פרק 3: תקשורת ב-OT – טופולוגיה, ארכיטקטורה וציוד רשת

פרק 3: תקשורת ב-OT – טופולוגיה, ארכיטקטורה וציוד רשת

טכנולוגיה תפעולית (OT) משמשת לניטור ובקרה של מכשירים ותהליכים פיזיים בתעשיות שונות כגון ייצור, אנרגיה ותחבורה. בעולם המקושר של היום, תקשורת בתוך סביבות OT כבר אינה אופציונלית - היא חיונית. מאמר זה בוחן את המשמעות והניואנסים של תקשורת במערכות OT.

מבחינה היסטורית, מערכות OT היו מבודדות, עובדות באופן עצמאי זו מזו וממערכות טכנולוגיות מידע (IT). אולם כיום, סביבות OT יותר ויותר מרושתות ומשולבות, מה שמאפשר רמות חסרות תקדים של שליטה, תיאום וניתוח נתונים.

התפקיד החיוני של התקשורת

• ניטור ובקרה בזמן אמת: תקשורת ב-OT מאפשרת ניטור ובקרה בזמן אמת של מכשירים ותהליכים. זה חיוני בסביבות שבהן התזמון הוא קריטי, כמו קווי ייצור או רשתות אנרגיה.
• שיתוף וניתוח נתונים: באמצעות רשתות תקשורת, מערכות OT יכולות לשתף נתונים עם מערכות OT ו-IT אחרות. זה מאפשר ניתוח נתונים מתקדם, שיכול להוביל לתפעול יעיל יותר וקבלת החלטות טובה יותר.
• פעולות מרחוק : תקשורת במערכות OT מאפשרת תפעול וניטור מרחוק, דבר שחשוב יותר ויותר בעולם שבו כוח האדם באתר עשוי להיות מוגבל מסיבות שונות, כולל דאגות בריאות ובטיחות.

אתגרים וסיכונים

• בִּטָחוֹן: ככל שמערכות OT הופכות יותר מקושרות זו לזו, הן גם הופכות פגיעות יותר לאיומי סייבר. לכן הבטחת תקשורת מאובטחת היא דאגה עליונה בסביבות OT מודרניות.
• תאימות ותקינה: סביבות OT מורכבות לרוב משילוב של מכשירים ישנים וחדשים, שעשויים להשתמש בפרוטוקולי תקשורת שונים. הבטחת התקנים אלה יכולים לתקשר ביעילות דורשת תכנון קפדני ואולי חומרה או תוכנה נוספת.
• עיצוב רשת ואמינות: מערכות OT דורשות רשתות אמינות במיוחד, שנועדו לתעדף את התקשורת הקריטית ביותר. השגת זאת דורשת ידע מיוחד ועשויה להיות כרוכה בעלויות נוספות.

מרכיבי מפתח בתקשורת OT

• פרוטוקולים: דוגמאות כוללות Modbus, DNP3 ו-OPC-UA. פרוטוקולים אלה מגדירים את הכללים לאופן שבו מכשירים בסביבת OT מתקשרים זה עם זה.
• חומרת רשת: מתגים, נתבים וחומות אש מותאמות לצרכים הספציפיים של סביבות OT, תוך התמקדות באמינות ואבטחה.
• ממשקי אדם-מכונה (HMI): אלו הנקודות שבהן מפעילים יכולים ליצור אינטראקציה עם מערכת ה-OT, לקבל נתונים ושליחת פקודות למכשירים בשטח.

עתיד התקשורת ב-OT

ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להתקדם, אנו יכולים לצפות לראות התפתחויות נוספות בתקשורת OT. ההתפתחויות עשויות לכלול אימוץ רחב יותר של פרוטוקולים סטנדרטיים, שימוש מוגבר בטכנולוגיות תקשורת אלחוטיות ושילוב הדוק יותר עם מערכות IT עבור יישומי ניתוח נתונים מתקדמים ולמידת מכונה.

לסיכום, תקשורת בטכנולוגיה תפעולית (OT) היא הבסיס המאפשר למערכות OT לפעול בצורה יעילה ויעילה, המאפשרת בקרה בזמן אמת, ניתוח נתונים ופעולות מרחוק. ככל שסביבות OT ממשיכות להתפתח ולהשתלב עם מערכות IT, תקשורת יעילה, מאובטחת ואמינה רק תהפוך לקריטית יותר.

תפקיד וחשיבות OSI בתקשורת OT

בנוף המורכב של מערכות תעשייתיות, מודל OSI (Open Systems Interconnection Model), משמש ככלי קריטי. עבור סביבות טכנולוגיות תפעוליות (OT), הכוללות מפעלי ייצור, רשתות אנרגיה ומערכות תעשייתיות אחרות, מודל זה ממלא תפקיד מרכזי בהבטחת תקשורת חלקה בין מכשירים ומערכות. מאמר זה בוחן את ההשפעה העמוקה והנחיצות של מודל OSI בתקשורת OT.

התפקידים של מודל OSI בתקשורת OT:

• תקינה ויכולת פעולה הדדית: בסביבות OT, מכשירים ומערכות של ספקים שונים חייבים לתקשר בצורה חלקה. מודל OSI מספק מסגרת סטנדרטית, המבטיח שמוצרים מיצרנים שונים יכולים לפעול בצורה יעילה.
• פתרון תקלות ואבחון: מודל OSI מציע גישה מובנית לאבחון ופתרון בעיות רשת בסביבות OT. על ידי עבודה שכבה אחר שכבה, המהנדסים יכולים לזהות ולטפל בבעיות באופן שיטתי, מה שהופך את תהליך פתרון הבעיות ליעיל ואפקטיבי יותר.
• יישומי אבטחה: מערכות OT הופכות יותר ויותר מחוברות זו לזו, ועם זה מגיע צורך גובר באבטחה. מודל OSI מסייע בתכנון ויישום בקרות אבטחה בשכבות שונות, ומספק אסטרטגיית אבטחה מקיפה.
• הקלה על מודרניזציה ואינטגרציה: ככל שתעשיות מאמצות טכנולוגיות חדשות יותר, מודל OSI ממלא תפקיד קריטי בשילוב פרוטוקולי תקשורת מודרניים עם מערכות מדור קודם, ועוזר להבטיח מעבר חלק יותר במהלך יוזמות טרנספורמציה דיגיטלית.

חשיבות מודל OSI בתקשורת OT

• בטיחות ואמינות: בסביבות OT, שבהן כשל ברשת יכול להוביל לסיכוני בטיחות משמעותיים או להפסדים כספיים, הגישה המובנית של מודל OSI היא חיונית. זה עוזר להבטיח שפרוטוקולי התקשורת יהיו חזקים ואמינים, וזה חשיבות עליונה במגזרים כמו אנרגיה, ייצור ושירותי בריאות.
• מדרגיות לרשתות צומחות: ככל שהפעילות התעשייתית מתרחבת, הרשתות שלהן חייבות לצמוח ולהסתגל. מודל OSI מספק מסגרת ניתנת להרחבה המסייעת לארגונים לתכנן ולבצע את הרחבת רשתות ה-OT שלהם באופן מובנה וסטנדרטי.
• הפעלת IoT תעשייתי (IIoT): מודל ה-OSI הוא הבסיסי בפריסה ותפעול של התקני האינטרנט של הדברים התעשייתיים (IIoT). זה מבטיח שהתקנים אלה, שהם חלק בלתי נפרד מסביבות OT מודרניות, יכולים לתקשר בצורה יעילה ומאובטחת עם מערכות קיימות.
• ציות ורגולציה: עבור תעשיות רבות, ציות לרגולציה מהווה דאגה משמעותית. מודל OSI מספק מסגרת המתיישרת עם תקנים שונים בתעשייה, מה שמקל על ארגונים להוכיח עמידה בדרישות הרגולטוריות הקשורות לתקשורת ברשת.

ה-OSI עומד כסיבה שמחזיקה סביבות מורכבות מרובות ספקים יחד. הוא מספק את הסטנדרטיזציה החיונית המאפשרת למכשירים ולמערכות שונות לתקשר ביעילות. יתרה מזאת, היא מציעה גישה הגיונית ומובנית לפתרון בעיות, אבטחה ומדרגיות, שאין להן ערך רב בעולם של OT בעל סיכון גבוה, לעתים קרובות קריטי לבטיחות.

בתקופה שבה תעשיות פונות יותר ויותר למערכות מקושרות ולהתקני IIoT כדי להניע יעילות וחדשנות, תפקידו של מודל OSI אינו רק מועיל - הוא קריטי לחלוטין.

טופולוגיות רשת OT

טכנולוגיה תפעולית (OT) כוללת שימוש במחשבים כדי לנטר או לשנות את המצב הפיזי של מערכת, כגון מערכת הבקרה של תחנת כוח או הרשת המנטרת אספקת מים ציבורית. בהקשר של OT, טופולוגיות רשת מתייחסות לסידור ההתקנים המחוברים (חיישנים, מפעילים, בקרים וכו') ונתיבות תקשורת ברשת. להלן טופולוגיות רשת נפוצות המופעלות בסביבות OT:

• טופולוגיית אוטובוס (Bus): טופולוגיית אוטובוס היא אחת הצורות הפשוטות ביותר של ארכיטקטורות רשת, שבהן כל מחשב והתקן רשת מחוברים לכבל בודד או לעמוד השדרה. במערכות OT, כגון SCADA (Supervisory Control And Acquisition Data), טופולוגיית אוטובוס יכולה להיות שימושית בשל הפשטות והעלות הנמוכה שלה. טופולוגיה זו נמצאת לעתים קרובות במערכות תעשייתיות ישנות יותר שבהן הרשת אינה נרחבת. עם זאת, אם הכבל המרכזי נכשל, זה יכול להוביל להתמוטטות רשת, והביצועים עלולים להידרדר כאשר התקנים נוספים מחוברים עקב התנגשויות נתונים. יתר על כן, הפשטות המהווה יתרון עבור רשתות קטנות יכולה להוות חיסרון עבור מערכות OT גדולות יותר, שכן הרשת יכולה להיות קשה לפתרון בעיות וחסרה יתירות אינהרנטית.
• טופולוגיית כוכב (Star): בטופולוגיית כוכב, כל המכשירים מחוברים לרכזת או מתג מרכזי. טופולוגיה זו נמצאת בשימוש נרחב בסביבות OT בשל האמינות הגבוהה שלה - אם כבל או התקן אחד נכשל, האחרים ממשיכים לפעול. יתר על כן, קל להוסיף או להסיר מכשירים מבלי להשפיע על שאר הרשת. הרכזת המרכזית מאפשרת ניהול ופתרון בעיות של הרשת בקלות. עם זאת, הרשת כולה תלויה בתפקוד הרכזת המרכזית, מה שהופך אותה לנקודת כשל אחת. בנוסף, עלויות ההתקנה והתחזוקה יכולות להיות גבוהות יותר בשל הצורך בכבלים רבים יותר וברכזת המרכזית.
• טופולוגיית הטבעת (Ring): בטופולוגיית הטבעת, התקנים מחוברים בלולאה סגורה. כל מכשיר מחובר בדיוק לשני מכשירים אחרים. זה יכול להציע רשת פשוטה ויעילה למערכות OT קטנות. חבילות נתונים מסתובבות בכיוון אחד, ומקטינות את הסיכוי להתנגשויות מנות, דבר החיוני לנתוני OT רגישים לזמן. עם זאת, אם חיבור אחד נכשל, כל הרשת עלולה להשתבש אלא אם כן נעשה שימוש בצלצול כפול לצורך יתירות. הוספה או הסרה של התקנים גם יכולה להיות מורכבת יותר, מכיוון שהיא דורשת ניתוק זמני של הרשת.
• טופולוגיית רשת (Mesh): טופולוגיית רשת רלוונטית במיוחד למערכות OT קריטיות הדורשות זמינות גבוהה, כגון אלו בתחנות כוח או מתקני טיפול במים. בטופולוגיית רשת, התקנים מחוברים זה לזה, עם חיבורים מיותרים. זה מבטיח שאם נתיב אחד נכשל, ניתן לנתב נתונים מחדש דרך נתיב אחר, תוך מתן חוסן גבוה. טופולוגיות רשת הן חזקות אך יכולות להיות מורכבות ויקר להתקנה ולניהול בשל הכמות המשמעותית של הכבלים והתצורה הנדרשת..
• טופולוגיה של עץ (היררכית - Tree): טופולוגיה של עצים, המכונה גם טופולוגיה היררכית, היא שילוב של טופולוגיות כוכבים ואוטובוסים. זה מובנה במספר רמות, כאשר כל רמה מחוברת לרמה שמעליה. טופולוגיה זו נפוצה במסגרות תעשייתיות גדולות שבהן שורש מרכזי מתחבר למספר רמות משנה של רשתות. זה ניתן להרחבה ומאורגן היטב, מה שמקל על הניהול וההרחבה. עם זאת, בדומה לטופולוגיית הכוכב, אם השורש המרכזי נכשל, זה יכול להשפיע על הרשת כולה.
• טופולוגיה מנקודה לנקודה (Point-to-Point): טופולוגיה מנקודה לנקודה היא הצורה הפשוטה ביותר, הכוללת חיבור ישיר בין שני מכשירים. זה נפוץ בסביבות OT שבהן הנתונים צריכים לעבור מרחקים גדולים, כגון בין אתר שטח מרוחק לחדר בקרה מרכזי. זה פשוט, עם זמן השהייה מינימלי ופתרון בעיות פשוט, אבל זה לא מתרחב היטב ככל שמספר המכשירים גדל.
• טופולוגיה היברידית (Hybrid Topology): טופולוגיה היברידית משלבת שני סוגים שונים או יותר של טופולוגיות, וממנפת את היתרונות של כל אחת מהן. לדוגמה, טופולוגיה של טבעת כוכבים כוללת עמוד שדרה טבעת עם רשתות כוכבים המחוברות אליו. גישה זו מאפשרת לתכנן מערכות OT תוך מחשבה על ביצועים ויתירות, אך היא עלולה להיות מורכבת ויקרה ליישום ולניהול עקב שילוב של מספר סוגי טופולוגיה.
• טופולוגיה של שרשרת דייזי (Daisy Chain): בטופולוגיה זו, כל מכשיר מחובר לאחר, ויוצר בטופולוגיה של שרשרת דייזי, כל מכשיר מחובר למכשיר הבא ויוצר שרשרת ליניארית. זה פשוט ודורש פחות כבלים, מה שהופך אותו לחסכוני. עם זאת, הוא אינו עמיד במיוחד, מכיוון שכשל בחיבור אחד עלול לשבור את נתיב התקשורת למכשירים בהמשך הקו. טופולוגיה זו משמשת לעתים קרובות במערכות OT פשוטות וקטנות שבהן כשל ברשת אינו קריטי.

