نحوه عملکرد شبکه های صنعتی

 نحوه عملکرد شبکه های صنعتی

اریک کنپ، در امنیت شبکه صنعتی، 2011

HMI ها

رابط های ماشین انسانی (HMIs) به عنوان یک پنل کنترل اپراتور برای PLC ها، RTU ها و در برخی موارد مستقیماً برای IED ها استفاده می شود. HMI ها سوئیچ ها، شماره گیری ها و سایر کنترل های فعال شده به صورت دستی را با نمایش های گرافیکی فرآیند کنترل و کنترل های دیجیتال جایگزین می کنند تا بر آن فرآیند تأثیر بگذارند. HMIدلتا به اپراتورها اجازه می دهد دچرخه ها را شروع و متوقف کنند، نقاط تنظیم را تنظیم کنند و سایر عملکردهای مورد نیاز برای تنظیم و تعامل با یک فرآیند کنترل را انجام دهند. از آنجایی که HMI مبتنی بر نرم‌افزار است، سیم‌ها و کنترل‌های فیزیکی را با پارامترهای نرم‌افزاری جایگزین می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهند به راحتی تطبیق و تنظیم شوند.

قیمت اچ ام ای

HMI ها برنامه های نرم افزاری مدرنی هستند که بر روی سیستم عامل های مدرن اجرا می شوند و به همین دلیل قادر به انجام بسیاری از عملکردها هستند. آنها به عنوان پلی بین اپراتور انسانی و منطق پیچیده یک یا چند PLC عمل می کنند و به اپراتور اجازه می دهند تا بر روی فرآیند به جای منطق زیربنایی که عملکرد را انجام می دهد، عمل کند و بسیاری از عملکردها را در بین فرآیندهای توزیع شده و بالقوه پیچیده از یک دستگاه کنترل کند. مکان متمرکز برای انجام این کار، رابط کاربر به صورت گرافیکی فرآیند کنترل شده را نشان می دهد، از جمله مقادیر سنسور و سایر اندازه گیری ها، و نمایش قابل مشاهده حالت های خروجی (موتورها روشن هستند، کدام پمپ ها فعال می شوند و غیره).

انسان ها از طریق یک کنسول کامپیوتری با HMI تعامل دارند و به همین دلیل باید با استفاده از محافظت از رمز عبور، به سیستم HMI احراز هویت کنند. از آنجایی که HMI ها داده های نظارتی (نمایش تصویری از وضعیت و مقادیر فعلی یک فرآیند کنترل) و همچنین کنترل (به عنوان مثال، تغییرات نقطه تنظیم) را ارائه می دهند، دسترسی کاربر ممکن است عملکردهای خاص را برای کاربران خاص قفل کند. بنابراین امنیت فرآیند صنعتی به شدت به کنترل دسترسی و امنیت میزبان HMI وابسته است.

HMI به نوبه خود با یک یا چند PLC و/یا RTU تعامل دارد، معمولاً از پروتکل‌های صنعتی مانند OLE برای کنترل فرآیند (OPC) یا پروتکل‌های فیلدباس مانند Modbus استفاده می‌کند (به فصل 4، «پروتکل‌های شبکه صنعتی» مراجعه کنید).

مقدمه ای بر سیستم های کنترل صنعتی و عملیات

Eric D. Knapp، Joel Thomas Langill، در امنیت شبکه صنعتی (ویرایش دوم)، 2015

رابط انسان و ماشین

رابط های انسان و ماشین به عنوان ابزار اپراتور برای تعامل با PLC ها، RTU ها و IED ها استفاده می شود. HMI ها سوئیچ ها، شماره گیری ها و سایر کنترل های الکتریکی را که به صورت دستی فعال می شوند، با نمایش گرافیکی کنترل های دیجیتالی که برای حس کردن و تأثیرگذاری بر آن فرآیند استفاده می شوند، جایگزین می کنند. HMI به اپراتورها اجازه می دهد تا چرخه ها را شروع و متوقف کنند، نقاط تنظیم را تنظیم کنند و سایر عملکردهای مورد نیاز برای تنظیم و تعامل با یک فرآیند کنترل را انجام دهند. از آنجایی که HMI مبتنی بر نرم‌افزار است، سیم‌ها و کنترل‌های فیزیکی را با پارامترهای نرم‌افزاری جایگزین می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهند به راحتی تطبیق و تنظیم شوند. شکل 4.6 نشان می دهد که چگونه HMI با معماری کلی ICS همانطور که تاکنون توضیح داده شد یکپارچه می شود.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.6. عملکرد رابط انسان و ماشین

رابط‌های انسان و ماشین نرم‌افزارهای مدرنی هستند که در دو شکل غالب وجود دارند. اولین مورد بر روی سیستم عامل های مدرن مانند ویندوز 7 اجرا می شود و می تواند عملکردهای مختلفی را انجام دهد. شکل دیگر ترکیبی از یک کامپیوتر سخت شده صنعتی، صفحه لمسی محلی است و برای پشتیبانی از نصب درب یا پانل مستقیم بسته بندی شده است. این دستگاه ها معمولاً از یک سیستم عامل جاسازی شده مانند Windows Embedded (CE، XP، 7، 8، Compact) استفاده می کنند و با یک کامپیوتر جداگانه و نرم افزار مهندسی مرتبط برنامه ریزی می شوند. آنها به عنوان پلی بین اپراتور انسانی و منطق پیچیده یک یا چند PLC عمل می کنند و به اپراتور اجازه می دهند تا بر نحوه انجام فرآیند به جای منطق اساسی که بسیاری از عملکردها را در سراسر فرآیندهای توزیع شده و بالقوه پیچیده از یک مکان متمرکز کنترل می کند، تمرکز کند. . برای انجام این کار، رابط کاربر به صورت گرافیکی فرآیند کنترل شده را نشان می دهد، از جمله مقادیر سنسور و سایر اندازه گیری ها، و نمایش قابل مشاهده حالت های خروجی (موتورها روشن هستند، کدام پمپ ها فعال می شوند و غیره).

انسان ها از طریق یک کنسول کامپیوتری با HMI تعامل دارند، اما به طور کلی با رمز عبور به ایستگاه احراز هویت نمی شوند، زیرا در طول یک رویداد غیرعادی، قفل رمز عبور یا هر مکانیسم دیگری که دسترسی به HMI را مسدود کند، ناامن تلقی می شود و اصول اولیه را نقض می کند. اصل در دسترس بودن تضمین شده در ابتدا ممکن است این امر ناامن به نظر برسد، اما با توجه به اینکه این دستگاه‌ها معمولاً در مناطقی نصب می‌شوند که دارای امنیت فیزیکی قوی هستند و فقط توسط پرسنل آموزش دیده و مجاز اداره می‌شوند، خطر ناشی از آن قابل تحمل است. از آنجایی که HMI داده‌های نظارتی (نمایش تصویری از وضعیت و مقادیر فعلی یک فرآیند کنترل) و همچنین کنترل (یعنی تغییرات نقطه تنظیم) را ارائه می‌کند، کنترل‌های دسترسی کاربر معمولاً بخشی از ICS هستند که اجازه می‌دهند عملکردهای خاصی برای کاربران خاص قفل شوند. HMI به طور مستقیم یا غیر مستقیم از طریق یک سرور ICS با یک یا چند کنترل تعامل داردollerهایی که از پروتکل های صنعتی مانند OLE برای کنترل فرآیند (OPC) یا پروتکل های فیلدباس مانند EtherNet/IP یا Modbus استفاده می کنند (به فصل 6، "پروتکل های شبکه صنعتی" مراجعه کنید).

روش های مناسب تری دیگری نیز برای ایمن کردن HMI ها از دسترسی غیرمجاز کاربر مورد نظر و همچنین دسترسی غیرمجاز ناشی از یک رویداد سایبری وجود دارد. بسیاری از فروشندگان از اهمیت کمترین امتیازات آگاه هستند و اکنون خط‌مشی‌های گروهی مبتنی بر دامنه و محلی را ارائه می‌کنند که می‌توانند برای محدود کردن مجوز اعطا شده در ایستگاه کاری محلی نصب شوند. مایکروسافت توانایی اجرای این سیاست‌ها را یا توسط رایانه یا کاربر فراهم می‌کند، و این را برای ایستگاه‌های کاری قرار داده شده در مناطق مشترک مناسب می‌کند. این سیاست‌ها نه تنها می‌توانند اجرای برنامه‌های محلی و عملکرد رابط کاربری گرافیکی ویندوز را محدود کنند، بلکه از دسترسی غیرمجاز به رسانه‌های جداشدنی و پورت‌های دسترسی USB نیز جلوگیری می‌کنند. بنابراین امنیت فرآیند صنعتی به شدت به کنترل دسترسی و امنیت میزبان HMI و سیستم کنترل زیربنایی وابسته است.

