برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

اسکادا (SCADA ) مخفف کلمات Supervisory Control And Data Acquisition به معنی کنترل سوپروایزری (نظارت مدیریتی) و اخذ داده ها می باشد. همانطور یکه از اسم آن پیداست اسکادا به یک سیستم کنترلی گسترده اشاره دارد. سیستم های اسکادا برای نظارت و یا کنترل پروسس های شیمیایی و یا حمل و نقلی در سیستم هایی نظیر تامین آب شهری، کنترل نیروی برق، انتقال و توزیع آن، لوله های گاز و نفت و بسیاری پروسس های توزیع شده دیگر استفاده می شوند.


مفاهیم سیستم

یک سیستم اسکادا شامل سیگنال های ورودی/خروجی، کنترلگرها، HMI، شبکه ها، ارتباطات، پایگاه های داده و نرم افزار می باشد.

کلمه اسکادا معمولا نشان دهنده یک سیستم مرکزی است که نظارت و کنترل یک سایت کامل و یا یک سیستم توزیع شده در فواصل زیاد (در حد چندین کیلومتر) را برعهده دارد. عمده عملیات کنترل سایت عملا به صورت اتوماتیک توسط Remote Terminal Unit (RTU) ویا به وسیله Programmable Logic Controller (PLC) انجام می شود.
توابع کنترلی میزبان معمولا به عبورکردن از سایت پایه یا قابلیت های سطح نظارتی محدود می شوند. به عنوان مثال یک PLC می تواند جریان آب خنک کننده قسمتی از یک پروسه صنعتی را کنترل کند؛ در حالی که سیستم اسکادا می تواند به کاربر اجازه دهد که تنظیمات کنترلی جریان را تغییر دهد و می تواند اجازه نمایش و یا ثبت هر اعلان خطری (آلارم) نظیر کاهش جریان یا افزایش دما را صادر نماید. بازخورد (فیدبک) حلقه کنترلی درون PLC یا RTU بسته شده است و سیستم اسکادا بر بازده کلی این حلقه نظارت دارد.

جمع آوری اطلاعات از سطح RTU یا PLC شروع می شود و این مرحله، خواندن مقادیر و حالات دستگاه های جانبی متصل به اسکادا را شامل می شود. سپس داده ها کامپایل شده و به فرمت قابل استفاده برای کاربر اتاق کنترل که از Human Machine Interface (HMI) استفاده می کند؛ در می آید.
اتاق کنترل تصمیم های لازم را که گاه ممکن است باطل کننده فرمانهای عملیاتی موجود در RTU یا PLC باشد را بر اساس این داده ها صادر می نماید. این داده ها همچنین می توانند برای یک سیستم ثبت اطلاعات ذخیره شوند که معمولا این سیستم یک سیستم مدیریت پایگاه داده است که از امکان ایجاد نمودار و سایر روشهای تحلیل اطلاعات برخوردار است.

سیستم های اسکادا عموما یک پایگاه داده توزیع شده را پیاده سازی می کنند که معمولا به آن با نام پایگاه تگ ها اشاره می شود. این پایگاه داده شامل عناصر اطلاعاتی است که تگ یا نقطه نامیده می شوند. یک نقطه نشان دهنده یک مقدار ورودی یا خروجی نظارت شده یا کنترل شده به وسیله سیستم است.
نقاط می توانند نرم یا سخت باشند. یک نقطه سخت نشان دهنده یک ورودی یا خروجی عملی متصل به سیستم است در حالی که یک نقطه نرم نشان دهنده نتیجه منطقی و عملیات محاسباتی بر روی دیگر نقاط نرم یا سخت است. مقادیر نقاط معمولا به صورت مقدار- برچسب زمانی ذخیره می شوند (مقدار و برچسب زمانی هنگامی که نقطه ضبط یا محاسبه می شود). یک رشته از ترکیب مقدار-برچسب زمان تاریخچه نقطه مورد نظر می باشد. مرسوم است که علاوه بر اینها اطلاعات دیگری نیز ذخیره گردد نظیر مقادیر ثبات های PLC ، توضیحات و اطلاعات اخطاری.

می توان یک DCS یا سیستم SCADA را بطور کلی از یک تولید کننده سیستم های کنترلی نظیر شرکت ABB خرید ویا اینکه قطعات سخت افزاری و بسته های نرم افزاری را از تولید کننده های مختلف خرید و آنها را سرهم نمود.



مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری اسكادا

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسكادا)

مقدمه :

امروزه Wireless Telemetry به‌عنوان ابزاری پرقدرت برای جمع‌آوری و ذخیره‌ی اطلاعات در سراسر دنیا شناخته شده‌اند. این شاخه از مهندسی به‌عنوان ابزار بسیار مهمی جهت مدیریت بر منابع و پیشگویی‌های دقیق و به موقع برای كنترل سیلاب‌ها، خشكسالی‌ها و همچنین برنامه‌ریزی در جهت توسعه‌ی پایدار در چرخه‌ی زندگی مناطق مورد مطالعه ، استفاده می‌گردند. برای انتخاب بهینه‌ی سیستم تله‌متری و كنترل از راه دور، شرایط محیطی و منطقه‌ای و عوامل كلیدی زیر باید مورد نظر قرار گیرند:
- پوشش جغرافیایی منطقه‌های مورد نظر
- حجم اطلاعات تولید شده
- مالكیت شبكه و كنترل روند گردش اطلاعات
- سهولت كاربری و نگهداری
- هزینه‌های جاری و سرمایه‌ای درنظر گرفته شده
- پردازش، آنالیز و بایگانی اطلاعات
به‌طور خلاصه در طراحی و ساخت یك شبكه‌ی تله‌متری، عوامل فنی و تجهیزات متعددی دخیل هستند كه به صورت فهرست‌وار عبارتند از:
- سنسورهای اندازه‌گیری
- واحد RTU(Remote Terminal Unit)
- تجهیزات ارتباطی مستقر در هر ایستگاه (Communication Devices) و پروتكل مخابراتی آن‌ها
- تجهیزات جمع‌آوری و پردازش اطلاعات در ایستگاه مركزی (SCADA Center)


