X
تبلیغات
"مهندسی کنترل و ابزاردقیق" - آشنایی با سیستمهای کنترل به همراه مختصری پیرامون س

سیستمهای کسب اطلاعات در سطحRTUویا PLC قرار دارند که  شامل تجهیزات اندازه گیری و بیانگر وضعیت پروسه می باشند و  SCADA به وسیله تجهیزات ارتباطی به اطلاعات مورد نیاز دسترسی پیدا می کند. اطلاعات سپس به نحو مناسب فریم بندی  شده تا بوسیله سیستمهای HMI استفاده شوندو تصمیمات لازم برای برای کنترل پروسه به وسیله ارسال فرامین مناسب به RTUیا PLC انجام می گردد.

سیستمهای SCADA معمولا پایگاههای اطلاعاتی توزیع شده در سراسر پروسه که نقطه نامیده میشوند را بکار می گیرد.یک نقطه بیانگر یک مقدار ورودی /خروجی منفرد است که بوسیله سیستم ،کنترل یا مونیتور می شود.

نقاط می توانند سخت یا نرم باشند.یک نقطه سخت نمایانگر یک ورودی/خروجی واقعی متصل به سیستم می باشد،همچنین یک نقطه نرم بیانگر نتیجه عملیات منطقی یا ریاضی می باشد که به نقاط نرم و سخت دیگر اعمال شده اند.مقادیر نقاط معمولا به صورت مقدار و زمان متناظر با ان ذخیره می شوند.مجموعه زوجهای متناظر زمان و مقدار یک نقطه به عنوان تاریخچه ان نقطه در نظر گرفته می شود.

می توانیم کل یک سیستم SCADA یاDCS را از یک کمپانی تهیه کنیم ولی امکان اینکه تجهیزاتی ازسازنده های مختلف را باهم استفاده کنیم نیز وجود دارد مثلا تجهیزاتHMI  را از شرکت Wonderware و PLCها را از Allen-Bradley&GE  وتجهیزات ارتباطی Ethernetرا با هم در یک مجموعه استفاده کنیم.

ب)رابط انسان با ماشین(Machine Interface Human):

یک سیستم   HMIابزاری است که برای نمایش دادن اطلاعات پروسه به اپراتور به کار می رودو از این طریق اپراتور پروسه را کنترل می کند.

صنعت  HMI برای استاندارد کردن روشهای مونیتورینگ وکنترل چند RTU و PLC و دیگر تجهیزات کنترلی به کار می رود.وقتی PLCیک کنترل اتوماتیک از قبل برنامه ریزی شده را برروی یک پروسه به اجرا در می اورد انهامعمولا درون محیط توزیع شده اند و خیلی مشکل است که اطلاعات را به صورت manual از انها جمع اوری کرد.PLC هاعموما هیچگونه استانداردی برای نمایش اطلاعات به اپراتور نداشتند.سیستم SCADA اطلاعات را از PLCها و دیگر کنترلرها توسط شبکه جمع اوری کرده وسپس انها را ترکیب و فریم بندی می کند ، یک HMI ممکن است به یک پایگاه اطلاعاتی متصل شود تا روندمدیریت و شناخت اطلاعات مثل نگه داری زمان بندی شده اطلاعات و جزئیات شماتیک یک سنسور خاص یا ماشین وراهنمای هوشمند اشکال زدائی سیستم را نشان دهد.از حدود1998عمده کارخانجات سازنده PLC مجموعه سیستمهای HMI/SCADA را با هم ارائه کرده اند ، تعدادی از انها از پروتکلهای ارتباطی none-proprietary استفاده می کنند. بسته های معروف سه بخشی HMI/SCADA با اکثر PLC های مهم و رایج سازگارندوبه مهندسان و تکنسین های برق و مکانیک اجازه پیکره بندی  HMI را انطور که دوست دارند بدون نیاز به نوشتن برنامه  ان توسط برنامه نویس را می دهد.

ج)سخت افزار(Hardware Solutions):

SCADA اغلب از تجهیزات سیستم کنترل توزیع شده (DCS) بهره می برد.استفاده از RTUهای هوشمند یا PLC ها که به صورت خود مختار فرایند های ساده منطقی را بدون نیاز به کامپیوتر سرپرست اجرا می کنند در حال افزایش است .

