مقاله ها

سیستم اسکادا (SCADA SYSTEM) چیست؟

مهندس سیمین انصاری

10 دقیقه مطالعه

سیستم اسکادا(SCADA) چيست؟

فناوری SCADA، دریافت اطلاعات از يک يا چندین سیستم در مسافتی بسیار دور و يا ارسال دستورات کنترلي محدود به همان سیستم ها جهت استفاده اپراتور را امکان پذیر می کند. در سيستم SCADA، نیازی به حضور در نقاط دور یا بررسی دوره ای اپراتور در مواقعي که تجهيزات دور به صورت صحیح کار مي کنند؛ نیست.

 

سیستم اسکادا (SCADA System) در اتوماسیون صنعتی، کاربرد فراوانی دارد. SCADA یک سَرنام (کلمه مخفف) است که از حروف اول اصطلاح "Supervisory Control and Data Acquisition" مشتق شده و به معنی "جمع آوری داده و کنترل سوپروایزری" می باشد. گرچه اين اصطلاح، به کلمه عامل فاصله که در بيش تر سيستم هاي SCADA متداول است اشاره نکرده است اما SCADA، سرنام مناسبي است.

يک سيستم SCADA روي کنترل کننده ها در فرايندهای نقاط دور، همانند باز و بسته کردن شيرها و نمایش اعلان های خطر، تغییر ایجاد می کند و هم چنین جمع آوری اطلاعات اندازه گيري در يک نقطه مرکزي نسبت به يک فرايند توزيع شده و وسيع مانند ميدان گازي يا نفتی، سيستم خطوط لوله و يا نیروگاه های برق - آبی توسط اپراتور را امکان پذیر می سازد.

 هنگامي که ابعاد یک فرايند گسترده باشد _ با صدها يا هزاران کيلومتر فاصله از مبدا تا مقصد_ مي توان ارزش حقیقی اين سيستم به جهت کاهش مراجعه اپراتور برای بازدیدهای معمول را دریافت. ارزش اين سیستم زمانی بسیار بالاتر می رود که تجهيزات و دستگاه ها در مسافت بسیار دوری قرار گرفته باشند و براي بازديدهاي گوناگون، به وسایل نقلیه جدی تری هم چون هلي کوپتر، نیاز باشد.

 


طراحی سیستم تله متری و اسکادا با نیکسا


 

قابلیت های سیستم SCADA

فناوری SCADA به بهترين شکل براي فرايندهايي که در نواحي بزرگ پخش شده اند و به صورت نسبي، سیستم به نسبت ساده ای جهت کنترل و نمايش داشته و نياز به بررسی های تکراری، منظم و سريع دارند؛ مورد استفاده قرار مي گيرد.

نمونه های زير به درک بهتری از انواع کاربرد سیستم SCADA کمک مي کند:

  1. برخی از نیروگاه های برق - آبی کوچک که در پاسخ به نیاز مصرف کننده ها روشن و خاموش مي شوند به صورت معمول در مکان هاي به نسبت دور نصب شده و با باز و بسته کردن شير توربين ها کنترل می شوند، این نیروگاه ها بايد به صورت مداوم وارسی شوند و لازم است که با سرعت بالایی به تقاضا در شبکه برق پاسخ داده شود.
  2. تجهيزات توليد نفت و گاز، هم چون چاه ها، سيستم هاي جمع آوري، تجهيزات اندازه گيري سيال و پمپ ها که به صورت معمول در یک منطقه گسترده تاسیس شده اند، نياز به جمع آوري اطلاعات به صورت منظم داشته تا بتوانند به صورت سریع به تقاضای موجود در منطقه پاسخ دهند.
  3. خطوط لوله براي گاز، نفت، مواد شيميايي و آب، بخش هایی دارند که در فواصل گوناگونی از نقطه کنترل مرکزي قرار گرفته اند که می توانند با باز و بسته کردن شيرها و يا روشن و خاموش کردن پمپ ها کنترل شوند و بايد توانايي پاسخ گويي سريع به شرايط خروج و يا نفوذ مواد خطرناک و حساس به محيط را داشته باشند.
  4. سيستم هاي انتقال برق ممکن است منطقه ای با مساحت هزاران کيلومتر مربع را پوشش دهند، که با باز و بسته کردن کليدها کنترل می شوند، هم چنین بايد بسیار سریع به نوسانات بار روي خطوط پاسخ دهند.
  5. سيستم هاي آبياري در بسیاری از مواقع، می توانند صدها مترمربع را پوشش دهند، که مي توانند به وسیله باز و بسته کردن فلکه هاي ساده کنترل شوند، هم چنین قابلیت اندازه گيري مقادير آب جمع آوري براي مصرف کننده را نیز دارند.

