تعریف سیستم اسکادا

سیستم اسکادا:
سیستم جمع آوری داده و کنترل نظارتی (Supervisory Control and Data Acquisition) یا به اختصار اسکادا (SCADA) به سیستم کنترل صنعتی (Industrial Control System) اتلاق می شود که برای کنترل فرایندهای زیرساختی، فرایندهای صنعتی و یا فرایندهای مبتنی بر تجهیزات (Facility-Based) مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم های تصفیه آب و فاضلاب، خطوط انتقال گاز، مزارع بادی نمونه هایی از فرایندهای زیرساختی هستند. همچنین ایستگاه های فضایی، فرودگاه ها و کشتی ها نمونه هایی از فرایندهای مبتنی بر تجهیزات و نیروگاه، پالایشگاه و کارخانجات نمونه هایی از فرایندهای صنعتی محسوب می شوند.

در حالت کلی می توان گفت که همیشه چند زیرسیستم در یک سیستم اسکادا وجود دارند که عبارتند از:

• یک دستگاه (Apparatus) نمایشگر که توسط اپراتور انسانی مورد استفاده قرار می گیرد. در یک سیستم اسکادا تمام داده های فرایند برای اپراتور انسانی به نمایش در می آیند.
• یک سیستم نظارتی که وظیفه آن جمع آوری اطلاعات و داده از تمام فرایند است.
• واحدهای ترمینال راه دور (Remote Terminal Units) یا RTU که به سنسورهای سیستم متصل هستند. این واحدها سیگنال های سنسورها را به داده های دیجیتال تبدیل می کنند و سپس این داده ها به سیستم های نظارتی ارسال می کنند.
• در سیستم های اسکادا از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) به عنوان ادوات میدانی استفاده می شود.
• زیرساخت های مخابراتی در یک سیستم اسکادا رابطه بین ترمینال های راه دور و سیستم نظارتی را فراهم می آورند.

معمولا یک سیستم اسکادا فرایند را به صورت بلادرنگ (Real Time) کنترل نمی کند. به صورت خلاصه می توان گفت که در سیستم اسکادا اطلاعات مهم توسط سنسورها جمع آوری می شوند.

سپس این اطلاعات توسط RTUها به کنترل کننده ها منتقل می شوند و همچنین داده ها وضعیت سیستم را به نمایش در می آورند.

بر اساس وضعیت سیستم، اپراتور می تواند به سایر المان های مجموعه فرمان دهد. عمل فرمان دادن توسط شبکه مخابراتی انجام می گیرد.

مفهوم سیستم اسکادا:
سیستم اسکادا به سیستم متمرکزی (Centralized System) اتلاق می شود که تمام فرایند را کنترل و پایش (Monitor) می کند.

همچنین امکان دارد سیستم اسکادا یک مجموعه پیچیده باشد که در یک منطقه وسیع پخش شده باشد. در این سیستم، تقریبا تمام عملیات کنترلی به صورت اتوماتیک و از طریق واحدهای ترمینال راه دور و کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر انجام می گیرد.

محدودیت ها و عملگر های کنترلی بر اساس سطح یک متغیر مورد پایش تعیین می شوند. به عنوان مثال، کنترل کننده منطقی برنامه پذیر در یک فرایند صنعتی، فلو (Flow) مایع خنک کننده را کنترل می کند و سیستم اسکادا این امکان را فراهم می آورد تا تمام تغییرات مرتبط با شرایط اضطراری و نقاط تنظیم (Set Points) فلو (مانند دمای بالا و قطع فلو) ضبط و نیز نمایش داده شود.

در تصویر زیر نمایی از کنترل فلو در سیستم خنک کننده با یک سیستم اسکادا نشان داده شده است.

شماتیک سیستم فوق را می توان به صورت خلاصه در تصویر زیر مشاهده کرد.

عمل نمونه برداری داده (Data Acquisition) از واحدهای RTU و PLCها شروع می شود و شامل گزارش وضعیت تجهیزات و خواندن اندازه گیری ها می شود.

سپس این داده ها باید به فرمتی تبدیل شوند که اپراتور اتاق کنترل بتواند بر اساس آن تصمیمات نظارتی صحیح و مناسب را اتخاذ کند و با استفاده از رابط ماشین و انسان (HMI)، کنترل کننده منطقی برنامه پذیر را به حالت نرمال تنظیم کند.

سیستم اسکادا معمولا روی پایگاه داده های توزیع شده (Distributed Databases) پیاده سازی می شود که شامل المان های داده به نام تگ (Tag) یا نقطه (Point) هستند.

تگ یا نقطه، یک خروجی تکی یا یک مقدار ورودی است که توسط سیستم پایش و کنترل می شود. این نقاط یا نرم (Soft) و یا سخت (Hard) هستند.

خروجی یا ورودی واقعی یک سیستم توسط نقطه سخت نشان داده می شود، در حالی که نقطه نرم، نتیجه اعمال عملگرهای ریاضی و منطقی مختلف به سایر نقاط است.

این نقاط معمولا به صورت جفت های مقادیر و برچسب زمانی (Timestamp-Value Pair) ذخیره می شوند. تعدادی از این جفت داده ها یک تاریخچه از نقاط مخصوصی را ارائه می کنند. ذخیره کردن ابر داده های (Metadata) اضافی همراه با تگ ها نیز متداول است.

داده های اضافی می توانند شامل نظراتی درباره زمان طراحی، اطلاعات هشدار و مسیرهایی به ادوات میدانی یا PLCها باشند.