سیستم های تله متری و اسکادا
واژۀ اسکادا (SCADA) به معنای کنترل متمرکز و جمع آوری اطلاعات است. کنترل متمرکز را به صورت اعمال کنترل روی یک وسلیه خاص برای تأیید عملکرد آن در جهت صحیح (برنامه ریزی شده از پیش) تعریف می کنند و عموماً کنترل متمرکز در مورد سیستم هایی به کار می رود که عمل «کنترل از فاصله دور» صورت گیرد. طبیعی است کنترل یک تجهیز صنعتی بدون داشتن اطلاعات دقیق از وضعیت آن ناممکن است. بنابر این کنترل متمرکز همیشه با یک سیستم جمع آوری اطلاعات توأم است. در اصطلاح هر جا یک مرکز از تعدادی “پایانه دوردست” اطلاعات دریافت کند و به آن ها فرمان هایی را ارسال نماید، یک سیستم اسکادا وجود خواهد داشت. ، نمایی از ساختار یک سیستم SCADA را نمایش میدهد.
شکل 2‑4 ساختار یک سیستم SCADA
به کارگیری سیستم های کسب اطلاعات و کنترل از راه دور از سال 1880 میلادی به بعد متداول شد. در آغاز، سیستم کسب اطلاعات کاملاً جدا از سیستم کنترل بود. در سال های 1930-1920 سیستم هایی که بتوانند دو عمل دریافت و ارسال اطلاعات را توأماً انجام دهند طراحی شدند، ولی تکنولوژی به کار رفته در تجهیزات آن ها عمدتاً الکترومکانیکی بود وچون تجهیزات ایستگاه هایی که در خارج از مرکز قرار داشتند الکترومکانیکی بودند، برای کنترل و ارسال وضعیت تعداد محدودی از دستگاه ها به کار میرفتند و نمیتوانستند کمیت های آنالوگ را انتقال دهند.
از سال 1960 به بعد با پیشرفت فناوری های مرتبط در حوزه کامپیوتر، تحول اساسی در طراحی سیستم های نظارت و کنترل به وجود آمد. سیستم های جدیدتر علاوه بر انتقال وضعیت دستگاه ها، کمیت های آنالوگ را نیز در سطح وسیع به مرکز ارسال مینمایند. در پردازنده مرکزی، محاسبات ریاضی و عملیات منطقی بر روی داده های دریافتی صورت میگیرد. سیستم اسکادا، هماکنون از جمله سیستم های کامپیوتری صنعتی است که در کلیه کشور های پیشرفته جهان بر روی شبکه های توزیعی مانند خط لوله توزیع نفت، گاز، آب و یا شبکه های دیگر توزیع به کار گرفته میشود.
سیستم های اسکادا، یک ایده عینی کامل به منظور اعمال نظارت و کنترل بر شبکه های صنعتی بوده و کمک میکند تا در اجرای عملیات و فرآیند های صنعتی، از دستگاه های و تجهیزاتی که در اختیار سیستم هستند، به طور کارآمدتری استفاده شود، خطرات احتمالی کاهش یابند و در اثر بروز حوادث و خطا ها، سیستم دچار اغتشاش و آشفتگی نشود. وجود این مزایا، موجب میشود استفاده از سیستم اسکادا در شبکه های صنعتی و سامانه های توزیع انرژی، به افزایش بهره وری از منابع و اقتصادی شدن سامانه های توزیعی کمک کند.کلیترین تقسیم بندی که برای ساختار یک سیستم اسکادا میتوان در نظر گرفت، عبارت است از:
الف – سیستم های محلی
ب – سیستم های ارتباطی
پ – سیستم های مرکزی
سیستم محلی در سامانه اسکادا
تجهیزاتی که در محل نصب میشوند و وظیفۀ جمع آوری اطلاعات و اجرای فرامین را به عهده دارند، سیستم محلی نامیده میشوند. استفاده از سیستم محلی، این امکان را فراهم می آورد که داده ها و مقادیر، جمع آوری شده و فرامین مرکز، به اجرا درآید. به علاوه، سیستم محلی وظیفه گزارش دادن وضعیت ها و تغییرات آن ها را به عهده دارد. سیستم محلی، بخشی از سیستم اسکادا است که ارتباط فیزیکی با سیستم تحت کنترل در آنجا برقرار میشود و تجهیزاتی که باید کنترل شوند و سیگنال هایی که باید مانیتور شوند، همه به بخش های مختلف این سیستم اتصال دارند. سیستم اسکادا محلی خود به دو بخش اساسی تقسیم میشود :
الف – تجهیزات واسط
ب – پایانه راه دور یا به طور کلی پایانه
تجهیزات واسط، وظیفه ایزولاسیون سیگنال ها و تنظیم مقادیر سیگنال ها از نظر سطح و دامنه را بر عهده دارند و باید توانایی اجرای فرامین کنترلی را داشته باشد. پایانه به عنوان بخش اصلی در سیستم محلی و از طرفی به عنوان یکی از عناصر مهم سیستم اسکادا، وظیفه جمع آوری اطلاعات و همچنین کار هدایت و کنترل آن ها را برعهده دارد.