یک زبان برنامه نویسی بلوکی (IEC 61134-3) برای ایجاد برنامه هایی که روی RTU و PLCها اجرا می شود بکارگرفته می شود.

بر خلاف زبانهای روشمند مثلC با فرترن ،  IEC 61134-3تلاش اش اینست که برای حداقل شدن احتیاجات برنامه نویسی با استفاده از بکار گیری مجازی ارایه های کنترل واقعی اینکار انجام شود ،این به مهندس سیستمSCADA  اجازه می دهد تا هم ساختار کنترلی و هم برنامه RTU و PLCها رابا هم اجرا و مورد ارزیابی قرار دهد.

د) تجهیزات سیستم:

1.واحدهای RTU.

2.ایستگاه سرپرستی و کامپیوترهای HMI.

3.زیرساخت های ارتباطی .

1) RTU:

 RTU به تجهیز فیزیکی متصل می شوند و وضعیت باز یا بسته  یک سویچ یا شیر کنترل را تست می کند ویااطلاعات مربوط به فشار ،دبی،ولتاژ و جربان را می خواند، همچنین با ارسال سیگنال مناسب به  RTU ، این تجهیزمی تواند یک عنصر فیزیکی را کنترل کند،مثلا یک سویچ یا شیر را باز و بسته کنند و یا سرعت پمپ را تنظیم کنند.

RTU می تواند وضعیت اطلاعات دیجیتال را خوانده ویا داده های اندازه گیری شده انالوگ را قرائت کرده و فرامین دیجیتال یا نقاط کار انالوگ را ارسال کنند.

یک بخش مهم اکثرSCADA ها بکارگیری  alarmها و هشدارها می باشند،یک  alarm وضعیت دیجیتال یک نقطه است که یادر وضعیت عادی است ویا در حالت هشدار. alarmها وقتی شرایط تعریف شده اشان اتفاق بیافتد فعال می شوند.یک مثال ازیک  alarm خالی شدن مخزن سوخت در یک ماشین می باشد،تمرکز اپراتورهای SCADA بیشتر روی alarmها معطوف است.Emailها و پیامهای متنی اغلب با فعال شدن  alarmها ،بوسیله اپراتور SCADA به مدیران مربوطه فرستاده می شود.

 

2)ایستگاه سرپرستی (Master Station):

مفهوم ایستگاه سرپرستی به سرورها و نرم افزارهای مرتبط با تجهیزات میدانی (RTU و PLC) اطلاق می شود که با نرم افزارهایHMI  درحال اجرا روی ایستگاههای کاری در اتاق کنترل یا سایر جاها مرتبط می باشند.

درسیستمهای SCADAکوچکتر ایستگاه  سرپرستی ممکن است فقط از یک PC تنها تشکیل شده باشد.

درسیستمهایSCADAبزرگتر ایستگاه سرپرستی ممکن است شامل چندین سرور و کاربردهای نرم افزاری توزیع شده باشد و کل سایت را پوشش دهد.

سیستم SCADA معمولا اطلاعات را به صورت گرافیکی برای اشخاص مرتبط نمایش می دهند،در ظاهری مشابه سازی  شده با واقعیت واین بدین معنی است که اپراتورمی تواند کارگاه تحت کنترل را به صورت شماتیک و جایگزین شده مشاهده نماید.برای مثال تصویر یک پمپ متصل به لوله می تواند به اپراتور نشان دهد که پمپ در حال کار کردن است وبه چه نحو مایع در حال پمپ شدن در لوله در حال حرکت است ،همچنین اپراتور می تواند پمپ را خاموش کند،نرم افزارHMI می تواند مقدار دبی مایع را که در حال کاهش است را به صورت زمان واقعی(Real Time) نمایش دهد.

دیاگرامهای کپی برداری شده از واقعیت شامل خطوط گرافیکی و سمبلهای شماتیکی هستندبرای جایگزینی عناصر پروسه،یا ممکن است شامل عکسهای دیجیتالی یک تجهیز پروسه باشند با سمبلهای متحرک سازی شده. بسته نرم افزاریHMI برای سیستم SCADA نوعا شامل یک برنامه طراحی است که اپراتور یا شخص مسئول نگه داری سیستم از ان برای جایگزینی عناصرگرافیکی با عناصر واقعی پروسه برای ارتباط با کاربر استفاده می کنند.