نمونه های مطرح شده نشان دهنده اثر موفقیت آمیز سيستم SCADA بر روي هر يک از فرايندهایی است که روی آن نصب می شود. انواع سیستم های کنترلی که در اين نمونه ها مطرح شدند ممکن است اين ذهنیت نادرست را ايجاد كنند که SCADA براي سیستم های کنترل بسيار پيچيده مناسب نيست اما امروزه سيستم هاي پيچيده کنترل از راه دور که با سیستم SCADA امکان پذیر شده است، هم چنان با پیشرفت فناوری به رشد خود در عرصه صنعت ادامه می دهد. سيگنال هایي که از نقاط دور دریافت مي شوند شامل اخطارها، نشان هاي وضعيت و مقادير آنالوگ مي باشند. با این وجود، محدوده وسيعي از اطلاعات مي تواند به وسيله فهرستی در ظاهر محدود، سيگنال هاي گوناگون موجود در سیستم را جمع آوري کنند. به طور مشابه، سيگنال هايي که از سیستم مرکزي SCADA به نقاط دور فرستاده مي شوند به طور معمول به صورت گسسته يا باينري و يا به صورت مقادير آنالوگ مرتب مي شوند. نمونه ای از تغيير بيت باينري مي تواند فرماني باشد که به منظور متوقف ساختن يک موتور صادر می شود. مثالی از مقدار آنالوگ مي تواند فرماني جهت تغيير دادن نقطه تنظيم يک کنترلر شير به ميزان 70 درصد باشد. انواع سيگنال هاي ساده اي مانند این مثال ها با تغييرات کنترلي زياد مي تواند عملي شود.

 

ویدئو (1). آشنایی با سیستم اسکادا (SCADA)
 

 بخش های اصلی سيستم SCADA

شکل (1) اجزاي اصلي يک سيستم SCADA را نشان مي دهد. در مرکز، اپراتور قرار دارد که به وسيله دستگاهی به نام واسطه اپراتور، که گاهی اوقات "ميز فرمان اپراتور" نیز خوانده مي شود، به سیستم اصلی دسترسي دارد. ميز فرمان برای اپراتور به عنوان يک پنجره به درون فرايند عمل می کند. اطلاعات فرایند به صورت ويدئويي (VDU) و بي وقفه (Real-Time) نمایش داده می شود، يک صفحه کليد نیز جهت وارد کردن و ارسال دستورات يا پيام اپراتور به فرايند وجود دارد. ديگر وسايل تثبيت کننده مکان نمایی هم چون TrackBall، Mouse و يا Touch Screen نیز ممکن است در میز فرمان مورد استفاده قرار بگیرد. اگر سيستم پیچیده نباشد، ممکن است وجود يک مجموعه پنجره اعلام کننده که شرايط فرايند را از نقاط دور نمایش دهند، کافي باشد. بیش تر آن ها نیز سيگنالی قابل شنيدن به میز فرمان، ارسال می کنند. به صورت معمول، از تجهیزات ورودي اپراتور به سیستم، يک صفحه کليد کامپيوتري است. اگرچه وسايل تثبيت کننده مکان نما از جمله TrackBall ها و Mouse ها برای به کار گیری در سیستم بسیار متداول شده اند. اما براي سيستم هاي نه چندان پیچیده يک مجموعه از کليدهاي الکتريکي ساده نیز ممکن است کــافي باشد. اپراتور با واحــد پايانه اي مرکزي (MTU) که کنترلر سيستم مي باشد، در ارتباط است. بعضي از صنايع به جاي استفاده از (MTU)، اصطلاح "کامپيوتر ميزبان" (Host Computer) را به کار مي برند. در سراسر چنین پروژه هایی می توان از هر دو اصطلاح که هر یک با دیگری قابل جا به جایی هستند؛ استفاده کرد.