1- مبانی طراحی:
همان‌طور كه در مقدمه‌ی مطلب ذكر شد، در بسیاری از سیستم‌های تله‌متری، مفاهیم كلیدی شامل RTU ، SCADA (راهبری كنترل و جمع‌آوری داده)، پروتكل‌های مخابراتی و شبكه‌های فیزیكی انتقال اطلاعات می‌باشند.
RTU، وظیفه‌ی جمع‌آوری اطلاعات از سنسورها را به‌عهده دارند و آن‌ها را به شكل مناسبی برای استفاده‌ی پروتكل مخابراتی درآورده (و در بعضی حالت‌ها تبدیل) و برای انتقال روی بستر مخابراتی آماده می‌نمایند. هر RTU اطلاعات مورد نیاز را یا از طریق ارتباط با سیگنال‌های الكتریكی و یا از درگاه‌های سریال تجهیزات هوشمند كسب می‌نماید.
پروتكل مخابراتی، زبان مورد استفاده برای دریافت و انتقال اطلاعات بر روی شبكه می‌باشد. پروتكل می‌تواند مشخص كند كه چه كسی اطلاعات را می‌فرستد، چه كسی دریافت می‌كند، معنای داده‌ها در پیام چیست، اطلاعات را برای اطمینان از صحت دریافت، بازبینی نماید و در صورت رخداد خطا، آن را تصحیح نماید. فرستنده و گیرنده‌ی پیام باید پروتكل مشابهی را به‌كار گیرند تا اطلاعات پیام را درك نمایند.
شبكه‌ی مخابراتی، بستر لازم را برای انتقال اطلاعات(پیام) از RTU به سیستم اسكادا، از RTU به RTU دیگر و بین سیستم‌های اسكادا فراهم می‌سازد. شبكه‌های مخابراتی متنوعی در سیستم‌های تله‌متری مورد استفاده قرار می‌گیرند كه انتخاب آن‌ها بسته به محدودیت‌ها و هزینه‌ها می‌باشد ولی غالبا" استفاده از روش‌های ارزان و با سرعت انتقال پایین، متداول‌تر است. بسته به حوزه‌ی عمل و مسوولیت، فاصله‌ی مورد نیاز برای انتقال اطلاعات می‌تواند بسیار مهم باشد. استفاده از سیستم‌های رادیویی، شبكه‌های WAN(Wide Area Network) و مخابرات ماهواره‌ای، گزینه‌های مطلوبی محسوب می‌گردند.
هر سیستم اسكادا در بردارنده‌ی یك یا چند كامپیوتر است كه فراهم كننده‌ی ارتباط با شبكه‌ی مخابراتی(به كمك RTUها) و یك رابط اپراتوری برای كار با اطلاعات به‌دست آمده از RTUها می‌باشد. این اطلاعات ممكن است به‌صورت پیام نمایش داده شوند و یا برای دستیابی‌های بعدی، ذخیره گردند و یا به سیستم‌های كامپیوتری دیگر ارسال گردند.
نقاط مختلف سیستم‌های تله‌متری، معمولا" از حجم كوچكی داده برخوردار هستند. نقاطی مانند چاه‌ها، مخزن‌های آب، ایستگاه پمپاژ آب، داده‌هایی را از تجهیزات ابزار دقیق و همچنین تابلوهای برق جمع‌آوری می‌نمایند.
سیستم‌های نرم‌افزاری پیچیده، امكاناتی همچون، مشاهده‌ی میزان مصرف به منظور صدور صورت‌حساب، مدیریت دارایی‌ها، آنالیز قیمت آب، تعیین میزان دبی آب در هر منطقه، ردیابی نشتی آب و بهینه‌سازی مصرف انرژی بر مبنای جمع‌آوری اطلاعات زنده از RTU و از راه دور را در اختیار بهره‌بردار قرار می‌دهد.

۲- مطالعه‌ی انواع شبكه‌های مخابراتی:
شبكه‌ی مخابراتی به تجهیزات مخابراتی گفته می‌شود كه اطلاعات آنالوگ و دیجیتال جمع‌آوری شده از نقاط كنترلی را به اتاق كنترل مركزی فرستاده و برعكس فرمان‌های صادر شده از سیستم كنترل مركزی را به نقاط تحت كنترل منتقل می‌كند.
در شبكه‌های مخابراتی معمولا" دو نوع پیكربندی برای سیستم اسكادا وجود دارد:
- پیكربندی نقطه به نقطه (Point to Point)
- پیكربندی نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point)
پیكربندی نقطه به نقطه، ساده‌ترین شكل پیكربندی برای شبكه‌های تله‌متری بوده و در این حالت اطلاعات فقط بین دو ایستگاه تبادل می‌گردد و در این حالت، یك ایستگاه، اصلی (Master Station) و ایستگاه دیگر فرعی (Slave Station) محسوب می‌گردد.
ولی در پیكربندی یك نقطه به چند نقطه، یك ایستگاه به‌عنوان اصلی معرفی شده و دیگر ایستگاه‌ها به‌عنوان فرعی درنظر گرفته می‌شوند. در ایستگاه اصلی، اتاق فرمان مركزی كه دربرگیرنده‌ی كامپیوتر اصلی می‌باشد، پیش‌بینی می‌گردد در حالی‌كه در ایستگاه‌های فرعی، ترمینال‌های راه دور (RTU) قرار دارند كه با یك آدرس منحصر به فرد ، به ایستگاه اصلی معرفی می‌گردند.
در شبكه‌های مخابراتی، دو مد مخابراتی (Communication mode) وجود دارد:
- سیستم گردشی (Polling system)
- (Interrupt System) سیستم وقفه‌ای

