آموزشی, انواع کنترل کننده ها, مانیتورینگ در صنعت

سیستم اسکادا چیست؟ طرز کار و کاربردها

سیستم اسکادا چیست

سیستم اسکادا چیست؟ اسکادا (SCADA) مخفف عبارت Supervisory Control And Data Acquisition، به معنی سامانه جمع آوری داده و کنترل نظارتی است. به عبارت دیگر همانند سوپروایزر بستری فراهم می کند تا مجموعه ای از داده های کنترلی و ارتباطات مختلف، بتوانند برای رسیدن به یک هدف از پیش تعیین شده، پیاده سازی شوند. با  اسکادا می توانید تقریبا همه انواع فرایندهای صنعتی را مدیریت کنید.

بنابراین وقتی این سوال مطرح می شود که اسکادا چیست، بهتر است بگوییم که اسکادا مجموعه ای از نرم افزارهای مختلف برای کنترل فرایندهای صنعتی، زیر ساختاری و مبتنی بر تجهیزات است. این نظام داده ها را در هر لحظه (Real-Time) از مکان های مختلف و دور جمع آوری می کند تا امکان کنترل تجهیزات و سامانه ها، وجود داشته باشد. شاید بتوان گفت که تاریخچه اسکادا به اچ ام آی بر می گردد که در گذر زمان پیشرفته تر شدند و اکنون یکی از اجزای نظام اسکادا هستند. در ادامه بیشتر در خصوص سیستم SCADA صحبت خواهیم کرد.

اجزای مختلف سیستم SCADA

اجزای دستگاه SCADA چیست؟ اسکادا از دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری تشکیل شده است. در واقع رایانه ای که به شما تحلیل داده ها را نمایش می دهد، نرم افزارهای مخصوص اسکادا را هم دارد. بخش سخت افزاری، داده ها را دریافت کرده و برای تحلیل به نرم افزارهای اسکادا می دهد. ارائه داده ها نیز توسط HMI ها انجام می گیرد.

ذخیره سازی داده ها، درون یک فایل انجام می شود که بر روی هارد دیسک اسکادا نگهداری می شوند تا در مواقع نیاز، اپراتور از آنها پرینت بگیرد. سیستم اسکادا و اجزای آن پیچیدگی خاص خودش را دارد. به همین دلیل بخش بزرگی از مهندسی کنترل، بر عهده این مجموعه است. بخش های تشکیل دهنده اسکادا عبارتند از:

بخش نظارتی یا Supervisory

وظیفه بخش نظارتی سیستم اسکادا، جمع کردن داده ها از یکسری سنسور و محرک های مختلف است. سنسورها، ورودی های فرایندهای صنعتی هستند و محرک ها هم مکانیسم فرایندها را کنترل می کنند. کار کنترل و نظارت بر روی سنسورها و محرک ها بر عهده کنترل کننده های میدانی SCADA است.

واحد RTU

بخش بعدی سیستم اسکادا، واحد RTU یا ترمینال از راه دور است که وظیفه آن تبدیل سیگنال های الکتریکی دریافتی، از تجهیزات مختلف به داده های دیجیتالی است. برای سیگنال های الکتریکی، می توانیم وضعیت باز و بسته بودن کلید یا شیرهای خاص، اندازه گیری های انجام شده بر روی میزان جریان و ولتاژ را مثال بزنیم. پس از تبدیل این سیگنال ها به داده های دیجیتالی، این مقادیر دوباره توسط RTU به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. سپس به وسایل مختلف ارسال شده و آنها را کنترل می کند.

PLC

پی ال سی ها یا کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی، برای کنترل کردن فرایندهای صنعتی با محرک ها در ارتباط هستند. این قطعات برای این منظور از تله متری فعلی گردآوری شده توسط RTU و استانداردهای هر فرایند کمک می گیرند.

کامپیوترهای نظارتی

چهارمین بخش نظام اسکادا، کامپیوترهای نظارتی هستند که فعالیت کنترلی روی فرایندهای اسکادا دارند. با این کامپیوترها، داده ها را از دستگاه ها و تجهیزات میدانی گرفته و دستورات لازم را به آنها ارسال می کنند تا فرایندهای صنعتی به دقت کنترل شوند.