برای مشاهده **خدمات طراحی سیستم مانیتورینگ** اینجا کلیک کنید


MTU در سيستم هاي مدرن SCADA، هميشه بر پايه يک کامپيوتر قرار مي گيرد و مي تواند کل سیستم فرایندی را حتي زماني که اپراتور حاضر نباشد نمايش داده و کنترل نمايد. اين کار را توسط نرم افزاری روی آن نصب شده انجام می دهد که مي تواند براي تکرار دستورات در فواصل منظم برنامه ريزي شود و عمل مورد نظر را انجام دهد. به عنوان مثال، ممکن است سیستم جهت درخواست Update از هر يک از ترمينال هاي راه دور (RTU) در هر شش دقيقه برنامه ريزي شود.  MTU ها بايد با RTU ها که دور از محل مرکزي قرار گرفته اند ارتباط داشته باشند. يک سيستم SCADA ممکن است چندين RTU، از يک ترمینال تا چند صد هزار ترمینال، داشته باشد.

 

کنترل از را دور

شکل (1). اجزاي اصلي يک سيستم SCADA

 

 دو واسطه مخابراتي، در سیستم اسکادا بسیار متداول است. خطوط زميني که به شکل کابل هاي فيبر نوري يا کابل هاي برق مي باشند که ممکن است يا خود شرکت ها آن ها را نصب کنند و يا آن را از يک مرکز مخابراتي اجاره کنند و امواج راديويي. در هر مورد يک مودم، که سيگنال روي حامل را مدوله و دمدوله مي کند، مورد نياز است. بعضي از سيستم هاي بزرگ ممکن است از ترکيبي از هر دو یعنی خطوط تلفن و امواج راديویی جهت برقراری ارتباط استفاده کنند.

از ويژگي هاي متمايز کننده سيستم هاي SCADA، میل به سادگی در فرايندهاي آن است. به اين دليل، حجم اطلاعاتي که در سيستم SCADA جا به جا مي شوند، اندک مي باشد و به همین علت سرعت انتقال اطلاعاتی که مودم با آن کار مي کند نيز کاهش می یابد. در بیش تر مواقع، سرعت bps 300 مناسب است اما تعداد اندکی از سيستم هاي SCADA، از جمله سيستم هاي الکتريکي، نياز دارند تا در سرعت هاي بالاي bps 2400 عمل کنند. اين سرعت، استفاده از خطوط تلفن عمومي، که داراي پهناي باندي بين 300 هرتز تا 3400 هرتز مي باشند (Voice Grade Line)، و هم چنين سيستم راديويي را امکان پذير مي سازد.

به طور معمول، یک MTU به ابزارهاي مشخصی هم چون چاپگر و حافظه هاي جانبي که به آن وابسته هستند؛ نياز خواهد داشت. اين ابزارها به عنوان بخش هاي گوناگونی که در MTU مورد استفاده قرار می گیرند؛ مطرح می شوند. در بسياري از کاربردها، MTU براي ارسال اطلاعات پردازنده به کامپيوترهاي ديگر يا اطلاعات مديريتي به سيستم هاي ديگر، تجهیزاتی نياز دارد. اتصالات ارسال ممکن است از طريق کابل هاي اختصاص يافته بين MTU و کامپيوترهاي ديگر باشد اما در سيستم هاي جدید SCADA، این اتصالات بیش تر به شکل LAN (Local Area Network) پياده سازي مي شوند. در اغلب سيستم هاي SCADA ،MTU بايد اطلاعات را از ديگر کامپيوترها دريافت کند. اغلب برنامه هاي کاربردي، که بر روي ديگر کامپيوترها عمل مي کنند و به کامپيوترهاي SCADA متصل مي شوند، به گونه اي است که شکلی از کنترل نظارتي بر روي سيستم SCADA را فراهم مي سازند.