این جایگذاری می تواند به سادگی یک چراغ کنترل ترافیک برروی صفحه نمایش باشد که بیانگر وضعیت واقعی یک چراغ کنترل ترافیک در سر چهارراه باشد و یا اینکه به پیچیدگی یک نمایشگر چند پروژکتوری که جانشین موقعیت اسانسور در یک اسمانخراش ویا یک قطارروی راه اهن باشد. اوایل سیستم عاملهای بازمثل Linux به طور گسترده مورد استفاده قرارنمی گرفتند برای توسعه محیطهای پویا وبعلت اینکه یک مشتری سیستم SCADA که قادر به پرداخت هزینه  برای سخت افزار ها و دستگاههای میدانی که  که باید کنترل شوند  می باشد می تواند سفارش UNIX یا Open VMS را داشته باشد.امروزه همه سیستم عامل های مهم هم برای ایستگاه سرپرستی و هم برای ایستگاههای کاریHMI   می توانند استفاده شوند.

فلسفه کاری (Operational philosophy) :

به جای اینکه تواناییهای اپراتور را افزایش دهیم و یااتوماسیون ایستگاه سرپرستی را تقویت  کنیم ،بایستی قابلیتهای RTU ها را برای انالیز و کنترل در شرایط خطرناک مثل حفره های اتش و ... بهبود داد.نرم افزارهای ایستگاه سرپرستی بایستی تجزیه وتحلیل بیشتری روی اطلاعات انجام دهند قبل از اینکه اینها را به اپراتور نشان دهد،شامل انالیز روی اطلاعات گذشته وانالیزهای در ارتباط با نیازهای خاص ان صنعت.از نظر ایمنی ،کل سیستم  مثل ایستگاه سرپرستی باید استانداردهای ایمنی را به طور دقیق براورده سازند.

برای بعضی از صنایع و تاسیسات انها هزینه های ناشی از خرابی سیستم کنترل  خیلی زیاد است حتی ممکن است جان عده ای به خطر بیافتد.سخت افزارهایی که برای سیستمهای SCADA استفاده می شود عموما در مقابل حرارت، لرزش و ولتاژهای  بالا مقاوم هستند،با این وجود قابلیت اطمینان این سیستمها با استفاده از سخت افزارها و کانالهای اارتباطی اضافی (Redundant)افزایش می یابد. یک بخش معیوب به سرعت شناسایی شده و عملکردش به صورت اتوماتیک توسط سخت افزار یدکی انجام می شود و این بخش بدون اینکه در کار پروسه خللی وارد شود، تعویض یا تعمیر می شود.قابلیت اطمینان چنین سیستمهایی به صورت اماری محاسبه شده و به صورت میانگین زمانهایی که خرابی اتفاق می افتد بیان می شود یعنی میانگین زمانی بین وقوع خرابی ها،در چنین سیستمهایی با قابلیت اطمینان بالا این زمان می تواند در حد چند صد سا ل(چندین قرن) باشد.

3) زیر ساختهای ارتباطی و روشها (Communication infrastructure and methods):

سیستمهای SCADA به طور سنتی از ترکیب ارتباطات رادیویی و سریال مستقیم یا اتصالات مودم برای براوردن نیازهای ارتباطی اشان استفاده می کنند. اگرچه EthernetوIP روی  SONET(انتقال اطلاعات بر روی فیبر نوری) نیز اغلب به خصوص در سایتهای بزرگ مثل راه اهن ها ونیروگاهها مورد استفاده واقع می شود..

به علت اینکه عده ای از مشتریان خواهان انتقال اطلاعات SCADA روی شبکه های معمولی موجود هستند ویا اینکه می خواهند شبکه را با دیگر کاربردها به اشتراک بگذارند دارد این قبیل ارتباطات سنتی را به خطر می اندازد.و این اهمیت پروتکلهایی با پهنای باند پایین را پررنگ می سازد.پروتکلهای SCADA به صورت خیلی جمع وجور طراحی شده اند و تعدادی از انها فقط طراحی شده اند برای ارسال اطلاعات به ایستگاه سرپرستی که ایستگاه سرپرستی اینها را از RTU ها می گیرد .تعدادی از پروتکلهای پر اهمیت SCADA عبارتند از: Modebus,RP-570.