HMI

پنجمین بخش یک مجموعه اسکادا، رابط ماشین و انسان (Human Machine Interface) یا اچ ام آی است. به کمک این وسیله، کل اطلاعات فرایند در اختیار اپراتور قرار می گیرد، تا از این اطلاعات برای کنترل فرایندها استفاده کند. اچ ام آی به پایگاه داده سیستم های اسکادا وصل است. اطلاعاتی مثل داده های به دست آمده از عیب یابی سیستم، اطلاعات مدیریتی و روند فرایند شامل؛ اطلاعات منطقی، نگهداری و تعمیرات، راهنمای عیب یابی و شماتیک های جزئی از یک سنسور یا وسیله خاص را در اختیار اپراتور می گذارد.

نمایش اطلاعات به اپراتور توسط HMI به شکل گرافیکی و نموداری است.  اطلاعات به شکل فوری و در لحظه به نمایش در می آیند. تصاویر دیجیتالی از تجهیزات فرایند به شکل نمودار ترسیم می شوند و با نمادهای متحرک یا شماتیکی یا حتی نمودار خطی، مقادیر مختلف نمایش داده می شوند.

تجهیزات ارتباط دهنده فیزیکی

تجهیزات ارتباط دهنده فیزیکی

منظور از تجهیزات ارتباط دهنده فیزیکی همان زیر ساخت ها هستند که بین دستگاه نظارتی، RTU و PLC ها و به طور کلی همه بخش های گفته شده، ارتباط برقرار می کنند. بنابراین باعث می شوند، امکان ارسال دستور به کاربر وجود داشته باشد. همچنین برای اینکه داده ها از RTU های راه دور و پی ال سی ها ارسال گردند و رله شوند، به این تجهیزات نیاز داریم.

طراحی و اجرای این زیر ساخت ها در کنار خطوط لوله و شبکه های آبرسانی و برق رسانی است. پس می توان گفت که ضروری ترین بخش نظام اسکادا محسوب می شود. هر چقدر ارتباطی که زیر ساخت ها بین اجزای سیستم اسکادا برقرار می کنند، بهتر باشد و مدیریت بیشتری روی آن انجام شود، موفقیت کاری سیستم SCADA هم بیشتر خواهد شد.

سیستم اسکادا چطور کار می کند؟

سخت افزار اسکادا مثل واحدهای RTU و PLC به عنوان نقاط جمع آوری برای دریافت اطلاعات سنسورها هستند. در دستگاه اسکادا مدرن این سخت افزارها سبب راه اندازی عملیات مربوط به یکسری قطعات مرتبط به هم از طریق پی ال سی ها می شوند. همچنین کار جمع آوری داده از سنسورها، به وسیله کامپیوترهایی به اسم gateway انجام می گیرد. نحوه کارکرد مجموعه اسکادا در ادامه توضیح داده شده است:

  • ابتدا Gateway ها داده ها از پی ال سی ها به سمت سرورها می فرستند.
  • کامپیوترهای Edge که نزدیک به منبع داده ها هستند به عنوان Gateway عمل می کنند. با این تفاوت که داده ها را قبل از انتقال به سرور فیزیکی مرکزی یا سرور مرکزی ابری، پردازش می کنند. بنابراین باعث می شوند تصمیم گیری در سطح لوکال در کنار پهنای باند و صرفه جویی در هزینه ها سریعتر انجام شود.
  • HMI ها صفحه لمسی که رابط بین انسان و اشیا می باشد تا در اختیار گذاشته که به عنوان Gateway یا کامپیوترهای Edge استفاده می شوند.
  • سرور که به عنوان نقطه کنترلی مرکزی برای روش اسکادا محلی عمل می کنند. بسته به معماری که سیستم اسکادا دارد، شاید گزارش ها به حساب ابری یا سرور بزرگتر منتقل داده شوند.
  • وقتی داده های سنسورها جمع آوری شدند، داده های سنسور یا مستقیما توسط نرم افزار اسکادا مستقیما اجرا می شوند یا ذخیره می شوند تا بعدا مورد بازبینی قرار بگیرند. سیستم های اسکادا به مانیتور کردن و کنترل فرایندها از محل یا سایتی که همان عملکردها انجام گرفته اند یا به شکل دورکاری انجام شده اند کمک می کند.

معماری سیستم اسکادا

معماری سیستم اسکادا

براساس معماری مرجع پوردو اینترپرایس یا PERA، سیستم های اسکادا دارای 5 سطح از 6 سطح تعریف شده هستند که عبارتند از:

سطح صفر

سطح صفر همان سطح میدان و محل است که کلیه دستگاه ها و تجهیزات میدانی مثل سنسورها را شامل می شود. این سطح، داده های مربوط به فرایندهای میدانی و محرک های کنترل کننده فرایندها را ارسال می کنند.