שיקולים מיוחדים עבור טופולוגיות רשת OT:

רשתות OT מתוכננות לרוב תוך התמקדות באמינות, דטרמיניזם (כלומר, תזמון תקשורת צפוי) וחוסן עקב האופי הקריטי של מערכות OT רבות.

אבטחה יכולה להוות דאגה גדולה בתכנון רשתות OT בשל הפוטנציאל להשלכות פיזיות משמעותיות של מתקפת סייבר. הדאגה מוחשית ככל שרשתות OT הופכות יותר מקושרות עם רשתות IT, מה שחושף אותן לסיכוני סייבר נוספים.

ב-OT, בחירת הטופולוגיה הנכונה תלויה בגורמים שונים, לרבות קנה המידה והפיזור הגיאוגרפי של המכשירים, הצורך בחוסן וסובלנות תקלות והאופי הקריטי של פעולת המערכת.

בחירת הטופולוגיה הנכונה בסביבות טכנולוגיה תפעולית (OT) היא החלטה מכרעת שמשפיעה לא רק על היעילות והאמינות של מערכת הבקרה אלא גם על חוסנה ואבטחתה. להלן גורמים שיש לקחת בחשבון, יחד עם בחינה מעמיקה יותר של כל אחד מהם:

1. מדרגיות: ככל שסביבות OT גדלות והופכות מורכבות יותר, טופולוגיית הרשת שנבחרה אמורה להיות מסוגלת להתמודד עם גידול בהתקנים מחוברים מבלי לדרוש שיפוץ מלא של הרשת.
2. אמינות וחוסן: מערכות OT הן לרוב קריטיות למשימה, ותקלות ברשת עלולות להוביל לשיבושים משמעותיים. לכן, טופולוגיה שהיא מטבעה עמידה בפני כשלים (למשל, טופולוגיה של רשת או טבעות כפולות) היא בדרך כלל בחירה טובה עבור מערכות עם זמינות גבוהה. שקול יתירות: מסלולי גיבוי יכולים לשמור על מערכות פועלות גם אם חלק מהרשת נכשל.
3. דטרמיניזם: בסביבות OT, במיוחד בהקשרים תעשייתיים, לעתים קרובות יש צורך להעביר נתונים בתוך מסגרת זמן צפופה מאוד (באופן דטרמיניסטי). טופולוגיות מסוימות מתאימות לכך יותר מאחרות.
4. אבטחה: מכיוון שמערכות OT ממוקדות יותר ויותר על ידי התקפות סייבר, האבטחה של טופולוגיית הרשת היא דאגה גדולה. טופולוגיות מבודדות, היררכיות ומפולחות יכולות להגביל את משטח ההתקפה ולהכיל איומים פוטנציאליים.
   • פילוח רשת, שבו חלקים שונים של הרשת מבודדים זה מזה, היא אסטרטגיה שיכולה להגביל את היקף ההתקפה. זה מיושם לעתים קרובות באמצעות חומות אש, אזורים מפורזים (DMZs) וטכנולוגיות אבטחה אחרות.
5. עלות ומורכבות: טופולוגיות מורכבות יותר כמו רשתות רשת יכולות לספק חוסן גבוה אך במחיר של מורכבות מוגברת ועלויות התקנה ותחזוקה גבוהות יותר.
   • חשוב לאזן בין הצורך בחוסן ובביצועים לבין התקציב הזמין להתקנה ותחזוקה של הרשת.
6. תפוצה גיאוגרפית: עבור מערכות בעלות תפוצה רחבה, כגון שירותים המשתרעים על פני אזורים גיאוגרפיים גדולים, הפריסה הפיזית של הרשת והמרחקים בין צמתים יכולים להיות גורם משמעותי בבחירת טופולוגיה.
7.  תחזוקה ופתרון בעיות: טופולוגיות מסוימות קלות יותר לפתרון בעיות מאחרות. בטופולוגיית כוכבים, למשל, ניתן לאתר בעיות לעתים קרובות למרכז המרכזי, בעוד שבטופולוגיית רשת, אבחון בעיות יכול להיות מאתגר יותר בגלל החיבורים הרבים.
8. אינטגרציה עם מערכות קיימות: סביבות OT רבות אינן בנויות מאפס אלא מתפתחות עם הזמן. הטופולוגיה הנבחרת צריכה, במידת האפשר, להשתלב היטב עם מערכות קיימות, או שיש לפתח תוכנית הגירה.
9. דרישות רגולציה ותאימות: בתעשיות מסוימות, עשויות להיות דרישות רגולטוריות המכתיבות היבטים מסוימים של טופולוגיית הרשת, במיוחד לגבי אבטחה וחוסן.
10. מוכחת לעתיד הטכנולוגי הצפוי: הטופולוגיה הנבחרת צריכה לא רק לענות על הצרכים הנוכחיים של סביבת ה-OT, אלא גם להיות ניתנת להתאמה וניתנת להרחבה כדי לענות על צרכים עתידיים ככל שהטכנולוגיות מתפתחות.
11. תנאים סביבתיים: הסביבה הפיזית שבה פועלת מערכת ה-OT (למשל, טמפרטורות קיצוניות, לחות, הפרעות אלקטרומגנטיות) יכולה גם להשפיע על בחירת הטופולוגיה.

לסיכום, בחירת הטופולוגיה הנכונה ב-OT היא החלטה רב-גונית הכוללת פשרות בין חוסן, אבטחה, ביצועים, עלות ומורכבות. זה דורש ניתוח מפורט של הצרכים והאילוצים הספציפיים של סביבת ה-OT, כמו גם פרספקטיבה צופה פני עתיד כדי להבטיח שהרשת תוכל להסתגל לשינויים ואתגרים עתידיים.

ארכיטקטורות תקשורת ב-OT

סביבות טכנולוגיות תפעול תעשייתיות (OT) כגון מפעלים, שירותים ותשתיות קריטיות מסתמכות על רשתות תקשורת לחיבור חיישנים, בקרים, ממשקי אדם-מכונה ומערכות ניטור ובקרה. לרשתות אלו יש דרישות ייחודיות בהשוואה לרשתות IT ארגוניות.

סביבות תעשייתיות OT כוללות מגוון רחב של טכנולוגיות וארכיטקטורות תקשורת המשמשות להעברת נתונים בין מערכות בקרה, התקני שטח, תחנות הפעלה ופלטפורמות IT. הארכיטקטורה צריכה להתמודד עם אתגרים ייחודיים כגון ביצועים בזמן אמת, זמינות גבוהה ואבטחת מידע.

