مشخصات فنی سیستم اسکادا در شبکه آبرسانی
هدف اصلی و ویژگی شاخص سیستم اسکادا، کنترل، نظارت و جمع آوری اطلاعات به روش زیر می باشد:
- مانیتورینگ و کنترل از راه دور از یک مرکز (هدایت اتوماتیک)
- جمع آوری داده ها و نتایج حاصل از کارکرد (شرایط نرمال و یا خطا) و به کار انداختن سیستم های هشدار در جهت کاستن از حضور نیروی انسانی و واکنش سریع به هر گونه خطا
- جمع آوری، ذخیره و تجزیه و تحلیل اطلاعات به دست آمده از عملکرد ایستگاه ها در راستای دست یابی به اهداف مدیریتی سیستم
حال، مشخصات فنی سیستم اسکادا (SCADA SYSTEM) به طور کامل مورد بررسی قرار می گیرد:
الزامات کاربران سيستم اسکادا
1. شناخت سيستم
سیستم اسکادا به صورت پروتکلی باز و قابل بسط بوده و در آن حد نهایت به وجود نخواهد آمد. هم چنین توان پذیرش و ارتقاء سخت افزارها و نرم افزارهای کاربردی گوناگون و جدید را خواهد داشت و نیز می تواند فناوری های گوناگون را در جهت افزایش امنیت و اطمینان به کار گیرد. به کار گیری سیستم برای اپراتورها آسان و قابل درک بوده و نگهداری و بهره برداری از آن ساده خواهد بود.
سیستم به گونه ای طراحی شده که می تواند از یک فرمت و منوی “Drop Down Menu” از نوع ویندوز در جهت ایجاد امکانات Help و انجام چندین کار هم زمان (Multi-Tasking) بهره گرفته، هم چنین پیکربندی (Configuration) آن آنلاین بوده و می تواند از پایگاه های اطلاعاتی پشتیبانی کند.
واحد ترمینال کنترل از راه دور (RTU) و واحدهای کنترل کننده در تمام نقاط سیستم تأسیسات آب و فاضلاب وجود خواهند داشت. اما وقفه در کار هر یک از این واحدهای خودکار موجب از کار افتادن سیستم اصلی نظارت و یا سایر واحدهای کنترل نمی گردد.
اگر خطا و وقفه ای در یکی از واحدهای کنترل محلی یا RTU رخ دهد، بخش مربوط به آن واحد کنترل، به صورت دستی از محل کنترل می شود. بر این اساس، RTU قابلیت ذخیره سازی اطلاعات را با استفاده از حافظه داخلی حداقل خود به مدت 1 ماه خواهد داشت.
پردازشگرRTU می تواند برنامه های اجرایی جدید را نیز از هر یک از نودهای (Nods) موجود روی شبکه کامپیوتری اسکادا که در ایستگاه اصلی آن قرار دارد، بدون آن که در قابلیت RTU از نظر کنترل وقایع، تغییرات و عیوب اثر بگذارد؛ دانلود کند. در واقع همیشه ارتباطی دائمی بین RTU و اسکادا برقرار است که امکان کنترل لاجیک برنامه RTU از طریق اسکادا را امکان پذیر می کند. RTU بیش از یک لاجیک برنامه قابل اجرا در اختیار دارد که در صورت نیاز بین آن ها سوئیچ انجام می دهد. تمام حافظه با این لاجیک ها قابل اجرا خواهد بود که نوع آن، Flash ROM می باشد.
2. معماری سيستم اسکادا
معماری سیستم اسکادا امکانات زیر را فراهم خواهد کرد:
- معماری سرویس گیرنده / سرویس دهنده
- کارکرد مستقل تنها با یک سرویس دهنده
سرویس دهنده های اضافی مختص کاربرانی است که در انتقال داده ها شریک هستند. به طوری که سرویس دهنده کامل Redundant به وجود آید. در واقع کامپیوترهای سیستم اسکادا به صورت سرویس دهنده هایی هستند که به یک Redundant Ethernet LAN متصل می شوند. شبکه کنترل مرکزی به صورت Redundant می باشد، یعنی هرگاه هر کدام از سرویس دهنده ها یا اجزای شبکه از کار افتاد، سیستم Redundant به صورت اتوماتیک و در کم ترین زمان ممکن عملیات را مدیریت کرده و از آسیب، از دست رفتن اطلاعات و صدور فرامین جلوگیری می کند. انتقال داده ها در برگیرنده پیکربندی، داده های پرسرعت (Real Time Data) و طبقه بندی شده و فهرست وقایع می باشد. به روز رسانی بانک اطلاعاتی سیستم نیز به روش افزایشی (ترتیب مشخص) صورت می گیرد.
معماری سیستم با فراهم کردن شرایط زیر قابل توسعه و مقایسه می گردد:
– تعداد نامحدود سیستم های سرویس دهنده
– تعداد نامحدود نمایشگرهای سرویس گیرنده
زمانی که چندین سرویس دهنده مورد استفاده قرار می گیرد، سیستم، قابلیت پیکربندی از طرف هر کدام از سرویس گیرنده ها به صورت منفرد را خواهد داشت.
3. بانک اطلاعاتی اسکادا
بانک اطلاعاتی اسکادا دارای حافظه دائمی بوده، طراحی آن از نوع به هم پیوسته می باشد و برای عملکرد بی وقفه (Real Time) و شئ گرا (Object Oriented) بهینه شده و سازمان آن ساختار سلسله مراتبی دارد. بانک اطلاعاتی، از قالب بندی مورد استفاده کاربر، همراه با نمونه قالب بندی هایی که به عنوان پیکربندی استاندارد به صورت مداوم مورد استفاده قرارخواهد گرفت؛ پشتیبانی می کند. این عمل، مدیریت پیکر بندی مشترک را از یک نقطه مستقل در بانک اطلاعاتی میسر خواهد کرد. ابطال پیکربندی نمونه در هر لحظه امکان پذیر خواهد بود.
قالب های پیکربندی استاندارد از نوع چند موضوعی (Multiple Object) و به صورت زیر بوده ولی محدود به آن ها نخواهد بود:
- موضوعات مربوط به نقاط (Point Objects)
- موضوعات مربوط به RTU یا PLC
- نمودارها (Trends)
- موضوعات منطقی (Logic Objects)
- جداول (Schedules)
- موضوعات مربوط به ارتباطات (Link Objects)
4. سطوح مشارکتی بهره بردار
نرم افزار اسکادا دارای توانایی پشتیبانی چندین نمایشگر سرویس گیرنده محلی و کنترل از راه دور خواهد بود. امکانات مربوط به نمایش توسط LAN ,WAN در دسترس می باشد.
هم چنین اسکادا قابلیت استفاده از Web روی کامپیوترهای رومیزی و متصل به هم با تمام امکانات نمایشی و بهره برداری بدون نیاز به نصب نرم افزارهای اضافی را دارا می باشد. تغییراتی که نسبت به سرویس دهنده اسکادا انجام می گیرد موجب انجام فرایندهای اضافی در سرویس گیرنده های Web نمی شود.
هر نمایشگر سرویس گیرنده تمام اختیار (Full Function)، برای این که بتواند به یک یا چند سیستم سرویس دهنده متصل شود، قابل برنامه ریزی خواهد بود. نمایشگرهای سرویس گیرنده تمام اختیار، در صورتی که تغییر حالتی در سرویس دهنده اتفاق بیفتد به طور خودکار از سیستم خارج شده و به نود یک سرویس دهنده Redundant متصل می شوند.