سطح یک

سطح یک به سطح کنترل مستقیم معروف است و در آن کنترل کننده هایی مثل PLC و RTU وجود دارند. چون با دستگاه های میدانی به شکل مستقیم در ارتباط است. در این ارتباط مستقیم، داده های ورودی از سنسورها دریافت شده و دستورات لازم به محرک های مربوط به تجهیزات میدانی، ارسال می شود.

سطح دو

در سطح دو سیستم های کنترلی محلی قرار دارند که داده های مربوط به کنترل کننده ها دریافت شده و دستورات لازم به سمت آنها ارسال می گردد.

سطح سه

سطح کنترل تولید یا همان سطح سه، دستگاه های نظارتی کل سیستم اسکادا را دارد. همچنین داده ها در آن، از بخش های سطح دو گرفته شده و گزارش برای سطح برنامه ریزی و سایر موارد سایت مثل هشدارها تولید می شوند.

سطح چهار

سطح چهار در معماری سیستم اسکادا به سطح برنامه ریزی تولید معروف است که در آن نظام های تجاری، برای مدیریت فرایندهایی که در حال حاضر در حال انجام هستند، قرار دارند.

جایگاه اسکادا در اتوماسیون صنعتی

اسکادا در اتوماسیون صنعتی

اسکادا به عنوان یکی از روش های موجود در نظام اتوماسیون صنعتی جایگاه بسیار مهمی دارد. به عنوان مثال در اتوماسیون صنعتی، عملگرها و سنسورها در یک ساختار هرمی در آخرین یا پایینترین لایه هستند. این در حالی است که اسکادا در بالاترین لایه قرار دارد. طبیعی است که سیستم اسکادا بخاطر ارسال دستورات و فرامین ضروری و پایش، کنترل و تحلیل داده ها در رأس هرم باشد.

ویژگی های مجموعه اسکادا مدرن

نوع مدرن سیستم SCADA چیست؟ اسکادا مدرن، دستگاه های مبتنی بر وب یا IIoT هستند. این مجموعه ها اوایل دهه 2000 معرفی شدند و برای آنها نرم افزارهای مبتنی بر وب ساختند تا بر روی مرورگرهای وب به راحتی قابل دسترس باشند. سیستم اسکادا مدرن با تجهیز شدن به محاسبات ابری، در مواقع لزوم امکان افزایش سرعت و کاهش آن را سریعتر و مقیاس پذیرتر کرده است. مزایای مجموعه مدرن اسکادا که امروزه باعث شده شرکت ها کم کم به سوی آنها مهاجرت کنند و نظام قدیمی را کنار بگذارند، عبارتند از:

  • به لطف دسترس پذیری بیشتر و بهتر سخت افزار و نرم افزار برای اسکادای مدرن و بهره مندی از محاسبات ابری در تسریع فرایندهای صنعتی، مقیاس پذیری آنها بیشتر است.
  • قابلیت همکاری و کارکرد پذیری مشترک در اسکادای مدرن بیشتر است چون وابستگی خاصی به سخت افزار یا نرم افزار مخصوصی ندارند.
  • پروتکل های ارتباطی  SCADA مدرن گستردگی بیشتری دارد در نتیجه امکان دسترسی به داده ها و کنترل های اسکادا را راحتتر می کند.
  • پشتیبانی که از دستگاه های مدرن اسکادا می شود به مراتب بیشتر است. چون از سخت افزار سامانه تجاری، استانداردهای شبکه باز و پلتفرم های توسعه نرم افزاری استفاده می کنند که پشتیبانی را توسط افراد شخص ثالث هم بیشتر کرده است.

نرم افزارهای سیستم اسکادا

همانطور که گفتیم اسکادا ترکیبی از بخش نرم افزاری و سخت افزاری است. در این خصوص شرکت های مختلف، نرم افزارهای گوناگونی را برای این سامانه طراحی و توسعه داده اند که معروف ترین آنها عبارتند از:

سایتکت اسکادا

نرم افزاری فشرده، قابل اطمینان و با انعطاف پذیری بالاست که ساخت و توسعه آن بر عهده شرکت اشنایدر الکتریک است. آخرین محصول منتشر شده، Vijeo Cirect ورژن 7.1 است. شما به عنوان کسی که با نظام اسکادا کار می کند، باید با سایتکت اسکادا هم به عنوان یک فناوری رایج آشنایی داشته باشید.

In-Touch

ساخت و توسعه نرم افزار In-Touch، توسط شرکت Wonderware انجام گرفته که جدیدا وارد بازار شده اما با استقبال خیلی خوبی مواجه شد. پلتفرم این نرم افزار به گونه ای است که اصطلاحا به شکل اتصال و اجرا کار می کند. امکان سفارشی سازی نرم افزار In-Touch در پلتفرم گذاشته شده وجود دارد. شما می توانید از استانداردهای باز در ارتباطات استفاده کنید که با اکثر سیستم های PLC هم سازگار می شود.

Experion SCADA

یکی از بزرگترین شرکت های دنیا در عرصه سامانه های اسکادا و اتوماسیون صنعتی، شرکت Honeywell است. این شرکت با عرضه نرم افزار Experion SACADA به کمک این پلتفرم ها آمده است. با این حال عیب بزرگ این نرم افزار این است که سازگاری کامل آن با محصولات تولیدی این شرکت نظیر پی ال سی ها و RTU ها خواهد بود. هر چند با محصولات سایر شرکت ها هم کار می کند.

نرم افزار iFIX از شرکت General Electric

در بین شرکت های تولیدی نرم افزارهای سیستم اسکادا، نام شرکت جنرال الکتریک به خوبی می درخشد. چرا که مزیت بزرگ نرم افزار آن توسعه سریع صفحات با فناوری HTML5 است. مزیت بزرگ بعدی این نرم افزار وجود درایورهای زیاد برای ساخت سامانه های شبکه ای و توزیعی، جهت اتصال به پی ال سی های امروزی است. بنابراین علاوه بر پی ال سی های مختص خود این شرکت، با قطعات سایر شرکت ها هم سازگاری نشان می دهد.

نرم افزار Ignition از شرکت Inductive Automation

ویژگی خاص این نرم افزار بهره مندی از آخرین ورژن اینترنت اشیاء یا IoT است. ضمنا این نرم افزار با کلیه معیارها و اصول Industry نسخه 4 هم سازگار است. این نرم افزار جدیدا وارد بازار سیستم های اسکادا شده و سازگاری کامل با اکثر تجهیزات پی ال سی نشان می دهد. به همین دلیل اکثر شرکت ها این نوع نرم افزار را تهیه می کنند.

SIMATIC WinCC V7

نرم افزار SIMATIC WinCC V7

خیلی سال پیش شرکت زیمنس سیستم اسکادا را با نام WinCC عرضه کرد. شهرت بسیار بالای این شرکت باعث شده تا به امروز اکثر شرکت ها به سراغ نرم افزارهای این شرکت بروند. نرم افزارهای این شرکت با آخرین فناوری های روز دنیا ساخته می شوند و قیمت بالا شاید از معایب آن باشد.

فرق بین DCS و اسکادا چیست؟

در ابتدای مقاله هم توضیح دادیم که سیستم SCADA چیست، قطعا می دانید، این سامانه برای گرد آوری، هماهنگ سازی و کنترل داده های مختلف است. در دستگاه اسکادا بررسی و تحلیل داده به شکل فوری و لحظه ای بسیار مهم است. به همین دلیل در مقیاس وسیع هم به کار برده می شود.

نظام DCS یا سامانه توزیع شده در مکان های محدودتر مثلا کارخانجات سطح متوسط استفاده می شود و از شبکه های محلی سرعت بالا یا LAN استفاده می کند. بر روی سیستم های DCS، کنترل های حلقه بسته وجود دارد اما در اسکادا چندان اولویت ندارند.

تفاوت بین سیستم SCADA و DCS

فرق بین PLC و سیستم اسکادا چیست؟

فرق بین پی ال سی و سیستم SCADA چیست؟ سوالی است که بسیار زیاد از ما می پرسند. شاید خیلی از افراد این دو را با هم اشتباه می گیرند، هر چند بین آنها نسبت عملکردی وجود دارد.

پی ال سی ها کنترل کننده منطقی برنامه پذیری هستند که پنل، ورودی و خروجی های مختلف دستگاه ها، درون آنها جای می گیرند. پی ال سی ها براساس وضعیت ورودی ها و برنامه ای که برای آنها نوشته شده، برای کنترل دستگاه های هدف، سیگنال ارسال می کند. اما اسکادا تجهیزی است که بر روی PLC قرار می گیرد. بنابراین پی ال سی همیشه بخشی از مجموعه SCADA بوده و باعث ارتباط بین تجهیزات میدانی و اسکادا می شوند.

