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SCADA

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SCADA(Supervisory Control And Data Acquisitionのりゃくかたはスキャダ)は、産業さんぎょう制御せいぎょシステムの一種いっしゅであり、コンピュータによるシステム監視かんしとプロセス制御せいぎょおこなう。対象たいしょうプロセスは、以下いかのような生産せいさん工程こうていやインフラや設備せつびかんするものである。

  • 製造せいぞう生産せいさん発電はつでんて、精錬せいれんなどをふく工業こうぎょうプロセスであり、連続れんぞくモード、バッチモード、反復はんぷくモード、離散りさんモードなどがある。
  • みず処理しょり水道すいどう排水はいすい下水げすい処理しょり石油せきゆやガスのパイプライン、送電そうでんもうだい規模きぼ通信つうしんシステムなどのインフラ。
  • ビルディング、空港くうこう船舶せんぱく宇宙うちゅうステーションなどの設備せつび空調くうちょう、アクセス、エネルギー消費しょうひなどを監視かんし制御せいぎょする。

SCADAシステムは一般いっぱんつぎのようなサブシステムから構成こうせいされる。

  • ユーザインタフェース - 対象たいしょうプロセスのデータを人間にんげんのオペレータに提示ていじし、人間にんげんのオペレータがプロセスを監視かんし制御せいぎょできるようにする機構きこう
  • 監視かんし制御せいぎょ(コンピュータ)システム - プロセスじょうのデータを収集しゅうしゅうし、プロセスにたいしてコマンドをおくる。
  • 遠方えんぽう監視かんし制御せいぎょ装置そうち (RTU:Remote Terminal Unit) - プロセスない設置せっちされたセンサと接続せつぞくし、センサの信号しんごうをデジタルのデータに変換へんかんし、そのデジタルデータを監視かんし制御せいぎょシステムにおく装置そうち
  • 通信つうしん基盤きばん - 監視かんし制御せいぎょシステムと遠方えんぽう監視かんし制御せいぎょ装置そうち (RTU) を接続せつぞくする。

SCADA と分散ぶんさん制御せいぎょシステム (DCS) を混同こんどうしている場合ばあいがある。一般いっぱんに SCADA システムはプロセスを調整ちょうせいするが、じつ時間じかん制御せいぎょはしない。じつ時間じかん制御せいぎょというはなしは、あらたな通信つうしん技術ぎじゅつによって高信頼こうしんらいていレイテンシで高速こうそく通信つうしん広域こういき可能かのうになるにつれて、焦点しょうてんがぼやけてしまう。SCADA と分散ぶんさん制御せいぎょシステム (DCS) のちがいはおも文化ぶんかてきなもので、ほとんど無視むしできる。通信つうしん基盤きばん発達はったつするにつれて、両者りょうしゃちがいはうすれる傾向けいこうにある。

システムの概念がいねん[編集へんしゅう]

SCADA という用語ようご一般いっぱんに、1つのサイト全体ぜんたい地理ちりてき分散ぶんさんしたシステムぐん集中しゅうちゅうてき監視かんし制御せいぎょするシステムをす。制御せいぎょのほとんどは遠方えんぽう監視かんし制御せいぎょ装置そうち (RTU) またはプログラマブルロジックコントローラ (PLC) が自動的じどうてきおこなう。ホストの制御せいぎょ機能きのう監督かんとくてき介入かいにゅう優先ゆうせんてきなものにかぎられることがおおい。たとえば、PLCが工業こうぎょうプロセスにおける冷却れいきゃくすい流量りゅうりょう制御せいぎょする場合ばあい、フィードバック制御せいぎょループ自体じたいはRTUやPLCでほぼ完結かんけつしている。これにたいし、SCADAシステムはそれらループの状態じょうたい監視かんしするシステムという位置いちづけで、具体ぐたいてきには、SCADAシステムによりオペレータが流量りゅうりょう設定せってい変更へんこう出来できたり、警報けいほう発生はっせい条件じょうけん不正ふせい流量りゅうりょう高温こうおん)を変更へんこう出来できたり、現在げんざい状態じょうたいをオペレータにたいして表示ひょうじ記録きろくする機能きのう提供ていきょうする。