5. ميميک (صفحات HMI)
میمیک های سیستم اسکادا محدوده وسیعی از قابلیت های گرافیکی را پشتیبانی می کنند. اجزای میمیک ها چند لایه و شئ گرا بوده و می توانند با سایر میمیک ها ادغام گردند. امکانات گرافیکی که درون یک میمیک قرار دارد نیز شئ گرا بوده و توانایی انجام بلادرنگ ویژگی های درون میمیک را خواهد داشت. هم چنین انیمیشن که شامل موارد زیر بوده ولی محدود به آن نمی شود، را نیز پشتیبانی می کند:
- Fill Factors
- Fill Colors
- چرخش (Rotation)
- موقعیت (Position)
- ویژگی های متن (Text Attributes)
- ضخامت خطوط (Line Thickness)
- شفافیت (Transparency)
- Alpha Blending
- Multi-Rate Flashing
منوهای موضوعی با کلمات مربوطه (Context Sensitive Object) آن ها که از میمیک قابل دسترسی باشد:
- پذیرش آلارم از میمیک
- صدور کنترل از میمیک
- نوشته های بهره بردار
- کلمات ابزاری (Tool Tips)
- امکان ارتباط ابرپیوندها با سایر نرم افزارهای با فرمت (HTML, PDF, MS Office Suite Documents)
6. راه اندازی
سیستــم اسکادا بدون مراقبت و بدون نیاز به ایمنی راه اندازی می شود. برای راه اندازی سرویس اسکادا از ویندوز استفاده می شود و برای آغاز کار احتیاجی به رابطه بین انسان و ماشین (HMI) وجود نخواهد داشت. راه اندازی ویندوز قبل از شروع به کار نمایشگر سرویس گیرنده انجام می گیرد که این خود، ایمنی بیش تری به دنبال خواهد داشت. خاموش کردن نمایشگر سرویس دهنده (از جمله روی نود سرویس دهنده) بر سایر کاربران و یا سرویس دهنده تاثیرگذار نیست اما مجوزهای اداری لازم جهت خاموش کردن سرویس دهنده اسکادا لازم است.
7. پيکربندی
نرم افزار اسکادا دارای پیکربندی آنلاین و به صورت کامل یکپارچه است و از تمام پارامترهای بانک اطلاعاتی که شامل موارد زیر بوده ولی محدود به آن ها نمی گردد، فراهم آورده شده است:
- کانال های ارتباطی
- ایستگاه های خارج از اتاق کنترل، PLC
- نقاط کنترلی
- توالی (Sequences)
- جداول
- هدایت آلارم
- میمیک ها
- جداول وقایع/گراف ها
- گزارشات
تغییر در پیکربندی می تواند از طریق ایستگاه های کار محلی و کنترل از راه دور و با مجوز خاص قابل انجام باشد.
8. مديريت آلارم
سیستم آلارم امکاناتی را فراهم می نماید که در کارکردهایی خاص، آلارم به راه انداخته شود. این امکانات در بخش یکپارچه سیستم و درون آن قرار گرفته و شامل موارد زیر بوده ولی محدود به آن نمی گردد:
- معیارهای پیکربندی برای واکنش در برابر آلارم
- افزایش اولویت آلارم
- انتقال آلارم به کاربران از طریق سیستم پیام کوتاه
- انتقال آلارم به کاربران از طریق E-mail
- فعال نمودن سایر واکنش ها از جمله توالی ها
برای اعلام خطر یا پیج کردن، امکانات یکپارچه ای بدون نیاز به کاربرد نرم افزار اضافی فراهم شده است. امکانات اعلام خطر به گونه ای می باشد که کاربر می تواند از لیست و جداول به دست آمده که در آن ها زمان وقوع آلارم نیز قید گشته، به جهت مدیریت آلارم استفاده کرده و در تشکیل مجدد پیکربندی نیز به کار ببرد.
سرویس گیرنده های تمام اختیار، می توانند شرایط صوتی اعلام آلارم را نیز فراهم کنند، ضمن این که قابلیت تغییر آلارم را از نظر تن صدا، رنگ و سایر ویژگی ها بر پایه اولویت آن ها را نیز در اختیار دارند.
9. ثبت وقايع
سیستم، تسهیلات مربوط به لاگینگ وقایع (Event Logging) را به صورت امکانی درونی و بدون نیاز به افزایش کارایی و یا نرم افزار دیگر فراهم خواهد آورد. این تسهیلات از لیست آلارم مجزا بوده و از قابلیت وارد کردن توضیحات توسط کاربر در هر نقطه ای از لیست وقایع برخوردار خواهد بود.
