اتوماسیون صنعتی و یا به شکلی کلی‌تر صنایع فعال در دنیا عمدتاً از اسکادا استفاده می‌کنند، سیستمی بسیار کاربردی که توانسته در طی سال‌ها به‌سادگی خود را به اثبات برساند. امروز می‌خواهیم به شکلی دقیق به بررسی این سیستم بپردازیم. اسکادا به زبان ساده یک بستر برای پیاده‌سازی مجموعه ارتباطات و داده‌های کنترلی برای رسیدن به یک مقصود مشخص می‌باشد، به همین دلیل به آن “Supervisory Control and Data Acquisition” – “سیستم جمع‌آوری داده و کنترل نظارتی” یا به‌اختصار SCADA می‌گویند.
هر بخش از اسم این سیستم معنا و مفهوم گسترده‌ای را در خود جای‌داده است، در بخش Data Acquisition (اکتساب داده‌ها) سیستم اسکادا وظیفه جمع‌آوری داده‌های تحلیل شده و خام را برعهده دارد (تعداد دستگاه‌های ارسال‌کننده داده می‌تواند از یک هزار تا ده‌ها هزار عدد باشد)، این جمع‌آوری می‌تواند از طریق یک زوج سیم و یا سیستم‌های ارتباطاتی بسیار پیشرفته نظیر؛ GSM، Modbus، RS485، RS232، GPRS و Ethernet صورت پذیرد.
در بخش Supervisory Control (کنترل نظارتی) تنها از کنترل خالی صحبت نشده است بلکه برای اسکادا عملیات مدیریت و نظارت بر کنترل یاد شده است. این بدین معناست که در این بخش اسکادا به‌صورت دقیق از تمام فرآیندهای کنترلی مطلع بوده و به نحوهٔ بر آنها نظارت می‌کند. پس به صورت کلی اسکادا یک “بستر” است و در این بستر ما می‌توانیم به اهداف کنترلی و نظارتی خود و آن هم به شکلی گسترده برسیم، با اینکه این سیستم متمرکز (Centralized System) بوده ولی تفاوت‌های فاحشی میان آن و سیستم کنترل توزیع شده (DCS) وجود ندارد.
اسکادا چیست؟
به‌صورت کلی اسکادا به‌نوعی ساختار سیستم کنترل پردازش اطلاق می‌شود که از رایانه‌ها، ارتباطات داده شبکه‌ای و رابطه‌های گرافیکی بین انسان و ماشین (HMI) جهت فعال‌سازی یک پردازش سطح بالای سرپرستی، مدیریت و کنترل استفاده می‌کند. سیستم‌های اسکادا جهت تعامل با تجهیزات و سایت‌های پردازش صنعتی، با دستگاه‌های دیگر مانند کنترل‌گرهای منطقی برنامه‌پذیر (PLC) و کنترل‌کننده‌های PID در ارتباط هستند.
سیستم‌های SCADA معمولاً از یک پایگاه داده تگ محور (Tags) استفاده می‌کنند که حاوی عناصر داده‌ای به نام تگ‌ها یا نقاط است. در این تگ‌ها داده‌های هر تجهیز سیستم کنترل بر اساس نمودار و جایگاه سیستمی آن ثبت شده است. سیستم‌های اسکادا را می‌توان به‌صورت مجازی (Virtual) اجرا کرد. این به اپراتور اجازه می‌دهد تا از اتاق کنترل یا محل حضور خود، تمامی پردازش‌ها را زیر نظر بگیرد و همین مسئله سبب صرفه‌جویی چشمگیری در وقت می‌گردد.
سیستم‌های عمومی اسکادا شامل هر دو اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری هستند. رایانه‌ای که جهت تحلیل استفاده می‌شود باید شامل نرم‌افزار اسکادا باشد. اجزای سخت‌افزاری، داده ورودی را دریافت کرده و آنها را جهت تحلیل بیشتر به سیستم تغذیه می‌کنند. سیستم اسکادا دارای یک هارددیسک است که داده‌ها را درون یک فایل رکورد و ذخیره‌سازی می‌کند که این فایل بعداً در صورت نیاز توسط اپراتور، قابل چاپ است.
نحوه عملکرد اسکادا
در بخش Equipment، عملگرها (ماشین‌های الکتریکی، اکچویتورها و …)، سنسورها، ترانسمیتر، ترانسدیوسر و اصولاً هر تجهیزی که بتواند کاری فیزیکی انجام دهد قرار گرفته است. اطلاعات در سطح Equipment جمع‌آوری می‌شوند. این داده‌ها برای تحلیل و پردازش به سطح بالایی که عمدتاً حاوی PLC و RTU) Remote Terminal Units) می‌باشد ارسال می‌گردند، توجه داشته باشید که این مسیر نقل‌وانتقال داده‌ها دوطرفه است و گاهی نیاز هست که مثلاً از سمت PLC دستور استارت یک موتور در بخش Equipment، به این بخش ارسال گردد.
در لایه بالاتر نیز HMI یا رابط کاربری انسان قرار گرفته است، اپراتورهای کارخانه در این بخش می‌توانند برخی تنظیمات و پیکربندی‌ها را تغییر دهند، به طور مثال امروز نوبت ساخت کیک نوع B بوده و نیاز هست دمای یخچال به عدد منفی ۲۲ درجه سانتی‌گراد برسد. اپراتور این عدد را به‌صورت دستی در HMI وارد می‌کند، این عدد در PLC درج شده و محاسبات ساخت کیک دیگر با این عدد جدید صورت می‌پذیرد و درنهایت زمانی که همه چیز محیا بود دستور استارت کمپرسور سرماساز را به لایه Equipment ارسال می‌کند. در ادامه نیز به‌صورت لحظه‌ای دمای دقیق یخچال از لایه Equipment به لایه بالاتر یعنی PLC ارسال می‌گردد.
ساختار اسکادا
کلی‌ترین تقسیم‌بندی که برای یک سیستم اسکادا می‌توان در نظر گرفت عبارت است از:
- سیستم محلی
- سیستم ارتباطی
- سیستم کنترل
سیستم محلی
تجهیزاتی که در محل، یعنی پست‌ها و نیروگاه‌ها نصب می‌شوند و وظیفه جمع‌آوری اطلاعات و اجرای فرمان‌ها را برعهده دارند، به‌طورکلی سیستم محلی نامیده می‌شوند. سیستم مذکور این امکان را فراهم می‌آورد که داده‌ها، مقادیر جمع‌آوری‌شده و فرمان‌های مرکز دیسپاچینگ به اجرا درآید. بعلاوه وظیفه گزارش دادن وضعیت‌ها و تغییرات آنها را به عهده دارد.
سیستم محلی، بخشی از سیستم اسکادا است که ارتباط فیزیکی با سیستم قدرت در آنجا برقرار می‌شود و تجهیزاتی که بایستی کنترل شوند و سیگنال‌هایی که بایستی ارسال شوند، همه بخش‌های مختلف این سیستم را تشکیل می‌دهند. با یک نگاه به مثال گفته شده در قبل ملاحظه می‌شود که سیستم محلی به‌مثابه چشم، گوش و دست برای سیستم کنترل می‌باشد. بدین ترتیب که وضعیت‌ها، مقادیر و اطلاعات از طریق گوش و چشم دریافت شده، سپس فرمان‌ها توسط دست به اجرا در می‌آیند.
سیستم ارتباطی
سیستم ارتباطی بخش مهمی از سیستم اسکادا است که بدون آن تصور داشتن کنترل از راه دور غیرممکن می‌نماید. این بخش وظیفه ایجاد ارتباط بین “سیستم محلی” و “سیستم مرکزی” را به عهده دارد. با رجوع مجدد به مثال گفته شده ملاحظه می‌شود که این بخش، نقش شبکه عصبی بدن را بازی می‌کند، بدین صورت که اطلاعات را از گوش و چشم (سیستم محلی) به مغز (سیستم مرکزی) مخابره کرده و از آنجا فرمان‌ها را به دست‌ها (سیستم محلی) ارسال می‌نماید.
شبکه مخابراتی و مسیرهای موجود بین مراکز و پایانه‌ها، می‌تواند آرایش‌های مختلفی با کارکردهای متفاوتی داشته باشد. هر ساختار خواص ویژه‌ای دارد که به نوبه خود روی عملکرد سیستم مخابراتی می‌تواند مؤثر واقع شود.
سیستم کنترل
در رأس یک سیستم اسکادا در واقع تجهیزاتی هستند که مرکز کنترل را به وجود می‌آورند، و شامل یک اتاق کنترل مرکب از تجهیزات ارتباط انسان و ماشین “HMI”، سیستم Front-end، سیستم کامپیوتر مرکزی و … است. به‌راحتی می‌توان دید که شبکه‌های مخابراتی که از “سیستم محلی” شروع می‌شوند، به مرکز کنترل خاتمه می‌یابند. “سیستم مرکزی” را می‌توان به دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار تقسیم کرد که وظایف مربوطه را انجام می‌دهند.
وظیفه مرکز کنترل عبارت است از؛ جمع‌آوری داده‌ها و اطلاعات دریافتی از شبکه قدرت، سپس آنالیز داده‌ها و ارائه نتایج به اپراتور و در صورت نیاز ارسال به سطوح بالاتر کنترلی و همچنین ارسال فرمان‌های اپراتور به پایانه‌ها.
ازآنجاکه تصمیم‌گیرنده نهایی و قطعی و مسئول در برابر عملکرد سیستم، اپراتور است، لذا سیستم با قابلیت‌هایی که دارد، اپراتور را در اجرای هر چه‌بهتر فرمان‌ها و تصمیم‌گیری مناسب یاری می‌نماید. با بزرگ شدن شبکه‌های قدرت، مسئولیت‌های مراکز کنترل تقسیم شده و سیستم‌های تسلسلی متشکل از چندین مرکز کنترل را موجب می‌شود. وظیفه هر مرکز کنترل بستگی به محل آن در سیستم تسلسل، دررابطه‌با تولید، انتقال یا توزیع انرژی دارد. یک مرکز کنترل باتوجه‌به رفتار و حالت شبکه باید فرمان‌های لازم را صادر نماید.
سخن پایانی
اسکادا در حال حاضر پاشنه آشیل اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های کنترلی انبوه می‌باشد، این سیستم در سال‌های گذشته، کاربردی و قابل‌گسترش بودن خود را به‌خوبی اثبات کرده و به دلیل قیمت رقابتی بسیار خوب با DCS، اندک‌اندک در حال ورود به حوزه‌های تخصصی DCS می‌باشد ولی مسلماً برای اینکه بتواند آینده خود را تضمین نمایید قطعاً به کمک اینترنت اشیاء نیاز خواهد داشت.
در حال حاضر نیز یکی از بحث‌های داغ (Trend) در اسکادا تحلیل بلادرنگ (Realtime) است چرا که این ویژگی برای همگام‌سازی با سایر تکنولوژی‌های جدید جزء الزامات می‌باشد. در پایان امیدوارم که مطالب گفته شده برای شما مفید واقع شده باشند و در آینده بتوانیم بیشتر در مورد اسکادا مطالب تخصصی ارائه نماییم.