データ収集しゅうしゅうはRTUやPLCのレベルでおこなわれ、必要ひつようおうじてSCADAにおくられる。SCADAでは、収集しゅうしゅうされたデータを監視かんししつのオペレータが監督かんとくてき決定けっていおこなえるようなかたちにして提示ていじする。データは普通ふつうデータベース管理かんりシステムうえ構築こうちくされた履歴りれきシステムにもおくられ、傾向けいこうなどの分析ぶんせき使つかわれる。

SCADAシステムでは通常つうじょう、「タグデータベース」とばれる分散ぶんさんデータベース実装じっそうしている。これは、「タグ」または「ポイント」とばれるデータ要素ようそ格納かくのうするものである。1つのポイントは、1つの入力にゅうりょく信号しんごう監視かんしデータ)または1つの出力しゅつりょく信号しんごう制御せいぎょコマンド)に対応たいおうしている。ポイントには「ハード」と「ソフト」がある。ハードポイントはシステムない実際じっさい入出力にゅうしゅつりょく対応たいおうし、ソフトポイントはのポイントぐん使つかって計算けいさん論理ろんりられるものである(おおくの実装じっそうでは、ハードポイントもソフトポイントの一種いっしゅとされており、たんに1つのデータだけを使つかってそのまま出力しゅつりょくするソフトポイントになっている)。ポイントは通常つうじょうとタイムスタンプのたい格納かくのうされ、この場合ばあいのタイムスタンプは記録きろくまたは計算けいさんした時刻じこくあらわしている。一連いちれんとタイムスタンプのたいによって、そのポイントの履歴りれきられる。タグに付加ふかてきメタデータ格納かくのうすることもおおく、対応たいおうする機器ききやPLCレジスタへの経路けいろ設計せっけいコメント、警報けいほう情報じょうほうなどが記述きじゅつされる。

ヒューマンマシンインタフェース[編集へんしゅう]

SCADAの基本きほんてきなアニメーション [1]

ヒューマンマシンインタフェース (HMI) は、人間にんげんのオペレータにプロセスのデータを提示ていじする機構きこうであり、また人間にんげんのオペレータがプロセスを制御せいぎょするさいにもそれを経由けいゆする。

HMIは通常つうじょうSCADAシステムのデータベースやソフトウェアプログラムとリンクしており、傾向けいこうるためのデータや診断しんだんデータ、保守ほしゅ手続てつづきの予定よていなどの管理かんり情報じょうほう、ロジスティック情報じょうほう特定とくていのセンサや機械きかい詳細しょうさいエキスパートシステムによるトラブルシューティングなどが提供ていきょうされる。

HMIはそれらの情報じょうほう操作そうさしゃにグラフィカルに提示ていじする。すなわち、制御せいぎょ対象たいしょうのプラントの図解ずかいかたち提示ていじされる。たとえば、ポンプとそれに接続せつぞくされたパイプが図示ずしされ、ポンプの稼働かどうじょうきょうやパイプの流量りゅうりょう表示ひょうじされる。オペレータはポンプを停止ていしさせることができる。パイプの流量りゅうりょう変化へんかじつ時間じかんしめされる。図解ずかい機器きき写真しゃしん使つかったり、アニメーションされた記号きごう使つかうこともある。

SCADAシステムようHMIパッケージには、オペレータなどが修正しゅうせいできる描画びょうがプログラムがふくまれることがおおい。HMIの単純たんじゅんなものから、ちょう高層こうそうビルのぜんエレベータの現在げんざい位置いちしめすとか、鉄道てつどうぜん列車れっしゃ現在げんざい位置いちしめすといった複雑ふくざつなものまで様々さまざまである。

おおくのSCADA実装じっそうもっと重要じゅうようてんは、警報けいほうである。警報けいほうなんらかの状態じょうたい異常いじょうになったときにはっせられる。自動車じどうしゃ燃料ねんりょうタンクがそらであることをしめすライトも警報けいほう一種いっしゅである。警報けいほうはっするさいには、電子でんしメール所定しょてい管理かんりしゃおくられることもある。

ハードウェア[編集へんしゅう]