• דרישות תקשורת OT: רשתות OT מדגישות אמינות, זמינות גבוהה, אספקת נתונים בזמן אמת ותמיכה בפרוטוקולים תעשייתיים מגוונים. יש למזער את השהיה וריצוד. הפסקות יכולות להשפיע על תהליכים פיזיים ובטיחות. יש צורך בגישה מרחוק מאובטחת ויכולות אזעקה. סדרי עדיפויות ממוקדי IT כמו אופטימיזציה של רוחב הפס הם פחות רלוונטיים.
• פרוטוקולי שדה (Fieldbus), רשתות מקומיות ו-Ethernet תעשייתי: סביבות OT כוללות מגוון פרוטוקולי תקשורת תעשייתיים שלא נפוצים בעולם ה-IT, פרוטוקולים אלה מיועדים לתקשורת מקומית עם עמידות גבוהה לשגיאות. ברמת החיישנים וההתקנים, סביבות OT משתמשות בטכנולוגיות בפרוטוקולים כגון Modbus, DH+, Profibus, FF, OPC, PROFIBUS, HART, O-Link לשליטה אמינה במכונה ברמה נמוכה. רשתות ברמת ההתקן מוחלפות יותר ויותר בגרסאות Ethernet תעשייתיות כמו PROFINET, EtherCAT ו-Ethernet/IP המציעות מהירות ויכולת פעולה הדדית גבוהות יותר תוך מענה לצרכים בזמן אמת.
• תקשורת אלחוטית: בעוד שרשתות אלחוטיות תעשייתיות כמו WirelessHART,ISA100 מציגות יתרונות כמו ניידות, הן דורשות תכנון קפדני של אבטחה, הפרעות, חביון ואמינות. אמצעי הגנה מעמיקים כמו הצפנה, אימות ופילוח מיושמים לצד רשתות קוויות חזקות ולא כתחליפים.
• ניהול רשת: פתרונות ניהול רשת מאפשרים ניטור, תפעול וניתוח הביצועים של התקשורת בסביבה התעשייתית. הם חייבים לתמוך בפרוטוקולים ייעודיים לתעשייה ולספק נראות מלאה על הרשת.
• אבטחת תקשורת OT: הגנה על הסודיות והשלמות של תקשורת OT היא קריטית בהתחשב בתלות ההדדית הסייבר-פיזית. שערים, חומות אש, זיהוי חדירה, VPNs וכלי ניטור רשת מספקים נראות והגנה מפני איומים המותאמים לפרוטוקולים תעשייתיים. יש צורך בשיטות גישה מרחוק מאובטחות.
• אינטגרציה עם רשתות ארגוניות IT: חיבור מערכות OT עם רשתות עסקיות לשיתוף נתונים דורש ניהול זהות וגישה חזק, חומרת דיודות נתונים, ארכיטקטורות DMZ וניטור כדי למנוע איומים להתפשט בין סביבות.
• שיקולי תכנון: תכנון ארכיטקטורת רשת OT חייב לערב מהנדסי OT וספקים בשלב מוקדם לצד צוותי אבטחת IT. אילוצים של "דור קודם", פריסות פיזיות, זרימות נתונים נדרשות, צרכי ביצועי רשת והשפעות בטיחות פונקציונליות דורשות סקירה מפורטת.
• אתגרי הטמעה: שילוב התקנים וארכיטקטורות רשת מודרניות תוך שמירה על תאימות עם מערכות ישנות בנות עשרות שנים יכול להיות מאתגר. אילוצי זמן פעולה של תהליכים מגבילים את חלונות השינוי. היעדר תיעוד ומומחיות ברשת OT מסבכים גם יישומים.
• מגמות וטכנולוגיות מתפתחות: פלטפורמות מחשוב קצה, 5G, TSN Ethernet, SD-WAN, IIoT וניתוח נתונים הן טכנולוגיות מתפתחות שיכולות להועיל לתקשורת ושילוב OT, בתנאי שמתייחסים לשיקולי אבטחת סייבר.
• מסקנה: תכנון רשתות תקשורת OT מאובטחות וגמישות דורש ארכיטקטורות מיוחדות, פרוטוקולים, בקרות אבטחה ונהלי יישום המותאמים לצורכי האמינות, הבטיחות והביצועים הייחודיים של סביבות ותהליכים תעשייתיים. שיתוף פעולה בין מהנדסי OT, מומחי אבטחה וספקים הוא המפתח.
• מגמות עתידיות: טכנולוגיות עתידיות כגון IIoT‏ ,5G ו- TSN יאפשרו תקשורת מהירה ואמינה יותר בסביבות התפעוליות.

ציוד תקשורת (רשת) OT

מתגים תעשייתיים (Industrial Switches)

מתגים תעשייתיים המופעלים בסביבות טכנולוגיה תפעולית (OT) הם התקני רשת מוקשחים שנועדו להתמודד עם התנאים הקיצוניים המצויים לעתים קרובות בהגדרות תעשייתיות. הם רכיבים חיוניים ברשתות תעשייתיות, המספקים קישוריות בין התקנים ברשת מקומית. 

מאפיינים ותפקידים של מתגים תעשייתיים בסביבות OT:

1. עיצוב קשוח: מתגים תעשייתיים בנויים כדי לעמוד בסביבות קשות. הם מתוכננים בדרך כלל עם רמה גבוהה של הגנה מפני אבק, מים, טמפרטורות קיצוניות ורעידות. זה הופך אותם לאידיאליים לשימוש במפעלי ייצור, מתקני ייצור חשמל ומתקנים חיצוניים שבהם הם עלולים להיות חשופים לתנאים שליליים.

2. טווח טמפרטורות מורחב: בניגוד למתגים מסחריים, מתגים תעשייתיים מיועדים לפעול בטווח טמפרטורות רחב בהרבה. הם יכולים לתפקד בתנאים קרים במיוחד כמו גם בטמפרטורות גבוהות מאוד, מה שהופך אותם מתאימים לסביבות כמו מפעלים, שבהם מכונות עשויות לייצר חום משמעותי, או הגדרות חיצוניות עם תנאי מזג אוויר משתנים.

3. אמינות ויתירות משופרים: בסביבות OT, אמינות הרשת היא קריטית. מתגים תעשייתיים מתוכננים עם תכונות כמו כניסות כוח מיותרות, סובלנות תקלות ויכולות כשל מהיר כדי להבטיח פעולה רציפה. הם בנויים כדי למזער את הסיכון לכישלון ולהתאושש במהירות כאשר מתרחשים כשלים.

4. טיפול בנתונים בזמן אמת: סביבות OT דורשות לרוב העברת נתונים בזמן אמת או כמעט בזמן אמת. מתגים תעשייתיים נועדו לטפל בנתונים רגישים לזמן ולתעדף תעבורה קריטית כדי להבטיח שהיא תגיע ליעדה בתוך מסגרת זמן קפדנית, החיונית לשליטה בתהליכים תעשייתיים.

5. תכונות אבטחה מתקדמות: לאור האופי הקריטי של מערכות תעשייתיות, מתגים תעשייתיים כוללים לרוב תכונות אבטחה מתקדמות. אלה עשויים לכלול יכולות פילוח רשת (VLANs), פונקציונליות חומת אש ושיטות הצפנה ואימות מתקדמות כדי להגן על הרשת מפני גישה לא מורשית ואיומי סייבר אחרים.

6. מדרגיות וגמישות: מתגים תעשייתיים מתוכננים לרוב להיות מודולריים וניתנים להרחבה. זה מאפשר להרחיב רשתות תעשייתיות בצורה חלקה ככל שהצרכים של סביבת ה-OT גדלים. קל להוסיף מתגים נוספים מכיוון שצריך לחבר יותר מכשירים, ובמקרים רבים ניתן להוסיף מודולים נוספים למתגים קיימים כדי להרחיב את הקיבולת והתכונות שלהם.

7. תוחלת חיים ארוכה ו-MTBF גבוה (זמן ממוצע בין תקלות - Mean Time Between Failures): מתגים תעשייתיים בנויים להחזיק מעמד. הם בנויים עם רכיבים איכותיים ומתוכננים להיות בעלי חיים תפעוליים ארוכים, להפחית את הצורך בהחלפות תכופות ולמזער את זמן ההשבתה.

8. עמידה בתקנים תעשייתיים: מתגים תעשייתיים מתוכננים לעמוד בתקנים שונים בתעשייה, כגון אלה הקשורים להפרעות חשמליות, בטיחות ותנאי סביבה. דוגמאות כוללות את IEC 61850 לאוטומציה של רשתות חשמל ו-IEEE 1613 לתקשורת בתחנות משנה חשמליות.

9. אפשרויות להרכבת מסילת DIN או מתלה: מתגים אלו מגיעים עם אפשרויות הרכבה המתאימות לסביבות תעשייתיות, כולל תושבות למסילת DIN המאפשרות להתקין אותם בארונות בקרה תעשייתיים ובמארזים.

10. תמיכה ב-PoE (Power over Ethernet): חלק מהמתגים התעשייתיים תומכים ב-PoE, המאפשר להם לספק חשמל להתקנים מחוברים (כגון חיישנים, מצלמות ובקרים) באמצעות אותם כבלים המשמשים לתקשורת נתונים. זה מפשט את ההתקנה ומפחית את צרכי הכבלים.

לסיכום, מתגים תעשייתיים המופעלים בסביבות OT מתוכננים להיות חזקים, אמינים ובטוחים, מה שמבטיח פעולות רציפות ואפקטיביות בסביבות תעשייתיות קריטיות. הם מהווים מרכיב מרכזי בתשתית של סביבות OT מודרניות, ומספקים את הקישוריות שמערכות מורכבות אלו זקוקות לה כדי לפעול בצורה יעילה ובטוחה.

נתבים תעשייתיים (Industrial Routers)

נתבים תעשייתיים המועסקים בסביבות טכנולוגיה תפעולית (OT) הם התקני רשת המחברים מקטעים שונים של רשת ומכוונים ביניהם מנות נתונים. בניגוד לנתבים מסורתיים המשמשים במשרד או בבית, נתבים תעשייתיים נועדו לעמוד בתנאים המאתגרים של סביבות תעשייתיות. הם ממלאים תפקיד מרכזי באפשרות תקשורת בין חלקים שונים של מערכת תעשייתית, כמו גם בין המערכת התעשייתית לרשתות חיצוניות (כולל האינטרנט). 

מאפיינים ותפקידים של נתבים תעשייתיים בסביבות OT:

1. עיצוב קשוח: נתבים תעשייתיים בנויים להיות חזקים ועמידים. הם סגורים בדרך כלל במארזים קשים ברמה תעשייתית, עמידים בפני אבק, מים וחומרים קורוזיביים. הם מתוכננים לעמוד בפני פגיעות פיזיות ורעידות, מה שהופך אותם מתאימים לפריסה בסביבה תעשייתית קשה.

2. טווח טמפרטורות עבודה רחב: נתבים אלו מתוכננים לפעול ביעילות בתנאי טמפרטורה קיצוניים, בין אם זה קר מאוד או חם מאוד, מה שהופך אותם למתאימים לסביבות כגון מפעלים, מתקנים חיצוניים או תנאים קיצוניים אחרים.

3. תכונות אבטחה מתקדמות: אבטחה היא דאגה עליונה בסביבות OT. נתבים תעשייתיים כוללים לרוב תכונות אבטחה מתקדמות כגון תמיכה ב-VPN, פונקציונליות חומת אש ושיטות אימות מאובטחות. הם עשויים גם לתמוך במערכות זיהוי חדירות (IDS) ומערכות למניעת חדירות (IPS) כדי להגן על הרשת מפני איומי סייבר.

4. פילוח רשתות וניתוב: ניתן להשתמש בנתבים תעשייתיים ליצירת מקטעי רשת נפרדים בתוך סביבה תעשייתית, שהיא אסטרטגיית מפתח לשיפור אבטחת הרשת. הם מנהלים את ניתוב הנתונים בין מקטעים אלה לרשתות אחרות, ומבטיחים שהנתונים מגיעים למקום הנדרש תוך שמירה על אבטחה.

5. גישה מרחוק וניטור: נתבים תעשייתיים מאפשרים גישה מרחוק לרשתות OT, המאפשרים ניטור ותחזוקה מרחוק של מערכות תעשייתיות. זה חשוב במיוחד עבור סביבות OT שהן מפוזרות גיאוגרפית או קשות לגישה.

6. יתירות וכשל: כדי להבטיח פעולה רציפה, נתבים תעשייתיים תומכים לעתים קרובות ביכולות יתירות רשת וביכולות כשל. אם נתיב רשת אחד נכשל, הנתב יכול לעבור במהירות לנתיב גיבוי, ולמזער את זמן ההשבתה.

7. ניהול איכות השירות (QoS): נתבים תעשייתיים יכולים לתעדף סוגים מסוימים של תעבורת רשת כדי להבטיח שמידע קריטי, כגון אותות בקרה למכונות, מועבר ללא דיחוי. זה חיוני למערכות OT הדורשות תקשורת בזמן אמת או כמעט בזמן אמת.

8. תמיכה בפרוטוקולי תקשורת שונים: סביבות OT משתמשות לעתים קרובות בשילוב של פרוטוקולי תקשורת סטנדרטיים וספציפיים לתעשייה. נתבים תעשייתיים נועדו לתמוך במגוון רחב של פרוטוקולים אלה, ופועלים כגשר בין חלקים שונים של מערכת ה-OT ורשתות חיצוניות.

9. מדרגיות: ככל שפעולות תעשייתיות גדלות או משתנות, הרשת חייבת להסתגל. נתבים תעשייתיים הם לרוב מודולריים, המאפשרים הרחבה קלה של קיבולת הרשת והפונקציונליות.

10. עמידה בתקנים תעשייתיים: כמו מתגים תעשייתיים, נתבים תעשייתיים מתוכננים לעמוד בתקנים שונים בתעשייה המכתיבים ביצועים, אבטחה וחוסן סביבתי.

11. קישוריות מאובטחת מרחוק (VPN): נתבים תעשייתיים רבים תומכים בטכנולוגיות Virtual Private Network (VPN), המאפשרות חיבורים מאובטחים ומוצפנים דרך האינטרנט או רשתות אחרות. זה חיוני לאפשר ניטור ותחזוקה מרחוק תוך שמירה על אבטחה גבוהה.

12. חומת אש משולבת ו-NAT: לרוב, לנתבים תעשייתיים יש יכולות מובנות של חומת אש ופונקציונליות של תרגום כתובות רשת (NAT). תכונות אלו חיוניות להגנה על הרשת הפנימית מפני גישה בלתי מורשית והתקפות.

לסיכום, נתבים תעשייתיים הם מרכיב קריטי בסביבות OT, המשמשים כנקודת חיבור המחברת ומאבטחת חלקים שונים של רשת תעשייתית. העיצוב המחוספס והתכונות המתקדמות שלהם מבטיחים שהם יכולים לספק קישוריות אמינה ומאובטחת אפילו בהגדרות התעשייתיות המאתגרות ביותר.

בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (Programmable Logic Controllers - PLC)

בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) הם מרכיבים בסיסיים בסביבות תעשייה וייצור מודרניות, המשמשים כמוחות מאחורי תהליכים אוטומטיים. בסביבות טכנולוגיה תפעולית (OT), PLCs אחראים לבקרה בזמן אמת של מכונות, תהליכים ומערכות. 

מאפיינים ותפקידים של PLCs בסביבות OT:

1. פונקציונליות בסיסית: PLCs הם מחשבים מוקשחים שנועדו לבצע פונקציות בקרה, במיוחד עבור יישומים תעשייתיים. הם מנטרים אותות כניסה מחיישנים שונים, ומבוססים על לוגיקה מתוכנתת מראש, מייצרים אותות פלט לשליטה בציוד, כגון מנועים, שסתומים ומפעילים.

