什么是SCADA系统？功能、组件及安全防护详解

什么是SCADA系统？功能、组件及安全防护详解

SCADA（监控和数据采集）系统是工业控制领域的重要组成部分，广泛应用于电力、水务、石油、化工等多个行业。它通过计算机、网络和图形人机界面（HMI）实现对工业过程的高级控制、管理和监督。本文将详细介绍SCADA系统的定义、核心功能、主要组件及其在各行业的应用，并重点探讨其安全防护问题。

SCADA系统定义

SCADA（监控和数据采集）是一种架构，使工业组织能够管理、监控和控制流程、机器和工厂。SCADA系统使用计算机、网络和图形人机界面（HMI）来提供对工业过程的高级控制、管理和监督。SCADA网络对工业运营至关重要，但由硬件和软件组成，很容易成为黑客攻击的牺牲品，这使得SCADA安全变得越来越重要。

为了定义SCADA，它是一个工业控制（ICS），用于监控和控制基础设施流程。作为控制系统工程流程的一部分，SCADA系统与设备和工业设备进行通信和交互。他们收集数据、记录和记录数据，并通过HMI呈现信息。

SCADA系统通常由参与提供电力、天然气、废物控制、水和其他必要公用事业服务的组织部署。因此，SCADA网络非常有价值，但也非常易受攻击。负责管理这些服务的政府机构和私营公司必须确保SCADA安全，以保护它们。

SCADA的核心功能

SCADA是硬件和软件组件的系统。硬件负责收集数据并将其馈送到计算机上，计算机上安装有SCADA软件。计算机处理数据，然后将事件记录和记录到存储在硬盘上的文件中，或将其发送到打印机。当情况变得危险或危险时，SCADA应用程序还会发出警告或发出警报。

SCADA使工业组织能够控制工业流程；实时收集、监控和处理数据；与电机、泵、传感器和阀门等关键设备交互；并将事件记录在日志文件中。

SCADA解决方案对许多行业至关重要，因为它们使组织能够确保效率、做出更明智的决策并消除停机风险。

工业流程和机器的自动化控制

SCADA系统的大多数控制操作都由系统的远程终端单元（RTU）或可编程逻辑控制器（PLC）自动执行。

SCADA系统使组织能够自动控制工业流程和机器，这对人类来说太复杂或太复杂了，无法手动管理。系统使用测量设备和传感器自动检测警报和异常行为，并通过编程控制功能提供响应。

例如，如果由于工业线路中压力过大而发生警报，SCADA监控和数据采集系统将发出响应，以打开阀门并恢复正常的压力水平。

数据收集和分析

SCADA通常用作定义数据收集、分析和演示的术语。SCADA系统获取模拟数据，并以图形形式呈现。它还收集数字数据，这些数字数据可能具有可以触发的警报，并累积脉冲数据，这通常涉及计数仪表的转数。

这些数据收集和分析流程可帮助SCADA控制关键设施和公用事业的基础设施流程。然而，SCADA通常实时协调流程，而不是实时控制流程。

系统监控

SCADA系统可用于监控工业设备、机器、系统或建筑物，例如发电厂。此过程可以是自动的，也可以通过操作员命令启动。

事件和警报通知

大多数SCADA系统都包含警报监控和管理功能，支持系统中的软件。对于这一点来说，配置为由SCADA系统本身管理或由用户触发非常重要。

报告

SCADA系统与工业和制造组织基础设施中的传感器等测量设备集成。它以模拟或数字形式收集数据，然后将其发送到RTU或PLC，以便将其转换为可执行和可用的信息。然后，这些信息将被发送到HMI或其他显示器，使操作员能够分析和与数据交互。

SCADA的主要组件

SCADA系统由多个组件、硬件和软件组成，能够收集和传输控制和监控工业流程所需的数据。这些关键组成部分包括：

远程终端单元（RTU）

RTU从传感器收集和存储信息，然后将其发送到主终端设备（MTU），MTU由计算机、PLC和构成SCADA系统核心的网络服务器组成。RTU收集和存储数据，直到它从MTU收到适当的命令，然后传输必要的数据。然后，MTU能够与操作员通信，并与其他系统共享数据。

人机界面（HMI）SCADA

HMI是一种用户界面或面板，使人员能够连接到设备、机器或系统。这使操作员能够监控机器输入和输出，监督其关键绩效指标（KPI），跟踪生产时间和趋势，并在整个SCADA系统中直观地显示数据。

绝大多数工业组织使用HMI与机器交互并优化其流程。它们可以采用计算机显示器、平板电脑和内置在机器上的屏幕的形式，从而深入了解机械系统的性能和进度。例如，工业工厂地面上的操作员可以使用HMI来控制和监控水箱的温度或监控设施内泵的性能。

通信网络

通信网络是RTU和MTU之间的连接，使数据能够在两个单元之间传输。这种无线通信信道是双向的，与其他通信流程和设备一起使用，例如光纤电缆和双绞线电缆。

输入

SCADA系统依靠PLC读取和写入的输入来记录和存储数据。什么是PLC，您可能会问。它是一款迷你计算机，位于SCADA网络中，从系统中的设备收集输入和输出。PLC监控输入状态，例如电机的速度和性能，然后利用这种洞察力向设备输出信号，例如停止或减慢电机速度。

广泛使用SCADA系统的行业

SCADA系统控制和监控各行各业的工业流程和机器。包括：

食品和饮料加工

SCADA系统对于帮助食品和饮料加工公司提高其生产质量和数量过程至关重要。SCADA还可以确保降低成本，并将浪费降至最低。

制药/生物技术

制药和生物技术公司使用SCADA系统来确保设备以最佳水平运行，并降低维护成本。他们还依靠SCADA来实现生产过程的最大化。

水/废水管理

水管理公司使用SCADA系统来确保其工厂高效运行，并监控储罐、泵站、处理设施和其他设备的性能。SCADA对于防止网络攻击并确保水处理厂采取适当的安全措施至关重要。

暖通空调和商业楼宇管理

SCADA系统对于调节加热、通风和空调（HVAC）系统以及商业建筑照明和输入系统的性能至关重要。

能源管道和公用事业

大多数能源管道的操作都是自动化的，但可能需要手动干预。SCADA系统提供监控和警报流程，使能源公司能够在工厂的活动偏离正常状态时进行干预。SCADA系统还帮助公用事业公司确保可靠性和持续性能监控，以最大限度地减少人为错误。

海鲜加工

SCADA系统使海鲜加工公司能够提高一致性，并保证其产品的质量和产量。它还有助于最大限度地提高工厂的机器性能，以降低成本。

分类和履行

分拣公司可以使用SCADA监控和控制其机器的性能。这可确保不会发生错误，并且机器的性能达到高标准。

能源管理和制冷

SCADA系统使能源管理公司能够检测机器性能、监控电路运行和管理可用性。通过SCADA，他们可以查看实时参数、监控警报和趋势、生成报告并降低成本。

SCADA系统常见问题解答

什么是SCADA安全？

SCADA安全保护SCADA网络，防止网络罪犯利用漏洞。SCADA网络用于控制和监控关键系统和基础设施，因此SCADA安全对于保护这些服务至关重要。

然而，其中一些网络特别容易受到黑客、内部威胁甚至恐怖分子的攻击。例如，ICS公司施耐德电气遭到了高级黑客的攻击，他们于2018年对施耐德电气系统发起了有针对性的零日攻击。这次攻击使用了远程访问特洛伊木马，这是第一个感染安全仪表系统设备的特洛伊木马，这对监控公用事业公司的关键系统至关重要。该公司发布了固件更新，并向客户发布了建议和工具，以检测和减轻攻击。

SCADA系统的常见弱点包括应用程序开发缺乏安全性、SCADA系统监控问题以及软件缺乏维护或更新，从而造成安全漏洞。SCADA系统的另一个关键威胁是缺乏针对员工的安全培训，员工需要了解他们面临的潜在威胁以及如何发现潜在的网络攻击。

避免潜在的安全问题依赖于记录和映射系统连接到互联网和其他内部网络的位置以及有权访问它们的人员。这提供了对所有潜在数据入口和出口点的洞察，帮助组织监控网络攻击。

组织还需要实施适当的检测和监控系统，以防止攻击和恶意软件注入。他们还必须确保围绕网络安全制定程序，包括报告监控、标准协议和安全检查，这将有助于他们解决新的和现有的漏洞。