در سیستم گردشی، ایستگاه اصلی، مركز كنترل شبكه‌ی مخابراتی بوده و به‌صورت متناوب به ایستگاه‌های فرعی اطلاعات داده و دریافت می‌كند. ایستگاه فرعی فقط در صورت درخواست ایستگاه اصلی، به آن پاسخ می‌دهد. هر ایستگاه فرعی با یك آدرس منحصر به فرد، مشخص شده و در صورتی‌كه به درخواست ایستگاه اصلی در یك زمان مشخص، پاسخ ندهد، ایستگاه اصلی، درخواست خود را چندین بار تكرار می‌كند و بعد به ایستگاه بعدی می‌رود.
در سیستم وقفه‌ای كه به "سیستم گزارشی در صورت وجود خبر" یا PBE : Polled Report By Exception نیز نامیده می‌شود، ایستگاه فرعی، ورودی خود را كنترل می‌كند و در صورتی‌كه تغییر قابل ملاحظه‌ای مشاهده نماید، آن را به اطلاع ایستگاه اصلی می‌رساند. در این حالت، چنان‌چه یك ایستگاه فرعی، نیاز به ارسال خبر داشته باشد، شبكه را كنترل نموده و در صورتی‌كه پیامی در حال مخابره در شبكه باشد به مدت زمان نامعینی (Random Delay Time) صبر می‌كند. در صورتی‌كه مدت زمان انتظار طولانی گردد، سیستم در زمان لازم به آن مراجعه كرده و اطلاعات را دریافت می‌كند.
به‌طور كلی، انتخاب شبكه‌ی مخابراتی، متاثر از عوامل زیر می‌باشد:
- تعداد ایستگاه‌های فرعی
- تعداد اطلاعات ورودی به ترمینال RTU و زمان تازه شدن اطلاعات
- محلRTU ها
- امكانات مخابراتی موجود
- تجهیزات و تكنولوژی‌های مخابراتی موجود
هر یك از انواع تكنولوژی‌های مخابراتی، محاسن و معایب خاص خود را دارا می‌باشند كه آن‌ها را برای كاربردی خاص، مناسب و در كاربردی دیگر، نامطلوب می‌نماید. انواع شبكه‌های مخابراتی برای این طرح شامل موارد زیر است:
- سیستم رادیویی
- كابل(خطوط زمینی)
- ماهواره


الف – سیستم رادیویی:
یكی از مطلوب‌ترین روش‌ها برای انتقال اطلاعات، در سیستم‌های تله‌متری، روش رادیویی است. اگرچه ممكن است قیمت‌های تهیه و نصب تجهیزات مزبور از دیگر روش‌ها گران‌تر باشد اما هزینه‌های جاری این سیستم‌ها بسیار ارزان می‌باشد. طراحی مطلوب شبكه‌های تله‌متری رادیویی، ممكن است هزینه‌های جاری بابت تخصیص فركانس را به شدت كاهش دهد. استفاده از روش رادیویی در تله‌متری، مستلزم طراحی مهندسی مطلوب، با توجه به وضعیت منطقه است.
قابلیت توسعه‌ی سیستم تله‌متری رادیویی، باید در مرحله‌ی نصب اولیه مورد نظر قرار گیرد. سیستم‌های طراحی شده با تجهیزات تكراركننده‌ی رادیویی، محاسن بسیاری دارند زیرا فقط با نصب یك رادیو در یك نقطه و نصب آنتن در جهت مطلوب، می‌توان محدوده‌ی سیستم تله‌متری را افزایش داد.
رادیوی پیشنهادی در این طرح، رادیوی متعارف (conventional Radio) با مشخصات زیر می‌باشد:
رادیوی متعارف غالبا" در باند فركانسی UHF كار می‌كند ولی در صورت نیاز ، در باند فركانسی VHF نیز به‌كار گرفته می‌شود.
سیستم‌های رادیویی 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU بر روی یك خط (به‌طور مثال 50 نقطه) تا شعاع 40 كیلومتر، در صورت استفاده از تكراركننده، دسترسی یابند. امكان استفاده از طیف‌های فركانسی مذكور، در محدوده‌ی شهرها، به‌طور روزافزونی كاهش می‌یابد.
سیستم‌های 900 مگاهرتز مشابه سیستم 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU ، اما تا شعاع 25 كیلومتر دسترسی یابند. امكان استفاده از طیف‌های فركانسی مزبور در محدوده‌ی شهرها به آسانی انجام می‌پذیرد.
این سیستم دارای قیمتی مطلوب و پایین برای انتقال اطلاعات با سرعت كم می‌باشد.
مزایای استفاده از سیستم‌های رادیویی عبارتند از:
- مستقل از خرابی خطوط می‌باشند.
- قابلیت بالا و زمان خرابی كم به علت انجام عملیات تعمیراتی به‌صورت مدولار
- هزینه‌های تعمیراتی نسبتا" پایین
- ایمنی و قابلیت اطمینان بالا با توجه به Redundancy

معایب این سیستم نیز به شرح زیر می‌باشند:
- لزوم اخذ مجوز فركانس
- تراكم طیف فركانس
- سرمایه‌گذاری اولیه‌ی زیاد به علت انجام عملیات نصب برج مخابراتی
- نیاز به اخذ مجوز استفاده از مسیرهای مورد نیاز
- نیاز به جاده‌های دسترسی و برق برای تكراركننده‌ها
- محدودیت كانال‌های موجود در مجوزهای دریافتی
- نیاز به طرح بحرانی سیستم برای انعكاس، جذب و انكسار امواج رادیویی
- نیاز به دریافت مجوز از سازمان‌های محیط زیست و صاحبان املاك برای نصب برج و احداث جاده‌ی دسترسی
- احتمال احداث ساختمان، ابنیه و سایر تاسیسات در مسیر دید آنتن‌ها بعد از تاسیس و نصب شبكه مخابراتی كه نتیجه‌ی آن لزوم تغییر مسیر آنتن خواهد بود.