بیست و سومین سمپوزیوم اروپایی مهندسی فرآیند به کمک کامپیوتر

سلمان نظیر، ... Davide Manca، در مهندسی شیمی به کمک کامپیوتر، 2013

2 مقدمه

فرآیندهای شیمیایی با رابط‌های پیچیده ماشین‌های انسانی اشباع شده‌اند که عموماً با سیستم‌های خودکار شامل داده‌هایی که سطوح مختلفی از قابلیت اطمینان دارند، جفت می‌شوند. رایانه ها و اتوماسیون بخش قابل توجهی از دستگاه ها را در تعامل انسان و ماشین کنترل می کنند. سال های اخیر شاهد برتری در رشد علمی در حوزه های مختلف مهندسی فرآیند از جمله بهینه سازی فرآیند، تشدید فرآیند، طراحی و مقاوم سازی، و ابزار دقیق و کنترل پیشرفته بوده است. این پیشرفت پیچیدگی بیشتری به رابط انسان و ماشین اضافه کرده است. فرآیندهای شیمیایی ماهیتی بزرگ، پیچیده، پراکنده و پویا دارند. این سیستم‌ها همچنین از این جهت که چندین عملیات کارخانه مستلزم فرهنگ کار گروهی هستند، به اجتماعی وابسته هستند. در واقع، تعدادی از فعالیت‌های میدانی توسط خدمه، شیفت‌ها و گروه‌های عملکردی مختلف مدیریت می‌شوند (نظیر و همکاران، 2012). اگرچه مطالعه عوامل انسانی، رابط های انسان و ماشین و سایر مسائل شناختی بیشتر بر روی هوانوردی، نظامی، فرماندهی و کنترل متمرکز بود، با این وجود از دهه گذشته بر نقش و اهمیت خطای انسانی در صنعت فرآیند تاکید شد (سالمون و همکاران .، 2009). چندین نوع توجه از سوی اپراتورهای صنعتی مانند توجه متمرکز، تقسیم شده و انتخابی در طول عملیات عادی مورد نیاز است (ویکنز و مک کارلی، 2008). اپراتور "اگر بتواند به طور کامل به همه عناصر و در همه زمان ها توجه کند، بیشترین سود را خواهد برد. با این حال، چنین توجه کامل ممکن نیست. بنابراین، برخی اولویت ها و معاوضه ها باید همراه با استراتژی های تخصیص توجه ایجاد شوند" (Gopher, 1996, ص 28). به عبارت دیگر، اپراتورهای صنعتی باید یاد بگیرند که توجه خود را به صورت استراتژیک بر اساس سناریو و موقعیت داده شده تقسیم کنند. موقعیت‌های غیرعادی، اپراتورها را با چندین مسئله چالش برانگیز مواجه می‌کنند (ویکنز و مک کارلی، 2008).

روش‌های آموزشی مرسوم و شبیه‌سازهای آموزش اپراتور معمولاً برای آموزش و یادگیری اپراتورها در کارخانه‌های صنعتی درگیر هستند (برامبیلا و مانکا، 2011). عدم واقع گرایی و وفاداری این روش ها را از دستیابی به بهترین آموزش و درک توسط اپراتورها باز می دارد. آموزش اپراتورها در محیط‌های فراگیر، که شامل ویژگی‌های واقعیت مجازی و واقعیت مجازی افزوده می‌شود، می‌تواند منجر به درک و عملکرد بهتر اپراتورهای صنعتی در شرایط عملیاتی (غیر) عادی شود (نظیر و همکاران، 2012). به محض تشخیص یک موقعیت غیرعادی، یک مشکل قابل حل تدوین می شود و نیاز به برنامه ریزی مجدد برای موقعیت برجسته می شود. برای پاسخ به یک موقعیت غیرعادی، اپراتورها باید مهارت های تشخیص مشکل و استراتژی های برنامه ریزی مجدد سریع را نشان دهند. حجم کار ذهنی و توجه به شدت با یکدیگر مرتبط هستند (تسانگ و ویدولیچ، 2006). Manca و همکاران، 2012، و Colombo و همکاران، 2012، مفهوم و مزایای استفاده از واقعیت مجازی را برای آموزش اپراتورهای صنعت فرآیند برای مقابله با چالش‌های ذکر شده به تفصیل مورد بحث قرار دادند. رویدادهای دوره‌ای و همچنین نادر مانند راه‌اندازی فرآیند، خاموش شدن، وضعیت غیرعادی، نزدیک به مفقود شدن و تصادفات را می‌توان به صورت مجازی در یک محیط غوطه‌ورکننده سه‌بعدی شبیه‌سازی کرد و در نتیجه درجه دانش و تجربه اپراتورها را افزایش داد (Manca et. همکاران، 2013).

هدف این مقاله درک تجربی و ارزیابی عملکرد اپراتورهای صنعتی در یک موقعیت غیرعادی خاص است که در یک محیط مجازی شبیه‌سازی شده است. ارزیابی عملکرد بر اساس شاخص‌های کلیدی عملکرد (KPI) مشخص شده است و با توجه به دو روش آموزشی متمایز (یعنی ارائه Power Point و محیط آموزشی سه بعدی) که در مرحله آموزش آزمایش استفاده می‌شوند، مقایسه می‌شود.

مدل‌سازی و شبیه‌سازی چند پارادایم در نمونه‌سازی اولیه یک تولید فیزیکی-سایبری