فهرست وقایع توسط نرم افزاری شبیه SQL قابل دست یابی بوده و یا با ورود کاربر از طریق نمایش به شکل فرم فیلتر می شود. داده هـــای وقایع در یـــک بانک اطالاعاتی ارتباطی و سری زمانی ذخیره می شوند. هر واقعه ای که ثبت می شود متشکل از تعداد دفعات وقوع، کاربر مسئول، نام نقطه وقوع، پیغام مربوطه و علت لاگینگ واقعه می باشد.
ثبت وقایع، موارد ذیل را نیز پوشش می دهد:
- مشارکت ODBC/SQL با داده های وقایع
- فیلتر و مرور کردن از طریق سرویس گیرنده تمام اختیار
- فیلتر و مرور کردن از سرویس گیرنده Web
10. داده های زمانی
سیستم اسکادا امکانات تاریخ نگار داده ها را با تسهیلات استاندارد ذیل و بــدون استفاده از اجـــزای نرم افزاری خارجی و اضافی فراهم می نماید:
- بانک اطلاعاتی به صورت سری های زمانی
- رابط بین ODBC/SQL نسبت به روند تاریخی داده ها
- داده های تاریخی که با تعداد دفعات وقوع، موارد قابل اهمیت و وضعیت هشدار دهندگی آن ذخیره می گردد.
- ذخیره سازی تاریخی که باید بر اساس معیارهای قابل پیکربندی از جمله زمان، بین نمونه ها و تغییر وضعیت هشدار دهندگی انجام می گیرد.
- قابلیت فشرده سازی
11. امنيت سيستم و دسترسی به آن
سیستم اسکادا می باید از امنیت بالایی برخوردار باشد. بدین منظور نرم افزار اسکادا به نحوی عمل میکند که امنیت سیستم تا پایین ترین نقطه داده ها وجود داشته باشد، کلیه کاربران و گروه های کاربر، پشتیبانی شوند و به طور کلی قابلیت سیستم از نظر امنیتی و دسترسی به هر یک از سطوح بانک اطلاعاتی اسکادا فراهم گردد.
12. دسترسی آزاد
به منظور سهولت دستیابی به گزارشاتی با کارآیی بالا (Customized) و ایجاد تغییرات خارجی داده ها، نرم افزار اسکادا امکان اتصال به بانک اطلاعاتی را از طریق OPC و ODBC مربوطه بدون نیاز به مدول و یا نرم افزارهای اضافی خواهد داشت. پیوستگی با قابلیت های گوناگون مایکروسافت و از طریق کامپیوتر رومیزی به راحتی امکان پذیر خواهد بود.
13. گــزارشات
یک بسته نرم افزاری، با امکان گزارش گیری که بتواند در حالت های زیر به کار افتاده و گزارشات لازم را تولید، چاپ و استخراج کند؛ به کار گرفته می شود:
- با وقایع سیستم اسکادا
- با درخواست کاربر
- با برنامه های زمان بندی شده معین
تولید گزارشات با استفاده از آخرین فناوری ها در دستیابی به بانک اطلاعاتی صورت گرفته و می تواند داده ها را از بانک اطلاعاتی های متعدد اسکادا و غیر اسکادا از طریق ODBC/SQL به هم پیوند دهد. گزارشات با فرمت های مختلف و به صورت زیر تهیه می گردند:
- فرمت HTML برای مشاهده از طریق رابط Web و از جمله رابط Web اسکادا
- فرمت PDF
- فرمت CSV
- گزارشات تولید شده در Ms Office به صورت برنامه های مرتبط به هم و با قابلیت چاپ بر روی چاپگر محلی یا شبکه
- گزارشات قابل ذخیره روی دیسکت به طور محلی و از دوردست
- گزارشات با قابلیت ارسال از طریق E-mail به کاربران معین
14. پشتيبانی پروتکل RTU
پروتکل های گسترده RTU موارد زیر را پشتیبانی خواهند کرد:
- پورت سریال (Serial Port) محلی
- پورت سریال مربوط به ترمینال سرویس دهنده
- ارتباطات Ethernet LAN از طریق پورت های UDP و TCP
