سیستم اسکادا

پیمان خطوط شرق | 12 اسفند 1399

سیستم اسکادا

در حالت کلی می‌توان گفت که همیشه چند زیرسیستم در یک سیستم اسکادا وجود دارند که عبارتند از:

  1. یک دستگاه (Apparatus) نمایشگر که توسط اپراتور انسانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در یک سیستم اسکادا تمام داده‌های فرایند برای اپراتور انسانی به نمایش در می‌آیند.
  2. یک سیستم نظارتی که وظیفه آن جمع‌آوری اطلاعات و داده از تمام فرایند است.
  3. واحدهای ترمینال راه دور (Remote Terminal Units) یا RTU که به سنسورهای سیستم متصل هستند. این واحدها سیگنال‌های سنسورها را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند و سپس این داده‌ها به سیستم‌های نظارتی ارسال می‌کنند.
  4. در سیستم‌های اسکادا از کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) به عنوان ادوات میدانی استفاده می‌شود.
  5. زیرساخت‌های مخابراتی در یک سیستم اسکادا رابطه بین ترمینال‌های راه دور و سیستم نظارتی را فراهم می‌آورند.

معمولا یک سیستم اسکادا فرایند را به صورت بلادرنگ (Real Time) کنترل نمی‌کند. به صورت خلاصه می‌توان گفت که در سیستم اسکادا اطلاعات مهم توسط سنسورها جمع‌آوری می‌شوند. سپس این اطلاعات توسط RTUها به کنترل‌کننده‌ها منتقل می‌شوند و همچنین داده‌ها وضعیت سیستم را به نمایش در می‌آورند. بر اساس وضعیت سیستم، اپراتور می‌تواند به سایر المان‌های مجموعه فرمان دهد. عمل فرمان دادن توسط شبکه مخابراتی انجام می‌گیرد.

مفهوم سیستم اسکادا

سیستم اسکادا به سیستم متمرکزی (Centralized System) اتلاق می‌شود که تمام فرایند را کنترل و پایش (Monitor) می‌کند. همچنین امکان دارد سیستم اسکادا یک مجموعه پیچیده باشد که در یک منطقه وسیع پخش شده باشد. در این سیستم‌، تقریبا تمام عملیات کنترلی به صورت اتوماتیک و از طریق واحدهای ترمینال راه دور و کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر انجام می‌گیرد. محدودیت‌ها و عملگر‌های کنترلی بر اساس سطح یک متغیر مورد پایش تعیین می‌شوند. به عنوان مثال، کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر در یک فرایند صنعتی، فلو (Flow) مایع خنک‌کننده را کنترل می‌کند و سیستم اسکادا این امکان را فراهم می‌آورد تا تمام تغییرات مرتبط با شرایط اضطراری و نقاط تنظیم (Set Points) فلو (مانند دمای بالا و قطع فلو) ضبط و نیز نمایش داده شود. در تصویر زیر نمایی از کنترل فلو در سیستم خنک‌ کننده با یک سیستم اسکادا نشان داده شده است.

کنترل فلو در سیستم خنک‌کننده با یک سیستم اسکادا
کنترل فلو در سیستم خنک‌ کننده با یک سیستم اسکادا

شماتیک سیستم فوق را می‌توان به صورت خلاصه در تصویر زیر مشاهده کرد.

شماتیک کنترل فلو در سیستم خنک‌کننده با یک سیستم اسکادا
شماتیک کنترل فلو در سیستم خنک‌ کننده با یک سیستم اسکادا

عمل نمونه‌برداری داده (Data Acquisition) از واحدهای RTU و PLCها شروع می‌شود و شامل گزارش وضعیت تجهیزات و خواندن اندازه‌گیری‌ها می‌شود. سپس این داده‌ها باید به فرمتی تبدیل شوند که اپراتور اتاق کنترل بتواند بر اساس آن تصمیمات نظارتی صحیح و مناسب را اتخاذ کند و با استفاده از رابط ماشین و انسان (HMI)، کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر را به حالت نرمال تنظیم کند.

سیستم اسکادا معمولا روی پایگاه داده‌های توزیع‌شده (Distributed Databases) پیاده‌سازی می‌شود که شامل المان‌های داده به نام تگ (Tag) یا نقطه (Point) هستند. تگ یا نقطه، یک خروجی تکی یا یک مقدار ورودی است که توسط سیستم پایش و کنترل می‌شود. این نقاط یا نرم (Soft) و یا سخت (Hard) هستند.

خروجی یا ورودی واقعی یک سیستم توسط نقطه سخت نشان داده می‌شود، در حالی که نقطه نرم، نتیجه اعمال عملگرهای ریاضی و منطقی مختلف به سایر نقاط است. این نقاط معمولا به صورت جفت‌های مقادیر و برچسب زمانی (Timestamp-Value Pair) ذخیره می‌شوند. تعدادی از این جفت‌ داده‌ها یک تاریخچه از نقاط مخصوصی را ارائه می‌کنند. ذخیره کردن ابر داده‌های (Metadata) اضافی همراه با تگ‌ها نیز متداول است. داده‌های اضافی می‌توانند شامل نظراتی درباره زمان طراحی، اطلاعات هشدار و مسیرهایی به ادوات میدانی یا PLCها باشند.

سخت‌افزارهای سیستم اسکادا

یک سیستم اسکادا ممکن است المان‌های یک سیستم کنترل توزیع‌شده (Distributed Control System) را داشته باشد. به عبارت دیگر، به دلیل استفاده از PLCها و RTUها، امکان اجرای پردازش‌های منطقی ساده بدون دخالت کامپیوتر ارشد نیز وجود دارد. در برنامه دادن به یک PLC می‌توان از منطق نردبانی (Ladder Logic) استفاده کرد که بر خلاف زبان‌های فورترن و C، بسیار ساده است. مهندس در یک سیستم اسکادا می‌تواند برنامه‌ها را طراحی و سپس روی PLC و RTU اجرا کند. در تصویر زیر نمایی از سخت‌افزارها در یک سیستم اسکادا نشان داده شده‌اند.

سخت‌افزارها در یک سیستم اسکادا
سخت‌افزارها در یک سیستم اسکادا

کنترل‌کننده‌های فشرده (Compact Controller) مانند کنترل‌کننده‌های اتوماسیون برنامه‌پذیر (PAC)، توانایی‌ها و ویژگی‌های سیستم‌های کنترل مبتنی بر PC را با یک PLC ترکیب می‌کنند. RTUهای توزیع شده در ایستگاه‌های فرعی الکتریکی مختلف از سیستم اسکادا، از کامپیوترهای ایستگاه و یا پردازنده‌های اطلاعاتی استفاده می‌کنند تا با کنترل‌کننده‌های اتوماسیون برنامه‌پذیر، رله‌های حفاظتی و سایر ادوات ورودی خروجی (I/O) ارتباط برقرار کنند.