1 آشنایی با سیستم های SCADA
1.1 مقدمه و تاریخچه سیستم های اسکادا1
سیستم های SCADA اولیه، دریافت و جمع آوری داده ها را از طریق پانل های حسگر انجام می دادند. استفاده از این پانل ها مزایای خاص خود را دارد، که عبارتند از:
- ساده هستند و نیازی به پردازشگر، حافظه و برنامه نویسی ندارند.
- حسگرها مستقیماً به به چراغ ها، اندازه گیر ها و یا سوئیچ های روی پانل وصل هستند.
- افزودن یک سوئیچ یا وسیله اندازه گیری به پانل به آسانی امکان پذیر است.
امروزه هنوز هم از این پانل ها استفاده می شود. اما سیستم های مبتنی بر پانل معایبی هم دارند. به عنوان مثال:
- سیم کشی های زیادی برای افزودن سخت افزارهای سیستم نیاز است که توسعه سیستم را با اشکال مواجه می کند.
- کمیت و نوع داده های در دسترس، کم و ناقص است.
- افزودن حسگرهای جدید به تدریج با رشد سیستم با دشواری هایی همراه است.
- پیکربندی دوباره سیستم، سخت و طاقت فرسا می باشد.
- شبیه سازی2 سیستم امکان پذیر نیست.
- ذخیره سازی داده ها با حجم زیاد، مشکل است.
- امکان دسترسی و کنترل از راه دور3 امکان پذیر نیست.
1.2 اصول بنیادی در سیستم های SCADA امروزی
امروزه سیستم های مدرن SCADA در مورد صنایع حساس و بزرگ به کار می روند و در بعضی موارد حتی مسافت های کیلومتری را برای remote monitoring پیش رو داریم. سیستم های SCADA در واقع شامل دو بخش اصلی telemetry4 و 5 data acquisition می باشند.
به تدریج با رشد فناوری های دیجیتال، سازنده ها برای ساخت سیستم های کنترلی از پردازشگرها و اجزاء دیجیتالی همراه با رله های منطقی استفاده کردند. به این ترتیب بود که از PLC6 ها برای تولید سیستم های کنترلی استفاده شد. به تدریج با گسترش زمینه های فعالیت های کنترلی، سیستم های کنترلی یکپارچه ای تحت عنوان DCS7 به کار گرفته شدند.
سیستم DCS مجموعه ای از پروسه ها را کنترل می کند در حالی که PLC یک وظیفه خاص را انجام می دهد. به بیانی دیگر می توان گفت PLC ها قسمتی از یک DCS را تشکیل می دهند. یا به عبارت دیگر PLC یک کامپیوتر است که ورودی آن به جای صفحه کلید توسط سیم پیچی ها واتصالات به دست می آید و خروجی هایی تولید میکند در حالی که DCS مجموعه ای پیوسته از پردازه ها را اجرا می کند.
مزایای سیستم های PLC/DCS SCADA:
- کامپیوترها می توانند حجم زیادی از داده ها را جمع آوری کنند.
- داده ها را می توان به هر روشی که کاربر نیاز دارد نمایش داد.8
- هزاران حسگر را می توان در محیطی بسیار بزرگ به کار برد.
- شبیه سازی عملیات سیستم مقدور خواهد بود.
- تعداد زیادی از انواع داده ها را می توان توسط RTU ها کنترل کرد.
- داده ها را از هر جایی می توان مورد نظارت و بررسی قرار داد.
همزمان با گسترش نیاز به استفاده از سیستم های کوچک تر و هوشمندتر حسگرهایی که توانایی های PLC ها و DCS ها را دارند به وجود آمدند که به آن ها IED9 می گویند. دستگاه های IED از طریق شبکه های field bus10 به یکدیگر متصل می شوند.
مزایای سیستم های PC to IED field bus عبارتند از:
- سیم کشی کمتری نیاز است.
- اطلاعاتی که دستگاه ها ارسال می کنند می تواند شامل مدل، شماره سریال و تاریخ نصب و غیره باشد.
- تمام دستگاه ها plug and play هستند و می توانند به راحتی اضافه یا جایگزین شوند.
- ابعاد دستگاه ها کوچک تر است. بنابراین فضای کمتری را اشغال می کنند.
1.3 سخت افزار SCADA
سخت افزار SCADA را به پنج لایه اصلی تقسیم می کنند:
- لایه ابزار و دستگاه های کنترلی
- ترمینال های مارشالینگ و RTU ها
- سیستم های ارتباطی
- ایستگاه مرکزی11
- مرکز پردازش رایانه ای داده ها
ابتدا RTU اطلاعات دیجیتال و آنالوگ را از طریق ابزارهای لایه اول از سایت های مختلف می گیرد و مهیا می سازد و از طریق پروتکل های خاصی برای ایستگاه اصلی ارسال می کند. در ایستگاه اصلی پردازش لازم بر روی داده ها انجام می شود و دستورات لازم برای ایستگاه ها ارسال می شود.
1.4 نرم افزار SCADA
نرم افزار SCADA عموماً شامل بخش های زیر می باشد:
- User Interface
- Graphic displays
- Alarms
- Trends
- RTU ( and PLC ) Interfaces
- Scalability
- Access to data
- Database
- Networking
- Fault tolerance and redundancy
- Client/server distributed processing
نرم افزارهای SCADA را می توان به دو دسته باز و بسته تقسیم بندی کرد.
دسته اول نرم افزارهایی هستند که تنها برای یک منظور خاص توسعه داده شده اند. اما دسته دیگر یعنی سیستم های open این قابلیت را دارند تا در مورد محصولات سخت افزاری مختلف و سیستم ها کنترلی متفاوت به کار گرفته شوند.
1 Supervisory Control And Data Acquisition
2 Simulation
3 Remote Monitoring
4 اندازه گیری از راه دور
5 استرداد اطلاعات
6 Programmable Logic Controller
7 Distributed Control Systems
8 با استفاده از HMI/MMI
9 Intelligent Electronic Device
10 پروتکلی برای ارتباط کامپیوترها و قطعات الکترکی و کنترلی در شبکه های صنعتی می باشد که امکان پردازش real time اطلاعات را فراهم می سازد.
[11] Master station