Üye Ol 
 25-03-2007 | #1 (mesaj-linki) |
 SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi Bölüm 1 SCADA Sisteminin İncelenmesi 1.1 SCADA'nın Tanımı SCADA adı "Supervisory and Data Acquisition" kelimelerinin ilk harflerinden oluşmuştur. Türkçe'ye "İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi" olarak çevrilebilir. SCADA sistemi izleme, danışma, kontrol ve veri toplama işlevlerini yerine getirir. Bu sistemin uzaklık veya mesafe kavramını da çalıştırdığı kabul edilir. Danışma ve Uzaktan Kontrol İşlevi Belli bir cihazı veya tesisi uzaktan kontrol edebilmek, bunların verilen kontrol komutuna göre çalışmasını sağlayabilmek ve davranışlarının kontrol komutları doğrultusunda olup olmadığını doğrulayabilmektir. Uzaklık Kavramı Uzaklık için genel kriter; kontrol bölgesi ile kontrol edilen cihaz arasındaki mesafenin telli kontrol kullanmaya elverişli olup olmadığı veya pratik olmadığı uzaklıktır. Danışmanlı Kontrol Sistemi Bir iletişim kanalı üzerinden, multiplexing tekniği kullanılarak uzak ve geniş coğrafi bölgeye yayılmış olan, çok sayıda cihaz ve tesisin sistem operatörü (işletmeci) tarafından, danışma ve kontrolünü sağlayan sistem, danışmanlı kontrol sistemi olarak tanımlanır. SCADA sistemleri kullanılarak uygulama yazılımı geliştirmek için protokollerin tanımlanması ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri, SCADA'nın işletmedeki bilgi omurgası olma görevini yapması için birbirleri ile iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenmesi gerektiğinde kullanılacak bilgi blokları veri bilgi tabanı tanımlanması aşamasında gerçekleştirilir. SCADA sistemleri; sistem operatörlerine, merkezi bir kontrol noktasından geniş bir coğrafi alana petrol ve gaz alanları, boru sistemleri, su şebekeleri, termik ve hidrolik enerji üretim sistemleri ile iletim ve dağıtım tesisleri gibi alanlarda vanaları, kesicileri, ayırıcıları, anahtarları uzaktan açıp kapama, ayar noktalarını değiştirme, alarmları görüntüleme, ölçü bilgilerini toplama işlevlerini güvenilir, emniyetli ve ekonomik olarak yerine getirme avantajı sunmaktadır. 1.2 SCADA Sisteminin Uygulama Alanları SCADA sisteminin birçok kullanım alanı vardır. Geniş bir coğrafi alana yayılmış, bölgesel ve yerel tesislerin bir çoğunda kullanılmaktadır. Başka sistemlere de alt yapı teşkil etmektedir. SCADA sistemine ilave işlevler eklenerek ENERJİ YÖNETİM SİSTEMLERİ (EMS) veya DAĞITIM YÖNETİM SİSTEMLERİ (DMS) gibi sistemler oluşturulur. SCADA sisteminin başlıca kullanım alanları şunlardır:
1.3 SCADA Sisteminin İşlevleri SCADA sisteminin işlevleri; 1. İzleme (Monitoring) İşlevleri (Olay ve Alarm İşlem)olarak dört grupta toplanabilir. 1. İzleme (Monitoring) İşlevleri -Durum Denetimi2. Kontrol İşlevleri -Kontrol edilecek cihazların tek tek kontrolü (ayırıcı ve kesicilerin uzaktan açılıp kapatılması, trafo değiştirici kontrolü, vb)3. Veri Toplama -Analog ölçümler (akım, gerilim, aktif ve reaktif güçler, yağ ve sargı sıcaklıkları, kademe değiştirici konumu vb.)4. Verilerin Kaydı ve Saklanması Danışma Kontrol ve Veri Toplama işlevlerinden elde edilen veriler isteğe bağlı olarak kaydedilip saklanır.Bölüm 2 SCADA Sisteminin Uzaktan Bilgi Toplama Ve Denetleme Ünitesi 2.1 RTU'nun Tanımı Uzak Uç Birimleri: Bir SCADA sisteminde RTU - Bilgi Toplama ve Denetleme birimi, bulunduğu merkezin sistem değişkenlerine ilişkin bilgileri toplayan, depolayan, gerektiğinde bu bilgileri kontrol merkezine belirli bir iletişim ortamı yolu ile gönderen, kontrol merkezinden gelen komutları uygulayan bir SCADA birimidir. Uzak uç birimleri bulundukları yerde ölçüm ve denetleme işlemleri yürüten birimlerdir ve RTU (Remote Terminal Unit) olarak adlandırılmaktadır. SCADA sistemleri içerisinde yerel ölçüm ve kumanda noktaları oluşturan RTU'lar birbirine bağlanabilen çeşitli cihazlara (Enerji Gözetleme Sistemlerinde), kesicilere, ayırıcılara kumanda edilebilir. Ölçülmesi gereken akım, gerilim, aktif ve reaktif güç, güç faktörü gibi değerler ölçülebilir. Ayrıca ayırıcı, kesici (Açık, Kapalı) durumlarını kontrol edebilme imkanı sağlar. RTU yardımıyla merkezi kumanda ve izlemeyi sağlayabilmek için RTU'lar tüm ölçüm sonuçlarıyla cihazın çalışma durumlarını (Kesici açık, Ayırıcı kapalı) merkeze ileterek merkezden gelen komutlar doğrultusunda (Kesici aç, Ayırıcı kapa) işlemlerini yaparlar. Böylece merkezi denetim birimlerinin başında bulunan sistem operatörünün tüm ölçüm sonuçlarını görmesini ve gerekli komutları göndererek sistemin denetlenmesini sağlar. Fakat RTU'nun görevi sadece ölçüm yapmak ve komut uygulamak değil, ölçüm sonuçlarını belirli sınırlar içerisinde olup olmadığını da denetleyerek aykırı ya da alarm durumlarında merkeze bildirmektir. RTU'lar gelişen teknoloji ile birlikte bir çok aşamadan geçmişlerdir. İlk zamanlarda kontrol sistemlerinde kullanılan RTU'lar mikroişlemcisizdi. Mikroişlemcisiz RTU'lar sadece ölçüm yaparak, bu ölçüm bilgilerini merkeze bildirerek merkezden gelen komutlar doğrultusunda işlem görürlerdi. Bu tür RTU'lar ile oluşturulan SCADA sistemlerinde bir çok olumsuzluklar ortaya çıkmaktaydı. Alarm durumlarında ve diğer bütün işlemlerin merkezi denetim sistemi üzerinde yapılmasından dolayı ortaya çıkan problemler şu şekilde sıralanabilir: a) Merkezin devre dışı kaldığı ya da RTU'ların iletişiminin kesildiği durumlarda oluşacak sorunlara müdahale edilmemekte ve sonuç olarak da sistemin iletişimi aksamaktadır. b) Alarm durumlarında merkezin alarm kararı verip RTU'ya komut göndermesi belli bir süre almaktadır. Bu da, anında müdahale edilmesi gereken durumlarda sakıncalara yol açmaktadır. c) Akıllı olmayan RTU'lar ile oluşturulan SCADA sisteminin çalışabilmesi için merkezin sürekli olarak RTU'lar ile iletişim halinde olması gerekmektedir. Ancak bu sayede merkez, denetlenen cihazlar hakkında bilgi sahibi olup istenilen işlemleri yerine getirebilir. Bu durumda çok yoğun iletişim trafiğinin yaşandığı SCADA sistemlerinde özel bir iletişim hattının bulunması gerekir. d) Mikroişlemcisiz RTU'lar kullanıcının özel gereksinimlerinin bulunduğu ya da karmaşık kontrol algoritmalarının uygulandığı durumlarda yetersiz kalmaktadır. e) Tüm SCADA sisteminin yükü merkez bilgisayarı üzerinde olacağından, çok hızlı, yüksek işlem gücü olan, pahalı bilgisayarlar kullanmak gerekmektedir. Bu da ekonomik yük getirmektedir. İşlemcili RTU'lar, tüm olumsuz durumları değerlendirerek alarm uyarıları üretebilir ve bu durumlarda ne yapılacağına anında kendileri karar vererek yerinde müdahale edebilir. Aynı zamanda işlemcili RTU'lar kullanıcının özel isteklerini yerine getirecek şekilde programlanabilir, böylece denetleyici cihazların kullanıcı gereksinimlerini karşılayacak şekilde çalışması sağlanmış olur. Bu esnada diğer işlemcili RTU'larla haberleşerek işlemlerin yerine getirilmesi sağlanmış olur. Birbirleri arasındaki iletişimi sağlarken aynı zamanda merkezi birim tarafından sürekli gözetlenerek sistemin tümünün denetlenmesine izin verirler. İşlemcili RTU'ların endüstrideki avantajları; a) Mikroişlemcili RTU'lar en karmaşık kontrol yöntemlerinin dahi uygulanmasını sağlarlar. b) Mikroişlemcili RTU' ar kendi başlarına karar verebildikleri için, çoğu zaman merkez birimine gerek duymadan uygulamanın devamı için gerekli işlemleri yerine getirirler. Bu da toplam sistem performansını önemli ölçüde artırır ve tepki süresini azaltır. Böylece kalıcı ya da ölümle sonuçlanabilecek hasar durumlara acil müdahale edilebildiği için tüm sistemin güvenilirliği saptanır. c) Mikroişlemcili RTU' lar normalde kullanılan pek çok elektromekanik ya da mekanik cihazın işlevini üstlenmektedir. Mekanik cihazlar, uzun kullanım süreleri sonucunda aşınmakta verimleri düşmekte ve güvenilirlikleri azalmaktadır. Tamamıyla elektronik yapıdaki RTU ise hassasiyetinde hiçbir değişiklik olmadan daha uzun süre çalışabilmektedir. d) Mikroişlemcili RTU' lar kendi başlarına karar verebildikleri için merkez bilgisayarın yapabileceği pek çok işi de üstlenmiş olur. Bu genel sistem güvenilirliğini artırmaktadır. Merkez birimin durması veya iletişimin kesilmesi durumunda akıllı RTU hiç durmadan görevini icra etmekte ve gerekli işlevleri yerine getirmektedir. e) Merkezin İşlem Yükünün RTU' lara dağıtılması sonucunda, merkezin RTU' lar ile sık iletişim kurma gereksinimi kalmayacak, iletişim trafiği hafifleyecek, iletişim ortamı daha verimli kılınacaktır. 2.2 RTU'nun Görevleri Temel görevleri değişmemek kaydıyla gelişen istekler karşısında geliştirilmektedir. 1) Bilgi Toplama ve Depolama 2) Gerekli Kumandaları Gerçekleştirmek Bu iki görev değişmeyen temel özelliklerindendir. Bir RTU' nun kontrol fonksiyonları kısıtlı olabilir, ancak yukarıdaki özelliklerinden vazgeçilemez. RTU' nun bu iki özelliğini birleştirilmesi ile oluşan bir diğer görevi daha vardır. RTU' nun görevleri tekrar sıralanacak olursa; 1) Bilgi Toplama ve Depolama2.2.1 Bilgi Toplama ve Depolama RTU- Bilgi toplama ve denetleme biriminin temel işlevi olarak doğru ve zamanında yapması gereken en önemli görevidir. RTU' lar tali merkezlerde analog değerler, alarm ve durum bilgilerini ve sayaç değerlerini toplar. Böylece bağlı oldukları tali merkezlerin ve ait oldukları ana merkezin ihtiyacı olan tüm bilgileri toplayarak otomasyonun ilk prensibini gerçekleştirmiş olurlar. Toplanan bu bilgileri kendi üzerindeki hafızalarında saklarlar. Bu bilgiler; MTU kendilerini sorgulayıncaya kadar veya ayarlanan belli süreler için saklanır. Bilgi toplama işini kendilerine verilen periyodik aralıklarla veya ayarlandıkları değerlerden sapmalar olduğunda yeni değerleri kaydetmek şeklinde yerine getirirler. RTU' lar bilgilerin toplanmasını ve gönderilmesini RS-232 veya RS-485 seri formatta çalışan cihazlarla yapmaktadır. Bu, SCADA fonksiyonelliğini arttırmakta, fakat sahadaki lokal veri transferini basitleştirmektedir. RTU topladığı değerleri isterse bir ön işlemden geçirebilir. Ön işlem; bilgilerin kullanıcı tanımlı hale getirilmesi olayıdır. Yani analog bir bilgi sayısal bilgiye çevrildikten sonra RTU' da oluşturulmuş bir veri tabanı vasıtasıyla, o değere ait sınır değerlerle karşılaştırmaya veya matematiksel bir hesaplamaya tabi tutulur. Bu işlemlerden sonra o bilginin kontrol merkezine gönderilmeye değer bir bilgi olup olmadığı ortaya çıkar. Böylelikle sadece önemli bilgiler gönderilir ve iletişim kanalı meşgul edilmez. Bilgi alındıktan ve gerekliyse işlemden geçirildikten sonra, ya o anda kontrol merkezine gönderilir ya da daha sonra gönderilmek üzere RTU' da depolanır. Depolanan bu bilgiler RTU' da oluşturulmuş veri tabanı kütüğüne "oluş sırasına göre" kaydedilir. Oluş sırasına göre kayıt; beklenmedik durumlarda farklı zaman ve bölgelerde oluşan hızlı durum değişikliklerinin tek bir zaman ekseni üzerine kaydıdır. Hata sonrası analizlerde ve gerçek zaman içinde operatörün gerekli manevrayı yapmasında kullanılır. Bu şekilde bir depolama işlemi sayesinde bir gün içinde hangi olayın, tam olarak, ne zaman ve kaç defa gerçekleştirildiği Kontrol Merkezi tarafından rahatlıkla izlenebilmektedir. Bu SCADA gibi gerçek zamanlı bir sistemde mutlaka bulunması gereken bir özelliktir. Bölüm 3 SCADA Sisteminin Kontrol Merkezi 3.1 Tanım İngilizce yaygın olarak kullanılan adı Master Terminal Unit Türkçe'ye ana ve yönetici giriş birimi olarak çevrilebilir. Yaptığı işlevleri de göz önüne alarak bu birimi Ana Kontrol Merkezi veya kısaca Kontrol Merkezi olarak Türkçe' ye çevrilebilir. Kontrol Merkezi geniş bir coğrafyaya yayılmış tesislerin, bilgisayar esaslı bir yapıyla uzaktan kontrol edildiği, izlendiği ve yönetildiği yer olarak tanımlanabilir. Kontrol Merkezi genelde SCADA sistemlerinin ve kontrol edilecek tesislerin merkezi bir yerine kurulur. Kontrol Merkezi, sistem güvenilirliğinden sorumludur. Yetki verilmeksizin açma ve kapama işlemi yapılamaz. Bunun sonucunda merkez; bakım için dağıtım birimlerinin hizmetten çekilmesi, işleme modelinde değişiklikler yapmak, dağıtım sisteminde arıza durumunda ortaya çıkan sorunların çözümü için gereken bütün açma-kapama işlemlerine müsaade eder ve bunları denetler. Kontrol Merkezi, yüklerin izlenmesinden sorumludur ve bunların kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalması için, ya uygun otomatik cihazları devreye almak suretiyle ya da işletme programını değiştirmek suretiyle önlemleri almak zorundadır. Dağıtım sisteminde arıza olması durumunda kontrol merkezi sorunları gidermek ve mümkün olan en kısa sürede normale dönüşü sağlamak zorundadır. Bir yandan dağıtım donanımının devre dışı kalması stratejisini hesaba katarak, kritik durumların ortaya çıkarılmasına imkan verecek çağdaş izleme yöntemleri kullanılmalı, diğer yandan arızaların anında yerlerinin tespitine imkan verilmelidir. Kontrol merkezinde özellikle tüketim miktarları, dağıtım donanımının kullanım sayıları ve arızalar hakkında istatistikler tutulması çok önemlidir. Bu istatistikler daha sonra geçmişteki işletme planlamasında aynı zamanda sistem planlamasında kullanılır. İstatistiklerin yapılması; nicelik ve nitelik bakımından verilerin toplanmasını, ileride kullanılmak üzere bu verilerin kayıtlara geçirilmesini, planlama ve bilgisayar donanımı gereksinimlerine uyarlanmış hesaplama yöntemlerini kullanmayı gerektirmektedir. SCADA sisteminde geniş bir alana yayılmış RTU' ların koordineli çalışması, RTU' lardan gelen bilgilerin yorumlanması, kullanıcıya sunulması ayrıca kullanıcıların isteklerini RTU' lara ileterek merkezi kumandanın sağlanması işlevlerini SCADA sisteminde ana kontrol merkezi yerine getirir. Merkezi bilgisayar RTU' lardan periyodik olarak gelen verileri, sistem üzerinden alınan ikazları, istenilen verileri düzenli olarak saklar. Merkezi yazılım bu bilgileri değerlendirerek kontrol eder. SCADA sistemlerinde merkezi bilgisayar vasıtasıyla RTU' lardan ve sistemin diğer elemanlarından toplanan bilgiler gerek duyulan hallerde her türlü raporlar çıktı olarak kullanıcının sistemine sunulur. Merkezi sistemde denetlenen sistemin akış diyagramının ekran üzerinde görüntülenmesi sağlanır. Dolayısıyla operatör tüm sistemi ekran üzerinde gözlemleyerek sistem takibi yapabilir. Sistemin çalışması açısından RTU' lardan gelen alarm ve arıza uyarıları çok önemli olduğundan merkezi yazılım bu durumları görsel ve sesli olarak operatöre bildirir. Merkezi sistem birimi; yöneticilerin, işletme operatörlerini, bakım elemanlarını ve tüm işletim sistemini gerçek zamanlı görsel olarak izleyebildikleri fiziksel çevredir. Kontrol merkezinde merkezi bilgisayardan başka bulunan ara birimleri aşağıdaki gibi sıralanabilir: Bilgisayar Terminalleri Birçok kullanıcıya çalışma imkanı veren bu terminaller operatörlerin sistemi takip edebilmelerini sağlar. Sistemin kontrolü için gerekli bilgilerin girilmesi veya değiştirilebilmesi mümkün olabilmektedir. Bilgisayar Ekranları: Ekranlar ile dinamik işletme noktasının (kesici, ayırıcı, motor, vana, ölçü noktası) sürekli gözlenmesi sağlanır. Yazıcılar İşletmeye ve sisteme ait tüm durum ve arıza hallerini raporlama imkanı sağlar. 3.2 Kontrol Merkezinin Görevleri Kontrol Merkezleri kısaca bilgisayarlardan, giriş çıkış birimlerinden, insan ve makina ara biriminden (MMI:Man Machine Interface), RTU' larla haberleşme birimlerinden, bilgi depolama birimleri ve bunların ek birimlerinden oluşur. Kontrol Merkezleri yukarıda kısaca bahsedilen donanımları ile şu görevleri yerine getirir. 1. Uzaktaki RTU birimlerinden verilerin toplanması 2. Toplanmış verilerin yazılım programları ile işlenerek ekrana veya yazıcıya gönderilmesi 3. Sistemde kontrol edilecek cihazlara kontrol komutu gönderilmesi 4. Belli olaylar karşısında alarm üretme ve gelen alarmları operatöre en hızlı şekilde iletme 5. Meydana gelen olayları ve verileri zaman sırasına göre kaydetme 6. Başka bilgisayar sistemleri ile iletişimde olma 7. Dağıtım Yönetim Sistemi (DYS) ve Enerji Yönetim Sistemi (EYS) gibi üst seviye uygulama programlarını çalıştırma 8. Yazıcı, çizici, haberleşme, birimleri gibi ek birimlerin kontrolü 3.3 Kontrol Merkezinin Sistem İçindeki Yeri Kontrol Merkezi için sistemde, SCADA sisteminin büyüklüğüne göre, ayrı bir mekan olmalıdır. Bu ayrı kontrol merkezinden; tüm SCADA sistemine kumanda edilir, gerekli bilgiler toplanır, uygun bir veri tabanı programı ile bilgiler depolanır, gelen veriler ve alarmlar, analiz programları ile yorumlanır, veriler üzerinde işlem yapılır, bunların yazılım programları vasıtasıyla görüntülenmesi ve yazıcı çıktıları alınabilir. Kontrol Merkezleri, SCADA sistemi içinde bir tane olabileceği gibi, sistemin büyüklüğüne göre bir kaç tane de olabilir. Hatta çok büyük sistemlerde ana kontrol merkezinin altında ALT-KONTROL MERKEZLERİ de bulunabilir. 3.4 Kontrol Merkezi Mimarisi Kontrol Merkezleri; 1. Sistem bilgisayarı, 2. Kullanıcı arabirimleri insan makina ara birimleri (MMI), operatör ara birimi de denir. 3. Veri toplama giriş-çıkış birimleri (front-end bilgisayarları) 4. Mimik diyagram ya da ekran projeksiyon sistemleri 5. Yazıcılar çiziciler 6. Veri depolama birimleri 7. Kesintisiz güç kaynakları 8. Zaman ayar sistemi 9. Yerel iletişim ağı 10. İzole, yükseltilmiş tabanlı kumanda odası veya odaları gibi bileşenlerden oluşur. 3.4.1 Sistem Bilgisayarları Bilgisayarlar, kontrol merkezindeki her türlü ek birimler üzerinde, denetimi ve koordinasyonu sağlayan birimlerdir. Bu işlemleri giriş, çıkış, bellek, merkezi işlem birimi, bilgisayar işletim sistemi ve uygun yazılım programları vasıtasıyla yerine getirmektedir. Giriş Birimi: Merkezi işlem birimine dış birimlerden verilerin gelmesini sağlar. Bu birimin kontrol ettiği birimler şunlardır: a) Klavye: Yazıların girilmesi için kullanılır. b) Grafiksel Giriş Birimi: Mouse, digitizer, scanner gibi şekil ve benzeri şeyleri bilgisayara aktarılmasında kullanılır. c) Haberleşme Birimleri: Bilgisayarın diğer bilgisayarlarla iletişim kurmasını sağlar. Bu iletişim genellikle MODEM ya da veri ağlarıyla (LAN, WAN gibi) saplanır. d) Depolama Birimleri gelen verileri ya da bilgisayarda çalışan programları depolamak için kullanılır. Bu birimler sabit disk, manyetik teyp gibi birimlerdir. Çıkış Birimi: Verilerin dış dünyadaki birimlere ulaşmasını sağlar. Örneğin ekrandaki bir bilginin yazıcıya aktarılması için bu birim kullanılır. Çıkış birimine bağlı olan birkaç birim şöyle sıralanabilir. a) Yazıcılar; raporlar, alarmlar gibi bilgilerin kağıt üzerine aktarılmasını sağlar. b) Çiziciler c) Depolama birimleri: Yedekleme ve depolama amacıyla kullanılır. d) Grafiksel Gösterim Birimleri: Verilerin kullanıcıya gösterilmesinde kullanılır. (Monitör, Ekran Projeksiyon makinaları, mapboard'lar) 3.4.1.1 Bilgisayar İşletim Sistemi Bilgisayar işletim sistemi, bilgisayar sisteminde çalışan programların denetimini yapar, ek birimlere erişimini sağlar. Verilerin depolama ya da yedekleme birimlerine transferini sağlar, bellek erişimini ve sistem kullanıcılarının erişimini denetler. İşletim sistemlerinin Tek Görevli ve Tek Kullanıcılı, Çok Görevli ve Çok Kullanıcılı olmak üzere iki tipi vardır. Bunlardan ilki aynı anda sadece bir tek kullanıcının bilgisayarı çalıştırmasına ve bir tek programın işletilmesine izin verir. İkincisinde birden fazla kişi, birden fazla programı aynı anda işletebilmektedir. Bu sistemler genel olarak iletişim ağı tabanlıdır. Dolayısıyla verilerin ortak olarak kullanımı söz konusudur. Örnek olarak UNIX, POSIX işletim sistemleri gösterilebilir. 3.4.1.2 Kontrol Merkezlerinde Kullanılan Bilgisayar Çeşitleri SCADA sistemi kontrol merkezlerinde kullanılan bilgisayar sistemlerini, 1) Kişisel Bilgisayarlar 2) Mini Bilgisayarlar 3) Süper Bilgisayarlar 4) Mainframe bilgisayarlar olarak sınıflandırabiliriz. 3.4.1.3 Kontrol Merkezi Bilgisayarı Yazılım Programları Elektrik dağıtım sistemlerinin işletilmesi ve yönetilmesinde otomasyonun bulunmadığı ülkemizde, özellikle büyük şehirlerde, dağıtım otomasyonu ve SCADA sistemlerinin kurulması kaçınılmaz olmuştur. Bilgisayar yazılım ve donanım teknolojilerindeki gelişmeler otomasyon sistemlerinin tasarımını da etkilemekte, bu tür otomasyon işlevlerini ekonomik ve teknik açıdan mümkün kılmaktadır. Yazılım teknolojisinde yeni bir teknik olan nesneye dayalı programlama (Objected-Oriented Programing: OOP) metoduyla gerçekleştirilebilir. OOP, bilgisayar teknolojisinde büyük yazılım sistemlerine çözüm getiren önemli bir gelişmedir. OOP yaklaşımı ve avantajları şöyle özetlenebilir:
SCADA sistemi yazılım programları oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir ve gelişimi yıllar alır. Bu nedenle SCADA gibi büyük sistemlerde yazılım çok pahalıdır. Böyle karmaşık yapılı yazılımlar yazılım mühendisliğinin konusudur. Yazılım mühendisliğinin amacı kaliteli yazılım üretmektir. Yazılımın pahalı olması, elde edilmesinin ve geliştirilmesinin zor olması nedeniyle donanımda olduğu gibi yazılımda da kalite ve performans üstünlükleri aranmalıdır. Bir program yazılım sürecinde, analiz, tasarım, kodlama ve test aşamalarından geçmektedir. Yazılım sürecinin % 60'ını analiz ve tasarım aşamaları oluşturmaktadır. Bu nedenle bir yazılımda esas önemli olan analiz ve tasarımdır. 3.4.1.4 Bilgisayar Yazılım Programları Yazılım Kalitesi Yazılım kalitesini belirleyen iç ve dış etkenler şunlardır: 1) Geliştirilebilirlik: Teknolojideki değişimlere, yeni isteklere karşı açık olmasıdır. 2) Doğruluk: Yazılımın bütün istekleri doğru olarak yerine getirebilmesidir. 3) Anormal Durumlara Karşı Koyabilme: Yazılımdan beklenen durumlar dışında, tanımlı olmayan durumlarda, istenmeyen (sisteme zarar verebilecek) tepkiler vermemesidir. 4) Uyumluluk: Yazılımın başka yazılımlarla kolay entegre olabilmesi, başka sistemlerle (yazılım ya da donanım) beraber çalışabilmesi. 5) Yeniden Kullanılabilir Olma: Yazılımın ya da onu oluşturan parçaların başka amaçlarla kullanılabilmesi ve yeni uygulamalara destek verebilmesidir. 6) Verimlilik: Programın kaynakları verimli kullanması (CPU, bellek, disk gibi) ve performansının yüksek olmasıdır. 7) Taşınabilir Olma: Programın farklı yazılım ya da donanım ortamında çalışabilir olması; yani sistemde kullanılan makineden, ek birimlerden ve işletim sistemlerinden bağımsız olabilmesidir. 8) Doğrulanabilirlilik: Programı test edebilmek ve hataları bulabilmek için test programlarının yazılmış ya da test yöntemlerinin tanımlanmış olmasıdır. 9) Modüler Olma: Programın birbirinden bağımsız küçük modüllerden oluşmasıdır. 10) Okunabilir Olma: Program dökümünün yeterince açık ve anlaşılır olmasıdır. 11) Öğrenme ve Kullanma Kolaylığı: Programı kullanacak olan kişilerin programın iç yapısını bilmesine gerek duymadan öğrenebilmesi ve kullanabilmesidir. Gerektiğinde kullanıcıyı uyaracak ve istedikleri bilgileri sağlayacak yardım fonksiyonlarına sahip olmasıdır. Yazılım mühendisleri kaliteli yazılım çıkarırken bu unsurlara dikkat etmelidirler. Alıcının da yazılımdan sadece istenilen fonksiyonları yerine getirmesini değil, bu kalite unsurlarını da sağlamasını beklemelidir. Görünürde aynı işi yapan (hatta aynı performansa sahip olan) iki programdan, bu unsurlar gözönüne alındığında, biri diğerinden çok farklı olabilir. Çok karmaşık olan yazılım sistemlerinde kaliteye ulaşmak için aşağıdaki unsurların gözönüne alınması genel bir çözüm sağlar: 1) Standartlara uyma, 2) Açık sistemler geliştirme, 3) Tasarıma gereken önemi verme, 4) Standartlaşmış yüksek düzeyli diller kullanma, 5) Nesneye dayalı tasarım tekniklerine ve programlama dillerini kullanma. 