ب- كابل یا خطوط زمینی:
ارتباط زمینی در گذشته، مهم‌ترین روش انتقال اطلاعات بود. ارتباطات كابلی را می‌توان به حالت‌های زیر دسته‌بندی كرد:

- شبكه‌ : با توجه به نزدیكی نقاط كنترلی، می‌توان از شبكه برای انتقال اطلاعات استفاده نمود. از شبكه‌های معروف می‌توان به Profibus-DP و Foundation Field bus اشاره كرد. PLCهای انتخابی باید دارای كارت مخابراتی جهت اتصال به شبكه‌ی مذكور را داشته باشند. در این طرح، PLCهای ایستگاه‌ پمپاژ اصلی به‌عنوان Master و PLCهای چاه‌ها و یا سایر ایستگاه‌ها، به‌عنوان Slave درنظر گرفته می‌شوند. برای اطمینان بیشتر، شبكه را به‌صورت Redundant درنظر گرفت. این روش را یك شبكه‌ی كنترلی توسعه‌یافته می‌توان درنظر گرفت. با توجه به فاصله‌ی نقاط، لازم است تكراركننده‌هایی در طرح درنظر گرفت كه تعداد دقیق آن‌ها بعد از بررسی‌های محلی صورت می‌گیرد.

- فیبر نوری (Fiber Optic): غالبا" به صورت اختصاصی باید ایجاد گردد و متناسب با میزان اتصال، دارای قیمت بسیار بالایی می‌باشد. فیبرنوری غالبا" برای ارتباط با سایر شبكه‌ها و به‌عنوان بستر مخابراتی به‌كار گرفته می‌شود و در ساختار یك به یك، دستیابی به سرعت‌های بسیار بالا در آن امكان‌پذیر می‌باشد.
معایب فیبر نوری شامل موارد زیر می‌باشند :
*- نیازمند سرویس‌های اختصاصی برای نصب می‌باشد.
*- هزینه‌های اتصال در آن ممكن است بسیار زیاد باشد.
*- توسعه، به‌وسیله‌ی مشتری باید انجام گیرد.

- خطوط اجاره‌ای (Leased Line) : غالبا" به‌صورت استیجاری از شبكه‌ی مخابراتی موجود، در اختیار گرفته شده و متناسب با میزان اتصال، دارای قیمت پایینی می‌باشد. دارای انواع مختلف مانند مدار آنالوگ دو سیمه، مدار آنالوگ چهار سیمه و سرویس‌های دیجیتالی می‌باشد.
در انتخاب این سیستم‌ها، دقت زیادی باید به‌عمل آید. به عنوان مثال برای خطوط یك به یك، مودم‌های معمولی، در كاربردهایی‌كه از مسیرهای گوناگون می‌گذرند، مفید نمی‌باشد. برخی از سرویس‌های دیجیتالی نیز كه به‌صورت Master/Slave می‌باشند، برای ساختارهای مخابراتی پیچیده، مناسب نیستند. غالبا" صاعقه سبب ایجاد خطا در این نوع سیستم‌ها می‌گردد و توسعه‌ی این سیستم‌ها توسط شركت مخابرات انجام می‌گردد.

معیارهای طراحی:
انتخاب سیستم مطلوب برای انتقال اطلاعات در طرح،یكی از نقاط مهم و كلیدی می‌باشد. در قسمت قبل انواع شبكه‌های مخابراتی بیان گردید و مزایا و معایب هر یك توضیح داده شد. در مواردی كه فاصله‌ها بسیار زیاد باشد یا موانع زمین، مانع عبور یا دفن كابل در مسیر ایستگاه‌ها شوند یا هزینه‌ی ایجاد كابل خصوصی و یا عمومی تلفن ( خطوط Leased Line چهار سیمه) و كابل شبكه‌ی كنترلی توسعه یافته، گزاف تشخیص داده شود، از روش مخابره‌ی اطلاعات با فركانس رادیویی و رادیو مودم استفاده می‌گردد. اما در مواردی كه فاصله‌ی دو ایستگاه یا دو واحد كم باشد( حداكثر 500 متر) كه استفاده از كابل چهار زوج مسلح و كابل شبكه، توجیه اقتصادی داشته باشد، از دفن كابل خصوصی در كنار خطوط لوله‌ی در حال اجرا استفاده می‌گردد. در هر صورت در این فاصله‌ها هم نیاز به تكراركننده می‌باشد. بنابراین انتخاب سیستم مخابراتی بر مبنای معیارهای زیر صورت می‌گیرد.

طراحی هر سیستم انتقال اطلاعات، مبتنی بر انتخاب تجهیزات بخش‌های زیر است:

الف- شبكه‌ی مخابراتی (Telemetry Network):
انتخاب شبكه‌ی مخابراتی به بخش‌های زیر تقسیم می‌گردد:
- ساختار (Topology)
- مد انتقال( Transmission mode)
- بستر مخابراتی (Link media)
- روش مخابراتی (Protocol)

تجهیزات انتقال اطلاعات نیز، وابسته به شبكه‌ی مخابراتی می‌باشد كه پس از انتخاب بخش‌های مختلف شبكه، مودم متناسب با آن انتخاب می‌گردد.

انواع ساختار شبكه‌ی مخابراتی:
- یك به یك(Point to Point)
- یك به چند (Point to Multipoint)

انواع مد انتقال :
- Half-Duplex
- Full Duplex

انواع بسترهای مخابراتی:
- سرویس مخابراتی ملی (Public Transmission media) كه عبارتست از:
A – شبكه‌ی تلفن سویچینگ ملی (Public Switched Telephone Network)
B- شبكه‌ی تلفن سویچینگ جهانی (General Switched Telephone Network)
C- خط اجاره‌ای اختصاصی (Private Leased Line)
- خطوط بی‌سیم (Atmospheric media) شامل:
A- رادیوهای مایكروویو (Microwave Radio)
B- رادیوهای UHF/VHF
C- ماهواره‌های سنكرون (Geosynchronous Satellite)
D- خطوط قدرت(Power Line)
E- فیبر نوری (Fiber Optic)

انواع پروتكل :
هر پروتكل، فرمت بسته‌های اطلاعات متبادله بین نقاط مختلف طرح را توصیف می‌كند. پروتكل‌های مورد استفاده در صنعت بسیار متنوع و گوناگون است و توسط سازندگان مختلفی تولید گردیده است كه برخی از این پروتكل‌ها عبارتند از:
- DFI از شركت Allen Bradley
- Modbus از شركت Modicon
- IEC870-5
- DNP 3.0

بر اساس تجربه‌های قبلی ، پروتكل DNP3.0 برای سیستم‌های اسكادا ، بهترین مشخصات را در اختیار طراح قرار می‌دهد.


بررسی تكنیك‌های ارتباطی:
در قسمت‌های قبل انواع شبكه‌های مخابراتی معرفی شدند. در ادامه مطالبی را كه از یك منبع دیگر به دست آمده‌ و تمركز بیشتری بر مخابرات ماهواره‌ای دارد معرفی می‌شوند:

- خطوط تلفن:
خطوط تلفن با توجه به ارزان و در دسترس بودن در تقریبا" تمامی نقاط شهری و بسیاری از مناطق روستایی، یكی از روش‌های ارزان انتقال داده می‌باشد. از اشكالات این روش می‌توان به قابلیت اطمینان پایین و پهنای باند نسبتا" كم و همچنین نویز پذیری آن در انتقال اطلاعات اشاره كرد به‌طوری‌كه در كاربردهای حساس كه امكان قطع ارتباط در شبكه باید به حداقل میزان خود برسد، این شیوه از پایداری لازم برخوردار نمی‌باشد. لازم به ذكر است كه امروزه با مودم‌های خاص، قابلیت انتقال اطلاعات تا 56 كیلوبیت در ثانیه توسط خطوط تلفن عمومی كشور وجود دارد.

- شبكه‌ی GSM Cellular Network
شبكه‌ی Cellular موبایل به دلیل وجود یك ساختار شبكه‌ی از پیش ساخته شده و با توجه به تولید كم اطلاعات و تغییرات كند آن در ایستگاه‌های هواشناسی و یا هیدروكلیماتولوژی و عدم نیاز به نرخ ارسال و دریافت بالا می‌تواند به‌عنوان یكی از روش‌های انتقال اطلاعات، مورد استفاده واقع شود. هم اكنون در بسیاری از كشورهای پیشرفته‌ی دنیا، شبكه‌ی GSM به عنوان یك محیط قابل اطمینان در انتقال Narrow Band Data مورد استفاده قرار گیرد. یكی دیگر از شبكه‌های مخابراتی بسیار قابل اعتماد كه در كشورهای پیشرو در زمینه‌ی مخابرات به كار گرفته می‌شود، شبكه‌ی GPRS می‌باشد كه بر روی بستر GSM تاسیس شده و می‌تواند با نرخ تا 50 Kb/s ، اطلاعات را منتقل نماید. در كشور ما متاسفانه شبكه‌ی GSM به دلیل عدم ارایه‌ی سرویس مناسب، در انتقال data كمتر مورد توجه قرار گرفته است و سرویس GPRS نیز تا كنون تاسیس نشده است.



- شبكه‌ی رادیویی VHF/UHF
شبكه‌ی رادیویی با تكنیك TDMA یا FDMA در باند فركانسی VHF و یا UHF ، در صورت وجود دید (Line of sight) مناسب می‌تواند در صورت سایت‌یابی محلی دقیق و نصب دكل‌های مخابراتی در محل‌های مناسب، با ضریب اطمینان بالا جهت ارسال اطلاعات مورد بهره‌برداری قرار گیرد. از مزایای این روش، ارسال دایمی و مطمین اطلاعات با استفاده از یك شبكه‌ی رادیویی كاملا" خصوصی به مركز بوده و اطلاعات به‌صورت Real-time همواره در دسترس می‌باشند. از معایب این روش، نیاز به دیدمستقیم آنتن‌ها می‌باشد كه در صورت وجود مانع طبیعی در مسیر، باید از تكراركننده‌های رادیویی استفاده كرد.


- روش انتقال HF Radio Transmission:
استفاده از محدوده‌ی فركانسی HF در مواقعی كه مشكل موانع رادیویی وجود دارد، می‌تواند بسیار مفید باشد. امواج رادیویی HF می‌توانند به راحتی و با انعكاس‌های متوالی از لایه‌های جوی، موانع طبیعی مسیر زمینی را پشت سر گذارده و تا صدها كیلومتر پوشش رادیویی ایجاد كنند. از معایب استفاده از این محدوده‌ی فركانسی، نویزپذیری بیشتر و نیاز به توان خروجی بالاتر در ایستگاه‌ها می‌باشد. ضمنا" دریافت مجوز استفاده از این محدوده‌ی فركانسی به دلیل تخصیص آن به كاربردهای نظامی، معمولا" دشوار می‌باشد.


- روش استفاده از Microwave Spread Spectrum :
روش طیف گسترده یا Spread Spectrum و استفاده از لینك رادیویی مایكروویو، جهت انتقال اطلاعات در فاصله‌های نسبتا" كوتاه (چند ده كیلومتر) مناسب بوده و در دید كامل و بدون مانع آنتن‌های فرستنده و گیرنده، می‌تواند اطلاعات دیجیتال را با نرخ بسیار بالا منتقل نماید. در صورت وجود موانع طبیعی بین فرستنده و گیرنده، این روش به هیچ‌وجه قابل استفاده نمی‌باشد. به‌طور كلی در مناطق كوهستانی كه دید مستقیم آنتن‌ها معمولا" با مشكل مواجه است استفاده از این روش مخابراتی به هیچ‌وجه توصیه نمی‌شود.


روش‌ انتقال به كمك ماهواره (Satellite Transmission):
استفاده از ماهواره، یكی از مطمین‌ترین روش‌های ارسال و دریافت اطلاعات می‌باشد. با رشد روزافزون تعداد ماهواره‌های پرتاب شده، تخصصی شدن حوزه‌ی عملكرد آن‌ها و كاهش هزینه‌ی استفاده از سرویس‌های مختلف ماهواره‌ای، جهت انجام تله‌متری در پروژه‌های مختلف، خصوصا" در مناطق دورافتاده و خارج از پوشش رادیویی، استفاده از این روش به نحو چشمگیری افزایش یافته است.
استفاده از این روش در انتقال داده‌ی كم (Narrow band) و خصوصا" در مكان‌هایی توصیه می‌شود كه مشكل دید (Line of sight) جهت برقراری ارتباط رادیویی وجود دارد.
در ادامه‌ی مطلب به بررسی انواع سیستم‌های ماهواره‌ای موجود خواهیم پرداخت.


1- شبكه‌ی ماهواره‌ای Inmarsat
این شبكه با پرتاب اولین ماهواره‌ی مخابراتی خود در سال 1982 (Inmarsat A) آغاز به‌كار كرد. هم‌اكنون این شبكه با در اختیار داشتن ماهواره‌های متعدد، تمامی سطح كره‌ی زمین به غیر از مناطق مركزی قطب‌ها را پوشش می‌دهد. سرویس‌های مختلف ماهواره‌ای توسط این شبكه ارایه می‌شود كه جهت ارسال و دریافت Voice , Fax و data با سرعت‌های مختلف در هر نقطه از كره‌ی زمین می‌توانند مورد استفاده واقع شوند. پرسرعت‌ترین این سرویس‌ها، سرویس Inmarsat RBGAN با پهنای باند 144 Kbit/s بوده و كم‌سرعت‌ترین و ارزان‌ترین آن كه فقط جهت انتقال data با سرعت پایین مورد استفاده واقع می‌شود Inmarsat C می‌باشد. در شكل زیر پوشش ماهواره‌ای این ماهواره مشخص می‌باشد.



۲- ماهواره‌ی ثریا (Thuraya)
این ماهواره متعلق به امارات متحده‌ی عربی بوده و دفتر مركزی آن در شارجه می‌باشد. این شبكه‌ی ماهواره‌ای تقریبا" یك سوم جهان شامل اروپا، افریقا و خاورمیانه را در حال حاضر تحت پوشش داشته و اقیانوسیه و شرق دور را نیز در آینده‌ای نزدیك تحت پوشش خود قرار خواهد داد. ترمینال‌های ماهواره‌ای ثریا می‌توانند ارتباطات Voice و Data را با حداكثر سرعت 9.6 Kb/s مبادله می‌نماید. این ماهواره در منطقه‌ی ما یكی از بهترین سرویس‌دهندگان در حوزه‌ی ارتباطات ماهواره‌ای می‌باشد. در شكل زیر پوشش بین‌المللی ثریا نشان داده شده است.

در آدرس زیرمی توانید انتشارات سازمان نظام مهندسی هنگ كنگ (Architectural Services Department) را در مورد تاسیسات برقی و مكانیكی ساختمان پیدا كنید. برای مقایسه بامشابه ایرانی مناسب می باشد. آدرس این سایت را از وبلاگ " مهندسی شبكه های توزیع برق " نیز می توانید دنبال نمایید.
http://www.archsd.gov.hk/archsd_home01.asp?Path_Lev1=6

۳- سیستم ماهواره‌ای Orbcomm :
این سرویس ماهواره‌ای از 30 ماهواره‌ی مدار قطبی تشكیل شده است كه در حال گردش به دور زمین هستند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است كه هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یك ماهواره می‌باشد. در شكل زیر مناطق تحت پوشش ماهواره‌های این سیستم نشان داده شده است. به‌طور كلی پوشش كل سطح زمین، توان بالای انتشار امواج، كوچك بودن آنتن و دستگاه مورد نیاز و سرویس‌های متنوع، كاربرد این سیستم را فراگیر نموده است. سیستم ارسال داده در این سیستم محدود نبوده ولی هزینه‌های شارژ آن بسیار بالا می‌باشد.


۴- سیستم ماهواره‌ای GOES :
این سیستم ماهواره‌ای از نوع مدار ثابت بوده و قابلیت ایجاد ارتباط دو طرفه در این سیستم وجود ندارد. به‌طور كلی قابلیت SCADA در این سیستم ماهواره‌ای وجود ندارد. قیمت هر مودم آن در حدود 5000 دلار بوده و كل دنیا را نیز پوشش نمی‌دهد.”

( Geostationary Operational Environmental Satellites ( GOES









۵- سیستم ماهواره‌ای ARGOS :
این سرویس ماهواره‌ای از 28 ماهواره‌ی مدار قطبی تشكیل شده است كه در حال گردش به دور زمین هستند و از سال 1978 فعال شده‌اند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است كه هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یك ماهواره می‌باشد. انتقال اطلاعات در این سیستم دو طرفه نبوده و صرفا" دارای كاربری خاص برای موقعیت‌یابی می‌باشد. قیمت مودم ارتباطی سیستم حدود 2000 دلار بوده و هزینه‌ی شارژ روزانه برای انتقال 32 بایت اطلاعات 5/7 دلار می‌باشد.
مشخصات این ارتباط ماهواره‌ای را از آدرس زیر می‌توانید به‌طور كامل مطالعه كنید:

http://www.cls.fr/manuel/html/annexes/annexe4.htm#ptt



بلوك دیاگرام لینك ارتیاطی سیستم ماهواره‌ای ARGOS را در زیر می‌توانید مشاهده كنید.






۶- شبكه‌ی ماهواره ای ایریدیوم (IRIDUM)
ایریدیوم تنها شركت ماهواره‌ای است كه به‌طور واقعی تمام سطح زمین حتی قطب‌ها را برای ارتباط صوت و داده، تحت پوشش قرار داده است. این سیستم در حال حاضر دارای 66 ماهواره مدار پایین می‌باشد (در سال 2002 نیز 5 ماهواره‌ی یدكی به این مجموعه اضافه شد.) كه در حال گردش به دور زمین هستند. این سیستم كاملا" آمریكایی بوده و از سال 2001 به حالت تجاری در آمده است. سرعت ارسال داده در باند L ، 2400 بیت در ثانیه بوده و فركانس كاری سیستم حدود 1600 مگاهرتز است. به لحاظ این‌كه این سیستم كاملا" آمریكایی بوده و ترمینال‌های آن نیز توسط شركت‌های آمریكایی تولید می‌شوند، امكان استفاده از آن همانند Inmarsat و ثریا وجود نداشته و سرمایه‌گذاری بر روی آن توصیه نمی‌شود. در شكل زیر نحوه ی پوشش كره ی زمین توسط این ماهواره ها، نشان داده شده است.




در آدرس های زیر می توانید اطلاعات بیشتری در مورد سرویس های این ماهواره را مشاهده نمایید.

http://www.remotesatellite.com/satellite_phones_handheld_iridium.php

http://www.satellitephonestore.com/iridium/iridium-satellite-phones.ph


منبع:http://www.elect.ir/post-230.aspx

1-6 SCADA چیست؟

SCADAیا Supervisory Control And Data Acquisition از اصول كلی سیستمهای DCS پیروی می كند.گرچه هردو سیستم بر پایه یك هدف بنا شده اند. تفاوتهای عمده ای نیز باهم دارند از جمله این تفاوتها می توان به نوع كاربرد و كارآیی این سیستمها اشاره كرد.سیستم SCADA همانطور كه از نام آن پیداست یك سیستم كنترل كامل نیست بلكه جهت ارائه مدیریت نظارت و بررسی بركنترل و جمع آوری اطلاعات طراحی شده و اهداف اولیه و طراحی و تولید آن عبارتند از مونیتورینگ، مدیریت در تصمیم گیری در كنترل و اعلام اخطار و آلارم در مواقع مورد نیاز از طریق یك مركز واحد می باشد.

هسته اصلی این سیستم بسته های نرم افزاری حرفه ای هستند كه برروی سخت افزار ها استاندارد و مشخصی از قبیل PLC ها ویاRTU( (Remote Terminal Units قرار گرفته اند.

سیستم SCADAعلاوه بر كاربرد در فرایندهای صنعتی مانند تولید و توزیع برق ( به شیوه های مرسوم یا هسته ای) ،ساخت فولاد، صنایع شیمیایی،صنایع آب ،گاز و نفت در بعضی از امكانات آزمایشی مانند فوزیون هسته ایی نیز كاربرد دارد.اندازه اینچنین تاسیساتی از 1000تا چندین ده هزار كانال I/O می باشد. و با كمك شبكه ها و سیستمهای مخابراتی منطقه وسیعی را تحت بازرسی ونظارت قرار می دهد.

سیستمهای SCADA بر روی سیستم عاملهای DOS،VMSو UNIXقابل اجرا هستند در سالهای اخیر همه سیستم های SCADAبه سمت سیستم عامل NT و بعضی هم بسمت Linuxگرایش پیدا كرده اند.

2-6 معماری SCADA

این بخش ویژگیهای مشترك در تمام سیستمهای SCADAرابیان می كند.

1-2-6 معماری سخت افزار : دو لایه اصلی در سیستم SCADAعبارتند از:Client Layer كه یك تقابل بین انسان و ماشین فراهم می كندو Data Server Layerكه اغلب داده های پروسه های كنترل را اداره می كند.

Data Serverبا تجهیزات میدان (Field) ارتباط برقرار می كنندوكنترلرهای پروسه و PLCمستقیما و یا از طریق شبكه ها یا فیلد باسها ی اختصاصی (siemens H1) و یا غیر اختصاصی (Profibus) به آن متصل می شوند.Data Serverها یا به یكدیگر یا از طریق شبكه اترنت (Ethernet LAN) به ایستگاهای Clientمتصل می شوند.شكل 1-2 نوعی از معماری سخت افزار را نشان می دهد.

 

Figure 2-1

2-2-6 معماری نرم افزاری : نرم افزار های سیستم SCADA بر پایه تكنولوژیهای Multitasking و Real Time استوار شده است وسیستم بانك اطلاعاتی آن نیز RTDB(Real-Time Data Bus)،نام دارد كه برروی یك یا چند Server همزمان پیاده سازی و اجرا می شودServer سیستم وظیفه پاسخگویی به اعمال مشخص مانند: polling controllers،alarm checking،calculation،logging and archiving) را بر عهده دارند.

3-6 ارتباطات ارتباطات داخلی

ارتباط Server-Client و Server Server بر پایه  event-drivenاست و از پرو تكل TCP/IPاستفاده می كنند.

دستیابی به تجهیزات : ارتباط بین field و client از طریق روشهای polling انجام می شود. بدین ترتیب كه Data Server پارامتر مورد نظر خود را از كنترلر در خواست كرده وآنرا می خواند، كنترلر نیز در این زمان پارامتر مورد نظر را به Server ،Pass می كند.سرعت polling برای پارامترهای مختلف، متفاوت است.سیستم SCADA برای اغلب PLCهای مشترك درایور های ارتباطی فراهم می كند و در بسیاری موارد از FieldbusesوModbus استفاده می شود.

از سه نوع Fieldbuses متداول از Profibusو Worldbusپشتیبانی می شود امادر بسیاری موارداز CANbus پشتیبانی نمی شود.یك Data serverمی تواند از چندین پروتكل ارتباطاتی پشتیبانی كندواسلاتهایی برای اضافه كردن كارتهای واسط دارد.

4-6 واسط ها (Interfacing)

نرم افزار سیستم SCADA واسط های زیررا برای ارتباط با كاربرفراهم می آورد:

• یك واسط Open Data Base Connectivity(ODBC) برای داده در Logs/Archive ، اما پیكر بندی بانك اطلاعاتی را انجام نمی دهد

• یك ASCIIآسان برای پیكربندی داده ها

• یك كتابخانه APIs كه از زبانهای C،C++وویژوال بیسیك (VB)برای دستیابی به اطلاعات در RTDB،logs/archive پشتیبانی می كند.API اغلب دستیابی به مشخصه های داخلی SCADAمانند اداره الارم ، گزارشگیری و غیره را فراهم نمی كند. PC سیستم APACS پشتیبانی از استاندارد های ماكروسافت مانند DDE (Dynamic Data Exchange) كه اجازه رویت اطلاعات در صفحه گسترده EXCEL،DDL(Dynamic Link LibraryEmbedding) OLE(Object Link and فراهم می كند.

Scabality (قابلیت گسترش) : Scabality به معنی امكان گسترش سیستم كنترل مبنی بر SCADAدر موقع لزوم با اضافه كردن سرور های ویژه ، ایستگاههای Clientو تعداد متغیرهای نرم افزاری و سخت افزاری تحت كنترل است.SCADAبوسیله داشتن چندین Data Server متصل به چند كنترلر به Scabality دست می یابد.هر Data Serverپیكربندی بانك اطلاعاتی و RTDB مخصوص به خود داردو عهده دار اداره یك sub-setاز متغیرهای پروسه است (اداره الارم ها و بایگانی داده ها)

5-6 Redundancy : مركز كنترل SCADA ، به لحاظ اهمیت فرایند تحت كنترل ، بصورت Redundant پیاده سازی می گردد. بدین صورت كه جهت افزایش تحمل پذیری سیستم ، به ازای هر جزء یا برخی از اجزای كلیدی ، اعم از سخت افزار یا نرم افزار، یك یا چند جزء Stand by اضافه می گردد و در صورت بروز خطا در جزء اصلی، قسمت Stand by ، ادامه فعالیت را به عهده می گیرد سیستمهای Stand by به سه دسته تقسیم می شوند:

Cold Standby

Warm Standby

Hot Standby

به عبارت دیگر در صورت بروز برخی حوادث نا خواسته ، كار سیستم ، مختل نمی گردد. بلكه با درجه كمتری از كارایی(Graceful Degradation) استفاده می شود.

MMI:SCADA معمولا انواع مختلفی از صفحات نمایش مانند نمودارهای های خطی – ستونی ویا لیستهای مرتبط با متغیرها را در اختیار كاربر قرار می دهد. نوع دیگری از این صفحات نمایش نوع گرافیكی است كه توسط ابزار های گرافیكی نرم افزاری در محیط های خاصی تولید شده و به متغیر های تحت كنترل متصل می شوند كه در نتیجه می توان تغییرات هر یك از پارامترهای اندازه گیری شده توسط ابزارها موجود در field را كه باعث تغییرات متغیرهای نرم افزاری در RTDB می شوند بصورت on-line تحت یك شكل گرافیكی دید.

Alarm Handing: هر اتفاقی كه باعث تغییر وضعیت یكی از اجزا تحت كنترل گردد یك رویداد نامیده می شود رویدادهایی كه نیاز به اعلام به اپراتور و عكس العمل وی را داشته باشد آلارم نامیده می شود. آلارم علاوه بر ثبت در فایل ، منجر به ایجاد فعالیتهای دیگر نظیر چاپ بر روی چاپگر ، ایجاد آژیر صوتی و چشمك زدن شی مورد نظر و... می گردد.

Alarm handing اعمال مربوط به درك وضعیت اضطراری و تولید سیگنال آلارم را برعهده داردكه در یك Data Server انجام می گیرد.

آلارمها از نظر منطقی بصورت متمركز اداره می شوند، اطلاعات فقط در یك محل وجود دارند و همه كاربران وضعیت های مشابه می بینند، و چندین آلارم بر اساس سطوح اولویت و اهمیت پشتیبانی می شوند.

 : Logging/Archiving

Logging/Archiving به جمع آوری اطلاعات مربوط به سطوح دسترسی كاربران در زمانهای مشخص به منابع سیستم می پردازند و این اطلاعات را به شكل یك فایل Archive نگهداری می كنند.ثبت رویداد ها می تواند به عنوان ذخیره میان مدت داده روی دیسك صورت گیرد در حالیكه نگهداری و بایگانی اطلاعات در بلند مدت روی دیسك ذخیره می شود.

ایجاد گزارش

SCADAبا استفاده از SQLگزارشهایی را برای Archive،RTDBیا Logsفراهم می كند.با وجود اینكه درج جدولهای ‌EXCELدر گزارش ا مكانپذیر است اما قابلیت “cut and paste” بطور كلی فراهم نشده است. امكانات موجودقادر به ایجاد ،چاپ و آرشیو (بایگانی) گزارش ها به طور اتوماتیك هستند.

rezagoodby1@yahoo.com

http://powerzing.mihanblog.com

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :