مقاله مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)

[am in 25041]

اسکادا چیست؟ (SCADA )

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.

[am in 25041]

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.

[am in 25041]

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 کنترل سیلاب‌ها، خشکسالی‌ها و همچنین برنامه‌ریزی در جهت توسعه‌ی پایدار در چرخه‌ی زندگی مناطق مورد مطالعه ، استفاده می‌گردند. برای انتخاب بهینه‌ی سیستم تله‌متری و کنترل از راه دور، شرایط محیطی و منطقه‌ای و عوامل کلیدی زیر باید مورد نظر قرار گیرند: - پوشش جغرافیایی منطقه‌های مورد نظر

- حجم اطلاعات تولید شده

- مالکیت شبکه و کنترل روند گردش اطلاعات

- سهولت کاربری و نگهداری

- هزینه‌های جاری و سرمایه‌ای درنظر گرفته شده

- پردازش، آنالیز و بایگانی اطلاعات

به‌طور خلاصه در طراحی و ساخت یک شبکه‌ی تله‌متری، عوامل فنی و تجهیزات متعددی دخیل هستند که به صورت فهرست‌وار عبارتند از:

- سنسورهای اندازه‌گیری

- واحد RTU(Remote Terminal Unit)

- تجهیزات ارتباطی مستقر در هر ایستگاه (Communication Devices) و پروتکل مخابراتی آن‌ها

- تجهیزات جمع‌آوری و پردازش اطلاعات در ایستگاه مرکزی (SCADA Center)

[am in 25041]

1- مبانی طراحی:

 

همان‌طور که در مقدمه‌ی مطلب ذکر شد، در بسیاری از سیستم‌های تله‌متری، مفاهیم کلیدی شامل RTU ، SCADA (راهبری کنترل و جمع‌آوری داده)، پروتکل‌های مخابراتی و شبکه‌های فیزیکی انتقال اطلاعات می‌باشند.

RTU، وظیفه‌ی جمع‌آوری اطلاعات از سنسورها را به‌عهده دارند و آن‌ها را به شکل مناسبی برای استفاده‌ی پروتکل 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 الکتریکی و یا از درگاه‌های سریال تجهیزات هوشمند کسب می‌نماید.

پروتکل مخابراتی، زبان مورد استفاده برای دریافت و انتقال اطلاعات بر روی شبکه می‌باشد. پروتکل می‌تواند مشخص کند که چه کسی اطلاعات را می‌فرستد، چه کسی دریافت می‌کند، 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 پروتکل مشابهی را به‌کار گیرند تا اطلاعات پیام را درک نمایند.

شبکه‌ی مخابراتی، بستر لازم را برای انتقال اطلاعات(پیام) از RTU به سیستم اسکادا، از RTU به RTU دیگر و بین سیستم‌های اسکادا فراهم می‌سازد. شبکه‌های مخابراتی متنوعی در سیستم‌های تله‌متری مورد استفاده قرار می‌گیرند که 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، شبکه‌های WAN(Wide Area Network) و مخابرات ماهواره‌ای، گزینه‌های مطلوبی محسوب می‌گردند.

هر سیستم اسکادا در بردارنده‌ی یک یا چند کامپیوتر است که فراهم کننده‌ی ارتباط با شبکه‌ی مخابراتی(به کمک RTUها) و یک رابط اپراتوری برای کار با اطلاعات به‌دست آمده از RTUها می‌باشد. این اطلاعات ممکن است به‌صورت پیام نمایش داده شوند و یا برای دستیابی‌های بعدی، ذخیره گردند و یا به سیستم‌های کامپیوتری دیگر ارسال گردند.

نقاط مختلف سیستم‌های تله‌متری، معمولا" از حجم کوچکی 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، امکاناتی 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.

[am in 25041]

۲- مطالعه‌ی انواع شبکه‌های مخابراتی:

 

شبکه‌ی مخابراتی به تجهیزات مخابراتی گفته می‌شود که اطلاعات آنالوگ و دیجیتال جمع‌آوری شده از نقاط کنترلی را به اتاق کنترل مرکزی فرستاده و برعکس فرمان‌های صادر شده از سیستم کنترل مرکزی را به نقاط تحت کنترل منتقل می‌کند.

در شبکه‌های مخابراتی معمولا" دو نوع پیکربندی برای سیستم اسکادا وجود دارد:

- پیکربندی نقطه به نقطه (Point to Point)

- پیکربندی نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point)

پیکربندی نقطه به نقطه، ساده‌ترین شکل پیکربندی برای شبکه‌های تله‌متری بوده و در این حالت اطلاعات فقط بین دو ایستگاه تبادل می‌گردد و در این حالت، یک ایستگاه، اصلی (Master Station) و ایستگاه دیگر فرعی (Slave Station) محسوب می‌گردد.

ولی در پیکربندی یک نقطه به چند نقطه، یک ایستگاه به‌عنوان اصلی معرفی شده و دیگر ایستگاه‌ها به‌عنوان فرعی درنظر گرفته می‌شوند. در ایستگاه اصلی، اتاق فرمان مرکزی که دربرگیرنده‌ی کامپیوتر اصلی می‌باشد، پیش‌بینی می‌گردد در حالی‌که در ایستگاه‌های فرعی، ترمینال‌های راه دور (RTU) قرار دارند که با یک آدرس منحصر به فرد ، به ایستگاه اصلی معرفی می‌گردند.

در شبکه‌های مخابراتی، دو مد مخابراتی (Communication mode) وجود دارد:

- سیستم گردشی (Polling system)

- (Interrupt System) سیستم وقفه‌ای

در سیستم گردشی، ایستگاه اصلی، مرکز کنترل شبکه‌ی مخابراتی بوده و به‌صورت متناوب به ایستگاه‌های فرعی اطلاعات داده و دریافت می‌کند. ایستگاه فرعی فقط در صورت درخواست ایستگاه اصلی، به آن پاسخ می‌دهد. هر ایستگاه فرعی با یک آدرس منحصر به فرد، مشخص شده و در صورتی‌که به درخواست ایستگاه اصلی در یک زمان مشخص، پاسخ ندهد، ایستگاه اصلی، درخواست خود را چندین بار تکرار می‌کند و بعد به ایستگاه بعدی می‌رود.

در سیستم وقفه‌ای که به "سیستم گزارشی در صورت وجود خبر" یا PBE : Polled Report By Exception نیز نامیده می‌شود، ایستگاه فرعی، ورودی خود را کنترل می‌کند و در صورتی‌که تغییر قابل ملاحظه‌ای مشاهده نماید، آن را به اطلاع ایستگاه اصلی می‌رساند. در این حالت، چنان‌چه یک ایستگاه فرعی، نیاز به ارسال خبر داشته باشد، شبکه را کنترل نموده و در صورتی‌که پیامی در حال مخابره در شبکه باشد به مدت زمان نامعینی (Random Delay Time) صبر می‌کند. در صورتی‌که مدت زمان انتظار طولانی گردد، سیستم در زمان لازم به آن مراجعه کرده و اطلاعات را دریافت می‌کند.

به‌طور کلی، انتخاب شبکه‌ی مخابراتی، متاثر از عوامل زیر می‌باشد:

- تعداد ایستگاه‌های فرعی

- تعداد اطلاعات ورودی به ترمینال RTU و زمان تازه شدن اطلاعات

- محلRTU ها

- امکانات مخابراتی موجود

- تجهیزات و تکنولوژی‌های مخابراتی موجود

هر یک از انواع تکنولوژی‌های مخابراتی، محاسن و معایب خاص خود را دارا می‌باشند که آن‌ها را برای کاربردی خاص، مناسب و در کاربردی دیگر، نامطلوب می‌نماید. انواع شبکه‌های مخابراتی برای این طرح شامل موارد زیر است:

- سیستم رادیویی

- کابل(خطوط زمینی)

- ماهواره

[am in 25041]

الف – سیستم رادیویی:

یکی از مطلوب‌ترین روش‌ها برای انتقال اطلاعات، در سیستم‌های تله‌متری، روش رادیویی است. اگرچه ممکن است قیمت‌های تهیه و نصب تجهیزات مزبور از دیگر روش‌ها گران‌تر باشد اما هزینه‌های جاری این سیستم‌ها بسیار ارزان می‌باشد. طراحی مطلوب شبکه‌های تله‌متری رادیویی، ممکن است هزینه‌های جاری بابت تخصیص فرکانس را به شدت کاهش 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 تکرارکننده‌ی رادیویی، محاسن بسیاری دارند زیرا فقط با نصب یک رادیو در یک 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 فرکانسی UHF کار می‌کند ولی در صورت نیاز ، در باند فرکانسی VHF نیز به‌کار گرفته می‌شود.

سیستم‌های رادیویی 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU بر روی یک خط (به‌طور مثال 50 نقطه) تا شعاع 40 کیلومتر، در صورت استفاده از تکرارکننده، دسترسی یابند. امکان استفاده از طیف‌های فرکانسی مذکور، در محدوده‌ی شهرها، به‌طور روزافزونی کاهش می‌یابد.

سیستم‌های 900 مگاهرتز مشابه سیستم 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU ، اما تا شعاع 25 کیلومتر دسترسی یابند. امکان استفاده از طیف‌های فرکانسی مزبور در محدوده‌ی شهرها به آسانی انجام می‌پذیرد.

این سیستم دارای قیمتی مطلوب و پایین برای انتقال اطلاعات با سرعت کم می‌باشد.

مزایای استفاده از سیستم‌های رادیویی عبارتند از:

- مستقل از خرابی خطوط می‌باشند.

- قابلیت بالا و زمان خرابی کم 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 فرکانس

- تراکم طیف فرکانس

- 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 تکرارکننده‌ها

- محدودیت کانال‌های موجود در مجوزهای دریافتی

- نیاز به طرح بحرانی سیستم برای انعکاس، جذب و انکسار امواج رادیویی

- نیاز به دریافت مجوز از سازمان‌های محیط زیست و صاحبان املاک برای نصب برج و احداث جاده‌ی دسترسی

- احتمال احداث ساختمان، ابنیه و سایر تاسیسات در مسیر دید آنتن‌ها بعد از تاسیس و نصب شبکه مخابراتی که نتیجه‌ی آن لزوم تغییر مسیر آنتن خواهد بود.

[am in 25041]

ب- کابل یا خطوط زمینی:

ارتباط زمینی در گذشته، مهم‌ترین روش انتقال اطلاعات بود. ارتباطات کابلی را می‌توان به حالت‌های زیر دسته‌بندی کرد:

- شبکه‌ : با توجه به نزدیکی نقاط کنترلی، می‌توان از شبکه برای انتقال اطلاعات استفاده نمود. از شبکه‌های معروف می‌توان به Profibus-DP و Foundation Field bus اشاره کرد. PLCهای انتخابی باید دارای کارت مخابراتی جهت اتصال به شبکه‌ی مذکور 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، شبکه را به‌صورت Redundant درنظر گرفت. این روش را یک شبکه‌ی کنترلی توسعه‌یافته می‌توان درنظر گرفت. با توجه به فاصله‌ی نقاط، لازم است تکرارکننده‌هایی در طرح درنظر گرفت که 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 شبکه‌ها و به‌عنوان بستر مخابراتی به‌کار گرفته می‌شود و در ساختار یک به یک، دستیابی به سرعت‌های بسیار بالا در آن امکان‌پذیر می‌باشد.

معایب فیبر نوری شامل موارد زیر می‌باشند :

*- نیازمند سرویس‌های اختصاصی برای نصب می‌باشد.

*- هزینه‌های اتصال در آن ممکن است بسیار زیاد باشد.

*- توسعه، به‌وسیله‌ی مشتری باید انجام گیرد.

- خطوط اجاره‌ای (Leased Line) : غالبا" به‌صورت استیجاری از شبکه‌ی 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 یک به یک، مودم‌های معمولی، در کاربردهایی‌که از مسیرهای گوناگون می‌گذرند، مفید نمی‌باشد. برخی از سرویس‌های دیجیتالی نیز که 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 شرکت مخابرات انجام می‌گردد.

[am in 25041]

معیارهای طراحی:

انتخاب سیستم مطلوب برای انتقال اطلاعات در طرح،یکی از نقاط مهم و کلیدی می‌باشد. در قسمت قبل انواع شبکه‌های مخابراتی بیان گردید و مزایا و معایب هر یک توضیح داده شد. در مواردی که فاصله‌ها بسیار زیاد باشد یا موانع زمین، مانع عبور یا دفن کابل در مسیر ایستگاه‌ها شوند یا هزینه‌ی ایجاد کابل خصوصی و یا عمومی تلفن ( خطوط Leased Line چهار سیمه) و کابل شبکه‌ی کنترلی توسعه یافته، گزاف تشخیص داده شود، از روش مخابره‌ی اطلاعات با فرکانس رادیویی و رادیو مودم استفاده می‌گردد. اما در مواردی که فاصله‌ی دو ایستگاه یا دو واحد کم باشد( حداکثر 500 متر) که استفاده از کابل چهار زوج مسلح و کابل شبکه، توجیه اقتصادی داشته باشد، از دفن کابل خصوصی در کنار خطوط لوله‌ی در حال اجرا استفاده می‌گردد. در هر صورت در این فاصله‌ها هم نیاز به تکرارکننده می‌باشد. بنابراین انتخاب سیستم مخابراتی بر مبنای معیارهای زیر صورت می‌گیرد.

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

الف- شبکه‌ی مخابراتی (Telemetry Network):

انتخاب شبکه‌ی 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 شبکه‌ی مخابراتی می‌باشد که پس از انتخاب بخش‌های مختلف شبکه، مودم متناسب با آن انتخاب می‌گردد.

[am in 25041]

• انواع ساختار شبکه‌ی مخابراتی:
  
  

- یک به یک(Point to Point)

- یک به چند (Point to Multipoint)

 

• انواع مد انتقال :
  
  

- Half-Duplex

- Full Duplex

 

• انواع بسترهای مخابراتی:
  
  

- سرویس مخابراتی ملی (Public Transmission media) که عبارتست از:

A – شبکه‌ی تلفن سویچینگ ملی (Public Switched Telephone Network)

B- شبکه‌ی تلفن سویچینگ جهانی (General Switched Telephone Network)

C- خط اجاره‌ای اختصاصی (Private Leased Line)

- خطوط بی‌سیم (Atmospheric media) شامل:

A- رادیوهای مایکروویو (Microwave Radio)

B- رادیوهای UHF/VHF

C- ماهواره‌های سنکرون (Geosynchronous Satellite)

D- خطوط قدرت(Power Line)

E- فیبر نوری (Fiber Optic)

 

• انواع پروتکل :
  
  

هر پروتکل، فرمت بسته‌های اطلاعات متبادله بین نقاط مختلف طرح را توصیف می‌کند. پروتکل‌های مورد استفاده در صنعت بسیار متنوع و گوناگون است و توسط سازندگان مختلفی تولید گردیده است که برخی از این پروتکل‌ها عبارتند از:

- DFI از شرکت Allen Bradley

- Modbus از شرکت Modicon

- IEC870-5

- DNP 3.0

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

[am in 25041]

بررسی تکنیک‌های ارتباطی:

در قسمت‌های قبل انواع شبکه‌های مخابراتی معرفی شدند. در ادامه مطالبی را که از یک منبع دیگر به دست آمده‌ و تمرکز 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، یکی از روش‌های ارزان انتقال داده می‌باشد. از اشکالات این روش می‌توان به قابلیت اطمینان پایین و پهنای باند نسبتا" کم و همچنین نویز پذیری آن در انتقال اطلاعات اشاره کرد به‌طوری‌که در کاربردهای حساس که امکان قطع ارتباط در شبکه باید به حداقل میزان خود برسد، این شیوه از پایداری لازم برخوردار نمی‌باشد. لازم به ذکر است که امروزه با مودم‌های خاص، قابلیت انتقال اطلاعات تا 56 کیلوبیت در ثانیه توسط خطوط تلفن عمومی کشور وجود دارد.

- شبکه‌ی GSM Cellular Network

شبکه‌ی Cellular موبایل به دلیل وجود یک ساختار شبکه‌ی از پیش ساخته شده و با توجه به تولید کم اطلاعات و تغییرات کند آن در ایستگاه‌های هواشناسی و یا هیدروکلیماتولوژی و عدم نیاز به نرخ ارسال و دریافت بالا می‌تواند به‌عنوان یکی از روش‌های انتقال اطلاعات، مورد استفاده واقع شود. هم اکنون در بسیاری از کشورهای پیشرفته‌ی دنیا، شبکه‌ی GSM به عنوان یک محیط قابل اطمینان در انتقال Narrow Band Data مورد استفاده قرار گیرد. یکی دیگر از شبکه‌های مخابراتی بسیار قابل اعتماد که در کشورهای پیشرو در زمینه‌ی مخابرات به کار گرفته می‌شود، شبکه‌ی GPRS می‌باشد که بر روی بستر GSM تاسیس شده و می‌تواند با نرخ تا 50 Kb/s ، اطلاعات را منتقل نماید. در کشور ما متاسفانه شبکه‌ی GSM به دلیل عدم ارایه‌ی سرویس مناسب، در انتقال data کمتر مورد توجه قرار گرفته است و سرویس GPRS نیز تا کنون تاسیس نشده است.

- شبکه‌ی رادیویی VHF/UHF

شبکه‌ی رادیویی با تکنیک TDMA یا FDMA در باند فرکانسی VHF و یا UHF ، در صورت وجود دید (Line of sight) مناسب می‌تواند در صورت سایت‌یابی محلی دقیق و نصب دکل‌های 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 یک شبکه‌ی رادیویی کاملا" خصوصی به مرکز بوده و اطلاعات به‌صورت Real-time همواره در دسترس می‌باشند. از معایب این روش، نیاز به دیدمستقیم آنتن‌ها می‌باشد که در صورت وجود مانع طبیعی در مسیر، باید از تکرارکننده‌های رادیویی استفاده کرد.

- روش انتقال HF Radio Transmission:

استفاده از محدوده‌ی فرکانسی HF در مواقعی که مشکل موانع رادیویی وجود دارد، می‌تواند بسیار مفید باشد. امواج رادیویی HF می‌توانند به راحتی و با انعکاس‌های متوالی از لایه‌های جوی، موانع طبیعی مسیر زمینی را پشت سر گذارده و تا صدها کیلومتر پوشش رادیویی ایجاد کنند. از معایب استفاده از این محدوده‌ی فرکانسی، نویزپذیری بیشتر و نیاز به توان خروجی بالاتر در ایستگاه‌ها می‌باشد. ضمنا" دریافت مجوز استفاده از این محدوده‌ی فرکانسی به دلیل تخصیص آن به کاربردهای نظامی، معمولا" دشوار می‌باشد.

- روش استفاده از Microwave Spread Spectrum :

روش طیف گسترده یا Spread Spectrum و استفاده از لینک رادیویی مایکروویو، جهت انتقال اطلاعات در فاصله‌های نسبتا" کوتاه (چند ده کیلومتر) مناسب بوده و در دید کامل 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 کلی در مناطق کوهستانی که دید مستقیم آنتن‌ها معمولا" با مشکل مواجه است استفاده از این روش مخابراتی به هیچ‌وجه توصیه نمی‌شود.

[am in 25041]

روش‌ انتقال به کمک ماهواره (Satellite Transmission):

استفاده از ماهواره، یکی از مطمین‌ترین روش‌های ارسال و دریافت اطلاعات می‌باشد. با رشد روزافزون تعداد ماهواره‌های پرتاب شده، تخصصی شدن حوزه‌ی عملکرد آن‌ها و کاهش 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 کم (Narrow band) و خصوصا" در مکان‌هایی توصیه می‌شود که مشکل دید (Line of sight) جهت برقراری ارتباط رادیویی وجود دارد.

در ادامه‌ی مطلب به بررسی انواع سیستم‌های ماهواره‌ای موجود خواهیم پرداخت.

1- شبکه‌ی ماهواره‌ای Inmarsat

این شبکه با پرتاب اولین ماهواره‌ی مخابراتی خود در سال 1982 (Inmarsat A) آغاز به‌کار کرد. هم‌اکنون این شبکه با در اختیار داشتن ماهواره‌های متعدد، تمامی سطح کره‌ی زمین به غیر از مناطق مرکزی قطب‌ها را پوشش می‌دهد. سرویس‌های مختلف ماهواره‌ای توسط این شبکه ارایه می‌شود که جهت ارسال و دریافت Voice , Fax و data با سرعت‌های مختلف در هر نقطه از کره‌ی زمین می‌توانند مورد استفاده واقع شوند. پرسرعت‌ترین این سرویس‌ها، سرویس Inmarsat RBGAN با پهنای باند 144 Kbit/s بوده و کم‌سرعت‌ترین و ارزان‌ترین آن که فقط جهت انتقال data با سرعت پایین مورد استفاده واقع می‌شود Inmarsat C می‌باشد. در شکل زیر پوشش ماهواره‌ای این ماهواره مشخص می‌باشد.

2- ماهواره‌ی ثریا (Thuraya)

این ماهواره متعلق به امارات متحده‌ی عربی بوده و دفتر مرکزی آن در شارجه می‌باشد. این شبکه‌ی ماهواره‌ای تقریبا" یک سوم جهان شامل اروپا، افریقا و خاورمیانه را در حال حاضر تحت پوشش داشته و اقیانوسیه و شرق دور را نیز در آینده‌ای نزدیک تحت پوشش خود قرار خواهد داد. ترمینال‌های ماهواره‌ای ثریا می‌توانند ارتباطات Voice و Data را با حداکثر سرعت 9.6 Kb/s مبادله می‌نماید. این ماهواره در منطقه‌ی ما یکی از بهترین سرویس‌دهندگان در حوزه‌ی ارتباطات ماهواره‌ای می‌باشد. در شکل زیر پوشش بین‌المللی ثریا نشان داده شده است.

در آدرس زیرمی توانید انتشارات سازمان نظام مهندسی هنگ کنگ (Architectural Services Department) را در مورد تاسیسات برقی و مکانیکی ساختمان پیدا کنید. برای مقایسه بامشابه ایرانی مناسب می باشد. آدرس این سایت را از وبلاگ " مهندسی شبکه های توزیع برق " نیز می توانید دنبال نمایید.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

3- سیستم ماهواره‌ای Orbcomm :

این سرویس ماهواره‌ای از 30 ماهواره‌ی مدار قطبی تشکیل شده است که در حال گردش به دور زمین هستند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است که هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یک ماهواره می‌باشد. در شکل زیر مناطق تحت پوشش ماهواره‌های این سیستم نشان داده شده است. به‌طور کلی پوشش کل سطح زمین، توان بالای انتشار امواج، کوچک بودن آنتن و دستگاه مورد نیاز و سرویس‌های متنوع، کاربرد این سیستم را فراگیر نموده است. سیستم ارسال داده در این سیستم محدود نبوده ولی هزینه‌های شارژ آن بسیار بالا می‌باشد.

4- سیستم ماهواره‌ای GOES :

 

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

Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES)

 

5- سیستم ماهواره‌ای ARGOS :

این سرویس ماهواره‌ای از 28 ماهواره‌ی مدار قطبی تشکیل شده است که در حال گردش به دور زمین هستند و از سال 1978 فعال شده‌اند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است که هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یک ماهواره می‌باشد. انتقال اطلاعات در این سیستم دو طرفه نبوده و صرفا" دارای کاربری 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 کامل مطالعه کنید:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

بلوک دیاگرام لینک ارتیاطی سیستم ماهواره‌ای ARGOS را در زیر می‌توانید مشاهده کنید.

 

6- شبکه‌ی ماهواره ای ایریدیوم (IRIDUM)

ایریدیوم تنها شرکت ماهواره‌ای است که 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 یدکی به این مجموعه اضافه شد.) که در حال گردش به دور زمین هستند. این سیستم کاملا" آمریکایی بوده و از سال 2001 به حالت تجاری در آمده است. سرعت ارسال داده در باند L ، 2400 بیت در ثانیه بوده و فرکانس کاری سیستم حدود 1600 مگاهرتز است. به لحاظ این‌که این سیستم کاملا" آمریکایی بوده و ترمینال‌های آن نیز توسط شرکت‌های آمریکایی تولید می‌شوند، امکان استفاده از آن همانند Inmarsat و ثریا وجود نداشته و سرمایه‌گذاری بر روی آن توصیه نمی‌شود.

 

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

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

اسکادا ومخابرات

مدیریت کارآمد، پایش و راهبـری بهینه شبکه تولید و انتقال برق کشور مستلزم ارتبـاط مطمئن و داشتن اطلاعات:

به روز

به لحظه

به طور کامل و با دقت بالا

از کلیه ایستگاه های تحت پوشش در مراکز کنترل ملی و منطقه ای می باشد.

 

 

SCC دیسپاچینگ ملی

B-SCC دیسپاچینگ پشتیبان

AOC دیسپاچینگ های 9 گانه

در حال حاضر اطلاعات 40 نیـروگاه به SCC و اطلاعات 283 پست به AOC ها ارسال میشود.

 

نیازهای اولیه سیستم اسکادا

 

تهیه و به روزآوری نقشه های اسکادا

تکمیل اطلاعات و رفع نواقص

توجه به کالیبراسیون مقادیر

کنترل صحت و دقت علائم و مقادیر

درهنگام خریدCVT,CT,PT و ترانسدیوسر باید به کلاس دقت آنها تـوجه ویژه داشت زیرا خـطاهای پشـت سر هـم موجب ایجاد خطای بزرگ می گردد.

 

این فایل جالب واموزشی رو میتونید از لینک زیر دریافت کنید

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[pesare irani 41805]

نام تجهيز : اسكادا (SCADA) چكيده :

 

اسكادا (SCADA ) مخفف كلمات Supervisory Control And Data Acquisition به معني كنترل سوپروايزري (نظارت مديريتي) و اخذ داده ها مي باشد. همانطور يكه از اسم آن پيداست اسكادا به يك سيستم كنترلي گسترده اشاره دارد. سيستم هاي اسكادا براي نظارت و يا كنترل پروسس هاي شيميايي و يا حمل و نقلي در سيستم هايي نظير تامين آب شهري، كنترل نيروي برق، انتقال و توزيع آن، لوله هاي گاز و نفت و بسياري پروسس هاي توزيع شده ديگر استفاده مي شوند.

 

مقدمه :

يك سيستم اسكادا شامل سيگنال هاي ورودي/خروجي، كنترلگرها، HMI، شبكه ها، ارتباطات، پايگاه هاي داده و نرم افزار مي باشد. كلمه اسكادا معمولا نشان دهنده يك سيستم مركزي است كه نظارت و كنترل يك سايت كامل و يا يك سيستم توزيع شده در فواصل زياد (در حد چندين كيلومتر ) را برعهده دارد. عمده عمليات كنترل سايت عملا به صورت اتوماتيك توسط Remote Terminal Unit ) RTU) و يا به وسيله Programmable Logic Controller) PLC) انجام مي شود.

 

شرح و توصيف :

توابع كنترلي ميزبان معمولا به عبوركردن از سايت پايه يا قابليت هاي سطح نظارتي محدود مي شوند. به عنوان مثال يك PLC مي تواند جريان آب خنك كننده قسمتي از يك پروسه صنعتي را كنترل كند؛ در حالي كه سيستم اسكادا مي تواند به كاربر اجازه دهد كه تنظيمات كنترلي جريان را تغيير دهد و مي تواند اجازه نمايش و يا ثبت هر اعلان خطري (آلارم) نظير كاهش جريان يا افزايش دما را صادر نمايد. بازخورد (فيدبك) حلقه كنترلي درون PLC يا RTU بسته شده است و سيستم اسكادا بر بازده كلي اين حلقه نظارت دارد.

جمع آوري اطلاعات از سطح RTU يا PLC شروع مي شود و اين مرحله، خواندن مقادير و حالات دستگاه هاي جانبي متصل به اسكادا را شامل مي شود. سپس داده ها كامپايل شده و به فرمت قابل استفاده براي كاربر اتاق كنترل كه از (Human Machine Interface (HMI استفاده مي كند؛ در مي آيد. اتاق كنترل تصميم هاي لازم را كه گاه ممكن است باطل كننده فرمان هاي عملياتي موجود در RTU يا PLC باشد را بر اساس اين داده ها صادر مي نمايد. اين داده ها همچنين مي توانند براي يك سيستم ثبت اطلاعات ذخيره شوند كه معمولا اين سيستم يك سيستم مديريت پايگاه داده است كه از امكان ايجاد نمودار و ساير روش هاي تحليل اطلاعات برخوردار است.

سيستم هاي اسكادا عموما يك پايگاه داده توزيع شده را پياده سازي مي كنند كه معمولا به آن با نام پايگاه تگ ها اشاره مي شود. اين پايگاه داده شامل عناصر اطلاعاتي است كه تگ يا نقطه ناميده مي شوند. يك نقطه نشان دهنده يك مقدار ورودي يا خروجي نظارت شده يا كنترل شده به وسيله سيستم است.

نقاط مي توانند نرم يا سخت باشند. يك نقطه سخت نشان دهنده يك ورودي يا خروجي عملي متصل به سيستم است در حالي كه يك نقطه نرم نشان دهنده نتيجه منطقي و عمليات محاسباتي بر روي ديگر نقاط نرم يا سخت است. مقادير نقاط معمولا به صورت مقدار- برچسب زماني ذخيره مي شوند (مقدار و برچسب زماني هنگامي كه نقطه ضبط يا محاسبه مي شود). يك رشته از تركيب مقدار - برچسب زمان تاريخچه نقطه مورد نظر مي باشد. مرسوم است كه علاوه بر اينها اطلاعات ديگري نيز ذخيره گردد نظير مقادير ثبات هاي PLC ، توضيحات و اطلاعات اخطاري. مي توان يك DCS يا سيستم SCADA را بطور كلي از يك توليد كننده سيستم هاي كنترلي نظير شركت ABB خريد ويا اينكه قطعات سخت افزاري و بسته هاي نرم افزاري را از توليد كننده هاي مختلف خريد و آنها را سرهم نمود.

شكل 1- نمايي از سيستم مجهز به SCADA