- هم زمان سازی (Time Synchronization)
- امکان پیش تنظیمی نقاط خروجی پیکربندی
- تولید و دانلود نمودن پیکربندی در جایی خارج از پشتیبانی ایستگاه خارجی
- پیوستگی کامل و یکپارچه وقایع از یک RTU
- گزارش دهی برای موارد استثنائی بدون درخواست
15. پشتيبانی پروتکل PLC
سرویس دهنده اسکادا بیش تر، سیستم های PLC و هم چنین سیستم های وابسته به آن را از طریق ارتباطات صنعتی با استاندارد OPC پشتیبانی می کند. پروتکل هایی که در ذیل آورده شده اند به عنوان حداقل و یکپارچه با شرکت های تولید کننده، پشتیبانی می گردند:
- پروتکل سریال Modbus Master
- پروتکل سریال Modbus Slave
- پروتکل Open Modbus/TCP Master
- پروتکل Open Modbus/ TCP Slave
- پروتکل Allen Bradley DF/1
- پروتکل RS/link
- راه انداز سرویس گیرنده OPC-DA (برای اتصال به راه انداز سرویس دهنده OPC)
16. لاجيک (منطـــق)
در سیستم اسکادا ترتیب منطقی با امکان دسترسی کامل به تمام سرویس های سیستم در زمان اجرا وجـــود خواهد داشت. بــــرنامه نویسی تـــــرتیب منطقی بیان شده بر اساس استاندارد بین المللی IEC61131-3 می باشد و می تواند حداقل زبان های زیر را در بر بگیرد:
- دیاگرام های نردبانی
- بلوک های تابعی (Function Block)
- متن ساختاری
- چارت های تابعی ترتیبی (Sequential Function Chart)
- بایگانی بلوک تابعی نیز مورد لزوم می باشد.
ترتیب منطقی می تواند اصلاح شده و به صورت آنلاین آغاز و پایان یابد. تغییراتی که در ترتیب منطقی داده می شود عنصر اصلی بانک اطلاعاتی بوده و به سرویس دهنده های Redundant اسکادا برگردانده می شوند.
17. امکانات سخت افزاری
در یک پروژه آبرسانی، ایستگاه اصلی و ایستگاه های کاری باید به کنسول برای استفاده از کامپیوتر PC مناسب آی.بی.ام، صفحه نمایش رنگی 21 اینچ، صفحه کلید پیشرفته، چاپگر سیستم رنگی برای گزارش دهی وقایع و داده ها و تامین برق مداوم و بدون قطعی، مجهز باشد. تجهیزات به کار رفته جهت چنین پروژه ای باید از نوع با کیفیت بالا، استحکام فراوان و متناسب جهت شرایط محیط و مکان تعیین شده خواهد بود. جهت تأمین برق پشتیبان (Backup) برای ایستگاه اصلی به مدت 4 ساعت، باید یک UPS با ظرفیت مناسب، در نظر گرفته شود.
سیستم می تواند گزارشات روزانه، هفتگی و ماهانه تهیه کند. گزارشات معمول روزانه و هفتگی با دریافت تقاضا آماده خواهند شد. ظرفیت آرشیو با استفاده از تجهیزات با فناوری پیشرفته، حداقل 12 ماه خواهد بود. گزارشات گرافیکی، دیاگرام های جریان و میمیک ها به وسیله نرم افزاری خاص آماده می شوند که درکنسول های ایستگاه های کاری تولید می شوند. سایر صفحاتی که در کنسول ها تولید می شوند، اطلاعات متنوع و نمودارهای گوناگونی هستند که نمایش آن ها به میزان دسترسی اپراتور به سیستم بستگی دارد.
سیستم وابسته به گذر واژه که برای سطوح مختلف دسترسی پرسنل و مدیریت، عملیات مهندسی و نگهداری در نظر گرفته می شود، مطابق با استاندارد، فعال خواهد بود. هم چنین به منظور قابلیت استفاده و اطمینان بیش تر، سیستم اسکادا از امکان توزیع سلسله مراتبی کنترل استفاده خواهد کرد.