کاربردهای اسکادا

اکنون که می دانید سیستم اسکادا چیست و به چه شکل کار می کند، نیاز است با کاربردهای آن نیز آشنا شوید. کاربرد اصلی این نظام، نظارت بر داده های جمع آوری شده از مجموعه فرایندهای مختلف است. در فرایندهایی که تعداد ورودی/خروجی خیلی زیاد است، از این نظام استفاده می شود. رنج معمول برای این سیستم ها بین هزار تا ده ها هزار واحد است. کاربردهای اسکادا در صنایع مختلف از قبیل:

  • نیروگاه ها و شبکه های انتقال برق
  • صنایع تولید فولاد
  • صنایع شیمیایی
  • پالایشگاه ها
  • صنایع آب
  • خطوط نفت و گاز
  • مراکز اتمی
  • مراکز حمل و نقلی و فرودگاهی
  • تجهیزات مخابراتی

از طرفی کاربردهای سیستم اسکادا براساس نوع عملکرد عبارتند از:

  • مانیتورینگ و کنترل کردن سایت ها در یک واحد صنعتی یا ترکیبی از واحدهای مختلف
  • کنترل کردن فرایندهای مختلف در صنایع گوناگون به شکل محلی و از راه دور
  • جمع آوری، پردازش و نظارت بر داده ها به شکل لحظه ای یا Real-Time
  • ثبت وقایع و داده های فرایندها به شکل فایل در هارد دیسک جهت کاربردهای بعدی مثل چاپ توسط اپراتور
  • پست فشار قوی برق برای توزیع
  • خطوط تولید کارخانجات مختلف مثل کارخانجات تولیدی بستنی، شیر، چیپس، روغن و غیره برای گزارش خطا در تولید و رفع فوری آن توسط اپراتور
  • پردازش دقیق و کارآمد داده ها برای تصمیم گیری بهتر و سریعتر
  • ردیابی اتوبوس های درون شهری
  • نگهداری سیستم های خنک کننده در فروشگاه ها
  • اطمینان حاصل کردن اپراتور از تولید و ایمنی کار در پالایشگاه ها
  • کنترل داشتن بر روی مقدار مصرف انرژی منزل
  • رسیدن به استانداردهای بالای کیفی در تصفیه خانه های فاضلاب

کاربرد اسکادا

مزایا و معایب سیستم SCADA چیست؟

هر نوع سامانه ای که در اتوماسیون صنعتی بکار می رود، با وجود تمام اجزای پیشرفته و مزایای گسترده ای که دارد، معایبی هم دارد. این مورد در خصوص سامانه های اسکادا هم صدق می کند. در ادامه به بررسی مزایا و معایب اسکادا پرداخته ایم:

مزایای سیستم SCADA

  1. مجموعه اطلاعات فرایندهای صنعتی مختلف به شکل گرافیکی روی HMI نمایش داده می شود.
  2. گسترش سامانه اسکادا راحت است. مثلا می توان تعدادی واحد کنتلی و سنسور را اضافه کرد و ارتقا داد.
  3. در موقعیت های بحرانی مجموعه اسکادا یکی از بهترین ها به شمار می رود.

معایب سیستم اسکادا

  • پیچیده بودن ارتباط بین اجزای مختلف توسط زیر ساخت ها مثل RTU، PLC و غیره
  • نیاز به اپراتور و مهندس مجرب و با سابقه برای تحلیل داده و عیب یابی

جمع بندی مطالب

در این مطلب تلاش کردیم پاسخ جامع و کاملی به اینکه سیستم اسکادا چیست، چگونه کار می کند و چه کاربردهایی دارد و امروزه مدل های مدرن چرا طرفداران بیشتری در بین شرکت ها و صنایع مختلف پیدا کرده اند، بدهیم. سامانه اسکادا بخش جدایی ناپذیر روش های اتوماسیون صنعتی هستند و رابطه تنگاتنگی با پی ال سی ها و اچ ام آی ها دارند که به طور مفصل توضیح دادیم. شما می توانید برای خرید این دو تجهیز بسیار مهم و سایر تجهیزات اتوماسیون صنعتی از طریق آزند اتوماسیون که نمایندگی رسمی محصولات دلتا در تهران و مشهد است اقدام کنید.

امتیاز شما به این مقاله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *