پایان نامه مقدمهاي بر سيستمهاي SCADA
مقدمه
تمامي شرکتهاي صنعتي هرکدام به نوعي با موضوع اتوماسيون درگير هستند و پيشرفت علوم در اين زمينه باعث ايجاد تغييرات عظيمي در صنايع مختلف گرديده و باعث شده است تا سيستمهاي سنتي جاي خود را به سيستمهاي مدرن و اتوماتيکي بدهند. به اين دليل، ضروري است تا ما هم از اين تکنولوژيها در جهت پيشبرد اهداف خويش سود جوييم. چرا که، سيستمهاي سنتي علاوه بر اينکه هزينه ساخت و نگهداري بالايي دارند قابليت اطمينان آنها هم بدليل عوامل مختلف پائين است؛ ولي در سيستمهاي مدرن چون بر مبناي کامپيوتر عمل مي کنند، هم هزينه نصب و نگهداري به طور چشمگيري کاهش يافته و هم اينکه قابليت اطمينان و دقت عمل اين سيستمها به شدت بالا رفته است به طوريکه در صنايع، استفاده از اين سيستمها ضرورتي اجتناب ناپذير مي باشد. همانطوريکه مي دانيم اتوماسيون صنعتي بحثي گسترده بوده و انواع مختلفي دارد که هر کدام از آنها نياز به مطالعات وسيعتري دارند.
سيستم SCADA يکي از اين سيستمهاست که با ظهور خود تاکنون، کمک زيادي در زمينه جمع آوري اطلاعات و کنترل سيستمها براي صنعت داشته است. در کشور ما نيز مطالعاتي در اين زمينه صورت گرفته و در تعدادي از صنايع مانند صنايع پتروشيمي، صنعت نفت، و حتي در مواردي در سيستمهاي توزيع انرژي الکتريکي، از اين سيستم استفاده شده است اما اين استفاده ها بصورت محدودي انجام گرفته و لازم است تا بيشتر از اينها به اين موضوع پرداخته شود تا اينکه بهره بيشتري از اين تکنولوژي نو و مدرن نصيب شود.
با توجه به اينکه منابع فارسي کمي راجع به اين سيستمها وجود دارد و با توجه نيازهاي فوق و همچنين علاقمندي خويش به موضوع اتوماسيون صنعتي، بر آن شديم تا پروژه پايان نامه کارشناسي خود را به اين موضوع اختصاص دهيم تا شايد بتوانيم کمکي هرچند اندک به دانشجويان و محققان و کليه کساني که دوست دارند در اين زمينه ها فعاليت کنند داشته باشيم.
1-2 مراحل رشد سيستم SCADA
در يادگيري يک موضوع جديد، معمولاً آشنا بودن با حداقل مقدار کوچکي از تاريخچه آن، مفيد واقع مي شود. اين آشنايي ما را قادر مي سازد تا اطلاعات جديدي را در آن زمينه بدانيم و مراحل پيشرفت آن را در طول زمان متوجه شويم.
در اوايل دهه دوم _ سوم قرن بيستم، توسعه مهندسي هواپيما و موشکها و همچنين رسيدگي به پارامترهاي هوايي و جغرافيايي ديگر، مخصوصاً در جاهايي که رفتن به آنجا براي افراد يا مشکل بود يا غير ممکن، مورد نياز واقع شد و نمونه هاي ساده اطلاعات از تجهيزات واقع در اين مکانها جمع آوري مي شد. براي مثال، در روزهاي اوليه ساخت هواپيماي آزمايشي، فضايي براي خلبان وجود داشت بدون آنکه اتاق کوچک اضافي براي مهندسين تست کننده و طراح جهت قرار گرفتن در اين وسيله نقليه در موقع پرواز و بررسي كردن هزاران سنسور که براي سنجيدن فشارها و کششها روي بدنه هواپيما و موتور نصب مي شد موجود باشد. بطور مشابه، موشکهاي اوليه حتي اتاقي براي خلبان هم نداشتند.
زماني که تکنولوژي پيش بيني شرايط آب و هوايي براي اولين بار بکار گرفته شد دانشمندان دريافتند که حجم بزرگي از اطلاعات براي پيش بيني هاي دقيق لازم است. اما فقط مقدار خيلي کمي از اين اطلاعات در جايي که عموماً افراد در آنجا قرار داشتند در دسترس بود. محلهاي ذخيره اطلاعات اصلي و چراغهاي دريايي، کشتيها و مخصوصاً ايستگاههاي هوايي نصب شده مي توانستند ايجاد شوند و اطلاعات را به محل مرکزي با استفاده از تلفن يا تلگراف يا راديو انتقال دهند. اما اين اطلاعات فقط اطلاعات مربوط به سطح زمين را شامل مي شد در حاليکه آب و هوا از عواملي بيش از عوامل سطحي تشکيل شده است. براي رسيدن به اطلاعات بهتري که هواشناسي را بدست مي دهد، دانشمندان به اين فکر افتادند که توسعه اشکال مختلف اطلاعات هواشناسي بالاتر از جو زمين مي تواند مفيد واقع شود. بالنهاي کوچکي قابل حصول بودند و ابزارهاي کوچکي روي آنها مي توانستند نصب شوند تا پارامترهاي مورد نياز را اندازه گرفته و اطلاعات مطلوب را بدست آورند. اما آن اطلاعات چگونه بايد بدست مي آمدند؟
جواب اين مسأله از روش مخابراتي که در صنايع ديگر براي کاهش نگرانيهاي امنيتي بکار گرفته مي شد پديدار گشت. براي مدتي سيستمهاي ريلي (معدن) از ارتباطات باسيم جهت نمايش موقعيت ترنها و وضعيت کليدهاي کنترل کننده خطوط آهن، که ترنها روي آن حرکت مي کردند، استفاده مي نمودند. شکل 1-1 نشان مي دهد که چگونه اين کار با استفاده از کليدهاي وضعيت، سيمها و چراغهاي وضعيت الکتريکي انجام مي شد. در فواصل خيلي طولاني به اتاق مرکزي امکان نمايش اموري که در محلهاي دور اتفاق مي افتادند داده مي شد و کنترل کننده ها را قادر مي ساخت تا حرکت ترنها را بطور کارآمد و بي خطر زمانبندي کنند. دستورات جهت تغيير دادن دستي وضعيت کليدهاي ريل توسط تلگراف به اپراتور فرستاده مي شد. البته اين سيستم محدود بود به تسهيلات ثابت، جايي که سيمها مي توانستند بين منبع سيگنال و قسمت مرکزي که صفحه نمايش در آن کار گذاشته شده بود کشيده شوند. واضح است که در جاهايي که اين شرايط بکار برده مي شدند سيستم دورسنجي به خوبي کار مي کرد. سيستمهايي که با اين نوع کار مي کنند هنوز هم مورد استفاده قرار مي گيرند.
شکل 1-1 سيستم دورسنجي اوليه
تقريباً در همان زماني که نياز به نگهداري ارتباطات با وسايل متحرک ظاهر شد، تکنولوژي راديويي نيز پيشرفت مي کرد. امواج راديويي مي توانستند به قدري اطلاعات بفرستند که کسي انتظار آن را نداشت. بنابراين تکنولوژي دورسنجي راديويي متولد شد. شکل 1-2 بطور خلاصه نشان مي دهد که چگونه يک سنسور دما و يک فشارسنج مي تواند به راديو وصل شود تا اطلاعاتي را درباره دما و فشار برحسب ارتفاع فراهم آورد.
شکل 1-2 اندازه گيري فشار و دما بوسيله راديو دورسنجي
دورسنجي راديويي در آن زمان با بهبود پيدا کردن قابليت اطمينان سيستمهاي راديويي، با افزايش چگالي اطلاعاتي که مي توانست فرستاده شود، با توسعه کدهاي خطاشناسي و حتي تصحيح کننده هاي خطا، و با کوچکتر کردن تجهيزات پيشرفت نمود. در طول اين مدت دورسنجي سيم بندي شده نيز رشد پيدا کرد. مهندسيني که با دورسنجي سيمي کار مي کردند بيشتر از اينکه روي قابليت اطمينان اين وسايل تمرکز کنند، مفهوم کلي ارتباط دو طرفه را انديشيده و گسترش دادند؛ ارتباطي که نه تنها امكان نمايش سوئيچهاي خط آهن بوجود آمد، بلکه تنظيم آنها نيز امكان پذير شد. شرکتهاي نيروي صنعت برق و شرکتهاي انتقال خطوط لوله، که تسهيلاتي مشابه تسهيلات شرکتهاي ريلي داشتند، عمده سرمايه گذاري بزرگ در زمينه راه و روش کنترل اين تسهيلات براي عملکرد مرکب را انجام مي دادند. اگرچه شيرها و سوئيچهايي که بايد کنترل مي شدند در نقاط دور و نا مناسب قرار داشتند. بنظر رسيد که شرکتهاي توليد نفت و گاز بيشتر امتيازشان را در بخشهاي خيلي ضعيف و توسعه نيافته روستايي، جايي که براي کارکنان جهت زندگي کردن سخت بود، پيدا کردند. تمامي اين صنايع به همان مسأله با همان راه حل پاسخ دادند آنها راههاي عملکرد ساده کنترل کننده و نمايش دهنده دور افتاده با استفاده از سيگنالهاي الکتريکي و سيم جهت کاهش هزينه عملکردي تسهيلاتشان را بررسي کردند. با شروع شدن سال 1960، نمايش از راه دور و کنترل نظارتي چندين فرايند صنعتي، يک تکنولوژي توسعه يافته اي شد.
دانشمندان و مهندسين پيشرفتهاي موجود در تکنولوژي راديويي را براي استفاده در سيستمهاي دورسنجي تشخيص دادند و آنها را براي اين کار از راه دور جديد دو طرفه بکار بستند. سيستم راديويي اطلاعات جمع آوري شده مربوط به هواشناسي را از يک علم دو بعدي به يک علم سه بعدي تبديل کرد. وقتي که سيستم راديويي جهت نمايش و کنترل از راه دور فرايندها بکار برده شد اين تکنولوژي را از يک بعد يعني امتداد يک خط آهن، خط لوله، يا خطوط انتقال الکتريکي به دو بعد تغيير داد. سيستم راديويي تقريباً در هر کجاي سطح زمين که نياز داشته باشند مي توانستند قرار داده شوند. اغلب، يک ترکيب سيم و راديو روش خيلي مؤثري براي جمع آوري و پخش سيگنالها بود. به محض اينکه سيستم راديويي پيشرفت پيدا کرد هزينه هاي تأسيسات کاهش پيدا کرد و تسهيلات بيشتري توانستند از موانع اقتصادي ممکن عبور کنند. نصب کابلهاي تلفن مخفي در نواحي دور مي تواند بطور گسترده اي گران باشد. مسيرهاي راديويي زماني که خط ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده باشد در شرايطي که محيط اطراف شهر يا روستا باشد نسبتاً ايمن هستند. در طول سال 1960 سيستم راديويي بيشتر و بيشتر مورد استفاده قرار گرفت در اواسط 1970 سيستم راديويي، مسير ارتباطاتي مورد پسندي براي سيستمهاي دورسنجي دو طرفه خيلي جديد جهت ثابت ماندن تسهيلات محلي قرار گرفت.
در همان زمان که سيستم راديويي ارجحيت پيدا کرد، تکنولوژيهاي الکتريکي ديگري نيز توسعه پيدا کرد. کامپيوترهاي ديجيتالي براي نخستين بار در سيستمهاي کنترل نظارتي و نمايش دور در اوايل 1960 ساخته شدند. قابليت انعطاف پذيري آنها براي طراحان اين سيستمها خيلي جذاب بود. در اوايل سيستمهاي بدون کامپيوتر ايستگاههاي مرکزيي داشتند که خيلي پيچيده ساخته مي شدند. آنها به چند هزار رله نياز داشتند. قبل از ظهور کامپيوترهاي الکترونيکي در بعضي موارد اين ايستگاههاي مرکزي برنامه ها را بصورت نوارهاي کاغذي سوراخ شده در مي آوردند.
کامپيوترهاي به اصطلاح اندازه متوسط در حدود 1965 به وجود آمدند و مرحله اي براي ظهور ناگهاني سيستمهايي که کنترل متمرکز حجيمي را مي توانستند انجام دهند به حساب آمدند. ارتباطات بزرگتر که اغلب نياز به اجاره خطوط تلفن فواصل طولاني دارند در ترکيب با سيستمهاي اختصاصي راديويي، مسيرهايي را براي تعداد بزرگ تسهيلات ميدان فراهم مي آوردند. اغلب مکملهاي کلي تسهيلات ميدان يک شرکت مي تواند به يک کامپيوتر که صدها مايل از محل عملکردي فاصله دارد متصل شود.
در آغاز سال 1970 اصطلاح SCADA ابداع شد و کلمه دورسنجي در توصيف سيستمهاي دو طرفه از کاربرد خارج شد. سيستم راديويي در طول سال 1970 آنقدر بهتر شد که اغلب جايگزين سيستمهاي کابل مخفي موجود شد. حيوانات جونده که در زير زمين زندگي مي کنند و فاضلابها نمي توانستند به اندازه اي که براي کابلهاي مخفي خطرناک بودند براي سيگنالهاي راديويي خطرناک شوند. پايداري کنترل فرکانس سيستمهاي راديويي نيز بالا رفته و به نگهداري کمتري نياز پيدا کرد. پيچيدگي تجهيزات کاهش يافته و طراحي صنعتي بسته هاي نرم افزاري سيستم راديويي بهبود پيدا کرده و ممکن ساخته است تا خدماتي که به تجهيزات در ميدان ارائه داده مي شود با تکنيسينهاي ماهر کمتري و با تجهيزات سرويس دهنده پيچيده کمتري انجام پذيرد.
تکنولوژي SCADA در طول اواخر سال 1970 به آرامي رشد کرد. پيشرفت در زمينه نرم افزاري واسطه انسان ماشيني بهتري را نتيجه داد. گزارش نويس ها براي فراهم کردن اطلاعات خواسته شده لازم توسعه پيدا کرد. سيستمها بزرگتر شدند. همانطور که گفته شد با تکنولوژيهاي صنعتي بيشتر توسعه ميني کامپيوترها تأثير عميقي بر توسعه SCADA داشت. بطور مثال، تسهيلات کوچکتر حالا مي توانند براي کاربردهاي دور مورد توجه قرار گيرند. اگرچه شايد تأثير عميق بيشتر از آن جهت بود که ميني کامپيوترها که معمولاً پايه اي براي کامپيوتر ميزبان يا واحد ترمينال اصلي (MTU) بودند آنقدر ارزان در آمدند که ضروري بنظر نمي رسيد تا سيستم را در يک جا جمع کنند. اما حالا تأثير عملي، بيشتر از هزينه سخت افزاري تعيين کند که MTU در کجا قرار گيرد. صنايعي مانند صنايع الکتريکي و صنايع مربوط به خطوط لوله فلسفه متمرکزسازي را نگه داشتند، شرکتهاي توليد نفت و گاز بيشتر به سبکهاي غير متمرکز کشيده شدند تا کنترل ميدانها را در دست متخصصين ماهر ميدان قرار دهند. از وقتي که سيستم زيادتر شد طيف راديويي بيشتر مورد استفاده قرار گرفت و داشتن فرکانسها سخت تر و سخت تر شد به محض اينکه اين مشکل اتفاق افتاد ساير روشهاي مخابرات راديويي با بوجود آمدن مخابرات ماهواره اي و تلفنهاي سلولي توسعه يافت. هزينه اين روشهاي مخابراتي با يک تغيير جزئي براي سيستم SCADA، بقدري کاهش يافت که آن روشها را بعنوان انتخاب اصلي براي سيستمها معرفي کردند. امروزه SCADA به اين صورت موجود است. شکل 3-1 نمونه ساده اي از يک سيستم SCADAي امروزي را نشان مي دهد.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.