC /PCS 7 من Siemens) التي تعمل على أنظمة تشغيل Windows. يُطلق على البرنامج الضار اسم Stuxnet ويستخدم أربع هجمات يوم الصفر لتثبيت برنامج روتكيت يقوم بدوره بتسجيل الدخول إلى قاعدة بيانات SCADA وسرقة ملفات التصميم والتحكم. [33] [34] البرنامج الضار قادر أيضًا على تغيير نظام التحكم وإخفاء تلك التغييرات. تم العثور على البرنامج الضار على 14 نظامًا، معظمها يقع في إيران. [35]

في أكتوبر 2013، أصدرت ناشيونال جيوغرافيك دراما وثائقية بعنوان " الانقطاع الأمريكي" والتي تناولت هجومًا إلكترونيًا واسع النطاق متخيلًا على نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات والشبكة الكهربائية للولايات المتحدة. [36]

الاستخدامات

مثال على نظام SCADA المستخدم في بيئة المكتب لمراقبة عملية عن بعد

يمكن بناء أنظمة كبيرة وصغيرة باستخدام مفهوم SCADA. يمكن أن تتراوح هذه الأنظمة من عشرات إلى آلاف حلقات التحكم ، اعتمادًا على التطبيق. تشمل العمليات النموذجية العمليات الصناعية والبنية الأساسية والمبنية على المرافق، كما هو موضح أدناه:

ومع ذلك، قد تحتوي أنظمة SCADA على ثغرات أمنية، لذا يجب تقييم الأنظمة لتحديد المخاطر والحلول التي يتم تنفيذها للتخفيف من تلك المخاطر. [37]

انظر أيضا

  • DNP3  – بروتوكول الشبكة الحاسوبية
  • اي اي سي 60870
  • EPICS  – البنية التحتية للبرمجيات لبناء أنظمة التحكم الموزعة