این پروتکلهای ارتباطی همه خواسته های فروشندهای SCADA را بر اورده می سازند.پروتکلهای استاندارد عبارتند از:

104 یا   IEC 60870-5-101وprofibus وDNP3.این پروتکلهای ارتباطی به صورت استاندارد در امده اند و برای اکثر فروشندگان مهم شناخته شده اند.

تعدادی از این پروتکلها دارند برای کار رویTCP/IP توسعه پیدا می کنند،اگرچه این امر یک تجربه خوب برای مهندسان امنیت اطلاعات است تا از اتصال SCADA به Internet ،به خاطر مسایل هک شدن و... جلوگیری کنند.

RTU ها ودیگر کنترلرهای اتوماتیک قبل از اینکه توسعه استانداردهای گسترده صنعتی اثر گذار شوند بایستی به روز شوند.نتیجه این است که مدیران و سازنده گان این دستگاهها پروتکلهای کنترلی مختلفی را ایجاد می کنند.در میان فروشندهگان بزرگتر این انگیزه وجود دارد که خود نسبت به ایجاد پروتکل اقدام کنند به خاطر اینکه مشتریان را به خود وابسته کنند .

روند اینده سیستمهایFuture trends in SCADA )SCADA  ) :

PLC هاو نرم افزارهایHMI/SCADA  به این سمت پیش می روند که هر چه بیشتر با هم ترکیب و منطبق شوند، در اواسط دهه1990 سازندگان مختلف DAQ I/O)) پروتکلهای ارتباطی خاص خودشان را برای انتقال دهنده های مناسب از نظر مسافت شبیهRS-485  ارائه دادند ؛در اواخر دهه 1990به بعد ارتباطات باز ادامه پیدا کرد توسط سازنده گان I/O که از ساختارهای باز شبیه Modicon MODBUS روی RS-485  پشتیبانی می کردندو نهایتا بیش از 2000 سازنده ، کاملترین پروتکل ارتباطی باز مثل Modicon MODBUS برروی TCP/IP را ارائه کردند.موانع اولیه در ورود Ethernet TCP/IP به صنایع اتوماسیون  عبارت بودند از تعیین کردن و همزمانسازی(determinism,synchronization)وانتخاب پروتکلها با توجه به مناسب بودن محیط ،و اینها هنوز در کاربردهای اندکی بااهمیت می باشند ولی برای اکثر عرضه کننده های HMI/SCADA  این موانع شکسته شده اند.

امروزه سیستمهای زیادی بر مبنای SCADA در حال کار هستند که همگی با این سوال مواجه اند که تا چه میزان در برابر حملات خرابکارانه یا تروریستی اسیب پذیرند.

ذات پر اهمیت سیستمهای مبتنی بر SCADA که که به تعداد زیاد وجود دارند در صورت روی دادن چنین حملاتی می تواند در یدترین سناریو باعث از دست دادن انبوهی از سرمایه و تجهیزات و اطلاعات و حتی منجر به تلفات جانی چه به صورت مستقیم ویا غیر مستقیم  گردد. بنابراین چنین مساله پر اهمیتی بایستی منجر شود که در کنار استفاده از سیستمهای SCADA در جاهای حساس به طرف طرحهای ایمن تر و ساختارهای با درجه اطمینان با لاتر پیش برویم و افراد اثر گذار در شرکتها و ارگانهای دولتی بایستی این را بپذیرند که هزینه اولیه ای پایین تری که برای سیستم مبتنی بر SCADA می پردازند در صورت وقوع یک حادثه خسارات و ضررهای ان چند برابرهزینه صرفه جویی شده اولیه خواهد بود  .

 
صفحه نخست
پست الکترونیک
آرشیو
درباره وبلاگ
بسم الله الرحمن الرحیم
من در این وبلاگ سعی کرده ام تا اطلاعاتی را از دنیای علم و فناوری هر چند مختصر (همانند قطره ای از دریا)در کنار هم گردآوری کنم.انشاءالله که مفید واقع شود.
با آرزوی موفقیت برای تمام ایرانیان در سراسر این کره خاکی.
محمدرضا

 

 RSS

POWERED BY
BLOGFA.COM