SCADA は分散ぶんさん制御せいぎょシステム (DCS) ととも構成こうせいされることがおおい。マスタコンピュータの関与かんよなしで自律じりつてき単純たんじゅん論理ろんりプロセスを実行じっこうできる RTU や PLC が使つかわれることがえている。RTUやPLCじょう動作どうさするプログラムはIEC 61131-3定義ていぎされている言語げんご使つかっていることがおおい。C言語げんごFORTRANなどの手続てつづがた言語げんごとはことなり、IEC 61131-3はリレーによる制御せいぎょ回路かいろ記述きじゅつせてあるため、この分野ぶんやひとにとっては訓練くんれんすくなくて利点りてんがある。これによって、SCADAシステムの技術ぎじゅつしゃはRTUやPLCじょう実行じっこうされるプログラムの設計せっけい実装じっそう可能かのうとなっている。1998ねんごろには、ほぼすべてのPLC製造せいぞう企業きぎょうがHMI/SCADA統合とうごうシステムを提供ていきょうしており、そのおおくがオープンな通信つうしんプロトコルを採用さいようしている。サードパーティーせいのHMI/SCADAパッケージのおおくは、各社かくしゃおもなPLCと互換ごかんせいがあり、制御せいぎょ対象たいしょうのシステムの技術ぎじゅつしゃ直接ちょくせつHMIを設定せってい可能かのうになっている。

遠方えんぽう監視かんし制御せいぎょ装置そうち (RTU)[編集へんしゅう]

RTUは実際じっさい装置そうち接続せつぞくされる。RTUはその装置そうちから電気でんき信号しんごうスイッチバルブ開閉かいへい状態じょうたい圧力あつりょく流量りゅうりょう電圧でんあつ電流でんりゅうなどの測定そくていなど)をデジタルの変換へんかんする。また、反対はんたいにデジタルなコマンドを電気でんき信号しんごう変換へんかんして装置そうちおくることで、その装置そうち制御せいぎょする(スイッチやバルブを開閉かいへいしたり、ポンプ速度そくど設定せっていするなど)ことができる。

こう品質ひんしつのSCADA RTUは以下いかのような特性とくせいつ。

  • データネットワーク機能きのう
  • データ信頼しんらいせい
  • データセキュリティ

監視かんし制御せいぎょステーション[編集へんしゅう]

監視かんし制御せいぎょステーションとは、各種かくしゅ装置そうち(RTU、PLC など)と通信つうしんするソフトウェアおよびサーバと、制御せいぎょしつないワークステーションなどで動作どうさするHMIソフトウェアを総称そうしょうしたものである。小型こがたのSCADAシステムでは、1だいパーソナルコンピュータ動作どうさする。だい規模きぼなSCADAシステムでは、複数ふくすうだいのサーバじょう分散ぶんさんソフトウェアが動作どうさし、災害さいがいリカバリようべつサイトも用意よういされる。システムの保全ほぜんせいたかめるため、かくサーバを冗長じょうちょう構成こうせいまたはホットスタンバイ構成こうせいにし、サーバ故障こしょうにも連続れんぞくてき制御せいぎょかんおこなえるようにすることがおおい。

かつては、UNIXOpenVMS使つかわれることがおおく、Linuxなどはあまり使つかわれなかったが、最近さいきんでは主要しゅようオペレーティングシステムがサーバにもHMIワークステーションにも利用りよう可能かのうとなっている。

運用うんよう方針ほうしん[編集へんしゅう]

実際じっさい運用うんようでは、制御せいぎょシステムの障害しょうがい多大ただい損失そんしつしょうじることがある。場合ばあいによっては人命じんめいかかわることもある。SCADAようハードウェアは、温度おんど変化へんか振動しんどう電圧でんあつ変動へんどうなどにたいせいがあるものが使つかわれるが、とく信頼しんらいせい要求ようきゅうされる場合ばあいはハードウェアや通信つうしん冗長じょうちょうし、場合ばあいによっては制御せいぎょセンターそのものを複数ふくすう用意よういする。故障こしょうした箇所かしょ素早すばや特定とくていされ、その機能きのうはバックアップハードウェアで即座そくざ代替だいたいされる。故障こしょう箇所かしょはプロセスをめることなく交換こうかん可能かのうとなっていることがおおい。このようなシステムの信頼しんらいせいは、統計とうけいてき故障こしょうまでの時間じかんあらわされる(平均へいきん故障こしょう間隔かんかく)。高信頼こうしんらいシステムの平均へいきん故障こしょう間隔かんかくは、すうひゃくねんのオーダーになることもある。

通信つうしん基盤きばん通信つうしん方法ほうほう[編集へんしゅう]

SCADAシステムの通信つうしんには従来じゅうらいから無線むせんシリアル通信つうしん使つかわれてきたが、鉄道てつどう発電はつでんしょなどのだい規模きぼなサイトではSONET / SDHうえのIPやイーサネットも使つかわれる。SCADAシステムの遠隔えんかく管理かんり/監視かんし機能きのうテレメトリばれることがある。

SCADAのデータを既存きそん企業きぎょうないネットワークを使つかって転送てんそうするとか、のアプリケーションとネットワークを共有きょうゆうさせるといったうごきもある。しかし初期しょきてい帯域たいいきのプロトコルもいまだに使つかわれつづけている。SCADAのプロトコルは非常ひじょうにコンパクトに設計せっけいされ、マスタがわがRTUに要求ようきゅうしないと情報じょうほう送信そうしんされないようになっている。ふるくからあるSCADAプロトコルとしては、Modbus、RP-570、Profibus、Conitel などがある。これらはいずれもベンダー固有こゆう通信つうしんプロトコルである。標準ひょうじゅんプロトコルとしては、IEC 60870-5-101 または 104IEC 61850DNP3 がある。これらは主要しゅよう業者ぎょうしゃおおくが採用さいようしている。これらのプロトコルのおおくは、拡張かくちょうとしてTCP/IPうえでの運用うんよう可能かのうになっている。セキュリティを考慮こうりょして、SCADAシステムはインターネット接続せつぞくしないことがおおい。

標準ひょうじゅん規格きかくからまれたものであるため、それまでに様々さまざま制御せいぎょプロトコルが考案こうあんされ、使つかわれてきた。また、ベンダロックイン意図いとして独自どくじプロトコルをつくったれいもある。

最近さいきんでは、ことなるハードウェアやソフトウェアあいだ通信つうしん手法しゅほうとしてOLE for Process Control (OPC) がひろ採用さいようされつつあり、元々もともと産業さんぎょうネットワークに接続せつぞくすることを考慮こうりょしていない機器ききとの通信つうしん可能かのうにしている。

最近さいきん傾向けいこう[編集へんしゅう]

PLCとHMI/SCADAソフトウェアは統合とうごうされる傾向けいこうにある。1990年代ねんだいちゅうごろ、データ収集しゅうしゅう装置そうちRS-485のような物理ぶつりキャリアじょう独自どくじプロトコルを使つかって通信つうしんするものがおおかった。特定とくていベンダーの製品せいひん使つかっているユーザーは、なんらかの変更へんこう必要ひつようとしたとき(システム拡張かくちょう性能せいのう向上こうじょうなど)、選択肢せんたくしがあまりないことにづかされる。そのような問題もんだい緩和かんわするべく、IEC870-5-101/104やDNP 3.0といったオープンな通信つうしんプロトコルの採用さいようひろがっていった。オープンアーキテクチャのSCADAシステムは、複数ふくすうベンダーの製品せいひんわせることができ、単一たんいつベンダーに制限せいげんされている場合ばあいよりもいソリューションを開発かいはつできる可能かのうせいがある。

1990年代ねんだいまつには、個々ここのI/O装置そうち製造せいぞう業者ぎょうしゃにもオープンながれがひろまった。2000ねんまでにおおくのI/Oメーカーが Modicon MODBUS over TCP/IP のようなオープンなインタフェースを採用さいようするようになった。

SCADAシステムは、ネットワーク技術ぎじゅつ標準ひょうじゅんとも進化しんかしてきた。イーサネットとTCP/IPにもとづくプロトコルは、ふる独自どくじ規格きかく置換ちかんしつつある。一部いちぶ分野ぶんやではイーサネットの採用さいよう限定げんていてきだが、市場いちばだい部分ぶぶんはHMI/SCADAにイーサネットによるネットワークを採用さいようした。

OPC-UA、Wonderware の Archestra、Rockwell Automation の FactoryTalk などの次世代じせだいプロトコルは、XMLWebサービスなどの最新さいしんWeb技術ぎじゅつかしたものとなっている。