2. עיצוב קשוח: PLCs בנויים כדי לעמוד בסביבות תעשייתיות קשות. הם עמידים לטמפרטורות קיצוניות, אבק, לחות, רעידות ורעש חשמלי - תנאים שבהם מחשבים רגילים ייכשלו.

3. תפעול בזמן אמת: אחת התכונות המרכזיות של PLCs היא היכולת שלהם לפעול בזמן אמת. הם נועדו לעבד תשומות ולייצר פלטים במסגרת זמן שמקובלת לתהליך שהם שולטים בהם, שהוא לרוב בסדר גודל של אלפיות שניות.

4. מדרגיות וגמישות: PLCs מגיעים בגדלים וביכולות שונות, החל מיחידות קטנות (מיקרו וננו PLC) המתאימות למשימות בקרה פשוטות, ועד למערכות מודולריות גדולות שיכולות לשלוט בתהליכים תעשייתיים מורכבים. ניתן להרחיב אותם בקלות על ידי הוספת מודולי קלט/פלט נוספים (I/O) וניתן לחבר אותם ברשת למערכות נרחבות יותר.

5. התנהגות דטרמיניסטית: PLCs פועלים לפי לוח זמנים או מחזור קבוע, סורקים את התשומות שלהם, מפעילים את הלוגיקה שלהם ומעדכנים את הפלטים שלהם באופן עקבי וצפוי. התנהגות דטרמיניסטית זו היא קריטית לבטיחות ואמינות תהליכים.

6. תכנות ותצורה: PLCs מתוכנתים באמצעות שפות מיוחדות המוגדרות בתקן IEC 61131, כולל Ladder Logic, Structured Text, Function Block Diagram ועוד. זה מאפשר למהנדסים לפתח אסטרטגיות בקרה המתאימות לצרכים הספציפיים שלהם.

7. אינטגרציה עם מערכות אחרות: PLCs ניתן לשלב בקלות לתוך מערכת בקרה תעשייתית רחבה יותר. הם יכולים לתקשר עם PLCs אחרים, ממשקי אדם-מכונה (HMIs), מערכות בקרת פיקוח ורכישת נתונים (SCADA) והתקנים אחרים באמצעות פרוטוקולי תקשורת תעשייתיים.

8. בטיחות ואבטחה: PLCs בטיחותיים הם קטגוריה מיוחדת של PLCs שנועדו לעמוד בתקני בטיחות מחמירים (למשל, IEC 61508) ומשמשים ב- Safety Instrumented Systems (SIS) שבהן בטיחות חיי אדם או הסביבה מונחת על כף המאזניים.

9. אבחון ותחזוקה: ל-PLC יכולות אבחון מובנות המאפשרות להם לזהות ולדווח על בעיות במערכת הבקרה. זה מסייע בתחזוקה בזמן ומפחית את זמן ההשבתה.

10. הצלחה היסטורית וקהילה: PLCs היו אבן היסוד של מערכות בקרה תעשייתיות במשך שנים רבות. ישנה קהילה גדולה של מהנדסים שהוכשרו בתכנות PLC, ושפע של ידע, שיטות עבודה מומלצות ומודול לוגיקה מובנים מראש שניתן למנף אותם.

11. שיקולי אבטחת סייבר: ככל ש-PLC נעשים יותר מחוברים, אבטחת הסייבר של מכשירים אלה הופכת חשובה יותר ויותר. PLCs חדשים יותר נבנים עם תכונות אבטחה מתקדמות יותר, כולל היכולת להצפין תקשורת ולדרוש אימות משתמש.

לסיכום, PLCs הם מרכיב קריטי בסביבות OT, המאפשרים אוטומציה ובקרה של תהליכים תעשייתיים באמינות, יעילות ודיוק. הם התפתחו כדי לשלב יכולות רשת, זיכרון משמעותי יותר ותכונות אבטחה משופרות, המשקפים את המורכבות והקישוריות ההולכת וגוברת של מערכות תעשייתיות מודרניות.

תקשורת של PLC לרשת

בדרך כלל, PLC מתחבר לרכיבים אחרים ברשת OT באמצעות אחד מהפרוטוקולים הבאים:

1. Modbus: פרוטוקול תקשורת טורית פשוט ומהיר המשמש להעברת נתונים בין PLC לבין התקנים אחרים.
2. Ethernet/IP: פרוטוקול תקשורת מבוסס Ethernet המשמש להעברת נתונים בין PLC לבין התקנים אחרים.
3. DeviceNet: פרוטוקול תקשורת מבוסס Ethernet המשמש להעברת נתונים בין PLC לבין התקנים אחרים.
4. Profibus: פרוטוקול תקשורת מבוסס CAN המשמש להעברת נתונים בין PLC לבין התקנים אחרים.
5. EtherCAT: פרוטוקול תקשורת מבוסס Ethernet המשמש להעברת נתונים בין PLC לבין התקנים אחרים.

הבחירה בפרוטוקול תקשורת תלויה במספר גורמים, כגון:

• הטווח הדרוש: חלק מהפרוטוקולים תוכננו לטווח קצר, בעוד שאחרים תוכננו לטווח ארוך יותר.
• קצב העברת הנתונים הדרוש: חלק מהפרוטוקולים תוכננו לקצבי העברת נתונים גבוהים, בעוד שאחרים תוכננו לקצבי העברת נתונים נמוכים יותר.
• העלות: חלק מהפרוטוקולים יקרים יותר מאחרים.
• הערוצים הנפוצים ביותר המשמשים לתקשורת PLC עם רכיבים אחרים ברשת OT כוללים:
• כבלים טוריים: כבלים טוריים משמשים לתקשורת בין PLC לבין התקנים אחרים במרחקים קצרים.
• כבלים Ethernet: כבלים Ethernet (RJ45) משמשים לתקשורת בין PLC לבין התקנים אחרים במרחקים ארוכים יותר.
• כבלים CAN: כבלים CAN משמשים לתקשורת בין PLC לבין התקנים אחרים במרחקים קצרים.

יחידות מסוף מרוחקות (Remote Terminal Units  - RTUs)

יחידות מסוף מרוחקות (RTU) הן מרכיבים חיוניים של מערכות בקרה תעשייתיות, במיוחד במערכות בקרה ורכישת נתונים (SCADA) הנפוצות בסביבות טכנולוגיות תפעוליות (OT). RTUs מתוכננים להתממשק עם חיישנים ומפעילים, לאסוף מהם נתונים ולשלוח את הנתונים הללו בחזרה למערכת בקרה מרכזית, כגון מערכת SCADA. מנגד, הם יכולים גם לקבל פקודות בקרה ממערכת הבקרה המרכזית וליישם פקודות אלו באופן מקומי. להלן, אני מתאר את התכונות, הפונקציות והיתרונות של RTUs בסביבות OT:

מאפיינים ותפקידים של RTUs בסביבות OT:

1. רכישת נתונים ובקרה: RTUs נועדו לאסוף נתונים ממכשירי שטח שונים כגון חיישנים ומדים, ולשלוח פקודות בקרה למפעילים כמו שסתומים ומנועים. הם ממלאים תפקיד קריטי בניטור ושליטה על מתקנים מרוחקים או מבוזרים.

2. עיצוב מוקשח ואמין: RTUs מותקנים לעתים קרובות בסביבות קשות שבהן עמידות לטמפרטורות קיצוניות, לחות, אבק ורעש חשמלי חיונית. הם מתוכננים להיות אמינים ביותר ומסוגלים לפעול ללא השגחה לתקופות ממושכות.

3. תפעול בזמן אמת: RTUs מסוגלים לפעול בזמן אמת. הם יכולים לעבד תשומות ולשלוט בתפוקות במהירות כדי לעמוד בדרישות התהליכים שהם מנהלים.

4. תקשורת מרחוק: אחת המאפיינים המגדירים של RTUs היא היכולת שלהם לתקשר עם מערכת בקרה מרכזית למרחקים ארוכים. זה מושג לעתים קרובות באמצעות ערוצי תקשורת שונים כמו חיבורים סלולריים, לוויין, רדיו או קוויים.

5. לוגיקת בקרה מקומית: ל-RTU יש לעתים קרובות את היכולת לבצע לוגיקה בקרה פשוטה ללא תלות במערכת המרכזית. המשמעות היא שהם יכולים להמשיך לפעול במידה מסוימת גם אם התקשורת עם המערכת המרכזית אבדה.

6. מדרגיות: RTUs ניתנים להרחבה מבחינת מספר נקודות הקלט והפלט שהם יכולים להתמודד איתם. בדרך כלל ניתן להוסיף מודולי קלט/פלט נוספים כדי להכיל התקני שטח נוספים לפי הצורך.

7. אינטגרציה עם SCADA ו-PLCs: RTUs יכולים לעבוד בשילוב עם PLC עבור משימות בקרה מקומיות מורכבות יותר והם בדרך כלל מרכיב מפתח במערכות SCADA לניטור ובקרה מרחוק של מתקנים.

8. אמצעי אבטחה: ככל שסביבות OT הופכות מחוברות יותר, אבטחת הסייבר של RTUs חשובה יותר ויותר. RTUs מודרניים משלבים תכונות אבטחה מתקדמות כגון תקשורת מוצפנת, תמיכה ב-VPN ומנגנוני אימות משתמשים.

9. אבחון ותחזוקה: RTUs מצוידים בתכונות אבחון המאפשרות להם לזהות, לרשום ולעיתים לדווח על תקלות או מצבים חריגים. זה מסייע בתכנון תחזוקה ופתרון תקלות.

10. יעילות אנרגטית ותפעול אוטונומי: RTUs מתוכננים לעתים קרובות להיות חסכוניים באנרגיה, מכיוון שהם עשויים להזדקק לפעול במקומות שבהם החשמל מועט. חלק מה-RTUs יכולים לפעול על אנרגיה סולארית או על סוללות לתקופות ממושכות.

11. יכולת תצורה ותכנות: ניתן להגדיר RTUs כך שיתאימו לצרכים ספציפיים, ו-RTUs מודרניים רבים מאפשרים רמה מסוימת של תכנות, בדומה ל-PLC, אך בדרך כלל במידה פחותה.

לסיכום, RTUs הם רכיבים קריטיים בסביבות OT, במיוחד במתקנים גדולים ומפוזרים גיאוגרפית. הם משמשים כעיניים ואוזניים של מערכות בקרה מרכזיות, מספקים נתונים מהימנים בזמן ומהימנים מהשטח, ומאפשרים שליטה מרחוק ואוטומטית בתהליכים תעשייתיים. הם מתוכננים להיות קשיחים, אמינים ובעלי יכולת פעולה עצמאית, מה שהופך אותם למתאימים היטב לתנאים התובעניים של יישומים תעשייתיים רבים.

חיבור של RTU's לרשת

• פרוטוקולים: כמו במקרה של PLC, ה-RTUs משתמשים גם בפרוטוקולים תעשייתיים נפוצים כמו Modbus, DNP3, IEC 60870-5-101/104 ועוד.
• ערוצים: ה-RTUs יכולים להתחבר באמצעות כלל הערוצים הטכנולוגיים הרגילים - כבל אתרנט, תקשורת טורית כמו RS-232 או RS-485, ואף כבלים אופטיים. בנוסף, בהינתן שה-RTUs ממוקמים לעיתים באזורים מרוחקים או קשה לגישה, הם יכולים גם להשתמש בתקשורת אלחוטית, כולל רדיו, תקשורת סלולרית או אפילו תקשורת לווינית.
• אבטחת מידע: מאחר וה-RTUs מתחברים לעיתים לרשתות רחוקות או אלחוטיות, הדגש על אבטחת המידע הוא מרכזי. זה כולל הצפנה, אימות זהות ומנגנונים נוספים להבטחת הנתונים.

באופן כללי, אמנם ישנם דמיונים בין דרך החיבור של RTU לזו של PLC, ישנם גם הבדלים גורמיים בהתחשב במטרות השימוש השונות והצרכים הספציפיים של כל אחת מהמערכות.

יחסי הגומלין בין RTUs לבין PLCs

ברשת תעשייתית, גם יחידות מסוף מרוחקות (RTU) וגם בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) ממלאים תפקידים קריטיים, אך הם נועדו לשרת פונקציות ראשוניות שונות. למרות התפקידים המובהקים שלהם, RTUs ו-PLCs פועלים לעתים קרובות בצורה משלימה בתוך מערכות בקרה תעשייתיות, במיוחד בתוך מערכות בקרה ורכישת נתונים (SCADA). להלן מתווה של יחסי הגומלין בין RTUs ו- PLCs ברשת תעשייתית:

1. פונקציה ומטרה: PLCs מיועדים בעיקר לבקרה בזמן אמת של תהליכים תעשייתיים. הם מתוכנתים לבצע לולאה רציפה של רצף לוגי, המבוסס על תנאי קלט, השולט בתנאי הפלט. RTUs, לעומת זאת, נפרסים כדי להתממשק עם חיישנים ומפעילים במקומות מרוחקים או מבוזרים, לאסוף נתונים מהתקני שטח אלה ולהעביר נתונים אלה בחזרה למערכת בקרה מרכזית.

2. מיקום ופריסה: PLCs נמצאים לעתים קרובות על רצפת המפעל או בתוך סביבת מפעל ספציפית, קרוב למכונות שהם שולטים בהם. RTUs נפרסים בדרך כלל במיקומים מרוחקים או מבוזרים גיאוגרפית שבהם PLCs ומערכות בקרה מרכזיות אינן קיימות עקב מרחק או תנאי סביבה.

3. איסוף ותקשורת נתונים: RTUs מצטיינים באיסוף נתונים ממקומות מרוחקים והעברתם חזרה למערכת בקרה מרכזית, לרוב מערכת SCADA. PLCs עשויים גם לאסוף ולשלוח נתונים, אך בדרך כלל מתמקדים במשימות בקרה בזמן אמת בסביבתם המיידית. לכמה PLCs מתקדמים יש כעת יכולות טיפול ותקשורת בנתונים נרחבות יותר, בדומה ל-RTUs.

4. יכולת פעולה הדדית: ברשתות תעשייתיות רבות, RTUs ו-PLCs יכולים לעבוד במקביל. RTUs יכולים להעביר נתונים ל-PLC עבור משימות עיבוד ובקרה מורכבות יותר. לעומת זאת, PLCs יכולים לשלוח נתונים ל-RTUs, אשר לאחר מכן מעבירים את הנתונים הללו בחזרה למערכת הבקרה המרכזית.

5. לוגיקת בקרה מקומית: PLCs ידועים ביכולתם לבצע פעולות לוגיות מורכבות המבוססות על התשומות שהם מקבלים. הם מיועדים למשימות בקרה מורכבות בזמן אמת. ל-RTUs יכולות להיות גם יכולות בקרה מקומיות (אם כי בדרך כלל פחות מורכבות מאלו של PLC) המאפשרות להם לבצע פעולות מתוכנתות מראש אם התקשורת עם מערכת הבקרה המרכזית אובדת.

6. אינטגרציה בתוך מערכות SCADA: במערכת SCADA, PLCs ו-RTUs יכולים להיות רכיבים אינטגרליים. PLCs לרוב מטפלים בלוגיקת הבקרה בזמן אמת בנקודות שונות בתהליך, בעוד RTUs אחראים לאיסוף נתונים ממקומות מרוחקים והעברתם למערכת SCADA המרכזית.

7. אבטחה ורשת: גם PLCs וגם RTUs מתוכננים כעת עם תכונות רשת ואבטחה מתקדמות יותר בשל הצורך הגובר באבטחת סייבר בסביבות תעשייתיות.

8. השלמת תפקידים במערכת היררכית: במערכת בקרה היררכית, PLCs עשויים להיות אחראים לאוטומציה של תהליכים או מכונות ספציפיות, בעוד ש-RTUs מופקדים לעתים קרובות לאסוף נתונים מ-PLC או מכשירים אחרים ולשלוח נתונים אלה במעלה ההיררכיה ל-SCADA או למערכת הניטור המרכזית.

9. תצורה והתאמה: גם RTUs וגם PLCs הופכים ניתנים להתאמה וניתנים להגדרה, ומאפשרים מגוון גדול יותר של יישומים ויכולת פעולה הדדית בין המכשירים.

לסיכום, בעוד RTUs ו-PLCs משרתים פונקציות עיקריות שונות בתוך רשת תעשייתית, הם משלימים מאוד. RTUs משמשים בדרך כלל כגשר איסוף הנתונים והתקשורת בין התקני שטח מרוחקים ומערכות בקרה מרכזיות, בעוד ש-PLC מתמקדים בשליטה בזמן אמת של תהליכים ומכונות תעשייתיות. יחד, הם יוצרים מערכת בקרה תעשייתית מגובשת ויעילה, במיוחד בתוך מערכות SCADA, המאפשרות גם בקרה מקומית וגם ניטור וניהול מרחוק של תהליכים תעשייתיים.

יכולת הפעולה ההדדית בין RTU, PLC, חיישן ו-Operator ברשת תעשייתית

ברשת תעשייתית, יכולת הפעולה ההדדית בין יחידות מסוף מרוחקות (RTUs), בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC), חיישנים ומפעילים (ממשקי אדם-מכונה או HMIs) היא קריטית לתפעול יעיל ואפקטיבי של המערכת. להלן סקירה כללית של יכולת הפעולה ההדדית בין רכיבים אלה:

1. אינטראקציה של חיישן - PLC/RTU

חיישנים הם מכשירים המודדים תכונות פיזיקליות (כגון טמפרטורה, לחץ, מפלס, זרימה וכו') וממירים אותם לאותות שניתן לקרוא על ידי מכשיר או צופה. חיישנים שולחים נתונים ל-PLCs ו-RTUs: מכשירים אלה אוספים נתונים מחיישנים שונים ללא הרף. לדוגמה, חיישן טמפרטורה בתהליך ייצור עשוי לשלוח נתונים ל-PLC או RTU.

PLCs מתוכנתים לקבל החלטות על סמך נתוני חיישנים. הם מפעילים לוגיקה בקרה המגיבה בזמן אמת לכניסות חיישנים, לרוב על ידי שליחת פקודות למפעילים כדי לשנות את המצב של תהליך פיזי.

RTUs, למרות שהם דומים ל-PLCs בכך שהם יכולים לעבד נתוני חיישנים, משמשים לעתים קרובות יותר לאיסוף נתונים מרחוק ולשידור חזרה למערכת בקרה מרכזית ולא לבקרה בזמן אמת.

2. אינטראקציה של PLC - מפעיל (HMI)

ממשקי מכונה אנושיים (HMI) הם ממשקי המשתמש המחברים מפעילים ל-PLC בהגדרת יצרן.

מפעילים משתמשים ב-HMI כדי לפקח על המצב של תהליך מבוקר PLC: לדוגמה, מפעיל עשוי לנטר את הטמפרטורה של תנור באמצעות HMI שמחובר ל-PLC.

מפעילים משתמשים ב-HMI כדי להזין פקודות ל-PLC: מפעיל עשוי להצטרך לשנות את נקודת ההגדרה של תהליך, דבר שהם יכולים לעשות דרך ה-HMI. לאחר מכן הפקודה נשלחת מה-HMI ל-PLC, שמתאים את הפלטים שלו בהתאם.

3. RTU - אינטראקציה של מפעיל (מערכת בקרה מרכזית)

RTUs אוספים נתונים מחיישנים ומכשירי שטח אחרים ומשדרים אותם בחזרה למערכת בקרה מרכזית או למערכת SCADA, שם ניתן לנטר אותם על ידי מפעילים אנושיים.

מפעילים יכולים לשלוח פקודות ל-RTUs דרך מערכת הבקרה המרכזית, אשר לאחר מכן מעבירות את הפקודות הללו למכשירי שטח (כמו מפעילים או חיישנים) לפי הצורך.

4. חיישן - אינטראקציה עם מפעיל באמצעות PLC/RTU

מפעילים עוקבים אחר נתוני חיישנים באמצעות ה-PLC או RTU וממשק מערכת הבקרה המרכזית. לדוגמה, מפעיל יכול לראות את הטמפרטורה הנוכחית של תהליך על מסך ה-HMI או ה-SCADA שלו, הנמדד על ידי חיישן ונשלח דרך PLC או RTU.

מפעילים יכולים להגיב לנתוני חיישנים על ידי התאמת נקודות קבע או אזעקות דרך ה-HMI או ממשק מערכת הבקרה המרכזית שלהם.

5. אינטראקציה PLC - RTU

במערכות מסוימות, PLCs ו-RTUs צריכים לתקשר זה עם זה. לדוגמה, PLC עשוי לשמש לשליטה בזמן אמת על תהליך מקומי, בעוד RTU עשוי לשמש לאיסוף נתונים ממספר PLCs ולשדר אותם בחזרה למערכת SCADA מרכזית.

PLCs עשויים לשלוח נתונים מעובדים או גולמיים ל-RTUs, אשר צוברים נתונים ממספר מקורות ושולחים אותם למערכת בקרה מרכזית.

6. תקנים ופרוטוקולים של יכולת פעולה הדדית

כדי שכל האינטראקציות הללו יתפקדו בצורה חלקה, פרוטוקולי תקשורת סטנדרטיים (כמו Modbus, DNP3 או IEC 61850) חיוניים. פרוטוקולים אלה מגדירים כיצד PLCs, RTUs, חיישנים ומערכות HMIs/SCADA מדברים זה עם זה.

ברשת תעשייתית, רכיבים אלה מתוכננים לעבוד יחד בצורה חלקה כדי לאפשר גם שליטה אוטומטית בתהליכים תעשייתיים וגם פיקוח ואינטראקציה אנושית בעת הצורך. המערכת הכוללת מאפשרת ניטור ובקרה בזמן אמת של תהליכים תעשייתיים, כאשר נתונים זורמים בחופשיות בין חיישנים, PLCs, RTUs ומפעילים אנושיים, מה שמאפשר קבלת החלטות בזמן ומושכל.