سیستم ارتباطی در سامانه اسکادا
سیستم ارتباطی بخش مهمی از سیستم اسکادا است که بدون آن تصور داشتن کنترل از راه دو غیرممکن مینماید. این بخش وظیفه ایجاد ارتباط بین سیستم محلی و سیستم مرکزی را بر عهده دارد. این بخش به مثابه شبکه عصبی بدن عمل میکند، بدین صورت که اطلاعات را از گوش و چشم (سیستم محلی) به مغز (سیستم مرکزی) مخابره کرده و از آنجا فرامین را به دست ها (سیستم محلی) ارسال مینماید.
ابتداییترین ابزار ارسال اطلاعات استفاده از کابل است. ولی امروزه سیستم های ریزموج[1]، PLC[2]، سیستم های رادیویی و حتی شبکه های ماهوار های نقش رسانه را در سیستم ارتباطی بازی میکنند.
شبکه های مخابراتی و مسیر های موجود بین مراکز و پایانه ها، میتواند شکل های فیزیکی مختلفی داشته باشد. هر ساختار خواص ویژ های دارد که به نوبه خود بر روی عملکرد سیستم مخابراتی مؤثر است. در ادامه به بررسی ساختار های فوق پرداخته میشود.
ساختار سلسله مراتبی
در این ساختار ، پایینترین سطح مسئول جمع آوری اطلاعات و همچنین نظارت و کنترل پایانه ها است. این اطلاعات سپس به سطح کنترل بعدی در سیستم اسکادا، ارسال میشود و این روند ادامه پیدا میکند. در این ساختار، کنترل و تقسیم وظایف بین مراکز در سطوح مختلف کنترلی به خوبی امکانپذیر است. همچنین به علت تطابق ظاهری آن با ساختار شبکه قدرت، توجیه اقتصادی مناسبی می تواند داشته باشد.
ساختار مستقل
در این ساختار، هر سطح کنترلی به کلیه اطلاعات مورد نیاز و همچنین تجهیزات در محدودۀ کنترلی پایین دست، به طور مستقیم دسترسی دارد. عمل کنترل میتواند مستقل از سایر سطوح صورت پذیرد. در این روش به منظور عملکرد دقیق و بهتر، بین مراکز کنترلی نیز تبادل داده صورت میپذیرد. مزیت اصلی این روش قابلیت اطمینان بالا است و ازطرفی از معایب آن بالا بودن هزینه ها را میتوان برشمرد.
ساختار شبک های
بهترین نوع و قابل انعطافترین روش برای سیستم ارتباطی، استفاده از ساختار شبک های است، ولی در سامانه های توزیع انرژی، به دلایل مختلف فنی و اقتصادی استفاده از آن غیرمعمول است. در این روش، اطلاعات هر پایانه، برای تمامی مراکز در هر سطح و در هر زمان قابل دستیابی است. تمامی مراکز و پایانه ها با هم مرتبط هستند، به طوری که داده ها از طریق دلخواه قابل جمع آوری است.
اگر چه سه نوع ساختار مختلف برای شبکه های مخابراتی در بالا ذکر شد، ولی برای انتخاب هر روش، عوامل مختلفی دخیل هستند که در ادامه به ذکر عناوین آن ها اکتفا می شود:
الف – ساختار موجود و در دسترس لینک های مخابراتی
ب – وضعیت کنونی تقسیم وظایف بین شرکت های تابعه
پ – ساختار موجود مراکز کنترل
ت – محدودیت های اقتصادی
سیستم مرکزی یا مرکز کنترل
قلب یک سیستم اسکادا، تجهیزاتی هستند که مرکز کنترل را به وجود میآورند. این قلب شامل یک اتاق کنترل مرکب از تجهیزات ارتباط انسان و ماشین، سیستم کامپیوتر مرکزی و … است . شبکه های مخابراتی که از سیستم محلی شروع میشوند، به مرکز کنترل خاتمه مییابند. سیستم مرکزی را می توان به دو بخش سختافزار و نرمافزار تقسیم کرد که وظایف مربوطه را انجام میدهند.
وظیفه اصلی یک مرکز کنترل را می توان بدین صورت بیان داشت: «جمع آوری داده ها و اطلاعات دریافتی از کنترل شونده ها، تحلیل داده ها و ارائه نتایج به کاربر و در صورت نیاز، ارسال به سطوح بالاتر کنترلی، همچنین ارسال فرامین کاربر به پایانه ها». تصمیمگیرنده ن هایی و قطعی و مسئول در برابر عملکرد سیستم، اپراتور است. وی بایستی قادر به تصمیمگیری بر اساس اطلاعات دریافتی از شبکه باشد.
[1] Microwave
[2] Power Line Carrier