ソフトウェア業界ぎょうかいSoftware as a Service (SaaS) のかんがかたまれ、インターネットうえ遠隔えんかくプラットフォームじょうでSCADAシステムのホスティングをするベンダーが出現しゅつげんしている(PI system、PumpView、MultiTrodeなど)。これは、ユーザーがシステムをインストールして設定せっていする必要ひつようくすもので、インターネット技術ぎじゅつとしてすでにあるVPNSSLといったセキュリティ機能きのう利用りようする。しかし、セキュリティ[2]信頼しんらいせい、レイテンシを問題もんだいするきもある。

SCADAシステムは益々ますます遍在へんざいするようになっている。シンクライアント、Webポータル、Webベース製品せいひん主要しゅようなベンダーで一般いっぱんしつつある。遠隔えんかくからプロセスをかんでき、便利べんりにはなったが、セキュリティじょう懸念けねん増大ぞうだいしている。

セキュリティ問題もんだい[編集へんしゅう]

独自どくじ技術ぎじゅつからより標準ひょうじゅんてきでオープンな方式ほうしき移行いこうすることで、SCADAシステムはオフィスのネットワークやインターネットとの接続せつぞくえ、攻撃こうげきたいして脆弱ぜいじゃくになりつつある。結果けっかとして、サーバーテロ攻撃こうげきたいして無防備むぼうびだとかんがえられるようになり、SCADAベースのシステムのセキュリティが問題もんだいされるようになった[3][4]

とくに、以下いかのようなてん懸念けねんされている。

  • 設計せっけいじょう、セキュリティや認証にんしょう考慮こうりょされていない。また、既存きそんのSCADAネットワークでは運用うんようじょうもセキュリティが考慮こうりょされていないことがおおい。
  • SCADAシステムは一般いっぱん馴染なじみがない技術ぎじゅつなので、特殊とくしゅなプロトコルやインタフェースを使つかっているから安全あんぜんだというあいだちがった信念しんねんっていることがある。
  • SCADAシステムは物理ぶつりてき安全あんぜんだというあいだちがった信念しんねんっていることがある。
  • SCADAシステムはインターネットとは接続せつぞくされていないので安全あんぜんだというあいだちがった信念しんねんっていることがある。

SCADAシステムのおおくは重要じゅうよう設備せつび使つかわれているため、攻撃こうげきけた場合ばあい多大ただい経済けいざいてき損失そんしつ人命じんめい危険きけんしょうじる可能かのうせいがある。このような懸念けねんから、重要じゅうよう設備せつびにSCADAよりも安全あんぜんなアーキテクチャを採用さいようするといううごきがしょうじるかどうかはまだ不明ふめいである。最近さいきんでは、Byres Security, Inc.、Industrial Defender Inc.、チェック・ポイント・ソフトウェア・テクノロジーズ、Innominate、N-Dimension Solutions といった複数ふくすうのセキュリティベンダーが、TCP/IPベースのSCADAネットワークのためのファイアウォールVPN開発かいはつすることで、こういった問題もんだい対処たいしょ開始かいししている。

また、ISA Security Compliance Institute (ISCI) ははやければ2009ねんにもSCADAセキュリティテストを策定さくてい開始かいしする予定よていである。ベンダーによるセキュリティ認証にんしょうすでに2007ねんごろからおこなわれている。最終さいしゅうてきにはISA SP99 WG4が標準ひょうじゅんおこな予定よていだが、完成かんせいするのは2011ねん以降いこうになる。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

  1. ^ SCADAの基本きほんてきなアニメーション (英語えいご
  2. ^ Donald Wallace (2003ねん9がつ1にち). “How to put SCADA on the Internet”. Control Engineering. 2008ねん5がつ30にち閲覧えつらん (Note: Donald Wallace is COO of M2M Data Corporation, a SCADA vendor.)
  3. ^ D. Maynor and R. Graham. “SCADA Security and Terrorism: We're Not Crying Wolf”. 2008ねん7がつ4にち閲覧えつらん
  4. ^ Robert Lemos (2006ねん7がつ26にち). “SCADA system makers pushed toward security”. SecurityFocus. 2007ねん5がつ9にち閲覧えつらん

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

国産こくさんSCADA[編集へんしゅう]