مراجع

  1. ^ جيف هييب (2008). وحدات طرفية بعيدة معززة أمنيًا لشبكات SCADA. جامعة لويزفيل.
  2. ^ أكينو سانتوس، راؤول (30 نوفمبر 2010). التقنيات الناشئة في الشبكات اللاسلكية المخصصة: التطبيقات والتطوير المستقبلي: التطبيقات والتطوير المستقبلي. IGI Global. ص 43-. ISBN 978-1-60960-029-7.
  3. ^ "مقدمة إلى شبكات التحكم الصناعي" (PDF) . استطلاعات ودروس تعليمية من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للاتصالات . 2012.
  4. ^ بيرجان، كريستيان (أغسطس 2011). "إزالة الغموض عن استخدام الأقمار الصناعية في الشبكات الذكية: أربعة مفاهيم خاطئة شائعة". Electric Light & Power . Utility Automation & Engineering T&D. 16 (8). تولسا، أوكلاهوما: PennWell. Four. مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2012 . تم الاسترجاع في 2 مايو 2012 . يعد القمر الصناعي حلاً فعالاً من حيث التكلفة وآمنًا يمكنه توفير اتصالات احتياطية ودعم تطبيقات الشبكات الذكية الأساسية بسهولة مثل SCADA والقياس عن بعد وAMI backhaul وأتمتة التوزيع
  5. ^ مكتب مدير نظام الاتصالات الوطني، أكتوبر 2004. "أنظمة التحكم الإشرافي واكتساب البيانات (SCADA)" (PDF) . نظام الاتصالات الوطني. مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 يوليو 2015. تم الاسترجاع في 14 يوليو 2015 .{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  6. ^ "أنظمة SCADA أبريل 2014".
  7. ^ J. Russel. "A Brief History of SCADA/EMS (2015)". مؤرشف من الأصل في 11 أغسطس 2015.
  8. ^ عباس، ح. ع. (2014). تحديات سكادا المستقبلية والحل الواعد: سكادا القائم على الوكيل. IJCIS، 10، 307-333.
  9. ^ وحدات طرفية بعيدة معززة أمنيًا لشبكات SCADA. 2008. ص. 12–. ISBN 978-0-549-54831-7.
  10. ^ UJVAROSI1, Alexandru (2 November 2016). "تطور أنظمة SCADA" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 أكتوبر 2021.{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  11. ^ R. Fan و L. Cheded و O. Toker، "Internet-based SCADA: a new approach using Java and XML"، في مجلة الحوسبة وهندسة التحكم، المجلد 16، العدد 5، ص 22-26، أكتوبر-نوفمبر 2005.
  12. ^ RJ Robles و TH Kim، "هندسة SCADA مع مكونات التحكم عن بعد المحمولة"، وقائع المؤتمر الدولي الثاني عشر WSEAS حول التحكم الآلي والنمذجة والمحاكاة.
  13. ^ abc عباس، HA ومحمد، AM (2011) "مراجعة في تصميم أنظمة SCADA القائمة على الويب استنادًا إلى بروتوكول OPC DA"، المجلة الدولية لشبكات الكمبيوتر، فبراير، المجلد 2، العدد 6، ص 266-277، ماليزيا.
  14. ^ Qiu B, Gooi HB. أنظمة العرض SCADA المستندة إلى الويب (WSDs) للوصول عبر الإنترنت. أنظمة الطاقة، معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 2000؛15(2):681–686.
  15. ^ Li D, Serizawa Y, Kiuchi M. Concept design for a web-based supervisory control and data-acquisition (scada) system. في: مؤتمر ومعرض النقل والتوزيع 2002: آسيا والمحيط الهادئ. IEEE/PES؛ المجلد 1؛ ص 32-36.
  16. ^ Kovaliuk, DO, Huza, KM, & Kovaliuk, OO (2018). تطوير نظام SCADA استنادًا إلى تقنيات الويب. المجلة الدولية لهندسة المعلومات والأعمال الإلكترونية (IJIEEB)، 10(2)، 25-32.
  17. ^ JM Lynch, “An Internet Based SCADA System”, BSc Project Report, University of Southern Queensland, Queensland, Oct. 2005
  18. ^ Boyes, Walt (2011). Instrumentation Reference Book, 4th Edition . USA: Butterworth-Heinemann. p. 27. ISBN 978-0-7506-8308-1.
  19. ^ Siggins, Morgana. "14 Major SCADA Attacks and What You Can Learn From Them". DPS Telecom . تم الاسترجاع في 26 أبريل 2021 .
  20. ^ "ICSA-11-231-01—ثغرة الكشف عن معلومات الإشعال التلقائي الاستقرائي" (PDF) . 19 أغسطس 2011 . تم الاسترجاع في 21 يناير 2013 .
  21. ^ "ICSA-11-094-01—WONDERWARE INBATCH CLIENT ACTIVEX BUFFER OVERFLOW" (PDF) . 13 أبريل 2011 . تم الاسترجاع في 26 مارس 2013 .
  22. ^ "التهديدات الإلكترونية والثغرات الأمنية والهجمات على شبكات SCADA" (PDF) . روزا تانج، berkeley.edu . مؤرشف من الأصل (PDF) في 13 أغسطس 2012 . تم الاسترجاع في 1 أغسطس 2012 .
  23. ^ د. ماينور و ر. جراهام (2006). "أمن SCADA والإرهاب: نحن لا نبكي ذئبًا" (PDF) .
  24. ^ روبرت ليموس (26 يوليو 2006). "صناع أنظمة SCADA يتجهون نحو الأمن". SecurityFocus . تم الاسترجاع في 9 مايو 2007 .
  25. ^ "أفضل ممارسات الأمن الصناعي" (PDF) . Rockwell Automation . تم الاسترجاع في 26 مارس 2013 .
  26. ^ Giani, A.; Sastry, S.; Johansson, H.; Sandberg, H. (2009). "مشروع VIKING: مبادرة بشأن التحكم المرن في شبكات الطاقة". ندوة دولية ثانية حول أنظمة التحكم المرنة. IEEE. ص 31-35. doi :10.1109/ISRCS.2009.5251361. ISBN 978-1-4244-4853-1. S2CID  14917254.
  27. ^ ليو، ي.؛ نينج، ب.؛ رايتر، م. ك. (مايو 2011). "هجمات حقن البيانات الزائفة ضد تقدير الحالة في شبكات الطاقة الكهربائية". معاملات ACM حول أمن المعلومات والأنظمة . المجلد 14. رابطة آلات الحوسبة. ص. 1-33. doi :10.1145/1952982.1952995. S2CID  2305736.
  28. ^ Slay, J. ; Miller, M. (نوفمبر 2007). "Chpt 6: Lessons Learned from the Maroochy Water Breach". Critical structure protection (Online-Ausg. ed.). Springer Boston. ص 73-82. doi :10.1007/978-0-387-75462-8_6. ISBN 978-0-387-75461-1.
  29. ^ http://www.empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf تقرير لجنة تقييم التهديد الذي تتعرض له الولايات المتحدة من هجوم النبض الكهرومغناطيسي (EMP) (PDF) (تقرير). أبريل 2008. ص. 9. تم الاسترجاع في 31 مايو 2024 .
  30. ^ "الأمن للجميع". InTech . يونيو 2008. تم الاسترجاع في 2 مايو 2012 .
  31. ^ "SCADA Security – Generic Electric Grid Malware Design". مؤرشف من الأصل في 7 يناير 2009.
  32. ^ KEMA, Inc (نوفمبر 2006). "Substation Communications: Enabler of Automation". Utilities Telecom Council. ص. 3–21. مؤرشف من الأصل في 3 نوفمبر 2007. تم الاسترجاع في 19 يناير 2022 .
  33. ^ Mills, Elinor (21 يوليو 2010). "تفاصيل أول برنامج ضار لنظام التحكم على الإطلاق (الأسئلة الشائعة)". CNET . تم الاسترجاع في 21 يوليو 2010 .
  34. ^ "SIMATIC WinCC / SIMATIC PCS 7: معلومات حول البرامج الضارة / الفيروسات / أحصنة طروادة". Siemens . 21 يوليو 2010 . تم الاسترجاع في 22 يوليو 2010 . البرامج الضارة (حصان طروادة) التي تؤثر على نظام التصور WinCC SCADA.
  35. ^ "شركة سيمنز: دودة ستوكسنت تضرب الأنظمة الصناعية". مؤرشف من الأصل في 25 مايو 2012. اطلع عليه بتاريخ 16 سبتمبر 2010 .
  36. ^ "الانقطاع الكهربائي الأمريكي". قناة ناشيونال جيوغرافيك. مؤرشف من الأصل في 13 مارس 2015. تم الاسترجاع في 14 أكتوبر 2016 .
  37. ^ Boyer, Stuart A. (2010). SCADA Supervisory Control and Data Acquisition . الولايات المتحدة الأمريكية: ISA - International Society of Automation. ص. 179. ISBN 978-1-936007-09-7.
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعددة متعلقة بـ SCADA .
  • إرشادات أمان SCADA في المملكة المتحدة
  • بي بي سي نيوز | تكنولوجيا | جواسيس يتسللون إلى شبكة الكهرباء الأميركية

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=SCADA&oldid=1249317369"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate