سیستم‌های SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) برای نظارت، کنترل و مانیتورینگ در روندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها از ترکیب لوازم و ادوات مختلف شامل سنسورها، دستگاه‌های اندازه‌گیری، شبکه‌ها و رایانه‌ها بهره میبرد تا اطلاعات را از دستگاه‌ها ماشین ها و سنسورها جمع‌آوری کرده و به یک مرکز فرماندهی و کنترل برساند.

بخش اصلی سیستم اسکادا شامل بخش نظارتی و بخش کنترلی می‌باشد. بخش نظارتی سیستم SCADA شامل نرم‌افزارها و رایانه‌های مرکزی است که وظیفه دارد نمایش داده‌ها به صورت گرافیکی، ذخیره کردن آن‌ها، ایجاد گزارش‌ها و تحلیل داده‌ها را انجام دهد. این بخش قادر است از طریق رابط کاربری گرافیکی، داده‌های جمع‌آوری شده از تجهیزات میدانی داخل کارخانه را به صورت نمودارها، نماها و جداول نمایش داده و از آنها نتیجه گیری کند. علاوه بر این، این بخش ذخیره سازی داده‌ها در پایگاه داده را انجام میدهد و با استفاده از الگوریتم‌ها و ابزارهای تحلیلی، قادر است داده‌ها را تجزیه و تحلیل کند و اطلاعات مفیدی را به کاربران ارائه کند و به بهبود فرآیند تولید کمک کند.

سیستم اسکادا چیست؟

سیستم اسکادا SCADA، مخفف عبارت Supervisory Control And Date Acquisition، به معنای سامانه نظارت، کنترل و جمع آوری داده هاست. در فضاهای صنعتی و در مقیاس های بزرگ، استفاده از سیستم اسکادا برای کنترل فعالیت ها از راه دور بسیار به کار می آید. امروزه سیستم اسکادا در اتوماسیون صنعتی کاربردهای فراوانی دارد که نمی توان از فواید آن چشم پوشی کرد. در این مطلب بیشتر با این سیستم و عملکرد آن آشنا می شویم.

سیستم اسکادا

شناخت بهتر سیستم اسکادا به صنعتگران در حوزه های مختلف کمک می کند تا بتوانند پس از پروسه راه اندازی دستگاه صنعتی و شروع به کار، با کیفیت بالا و دقت عمل بیشتری بر روی عملکرد بخش های مختلف خود نظارت و کنترل داشته باشند. در تعریف کلی، اسکادا به یک سامانه مرکزی گفته می شود که کنترل، نظارت، واپایی و رصد یک سیستم گسترده را از راه دور برعهده دارد. این فاصله می تواند حتی به چندین کیلومتر نیز برسد. عملکرد سیستم اسکادا را می توانیم به صورت خلاصه به شرح زیر بیان کنیم:

• جمع آوری کلیه داده های مربوط به سنسورها، محرک ها و تجهیزات صنعتی
• مانیتورینگ صنعتی (به معرض نمایش گذاشتن این داده ها و اطلاعات روی نمایشگر)
• تصمیم گیری برای کنترل و نظارت صحیح کلیه بخش ها با توجه به داده های بدست آمده

یک سیستم اسکادا از بخش های مختلفی تشکیل شده است. به طور کلی این سیستم از دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری ساخته شده که هر دوی آن ها در کنار یکدیگر، امکان نظارت، کنترل و رصد داده ها را بسیار آسان و راحت می کنند.

اجزای سیستم اسکادا

برای درک بهتر سیستم اسکادا و روش کار آن، باید ابتدا با اجزای این سیستم به طور کامل آشنا شوید. ۵ جزء اساسی و اصلی این سیستم به شرح زیر هستند:

۱.بخش رابط ماشین انسان (HMI)

رابط ماشین انسان وظیفه دارد، داده ها و اطلاعات مربوط به هر برچسب را به خوبی پردازش کرده و در نهایت خروجی آن را به اپراتورهای انسانی بفرستد. اپراتور انسانی با استفاده از این داده می تواند بخش مربوطه را به خوبی کنترل و نظارت کند.

۲.واحد سیستم نظارتی

واحد سیستم نظارتی وظیفه دارد داده های ارسالی مربوط به هر برچسب را کاملا جمع آوری کرده و دستورالعمل ها و عملیات لازم برای هر فرایند را به اپراتورها ارسال کند.

۳.واحدهای ترمینال از راه دور (RTU)

واحدهای ترمینال از راه دور وظیفه اتصال حسگرها به یکدیگر را دارند. آن ها همچنین می توانند سیگنال های دریافت شده از این حسگرها را به داده های دیجیتالی تبدیل کنند. سپس این داده ها به سیستم های نظارتی ارسال می شوند. محلی که در آن امکان توزیع در پایگاه داده ها وجود دارد.

۴.کنترل کننده های منطق قابل برنامه ریزی (PLC)

PLCها در مقایسه با واحدهای ترمینال از راه دور یا همان RTUها گزینه مقرون به صرفه تر و اقتصادی تری جهت کنترل از راه دور هستند. این تجهیزات به عنوان دستگاه های میدانی در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

۵.زیرساخت ها و پروتکل های ارتباطی

به کمک زیرساخت ها و پروتکل های ارتباطی، امکان اتصال کاربران به سیستم های نظارتی، RTUها و PLCها وجود دارد. از مهم ترین فاکتورها برای بقای سیستم اسکادا، ارتباطات است که این نیاز را واحد پروتکل های ارتباطی به خوبی تامین می کنند. برای ارسال و انتقال اطلاعات از راه دور توسط سیستم های RTU و PLC، که در امتداد شبکه های آب، شبکه های برقی و خطوط لوله قرار دارند استفاده از زیرساخت های ارتباطی یک امر حیاتی و ضروری است.

عملکرد سیستم اسکادا

اینکه سیستم های اسکادا چگونه کار می کنند و عملکرد آن ها به چه صورت است، سوالی است که شاید با شنیدن پاسخ آن بتوانید به فهم بیشتری نسبت به این نوع سیستم های برسید. توجه داشته باشید، همانطور که استفاده از سیستم اطلاعات تولید صنعتی برای پیشبرد اهداف یک کسب و کار مهم است، استفاده از سیستم اسکادا نیز در کنترل، مدیریت و افزایش بهره وری صنایع نقشی ضروری دارد. به طور کلی، عملکرد سیستم اسکادا را می توانیم به این شکل شرح دهیم. سیستمی که متشکل از مجموعه ای از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری است.

این مجموعه داده های موردنیاز خود را به صورت کاملا لحظه ای و بدون درنگ از دستگاه های صنعتی که در کارخانجات مورد استفاده قرار می گیرند جمع آوری می کند. از جمله این تجهیزات صنعتی می توانیم به ولوها، پمپ ها، ترنسمیترها و… اشاره کنیم. در صورتی که تمایل به ارتقای سطح عملکرد بخش های مختلف صنعتی دارید، می توانید بهترین و باکیفیت ترین خدمات را از شرکت اتوماسیون صنعتی لیان گوهران دریافت کنید. اما در ادامه عملکرد سیستم اسکادا را به صورت جزء به جزء بررسی می کنیم.

جمع آوری داده ها

جمع آوری داده در سیستم اسکادا می تواند به شیوه های مختلفی انجام شود که چند مورد از رایج ترین آن ها عبارتند از:

• تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال
• تبدیل دما به درجه سانتی گراد
• تبدیل توان سیگنال به دسی بل میلی وات
• اندازه گیری کیفیت یک کانال با محاسبه تعداد خطای سیگنال در یک ثانیه

تبادل داده ها از طریق شبکه

عملیات بعدی که توسط سیستم اسکادا انجام می شود، تبادل داده های بدست آمده است. این کار نیز از طریق شبکه های کامپیوتری انجام می شود. در این مرحله داده هایی که به روش های مختلف جمع آوری شده اند به دلایل مشخصی به سیستم های رده بالاتر ارسال می گردند.

ارائه داده

پس از اینکه عملیات پردازش و سازماندهی داده های جمع آوری شده انجام شد، این اطلاعات به اپراتورهای سیستم ارائه می شوند. کاربران یا اپراتورهای سیستم براساس داده های دریافت شده، تصمیم گیری های کنترلی لازم را اتخاذ می کنند. در مورد اینکه داده ها به چه صورت ارائه می شوند نیز باید بگوییم این عمل می تواند به شیوه های متفاوتی انجام شود. به عنوان مثال به چند مورد زیر توجه کنید:

• ارائه داده ها به صورت جدولی از رویدادها و وقایع ثبت شده
• ارائه داده به شکل نقشه
• ارائه داده به شکل نمودار
• ارائه داده به شکل گرافیکی و…

کنترل

پس از گرفتن تصمیم های کنترلی، سیستم باید آن ها را بررسی و تایید کند. در صورت تایید این تصمیمات، برای انجام عملیات های خاص، دستورات مناسب ارسال می گردند. علمیات کنترلی معمولا توسط RTUها و PLCها انجام می شوند.

کاربردهای سیستم اسکادا

از مهم ترین کاربردها و موارد استفاده از سیستم اسکادا می توانیم به لیست زیر اشاره کنیم:

• کاربرد در صنایع نفت و گاز
• کاربرد در سازمان آب و فاضلاب
• کاربرد در صنعت حمل و نقل
• کاربرد در تمامی صنایع ساخت و تولید
• کاربرد در صنایع دارویی
• کاربرد در صنایع مواد غذایی
• قابل استفاده برای نظارت، رصد و کنترل تمامی خطوط انتقال
• امکان نظارت و کنترل از راه دور تمامی تجهیزات صنعتی
• کنترل موقعیت های مختلف همچون؛ انبارهای ذخیره سازی، کارخانجات تولیدی و…
• کاربرد در صنایع دریایی برای کنترل سکوهای دریایی
• کاربرد در پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی
• کاربرد در صنعت مخابرات
• کاربرد در صنعت کشاورزی
• کاربرد در شبکه های توزیع آب و برق
• کاربرد در مراکز تصفیه آب
• کاربرد در مراکز توزیع آب و…

تفاوت سیستم اسکادا با DCS

به همان اندازه که اورهال دستگاه صنعتی (احیا و بازسازی قطعات و تجهیزات صنعتی) برای بهینه سازی عملکرد یک مجموعه بسیار ضروری است. استفاده از سیستم های نظارتی و کنترلی نیز بسیار لازم می باشد. امروزه با وجود پیشرفت تکنولوژی تمامی فعالیت هایی که تا پیش از این به صورت دستی انجام می شدند، جای خود را به عملیات اتوماتیک داده اند. کنترل و نظارت همه جانبه به کمک سیستم های اسکادا این امکان را فراهم می آورد تا اپراتورهای انسانی در کمترین زمان ممکن به داده های موردنیاز خود دسترسی داشته باشند.

در سیستم اسکادا، عملیات نظارت و کنترل روی فرایندهای صنعتی را یک سیستم رایانه ای انجام می دهد. در اینجا با مفهوم دیگری همچون DCS یا Distributed Control System روبرو هستیم که به معنای سیستم کنترل توزیع شده است. برخی افراد دو سیستم SCADA و DCS را با یکدیگر اشتباه می گیرند و درک درستی از تفاوت آن ها ندارند. در ادامه به مهم ترین تفاوت های میان این دو سیستم اشاره می کنیم:

• روند کار سیستم SCADA بر مبنای جمع آوری داده هاست. این در حالی است که سیستم DCS مبتنی بر فرایندهاست.
• سیستم SCADA قابلیت این را دارد تا یک محدوده با وسعت بسیار زیاد را تحت نظارت و کنترل خود در آورد. در حالی که سیستم DCS تنها در یک مکان مشخص عمل می کند و مقیاس وسیعی را در بر نمی گیرد. مکان تحت پوشش DCS محدودتر است.

اهمیت سیستم های اسکادا در صنعت

از مهم ترین دلایل استفاده از سیستم های اسکادا در صنعت که به نوعی مزایای آن نیز به شمار می روند، می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• افزایش دقت عمل در اجرای مانورها
• افزایش دقت در تصمیم گیری ها و اجرای عملیات
• کاهش خسارات در هنگام وقوع حوادث احتمالی
• افزایش سرعت عمل در اجرای مانورها و عملیات تحت شبکه
• کاهش مدت زمان خاموشی پس از اجرای هر مانور
• نیاز کمتر به نیروهای انسانی
• کاهش میزان خطای انسانی
• نظارت و کنترل همه جانبه روی عملکرد بخش های مختلف
• افزایش سرعت عمل نیروهای انسانی در دریافت و تحلیل داده ها
• افزایش سرعت و دقت عمل نیروهای انسانی در تصمیم گیری های کنترلی
• صرفه جویی در هزینه های مربوط به بهره برداری