什么是 SCADA？

SCADA（监督控制和数据采集）是一种用于管理和控制工业操作系统的架构。SCADA 涉及数据采集、通信、集中式服务器，以及用于实时工业系统和关键基础设施的接口组件。SCADA 与其他架构的不同之处在于其专门的硬件和软件，包括远程终端单元（RTU）和可编程逻辑控制器（PLC）。

工业组织使用监督控制和数据采集（SCADA）获得以下优势。

运营日志记录和跟踪

借助 SCADA，工厂和其他工业设施能够更有效地监控机器的使用情况、状态和其他运营指标。例如，SCADA 系统从各个传感器点摄取数据并将其存储在中央数据库中。然后，用户分析来自 SCADA 软件的历史数据。在某些情况下，现代 SCADA 系统使用边缘计算存储和处理机器数据。边缘计算是一种能够在数据来源附近的位置进行数据处理的技术，例如本地 SCADA 控制单元。

自动化过程控制

工业组织可以将 SCADA 软件解决方案与工业控制系统集成，实现工业过程的自动化。传统上，许多组织使用手动操作控制生产过程。

使用 SCADA，您可以自动化这些控制过程，从而提高运营效率并减少对人工干预的依赖。例如，您可以将 SCADA 系统配置为自动记录和分析不同设施中多个传感器的温度数据，用户可以远程设置控制点。

成本效益

工业公司使用 SCADA 来监控潜在的机器故障、运营瓶颈以及其他影响生产率和收入的问题。任何异常事件都会立即通报给相应人员，以便采取缓解措施。例如，用户会收到电机性能下降的警报，并安排技术人员进行预防性维护，从而防止代价高昂的停机时间。

增强的可靠性和安全性

工厂使用 SCADA 系统应对可能影响操作员健康和设备性能的风险。通过分析工业机器生成的数据，用户可以降低事故风险，防止人为错误并减轻其他运营风险。

SCADA 系统的运作方式是从生产设施的各个操作点收集数据。它们使用工业协议在 RTU、PLC 和 SCADA 服务器之间进行数据传输。根据所使用的联网技术，这些数据可以在边缘设备上进行本地处理，也可以上传到中央服务器进行处理。然后，通过图表、表格和示意图对数据进行可视化，操作员可以使用这些图表、表格和示意图实现流程自动化、支持决策或监控性能。

有多种类型的 SCADA 系统具有不同的控制能力和安装要求。

• 单片 SCADA 系统是遗留的集中式系统，可通过一台计算机监控工业过程。
• 联网的 SCADA 系统使用分布式架构和联网技术，允许在多个供应商设备之间进行数据交换。
• 基于 Web 的 SCADA 系统在浏览器上提供用户界面，因此操作员可以远程监控流程。
• 混合 SCADA 系统在系统站点执行实时控制，同时将分析和历史数据发送到云端而不是本地服务器。

以下是 SCADA 系统的关键组件。

数据采集层

PLC 和 RTU 是在 SCADA 系统中收集数据的控制单元。PLC 是一个独立的控制器，用于协调工业逻辑的控制并记录传感器数据。同时，RTU 是专为数据采集和发布控制命令而设计的专用控制器。在 SCADA 安装中，用户通常在远程位置部署 RTU，在这些位置部署有线通信基础设施具有挑战性，因此 PLC 位于现场或离现场很近。PLC 和 RTU 都可以摄取各种类型的数据，包括温度、流量、压力和电压。

通信网络

通信网络是一层互连的通道，允许 SCADA 硬件交换数据。SCADA 系统中有两种通信类型：

• 在现场设备和控制单元之间。传感器和执行器等现场设备使用数字或模拟信号将数据传输到 PLC 和 RTU。
• 在控制单元和服务器之间。PLC 和 RTU 使用工业协议与中央服务器交换数据。

中央 SCADA 服务器

SCADA 服务器是提供历史数据日志记录和控制功能的主计算机。它将 PLC 和 RTU 发送的所有数据整合到本地存储中。操作员使用服务器远程监控工业设备、管理控制过程并生成操作报告。

人机界面（HMI）

HMI 是指人机界面，例如触摸屏或计算机，使操作员能够与现场设备进行交互。它们提供实时机器状态的可视化显示和配置联网工业设备的选项。此外，操作员可以通过 HMI 将控制命令发送回 SCADA 服务器。通常，用户将其 HMI 安装在操作员想要控制的机器附近或机器上。在某些装置中，HMI 位于单独的控制室中。

尽管 SCADA 已在工业应用中广泛使用，但组织在实施这些系统时仍然面临挑战。

遗留系统

某些组织仍然使用遗留的控制和数据采集系统运营，这可能会使集成工作复杂化。例如，仅在串行连接上运行的传统 RTU 不支持基于云的 SCADA 软件。通常，组织必须开发中间件或更换整个基础设施，以实现生产设施的现代化。

安全性

当 SCADA 系统连接到公有和私有网络时，它们会面临网络安全风险。此外，传统的 SCADA 硬件并不是为管理现代安全威胁而设计的。组织在采用 SCADA 时应高度重视安全，以避免因停机而导致运营中断和收入损失的风险。

可扩展性

工业组织可能会发现，管理越来越多的控制设备、数据类型和供应商特定协议是一项艰巨的任务。每台设备都需要根据其运行目标进行不同的配置。此外，您可能会面临供应商锁定，这会使扩展在技术层面变得困难。接入可互操作的组件应该是 SCADA 安装中的一项关键活动。

熟练的操作员

只有合格的操作员才有权安装、操作和维护 SCADA 系统。因此，一些工业公司在招聘、培训和留住必要的劳动力方面可能面临困难。此外，基于云的 SCADA 解决方案的进步，进一步加剧了在实现功能性和可扩展的 SCADA 系统方面的技能缺口。聘用合适的团队或外包至关重要。

工业控制系统（ICS）是一个涵盖各种操作技术的通用术语。它包括 SCADA、分布式控制系统和其他支持工业设备的系统。例如，ICS 可以指传送带系统、火灾报警系统和机械臂。同时，作为 ICS 的一个子类别，SCADA 侧重于处理来自工业设备的数据并将其智能地用于操作控制的系统。

SCADA 的实施，尤其是与复杂的云环境集成时，需要最佳实践配置。

网络分段

根据各自的用途、优先级和数据敏感度将网络区域分开。例如，连接到石油和天然气管线的重要系统应位于独立的 SCADA 网络上。安全团队还可以通过使用防火墙、基于角色的访问控制和灾难恢复方法来增强网络分段，从而应用深度防御策略。

最低权限访问

对 SCADA 系统的非托管访问会增加安全风险，例如系统配置错误和数据丢失。应用最低权限访问原则，限制操作员为有效履行职责所需的信息、配置和数据。例如，您授予运营经理修改 SCADA 配置的权限，同时限制车间操作员只能查看机器状态。

加密

SCADA 系统生成大量需要保护的数据。使用强大的加密方法加密静态数据和传输中的数据，尤其是在通过公共互联网传输时。例如，使用虚拟专用网络（VPN）来保护 PLC 用于与云 SCADA 软件交换数据的通信通道。

补丁管理

SCADA 设备需要持续的安全更新，以防止未经授权的访问和操作。与计算机类似，其中一些设备运行在需要定期更新才能保持安全的操作系统上。使用补丁管理工具部署安全补丁更新并自动进行漏洞扫描。

入侵检测

在广阔的区域大规模分布 SCADA 设备需要提高可观测性和保护能力。在大多数情况下，这些设备需要入侵检测系统。IDS 通过监控网络流量中是否存在可疑活动来弥合安全缺口。IDS 必须针对运营技术流量模式进行专门调整。

事故响应规划

工业厂房必须制定事故响应计划，以便在发生安全事故时迅速恢复运营。组织应培训其安全团队，使其了解 PLC、RTU、网络网关和服务器的安全要求。他们必须能够使用适当的风险管理框架检测、响应和消除影响 SCADA 系统的威胁。

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