شکل (2) يک RTU و اتصالات مختلف آن را نشان مي دهد. همان طور که بیان شد RTU ها با MTU توسط يک سيگنال مدوله شده بر روي کابل ها و يا امواج راديویی ارتباط برقرار مي کنند. هر RTU بايد اين قابليت را داشته باشد که پيامي که به آن دستور داده شده است را تحلیل کند، آن پيام را "ديکُد" (DeCode) کند، بر اساس آن عمل کند، اگر لازم باشد به آن پاسخ داده و جهت دريافت پيام جديد منتظر بماند. عمل کردن بر اساس پيام دریافتی، ممکن است روندی پيچيده باشد و حتی ممکن است نياز به بررسی شرايط فعلي تجهيزات کل پروژه، مقايسه کردن موقعيت موجود با موقعيت مورد نياز، فرستادن سيگنال الکتريکي به يک دستگاه در کل پروژه جهت تغيير حالت دادن آن، بررسی مجموعه ای از سوئيچ ها به منظور تضمين صحت انجام دستورات و ارسال يک پيام معکوس به MTU براي اعلام حصول شرايط مطلوب؛ داشته باشد. به دليل اين پيچيدگي ها، بيش تر RTU ها بر پايه فناوری کامپيوتري قرار مي گيرند.

 

ترمینال راه دور

شکل (2). يک RTU و اتصالات مختلف آن

 

اتصالات بين RTU و تجهیزات فرایند را، در بيش تر موارد، سيم هاي هادي معيني تشکيل مي دهند. به طور معمول RTU، توان الکتريکي سنسورها و تحريک کننده هاي با توان پايين را فراهم مي کند. به دلیل نياز فرايند به داشتن قابليت اطمينان، لازم است که از يک منبع تغذيه قطع نشونده و دائمی (UPS) استفاده شود تا تضمين کند که خطاهاي الکتريکي در فرايند، موجب کاهش قابليت اطمينان سيستم نمی شود. اين مشکل به خصوص اگر سيستم هاي SCADA بر روي صنايع الکتريکي نصب شوند؛ مهم واقع مي شود. درست همان گونه که MTU می تواند هر RTU را اسکن کند، RTU هم هر يک از سنسورها و تحريک کننده ها را که در داخل آن سيم پيچي شده اند، اسکن مي کند. البته اسکن کردن RTU با سرعتی بالاتر از سرعت اسکن MTU انجام مي گيرد.

اگرچه سيستم هاي SCADA کنترلی که تحت تاثیر MTU اتفاق می افتد را محدود مي کند اما همان مقدار نیز می تواند عمل کنترل فرایند را ممکن سازد. اين ویژگی يکي از برتری های سیستم SCADA نسبت به بيش تر سيستم هاي تله متری است. SCADA يک سيستم دو طرفه است، با SCADA نه تنها نشان دادن آن چه که در محل دور اتفاق مي افتد امکان پذير است بلکه انجام دادن بعضي کارها هم چون بخش کنترل نظارتي آن ها را سازمان دهی می کند.


بخوانید- کاربرد تله متری و اسکادا در شبکه آبرسانی


محدودیت های سیستم SCADA 

هر فناوری می تواند براي کارهای مشخصی مناسب باشد و براي بعضي کارهای ديگر نیز تا حدودي جواب گو باشد و براي گروهي از كاربردها نیز به هیچ عنوان مناسب نباشد. زمانی که كه يك فناوری تازه شکل می گیرد، كاربردهاي مناسب و غير مناسب آن به صورت کامل شناخته شده نيست ولي پس از گذشت مدتي از عمر آن تجارب عملي، کاربرد اصلی و دقیق آن مشخص خواهد شد. بعضي از كنترلرها و سيستم هاي جمع آوري اطلاعات هستند كه نمي توانند بر مبناي SCADA عمل كنند. با توجه به اين که بروز خطا همواره در هر سيستمی محتمل است، بر اساس تجربه، دو نوع سيستم نبايد بر اساس SCADA طراحي شوند:

  • سيستم هاي حفاظتي
  • سيستم هاي اندازه گيري توليد جهت تهيه صورتحساب يا پرداخت ماليات و نياز به پيگيري نظارتي

نیکسا را بیشتر بشناسید...


 

برچسب ها:

سیستم اسکادا SCADA Systemتله متری

دیدگاه شما