3.4.1.5 Yazılım Sistemini Oluşturan Parçalar SCADA yazılım sistemi; bir veri tabanı, veri toplam sistemi ve bunlarla birlikte çalışan programlardan oluşur. Programlar CPU'lar üzerinde dağılmış olabilir. Aynı zamanda bir CPU birden fazla programı kontrol edebilir. Modern SCADA merkezlerinde irili ufaklı yüzlerce program aynı anda ya da isteğe bağlı olarak değişik zamanlarda çalışabilir. Programların çoğu değişik programlarla (veri tabanı) iletişim halindedir. Genelde amaç; veri toplama donanımından verileri veri tabanına kaydetmek, kullanıcı ara biriminde görüntülemek, denetim işlevini sağlamak ve güncel ya da geçmişe dönük veriler üzerinde analizler yapmaktır. SCADA merkez sistemini oluşturan yazılım birimleri; 1) Veri toplama sistemi 2) Veri tabanı ve veri tabanı yönetimi 3) Kullanıcı arabirimi (insan / makine arabirimi MMI) 4) Yerel giriş-çıkış 5) Rapor çıkarma, sebep gösterme 6) Veri analizi (geçmişe dönük veya güncel) 7) Uygulama programları (GIS gibi) 8) Konfigürasyon araçları (Veri tabanı editörleri, grafik editörleri) 9) Donanım yönetim programları (işletim sistemi, network sistemi, pencere sistemi) 10) Eğitim, test simülasyon ve hata bulma programları 11) Yerleştirme ve kurma programları 12) Diğer araçlar (derleyiciler gibi) 1) Veri Toplama Sistemi a) Veri Tarama Sistemi: RTU' dan bilgi taramak, veri tabanına ve diğer ilgili birimlere iletmekle yükümlüdür. RTU' dan nasıl tarama yapılacağı bu sistem içindeki tarama programlarında tanımlıdır ve değişebilir olmalıdır. Tarama sıklığı veri tarama sistemi içinde önemli bir kavramdır. Analog ve sayısal veriler için farklı olabilir. Günümüzde bütün verilerin birkaç saniye aralıkla yenilenmesi mümkündür. Tarama için farklı teknikler kullanılabilir. Bazı tekniklerde gözlenen noktada bir değişim varsa veri alma işlemi gerçekleşir. Hatta değişim hızına göre veri alma işlemi sıklığı artırılıp azaltılır. Verilerin alarm yaratıp yaratmaması, RTU' dan yapılıp istasyona kesme olarak gelebileceği gibi, merkezde de alarm yaratabilir. b) Olay Dizisi Bilgisi Alma, İletişim İstatistikleri: Gerektiğinde milisaniye düzeyinde bilgi almayı sağlar. Olaylar arası öncelik sırasını gösterir. Veri toplama sistemi, toplanan verilerin doğruluğu üzerinde istatistikler yapılabilir ve RTU' larla olan iletişimin güvenilirliği hakkında rapor çıkarılabilir. Bu raporlar ışığında iletişim teknolojisi değiştirilir ya da geliştirilir. 2) Veri Tabanı a) SCADA gerçek zaman verileri b) SCADA' ya ait statik veriler c) Kontrol merkezi konfigürasyonu ile ilgili veri tabanı d) Yazılımlara ait diğer veri tabanları SCADA gerçek zaman verileri: RTU' lardan elde edilen ve zaman bilgisi taşıyan verilerin tutulduğu veri tabanıdır. Her taramada yenilenir. Verilerin çokluğu zamanla artar ve erişim hızının yüksek olması beklenir. Her gözetleme noktasına ait şu veriler bu veri tabanında tutulur:
SCADA statik veri tabanı: SCADA sistemi ile ilgili konfigürasyon verilerini tutar. Bunlar şu verilerdir:
3) Kullanıcı Arabirimi Sistem gözetleme ve kontrolün esas yapıldığı noktadır. Veri tabanı ve veri toplama sistemi ile iletişim kurarak verileri görüntüler ve kullanıcının komutlarını SCADA' ya iletir. Kullanıcı arabiriminin özellikleri şunlar olmalıdır:
SCADA, gerçek zaman veri tabanı kullanarak geçmişe dönük ya da güncel veriler hakkında istatistiksel raporlar çıkarır. Olay dizisi verilerinden de faydalanarak sebep gösterir ve hata yerini bulur. Çıktıları yazıcı ile ya da ekrandan verebilir. 6) Uygulama Programları SCADA programları gerçek zaman verilerine ve başka verilere dayanarak sistem bakımı, onarım ve gelişimi için kullanılan programlardır. GIS (Geopraphic Information System: Coğrafi Bilgi Sistemi) örnek olarak verilebilir. 7) Konfigürasyon Araçları Sistemin ilk kuruluşundan ve sistemin değişmesi durumunda verilerin doğru noktalardan doğru aralıklarla görüntülenmesi için konulan parametrelerin girilmesi amacıyla kullanılır. Bu programların kolay kullanılabilir olması ve hata yapmaya karşı korumalı olmaları gerekir. Sistemdeki değişiklikler fonksiyon değişimi gerektirmediği sürece yeniden programlama gerekmektedir. 8) Donanım Yönetim Programları İşletim Sistemi Çeşitli işletim sistemleri kullanılabilmekle beraber SCADA siteminin dağıtılmış işlevlerden oluşan yapısı çok görevli (multitasking) işletim sistemlerinin kullanımını gerektirir. SCADA sistemleri için UNIX iyi bir adaydır. Ayrıca standart işletim sisteminin seçimi farklı firmalardan alınacak ürünlerin birlikte çalıştırılmasına olanak tanır. Network Sistemi Süreçler arası veri alışverişini ve ek birimlerle çeşitli noktalardan erişim olanağı tanır. Network sisteminde standartlara uyumun faydaları: 1. Tek bir firmaya bağlı kalmama 2. Kaliteli ürünler 3. Fiyatların düşmesi 4. Uyumlu ürünler Network sisteminde standartlar ISO' nun 7 katmanlı OSI sistemi üzerinde standartlaştırılmıştır. Pencere Sistemi Bir pencere kütüphanesinden ve işletim sistemi ile birlikte çalışan pencere yöneticisinden oluşur. Grafik ekran üzerinde açılan dörtgen alanlar pencere olarak adlandırılır. Pencere sistemleri menü, tuş gibi grafiksel giriş araçlarının eklenmesine de imkan verirler. X-windows pencere sistemleri içinde en çok kullanılandır: 1. Donanım marka ve modelinden bağımsızdır.9) Kurma ve Yerleştirme Programları Sistemin ilk kuruluşunda program kodlarını disk alanı içinde uygun yerlere yerleştirmek ve ilk çalışma alanını yaratmak, veri tabanının ilk durumunu hazırlamakla görevlidir. 10) Eğitim, Test ve Simülasyon Programları Kullanıcıların yetiştirilmesi, sistemin çalışırlığının kontrolü amacıyla, genellikle SCADA' ya bağlı olmadan çalışan programlardır. Simülasyon programları RTU ve diğer SCADA elemanlarını simüle ederek eğitim programlarına yardım eder. 3.4.2. Kontrol Merkezi Kullanıcı (Operatör) Arabirim (İnsan Makine Arabirimi- İMA / Man Machine Interface- MMI) Kullanıcı Arabirimi SCADA sistemi ile operatör arasındaki ilişkiyi kuran temel birimlerden biridir. SCADA sistemini kumanda merkezine bağlayan kullanıcıya sistemin her konusunda bilgi sağlayıp yardımcı olan merkezi ve karmaşık bir yapıdır. Süper mini bilgisayarlar sayesinde daha kaliteli, hızlı açık seçik, yeterli bilgileri, gelişmiş yazılım programlarını da kullanarak sunmaktadırlar. Kullanıcı arabirimi yapı olarak karakter grafik veya gerçek grafik olabilir. Karakter Grafik Yapı Günümüz teknolojisinde kullanılmamaktadır. Hızlı fakat sınırlı görüntü verme özelliğine sahiptir. Terminal mantığı ile çalıştıklarından görüntü çağırma süresi fazladır. Terminaller ortak işlemcilerle kontrol edildiklerinde terminallerin biri diğerini beklemek zorundadır. Gerçek Grafik Yapı En yeni ve yaygın kullanıma sahiptir. Dosya erişme ve çağırma hızı, görüntü kalitesi ve yeteneği yüksektir. Özel grafik kartları sayesinde her türlü görüntüyü hızlı bir şekilde verebilir. Büyüklük olarak, karakter grafik yapıya yayma süresi oldukça az yer kaplar. Kullanıcı arabirimi içi en uygun konfigürasyon budur. 3.4.2.1 Kullanıcı Arabiriminde Bulunan Cihazlar Kullanıcı arabiriminde olması gereken başlıca cihazlar şunlardır; 1) Monitörler 2) Klavyeler 3) Fare (Mouse) 4) Yazıcılar ve çiziciler 1) Monitörler Görüntüleme birimleridir. Son yıllarda oldukça kaliteli monitörler geliştirilmiştir. Bunlar yüksek çözünürlüğe sahip, SCADA sistemleri için uygun boyutlarda (17-19 inch veya daha büyük), düşük radyasyon yayan monitörlerdir. 2) Klavyeler Genel ve SCADA uygulamalarına özel klavyeler olmak üzere ikiye ayırabiliriz. Genel klavyeler; standart Q ve F klavyelerdir. Genel amaçlı bilgisayarlara özel tuşlar içeren klavyelerdir. Fonksiyonel Klavyeler; Üzerinde SCADA sisteminde kullanılan bazı özel tuşlar içeren istasyonda çalışan yazılım programlarına özel klavyelerdir. Bu tür klavyelerde beklenilmeyen operasyonlar önlenmiştir. Yazılım programının işlemleri bir fonksiyon tuşuna bağlanarak komut vermek hızlı ve kolay hale getirilmiştir. Ancak; günümüz teknolojisi ile geliştirilen programların klavye bağımlılığı ortadan kaldırılmıştır. Bütün operasyonlar fare ile yapılabilmektedir. 3) Fare Üzerinde iki veya üç (istasyonlar için üç) tuş bulunan ve ekrandaki kursörün hareket ettirilmesinde kullanılan aletlerdir. Ekrandaki mönülerden madde seçme ve programlara değişik komutların gönderilmesinde kullanılır. 4) Yazıcılar ve Çiziciler Çeşitli rapor dosyalarını ve grafik bilgilerini kağıda aktarmak amacıyla kullanılır. 3.4.2.2 Kullanıcı Arabirimi İşlevleri 1) SCADA sistemi yazılım programlarının kullanılması 2) Görüntüleme ve SCADA kapsamındaki kontrol edilen ve bilgi toplanan cihazların ekranda izlenmesi, bu cihazlara komut göndererek durumlarındaki değişikliklerin ekrandan izlenmesi 3) Alarm üretme, alarm seviyelerinin ayarlanması ve analog değerlerin çeşitli seviyelerde ayarlanabilmesi, 4) SCADA sisteminde kullanılan elemanlar hakkındaki detaylı bilgilendirme (bakım tarihleri, markası, üzerindeki arıza durumlarının izlenmesi, karakteristik değerlerinin bilinmesi, SCADA kontrolünde olup olmadığı vb.) 5) Bağlantı bilgilerinin görüntülenmesi ve yük analizi sonuçlarının ekrana işlenmesi gibi çeşitli network analizlerinin sonuçlarının verilmesi, 6) Alarmları ve bilgileri oluş sırasına göre kaydetme ve listeleme, kullanıcının gerçekleştirdiği işlemleri kayıt etme ve raporlama, 7) SCADA kartları ve programları ile ilgili raporlar, 8) Başka analiz programlarının çağrılması ve bu programların kendi raporlarını üretmesi, 9) Güvenlik kontrolünün çeşitli şifreleme yöntemleri ile sağlanması, yetkili olmayanların kullanımına izin verilmemesi, 10) Kullanıcı vasıtası ile veri girilmesi ve böylece sisteme bağlı olmayan nesneler için, kullanıcının telefon veya başka yollarla aldığı bilgileri işlemesine olanak tanıma. 3.4.2.3 Kontrol Merkezi Giriş-Çıkış Birimleri Giriş çıkış birimleri bilgisayarların giriş çıkış birimlerine ve RTU' larla iletişim hatlarına bağlanabilen birimlerdir. Bu birimleri kontrol eden birkaç standart denetleyici vardır. Bunlar seri, paralel, SCSI denetleyicileridir. Bu denetleyiciler bilgisayarı en az yoracak şekilde gerekli fonksiyonları yerine getirir. Bu denetleyicilerden; Yazıcı Denetleyicisi: Yazıcıları kontrol eden veri transferi sağlayan seri veya paralele denetleyicileridir. Haberleşme Denetleyicisi: Bilgisayarın diğer birimlerle bağlantı kurmasını sağlar. Genellikle seri kanal ve modem yardımı ile telefon hatları kullanılarak iletişim sağlanır. Kullanıcı Arabirimi Denetleyicisi: Verilerin kullanıcı arabirimleri arasında gidip gelmesini kontrol eder. Bu bağlantı genellikle yerel iletişim ağları ile olur. RTU Denetleyicisi: RTU denetleyicileri Haberleşme ünitelerini kullanarak veri transferi sağlarlar. SCSI Denetleyicisi: Seri paralel portlarda her denetleyici sadece bir üniteyi kontrol edebilmekteydi. Fakat teknolojinin gelişmesiyle yaygınlaşan SCSI denetleyicilerinde, her denetleyici birden fazla üniteyi kontrol edebilmektedir. Farklı üniteler için aynı SCSI denetleyicisi kullanılabilmektedir. Ses Denetleyicisi: Sesle ilgili çeşitli denetlemelere olanak sağlar. Yedek Bellek Denetleyicisi 3.4.2.4 Yazıcılar ve Çiziciler Çeşitli rapor dosyalarını ve grafik bilgilerini kağıda aktarmak amacıyla kullanılır. 3.4.2.5 Kontrol Merkezi Veri Depolama Birimleri Depolama Birimleri; SCADA sisteminin veri ve alarm bilgileri ile bilgisayar programlarının depolandığı yerdir. Bu depolama birimleri aşağıdakilerden biri veya birkaçı olabilir. 1) Hareketli Kafalı Diskler, 2) Sabit Kafalı Diskler, 3) Floppy Diskler, 4) Değiştirilebilen Sabit Diskler, 5) Optik Diskler 6) Manyeto - Optik Diskler. 1) Hareketli Kafalı Diskler En tanınan depolama birimleridir. Yüksek erişim hızları vardır (5-80 milisaniye). Bu nedenle hızlı veri transferi yapabilirler. Yüksek depolama kapasitesine sahiptirler (20 Gbyte ve üzeri). Kullanım süreleri ve güvenilirlikleri floppy disklere göre daha fazladır. 2) Sabit Kafalı Diskler Oldukça eski teknolojiye sahiptir. Fakat çok hızlı erişim sağlayabilmektedirler. Ancak depolama kapasiteleri hareketli kafalı disklere göre daha azdır. 3) Floppy Diskler Taşınabilir depolama birimleridir. Fakat depolama kapasiteleri azdır (1,44 Mybte ve üzeri) genellikle PC tabanlı bilgisayarlarda çok yaygın olarak kullanılır. Güvenilirlikleri, hızları ve kullanım süreleri azdır. 4) Değiştirilebilen Sabit Diskler Bu tür diskler hareketli kafalı disklerle aynıdır. En önemli özellikleri floppy diskler gibi taşınabilir ve değiştirilebilir olmalarıdır. 5) Optik Diskler Optik diskler oldukça yüksek veri depolama kapasitesine sahip depolama birimleridir. Boyutları genel olarak 5,25 inch çapında bir daire kadardır. Yüksek erişim hızları vardır. Manyetik ortamlardan kesinlikle etkilenmezler. En büyük dezavantajları sadece okunabilir olmalarıdır. 6) Manyeto - Optik Diskler Optik Disklere göre en büyük avantajları tekrar yazılabilir olmalarıdır. Veri depolama kapasiteleri oldukça yüksek olan depolama birimleridir. Yedekleme Birimleri Yedekleme birimleri veri depolama birimlerinde oluşacak hatalara veya bozukluklara karşı verilerin yedeklenmesi için kullanılır. Kullanılacak veri yedekleme birimleri şunlar olabilir; 1) Teyp Ünitesi (0,5 inch)1) Teyp Ünitesi: Düşük hızlarda çalışır. 100 Mbyte' ın üzerinde veri depolama kapasitesi vardır. 2) V8 Teyp Ünitesi: Yüksek kapasiteli veri depolama özelliği vardır (1 Gbyte). Yüksek veri hızı sağar. 3) Yazılabilen Optik Diskler: Yazılabilen optik diskler; az yer kapladıkları, güvenilir oldukları ve yüksek veri depolama gücüne sahip oldukları için, yedekleme birimi olarak kullanıma oldukça uygundur. 3.4.2.6 Kontrol Merkezi Veri İletişim Ağı Kontrol merkezinde bilgisayarlar arasında veri paylaşımını, program paylaşımını sağlamak ve çok sayıda bilgisayarı ve farklı özelliklerde bilgisayarları, büyük hızlarda veri iletişimini 1-100 Mbyte/saniye gibi sağlamak için Yerel iletişim ağları oluşturulur. Bu yerel iletişim ağları (Local Area Network- LAN) aynı zamanda ek ünitelerin de paylaşımını sağlamaktadır. Yerel iletişim ağları üzerinden bilgisayarlar Ring, Yıldız veya Düz veriyolu şeklinde bağlanabilirler. 3.4.2.7 Kontrol Merkezi Mimik Diyagram veya Ekran Projeksiyon Sistemleri Ekran projeksiyon sistemi SCADA sisteminde kontrol edilecek sistemin büyüklüğüne bağlı olarak isteğe bağlı olarak kullanılır. Yani kullanılması zorunlu değildir. Sistem veri işleme sitemine bağlı bir kullanıcı arabirimi ile kumanda edilir. Kontrol edilen geniş bir coğrafik alana yayılmış sistemin genel görünüşünü kullanıcılara sağlar. Sürekli gösterim alanı 4x2 m. ve 1x1 m.2lik ekranlardan oluşabilir. İşletme mühendisi tarafından kumanda merkezi üst kademe yöneticilerine çabuk bilgi vermek ve kullanıcılara özet bilgi vermek için kullanılır. Bu nedenle sistem açık ve izlenmesi kolay olmalıdır. Kontrol merkezlerinde yeri, kullanıcıların bilgisayar sistemlerini kullanma pozisyonlarını bozmaksızın, ekran projeksiyon sistemini rahat görmesini sağlayacak şekilde seçilmelidir. 3.4.2.8 Kontrol Merkezi Zaman Ayar Sistemi Zaman ayar sistemi kontrol merkezinin standart zamanını doğru olarak görüntülemek ve RTU' ların senkronizasyonu ile tarih atanmasını sağlamak için kullanılır. Kumanda merkezine yerleştirilmiş saatin 10 (-7) dan daha büyük bir nispi sapması olmamalıdır. Zaman ayar sistemi şunları içermelidir; " 6 haneli bir sayısal gösterim cihazı; saatler, dakikalar, saniyeler, " Zamanı yeniden ayarlama cihazı " Bilgisayara standart zamanı vermek için arabirim 3.4.2.9 Kontrol Merkezi Kesintisiz Güç Kaynağı Kontrol merkezi; bilgisayar ve çevre donanımlarına kesintisiz akım sağlayacak bir kesintisiz AC ve DC güç kaynağı bulunmalıdır. Kesintisiz AC güç kaynağı şu bileşenlerden oluşabilir:
Her bir dönüştürücü de tesislerin tamamını tek başına besleyebilmelidir. Besleme kaynağı kesintisiz olmaksızın sürekli çalışacak durumda olmalıdır. Kaynağın ciddi arızalanması durumunda, kullanıcı devreleri kesintisiz olarak AC ana kaynaktan, bir by-pass düzeni ile beslenebilir olmalıdır. 3.4.2.10 İzole, Yükseltilmiş Tabanlı Kumanda Odası Kontrol merkezi kumanda odası, tüm önemli bilgisayar ve elektronik cihazların çalıştırıldığı yerlerde olduğu gibi, statik elektriğe karşı, izole yükseltilmiş bir tabanla zeminden ayrılmalıdır.Bu odalar her bir gözetim ünitesi tarafından sağlanan enformasyonun, normal olarak oturan, orta boylu bir teknik görevli tarafından kumanda masasından kolaylıkla görülecek şekilde tasarlanmalıdır. Aydınlatma, kullanıcıların gözlerini yormayacak ve ekranların parlamasına neden olmayacak şekilde projelendirilmelidir. Odaların iklimlendirilmesi ve ses yapan cihazlara karşı ses yalıtımının yapılması insan sağlığı bilgisayarların güvenliği açısından gereklidir. | |
|
ThinkerBeLL| 25-03-2007 | #2 (mesaj-linki) |
| Cvp: SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi Bölüm 4 Kontrol Üniteleri 4.1 Programlanabilir Lojik Kontrol Üniteleri (PLC) Otomasyon, en geniş tanımıyla teknik proseslerin gerçekleştirilmesinde, insanın bizzat üretim yapma görevini, otomatik üretim ve bunu kontrol etme, izleme görevine dönüştüren bir kavram değişimidir. Burada kontrol sözcüğü, teknik bir kavram olarak, kumanda ve ayar gibi kavramları kapsamakta, böyle bir işlem, içinde bilgisayar da ihtiva eden endüstriyel otomasyon cihaz ve sistemleri kullanarak otomatik çalışmayı genellikle üretim koordine etme ve yönlendirme anlamında kullanılmaktadır. Teknik prosesler, en genel şekilde enerji üretiminden başlayarak, tüm temel diğer endüstrilerdeki üretimler ve endüstrilerde kullanılan makinelerin ve proseslerin çalışma şekilleridir.Programlanabilir lojik kontrol üniteleri, ikili ve üst denetimsel (supervisory) kontrolü sağlayan, mikroişlemci tabanlı elektronik ünitelerdir. PLC' ler otomasyonun vazgeçilmez yapı taşlarıdır. Üretim yapma yerine, üretimin kontrol edilebilmesinden üç ana unsuru anlıyoruz. Bunlar; üretimde daha yüksek verimlilik sağlama, ekonomik üretim yapabilme ve rekabet ortamına uyum gösterebilme, bir diğeri ise insanın çalışma ortamında emniyet ve konforun sağlan-masıdır. Bu üniteler, kontrol sisteminde tek veya entegre bir işlem istasyonu olarak, diğer programlanabilir Elektronik üniteler ve ekipmanlar ile haberleşme ağı üzerinden iletişim kurarak kullanılır.Yirminci yüzyılın başlarında kimya endüstrisinde baş döndürücü üretimin ana hedefi, düşük işletme masrafları ve az yatırım ile bu işi büyük hızda başarmak idi. Diğer örnek ise, otomobil sanayiinden verilebilir. Transfer hatlarında üretilen standart otomobiller, seri mamul olarak da pazar tarafından kabul edilip müşteri buluyordu. Böyle bir imalat şekli ile üretim artırılmıştı; ancak üretimde esneklikten söz edilemezdi, o zamanlar amaç, sadece talebi karşılamaktan ibaretti. 50'li ve 60'lı yıllarda modern otomasyon tekniği çok büyük gelişmeler gösterdi. Otomasyon merkezi proses bilgisayarları yapıldı. Kimya, maden, demir-çelik, çimento gibi endüstrilerde çok gelişmiş otomasyon projeleri gerçekleştirildi. Ancak yapılan bütün çalışmalar bütün üretim hacimleri ve tek bir imalat için uygundu. Bugün, standart seri ürünler, eskiden olduğu gibi, müşteri bulamıyorlar, çünkü pazarı ve ürünü müşteri belirliyor. Üreticinin görevi ise, bu pazara olan talebe göre, o ürünü üretmek şeklinde. Bu tarihi gelişim ile, geride bırakılan yılların durumunu kısaca özetleyebiliriz. Burada yapılan hata, seri imalatın, pazarın isteğine göre belirlenememiş olmasıdır. Çağımızın modern otomasyon sistemleri ile bugün üretim tekniğinde bir kavram değişimi yaşanmıştır. Pazardan gelen talep; yani ürün tipini müşterinin belirlemesi ve bunun sonucu olarak üreticinin müşterinin isteğine göre üretmesi, en iyi kalitede ve ekonomik olarak rekabet edebilecek şekilde pazara sunma zorunluluğunu da beraberinde getirdi. Bugün artık, endüstriyel üretimin ekonomikliği, yüksek sayılarda üretmek veya kapasiteyi yakalamak ile tanımlanamamaktadır. Hatasız ve hızlı üretim ile birlikte başarı, ürünlerin teknik kalitesi, pazar beklentisine uyum ve üretim tekniğinin esnekliği ile yorumlanmaktadır. Türkiye'de endüstriyel otomasyon ile ilgili çalışmalar gerçek anlamda 80'li yılların başında başlamıştır. Bu tarihten önce de makine ve tesis bazında bazı otomasyon sistemlerinin mühendisliği ile birlikte yurt dışından ithal edildiğini biliyoruz. Bu uygulamalar, çimento, demir, çelik, cam, tekstil, naylon, ambalaj, gıda vb. sanayi dallarında yapılmıştır.Bazı uygulamaların ise modernizasyon amacıyla gerçeklendiğini görüyoruz. Birçok sektörde kapasite artışları bu şekilde sağlanmıştır. Endüstriyel otomasyon mühendisliği, elektrik, makine ve otomasyonu yapılacak sektör mühendisliği dalıyla oldukça yoğun bilgi ve birikimi gerektiren zor daldır. Olaya sadece elektrik mühendisliği yönünden bile bakılsa, karşımıza, genel hareket noktası şalt, tesis ve enstrümantasyon mühendisliği ile birlikte, kontrol bilgisayar ve elektronik mühendisliğini de kapsayan kombine ve özel bir mühendislik olarak çıkmaktadır. Endüstriyel otomasyon, sadece bir satın-alma ve satış olayı değil, arakasında ağır ve sürekli yenilenen, ileri teknoloji olan bir daldır. Endüstriyel otomasyon sistemleri ve enstrümantasyon cihazlarının diğer önemli bir üstünlüğü de sahip oldukları karşılıklı haberleşme özelliğidir. En başta yapılan yerel otomasyonlar artık yeterli kalmayıp, iletişim sistemleri üzerinden haberleşilerek, komplike otomasyon çözümleri üretebilmektedir. Burada en önemli nokta, sistem entegrasyonudur. Sistem entegrasyonu, endüstriyel otomasyonda kullanılan tüm donanımın haberleşme özelliği ile bunun yazılım üzerinden gerçekleştirilmesi ve sistemin uyum içinde çalışabilmesidir. Endüstriyel otomasyonun ana elemanı programlanabilir lojik kontrolörlerdir. (Programmable Logic Controller, PLC). Bu düzenekler ile yapılacak işin kapsamına göre; Kumanda, Kontrol, Kullanım ve İzleme, Uyarı ve Raporlama işlemlerini içeren endüstriyel otomasyon sistemleri gerçekleştirilebilir. Serbest programlanabilen otomasyon cihazlarının endüstride seçilen proseslerin kumanda ve kontrolü için kullanılabilmesi, bu sistemlerde kullanılan programlama dilinin özelliklerine ve yönetmeliklerine uymak ve bu dilin sembolik yapısını, teorik bilgilerle birlikte prosese uygulayabilme hakimiyetindedir. Her kumanda, bir otomasyon ve bir de proses kısmından oluşur. Otomasyon kısmı, kumanda kısmının "aklı"dır. Kumandanın proses kısmı ise, bir malzemenin, enerjinin ya da bilginin, nitelik ve nicelik olarak değişimini ya da taşınmasını hedef olarak alır ve bunun teknik akışını kapsar. Bu olaya bir örnek üretim prosesleridir. Aşağıdaki şekilde bir PLC uygulayıcısının sembolize edebileceği bir kumanda sisteminin tipik yapısı görülmektedir. Şekilde oluşturulmuş olan otomasyon yapısı itibari ile yerel bir çözümü kapsamaktadır. Bu nedenle bu tip bir otomasyon çözümlerine "yerel"çözüm" denir. Kumanda sistemi değişik "eleman"lardan meydana gelir. Bu elemanlar; kullanım düzeni, otomasyon cihazı, ayar elemanları, ölçü düzeni ve proses kısmıdır. Bunlar değişik fonksiyonları yerine getirirler. Programlanabilir Lojik kontrol üniteleri, biriken bilgi ve verileri bir yandan SCADA sistemine iletirken bir yandan da işletme fonksiyonlarını yerine getirmek için yazılım programlarına uygun olarak lojik kontrol denetimini sağlarlar. Genel bir kontrol modülü yapısı şu elemanlardan oluşur. Güç Kartı Kontrol modülünün ve I/O kartlarının güç gereksinimini sağlar. Bölüm 5 SCADA Sistemleriyle Kontrol 5.1 Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme SCADA' nın en önemli özelliği veri tabanlı kontrol ve gözetlemedir. Haberleşme sistemi sayesinde kontrol ünitelerine yerleştirilmiş programlanabilir elektronik ünitelerle sürekli olarak veri alış verişini gerçekleştirir. Bu sayede SCADA sistemleriyle operatörler için ileri seviyede kontrol ve gözetleme imkanı sağlanır. Bu özellikler şöyle sıralanabilir.
Harici cihaz arabirimi (external device interface EDI) sayesinde kontrol edilen sistemlerde, fiziksel olarak tüm çevre birimlerinin SCADA programıyla iletişimi sağlanırken sistemin otomatik kontrole ve gözetlenmesi için gerekli dinamik bilgiler konsol edilir güncellenir. SCADA programları dinamik veri değişimi (dinamik data exchange, DDE) özelliği sayesinde Windows95, Windows NT, OS/ gibi güçlü, gerçek zamanlı, çok işlemlidir. İnsan makine iletişimi ve Windows özelliği taşıyan işletim sistemlerine dayandırılır. Böyle bir sistemle, kullanım kolaylığına ilave olarak işletmenin tüm işlev ve çalışmalarını bir çok ekranda görebilme imkanı sağlanır. 5.2 SCADA Yazılımlarında Ekran Tipleri SCADA sistemlerinde insan makine iletişimi, kontrol sistemini ve işletmenin değişik durumlarını ve hallerini farklı ekran tipleri ile izlenmesi sağlanır.SCADA sisteminin uygulanacak işletme veya prosese göre ekran tipleri de değişik olabilmektedir. Genel Görünüm Ekranları: Bu ekranlarda objeler ve nesneler, işletme bölümüne bağlı olarak gruplar halinde ekranlara getirilir. Genel yerleşim dağılımı standartlaştırılır. Operatör veya kullanıcı görmek istediği objeyi örneğin; kesiciyi, ayırıcıyı, motoru vb. tamamen kendisi belirler. İşletme Ekranları: Tamamen ardışık işlem basamakları, ölçüm noktaları ile tanımlanmış ve belirli uygulamalara dayalı olarak dinamik haldeki çalışan işletme durum ekranlarıdır. Grup Ekranları: Bir grupta bulunan farklı nesneler hakkında daha detaylı bilgileri ekrana yansıtırlar. Obje veya Nesne Ekranları: Nesneler hakkındaki mevcut olan tüm bilgiler bu ekranlara yansıtılır. Kontrol sisteminde tanımlanmış bulunana tüm nesneler, SCADA sisteminin doğal sonucu olarak otomatik biçimde operatörlere sunulur. Eğri veya Trend Ekranları: Bu ekranların işlevi değişkenlere bağlı olarak tarihsel verileri göstermektir. Trendlerin zamanları bilgisayardan istenen değere göre değişir. Rapor Ekranları: Kontrol edilen sisteme bağlı olarak işletmeye ait bilgi ve verileri tablolar halinde gösteren ekranlardır. Raporların çıktıları isteğe bağlı olarak belli bir zamanda ya da herhangi bir durumun sonucunda alınabilir. Reçete Ekranları: Daha çok process otomasyonunda işletmeye ait ve üretimi yapılan ürüne ait bilgi ve verilerin tablolar şeklinde alındığı ekranlardır. Bu ekranlar vasıtasıyla yapılan ürünlerin gerekli olan parametre değişiklikleri rahatlıkla yapılır. SCADA sistemlerinde ekranlar, operatörlerin ve kullanıcıların gereksinim duyduğu bilgilerin en kısa zamanda bulunabileceği ve ulaşabileceği şekilde dizayn edilir. Bu dizayn daha çok kontrol edilecek sistemin yapısına göre düzenle nesneyi aynı anda, birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir. 5.3 Elle Kontrol Operatörün kontrol sistemine girerek parametreleri, ayar noktalarını değiştirmesi veya elle kumandayı üstlenip otomatik kontrol fonksiyonlarını aşarak sistemin direkt denetimini sağlama imkanı verir. Kontrol sistemi birçok operatörün ve çalışma noktasının aynı çalışma birimine bağlanmasını sağlar. Ayrıca aynı obje veya nesneyi aynı anda birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir. 5.4 Arıza ve Durum İhbarları Kontrol üniteleri ya da programlanabilir kontrolörler, işletmeye ait durumlar ile makine ve enstrüman bazında arıza ihbarları ve sistem arıza ihbarları arasında ayırım yapar. İşletmeye ait olaylar, işletim değişkenleri ve hesaplanmış değişkenler istendiği sürece oluşan durum değişkenleridir. Olaylar sürekli olarak operatörler ve bakım elemanları tarafından onarılması gereken durumlardır. Kontrol sistemine ait arızalar ise sistemde kendiliğinden ortaya çıkan durum değişiklikleridir. Bu arızalar sisteme ait herhangi bir ünitede veya haberleşme ağında olabilir. Arıza ihbar ve çalışma durumları, operatör istasyonlarını, iletişim ağı yoluyla rapor edilmekte ve bilgiler kronolojik sırada saklanır. Arıza ihbar statülü objeler ekranlarda kırmızı renkte temsil edilir ve onaylanıncaya kadar yanıp söner. 5.5 Şifre Sistemi ile Korunma Kontrol sisteminin yazılım kısmına ve yetki verilen kişilerin müdahalelerde bulunması için şifre sistemi ile koruma sağlanır. Şifre ile şu fonksiyonlar yerine getirilir.
SCADA'nın İletişim Sistemi 6.1 Tanım İletişim; Bir bölgeden başka bir bölgeye, karşılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmesi işlemidir. Bunu yapabilmek için birkaç şey gereklidir. a) İletişim Yolu veya Ortamı, b) Veri veya Haberi İletim ortamı üzerinden gönderebilmek için şekillendirecek (Modülasyon) bir cihaz (Modem) c) alıcı uçta gönderilen veri veya haberin anlaşılması için ilk şekline çevirecek (Demodülasyon) bir cihaz (Modem) gereklidir. Bunlar ileriki bölümlerde anlatılacaktır. 6.2. SCADA Sisteminde İletişimin Önemi SCADA sisteminde sistemin işlemesi için iletişim hayati bir öneme sahiptir. İletişim kanallarının veri elde edilmesi ve kontrolündeki hızı önemli ölçüde SCADA sistemini etkilemektedir. Buna bağlı olarak Kontrol Merkezindeki kullanıcı arabirimi ve uygulama yazılımları da etkilenir. Kontrol Merkezinde ve RTU' larda ulaşılan önemli teknik gelişimlerin faydalı olabilmesi için, iletişimin de aynı oranda gelişim göstermesi gereklidir. Yoksa büyük hızda ve miktarda toplanan verilerin hızla iletilememesi halinde bir anlamı yoktur. SCADA sisteminin en yüksek başarı düzeyi ile uygulanması iletişim sistemine bağlıdır. SCADA' nın başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için; a) Güvenilirbir iletişim sistemine sahip olmalıdır. 6.3 İletişim Sisteminin Elemanları Çok basit bir SCADA sistemi bir Kontrol Merkezi (AKM) ve bir Bilgi Toplama ve Denetim (RTU) Ünitesinden oluşmaktadır. Bu basit sistemi bütünlemesi için AKM ve RTU' nun birbiri ile haberleşmesi, dolayısıyla iletişim sistemi ile donatılması gerekir. İletişim sisteminin elemanları şunlardır: 1) İletişim Ortamı6.4 İletişim Mimarisi İletişim mimarisi aşağıda belirtilen etkenlere göre belirlenmektedir: 1) Sistemde kullanılacak RTU' ların sayısıYukarıdaki etkene de bağlı olarak Kontrol Merkezleri - AKM ve Bilgi Toplama ve Denetleme Birimleri - RTU arasındaki bağlantı mimarisi aşağıdaki şekillerde olabilir. 6.4.1 Tek Kontrol Merkezli Mimariler 6.5 İletişim Ağı SCADA sisteminin hız performansını etkileyen en önemli kısmı iletişim ağıdır. Kontrollü yapılan sistemlerin çeşitli otomasyon seviyelerinde birbirine bağlanan birimler arasındaki veri transferi ve güncelleştirilmesini içeren tüm işlemler iletişim ağları üzerinden yapılır. Bu nedenle SCADA uygulamalarında haberleşmenin önemi çok büyüktür. Dağıtılmış denetim sistemlerinde RTU' ların birbirine bağlanması farklı biçimde olabilir. SCADA sistemlerinde kullanılan en genel ağ bağlantıları yıldız ve halka şeklinde gerçekleştirilir. Bölüm 7 İletişim Ortamları SCADA sistemlerinde iletişim ortamı olarak kullanılabilecek ortamlar; 1) Gerilim Hatları 2) Kiralanmış PTT Telefon Hatları, Kablolu TV Hatları 3) Radyo Frekans İletişim (Mikrodalgalar, Trunk Radyo, Uydu) 4) Fiber Optik, Metalik Kablolu Özel Hatlar 7.1 Gerilim Hatları Power Line Carrier - PLC gerilim hatları üzerinden haberleşmeyi sağlayan bir tekniktir. PLC haberleşmesi için kullanılan cihazlar bağlaştırıcı elemanları ile gerilim hattına bağlanır. Bu cihazlar bilgi sinyalini module ederek hatta enjekte ederler. Alıcı ise bilgiyi taşıyan frekansı filtreleyerek alır ve demodule eder. PLC'ler yüksek gerilim ve alçak gerilim hatlarında kullanımına göre iki gruba ayrılır. 38 KV ve üzerindeki gerilimlerde iletim hatlarının sağladığı bant aralığından faydalanarak 50 kHz. İle 500 kHz. arasındaki frekansları taşıyıcı frekans olarak kullanabilir ve bu sayede yüksek iletişim hızlarına çıkabilir. 38 KV gerilim seviyesinin altındaki dağıtım hatlarında 5 kHz. ile 20 kHz. civarındaki frekansları, taşıyıcı frekans olarak kullanır. Bilgi bu aralıktaki frekanslarla modüle edildiğinden ancak 300 baud/s hızındaki haberleşmeye izin verir. Bu hız birçok SCADA fonksiyonu için yetersiz kalacağı için sadece bazı özel amaçlar için kullanılır. 7.2 Kiralanmış Hatlar Genel amaçlı telefon hatları her ülkede bulunmaktadır. Ülkemizde bu iş PTT tarafından yürütülmektedir. PTT veri haberleşmesini sağlamak üzere 2 Mbit/s hızına kadar kiralık hat sağlayabilmektedir. Bu haberleşme ortamı başlangıçta büyük yatırımlar gerektirmemekle beraber kira bedeli uzun vadede yüksek maliyet getirebilir. PTT iki tip hat sağlayabilmektedir: a) Kiralanmış PTT Hattı (Leased Line): Bu hat kullanıcı için özel olarak ayrılmıştır. Her an kullanıma hazırdır. b) Otomatik aramalı PTT Hattı (Dial-Up): Haberleşme öncesinde telefon konuşmasında olduğu gibi arama yapmak gerekir. Bu hatta santraller meşgul olduğunda veri iletişimi yapılamaz. Avantajları a) Çok sayıda hat kiralama imkanı vardır.Dezavantajları a) Haberleşme ortamının sorumluluğu PTT ile paylaşılmıştır.7.3 Radyo Frekansında İletişim SCADA uygulamalarında çeşitli radyo frekansı haberleşme teknikleri kullanılabilir. Burada yalnız SCADA için geliştirilmiş veya bu alanda çok kullanılan tekniklerden bahsedilecektir. Bahsedilecek teknikler aşağıdadır; a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimia) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi: Bu teknikte birbirini gören kuleler inşa edilir. Kulelerin üzerinde mikrodalgayı "beam" haline getirmek için çanak antenler takılır. 500 MHz.'in üzerinde çalışan verici ve alıcılar kullanılır. Haberleşme noktadan noktaya olduğu gibi ek yatırımlarla tek noktadan çok noktaya yapılabilir. Verici ve alıcıların güçleri miliwatt seviyesinden 5 Watt seviyesine kadardır. b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System): Özellikle SCADA uygulamaları için geliştirilmiş bir tekniktir. Birden fazla uzak birimden bilgi toplanması işlevi temel alınarak geliştirilmiştir. Bu yüzden merkezdeki anten her tarafa yayın yapabilir. Uzak birimleri antenleri ise merkeze doğru çevrilidir, bu yönde sinyal gönderilir ve alırlar. Bu yapıdaki bir haberleşme ortamı için iki frekans gerekir. Birinci frekansı merkez kullanır. Adres belirterek uzak birimlere komutlarını gönderir. Mesajı alan birim cevabını ikinci frekanstan verir. Birimler cevap vermek için bu kanalı sırayla 5 milisaniyelik zaman dilimleri halinde kullanır. Çok adresli sistemlerde 928 MHz. Ve 952 Mhz'lik sinyaller kullanılır. c) Trunk Radyolar: Trank radyo haberleşme sistemleri telefon teknolojisine benzer bir teknolojiye sahiptir. Telefonda olduğu gibi iki birim haberleşmek istediğinde "Trunk Kontrol Merkezi" bir haberleşme linki kurar. Haberleşme bittiğinde link serbest bırakılır. Tipik bir trunk radyo ağı 5 ila 20 arasında kanal kullanır. Bu haberleşmenin kullanıldığı durumlarda haberleşecek birimler gruplar haline getirilir. Her bir grubun kullandığı bir frekans vardır. Trunk radyolar bilgi haberleşmesinin yanında ses haberleşmesi de gerçekleştirilebilirler. d) 'Spread Spectrum' Radyolar: 'Spread Spectrum' iletişim ilk olarak askeri amaçlar için geliştirilmiştir. Geliştirilme amacı gönderilen ve alınan mesajların başkaları tarafından alınmasını engellemektir. 'Spectrum' bir sinyalin frekans ekseninde gösterimine denmektedir. Bir sread Spectrum sistemde bilgi geniş bir frekans bandına dağıtılır. Sinyal geniş bir banda dağıldığı için diğer alıcı radyolar tarafından gürültü gibi algılanır. Belli bir gürültü yok etme metodu olduğu için bunu almazlar. Radyo Frekansında İletişimin Avantajları a) İletişim için yeterli band sağlar.Radyo Frekansında İletişimin Dezavantajları: a) Lisans gerektirir (Spread Spectrum hariç).e) Uydu İletimi: Son yıllarda SCADA uygulamalarında uydu haberleşmesi de kullanılmaya başlanmıştır. Uyku yerden gönderilen sinyali alır, yükseltir, frekansı değiştirir ve başka bir noktaya gönderilir. Frekansı değiştirmesinin nedeni kendisine gönderilen frekansla karışmasını engellemektedir. Kullanılan Frekanslar : 4/6 GHz., 12/24 GHz., 20/30 GHz. Bant Genişliği : 36 MHz. Avantajları a) Yeterli band genişliği sağlar.Dezavantajları a) Uydu göndermek masraflıdır.7.4 Özel Hatlarla İletişim 7.4.1 Metalik Kablo Metalik kablo çok bilinen ve kullanılan bir tekniktir. İleri teknoloji gerektirmez. Ülkemizde de üretilmektedir. Simplex, Half Dublex ve Full Dublex iletişimlerin tümüne olanak sağlar. Metalik Kablonun en büyük dezavantajı elektromanyetik ve elektrostatik etkileşime açık olmasıdır. Bu durum sinyalin elektriksel olarak iletilmesinden kaynaklanmaktadır. Gürültüden etkilenmeyi en aza indirgemek için ekranlı, twisted pair tip kablolar kullanılabilir. Bu kabloların iyi topraklanması gerekir. Sadece başlarda toprakla yetmez belli aralıklarda topraklanmalıdır. 7.4.2 Fiber Optik Kablo Fiber optik kablolarda iletişim ortamı gönderici, alıcı ve fiber optik kablodan oluşur. Gönderici, elektrik sinyalini ışık haline çevirerek kabloya iletir. Bu iş LED (Light Emmitting Diode) veya laser diyot aracılığı ile yapılır. Işık fiber optik kablodan iletildikten sonra alıcı tarafından tekrar elektrik sinyaline çevrilir. Yapıldığı malzemeye göre iki çeşit optik kablo vardır. 1) Plastik Fiber: Sinyali zayıflatma oranı yüksektir (1000 db/km). 50-100 m. gibi kısa mesafe haberleşmeler için kullanılır. 2) Cam Fiber: Sinyali zayıflatma oranı çok düşüktür. Uzun mesafelerle haberleşme yapılabilir. Kullanılan cam tabakaların yapısına göre üçe ayrılır: a) Step Index: 100 / 140 mikronAvantajları a) Elektromanyetik ortamlardan etkilenmez, b) Geniş bir bant sağlar, c) Yıldırımdan etkilenmez, d) Lisans gerektirmez, e) Kablolar arasında etkileşim (cross talk) olmaz, f) İletken değil yalıtkan kısa devre durumlarında yangın gibi problemlere yol açmaz, iletken kablo döşeme kurallarına tabii değildir, g) Boyutları küçüktür, h) Yeraltına döşendiğinde kablonun ömrü uzar. i) Çok düşük ve frekansla değişmeyen sinyal zayıflaması, j) Fiziksel boyutları küçük ve hafif, k) Düşük tesis ve çalıştırma maliyetidir. Dezavantajları a) Ortalama olarak her 50 km'de tekrarlayıcı (repeater) gerektirir. b) Özel verici ve alıcılar gerektirir. c) Özel konnektörler gerektirir. Bu konnektörlerin takılması için eğitim görmüş insanlara ihtiyaç vardır. d) Kısa mesafeli uygulamalarda ekonomik değil, e) İyi korunmadıkları ya da gerektiğinden fazla büküldükleri takdirde kolayca kırılabilirler. Nükleer partiküller dozaja bağlı olarak fiberi koyulaştırır ve zayıflamasını artırarak kullanılmaz hale getirir. Bölüm 8 Üretim Hattı ve SCADA Günümüzün rekabet ortamında artık işletmeler üretimlerini yaparken mümkün olduğunca az maliyetle, daha çok üretim yapmak zorunda kalmaktadırlar. Bunu sağlarken de kaliteden taviz verilmemesi gerekmektedir. Üretim hatlarının SCADA sistemleri ile kontrol edilip gözlenmesi, işletmelere, kurulu bulunan tesislerden maksimum verimlilik ile yaralanma imkanı tanımakta, yöneticilerin işletmeye ve üretime tam anlamıyla hakimiyetleri pekiştirilmektedir. 8.1 Üretim Hattından Toplanacak Bilgilerin Tespit Edilmesi Optimum sistemin ortaya çıkabilmesi amacıyla üretim hattından toplanacak bilgilerin SCADA sisteminden beklenen faydalar ve işletme ve sürecin özellikleri dikkate alınarak belirlenmesi gerekmektedir. Üretimin Kalitesiyle İlgili Bilgiler: İşlem sıcaklığı, basıncı, katkı madde miktarları, işlem süresi, vs. Üretim Verimliliği İle İlgili Bilgiler: Üretilen malzeme miktarı, toplam duruş zamanları, nedenleri, vs. Üretim Maliyetleri İle İlgili Bilgiler: Üretimde kullanılan ham ve ara madde miktarları, enerji harcamaları, üretim zamanında oluşan maliyetler, vs. Bakım Amaçlı Bilgiler: Üretim hattının toplam çalışma zamanları, üretim hattındaki makinaların motor vb. birimlerin çalışma zamanları ve çalışma adetleri ayrıca gerekli akım ölümleri ile makinalardaki anormalliklerin tespiti. Çalışanların Kontrolü: Üretim hattında çalışan operatörlerin tespiti. Üretilen Ürünlerin Kodlanması ile Geriye Dönük Bilgi Edinme: Üretilen ürünlerin tek-tek belirlenmesi ve hatla ilgili verilerin bu ürünler ile ilişkilendirilmesi. İstatistiksel Amaçlı Bilgiler: Bozuk, hatalı malzemelerin adetleri, hata nedenleri vb. 8.2 Üretim Hattından Kontrol Cihazlarının Tespiti Üretim hattında kullanılan kontrol cihazlarının PLC, RTU veya özel donanım olup olmadığının tespiti ve bunların haberleşme olanaklarının incelenmesi. Bu cihazların SCADA haberleşme sürücülerinin olup olmadığının araştırılması. Özel cihaz olması durumunda haberleşme protokolünün mevcut olup olmadığının öğrenilmesi gerekmektedir. Haberleşme altyapısının belirlenmesi, haberleşme altyapısının belirlenmesinde sistemde bulunan birimlerin fiziksel dağılımı ve adetleri önemli rol oynamaktadır. Sahada bulunan cihazların standart bir protokole sahip olmamaları durumunda cihazların özel protokollerin açıklanmış olması gerekmektedir. Bu cihazlar için protokol yazmak mümkün olmakla beraber bu işlem protokolün karmaşıklığına göre yaklaşık 1-2 ay sürmektedir ve protokol yazılımında C/C++ programlama dilleri kullanılmaktadır. Sistemde kullanılan cihazların herhangi bir haberleşme özelliğinin bulunamaması veya protokol dokümantasyonuna erişilememesi durumunda, sisteme gerekli bilgilerin toplanabilmesi amacıyla PLC veya RTU konması gerekmektedir. Sistemdeki cihazların protokolünün olması, bu cihazların SCADA sistemiyle haberleş-mesine olanak vermekle beraber hangi bilginin kontrol cihazının hangi kısmında olduğunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu ise kontrol sisteminin yazılım dökümantasyonu ile olmaktadır. Kontrol cihazları ile PC veya makinelerin haberleşmesi için zaman zaman özel haberleşme kartları ve seri port arttırıcı kartlar gerekmektedir. Aynı şekilde PLC'ler için haberleşme kartlarına ihtiyaç vardır. Örneğin Siemens L2 için PC' ye takılan L2 kartına ve Siemens PLC' lere takılan CP kartlarına ihtiyaç vardır. Bazı durumlarda bir kontrol cihazı ile birden fazla şekilde haberleşme yapılabilmektedir. Bu durumda SCADA sistemi ihtiyaçları ve fiyat/performans gibi kriterler göz önüne alınarak seçim yapılmalıdır. 8.3 Bir Üretim Kontrolü için SCADA Uygulaması Üretim hattından toplanan bilgiler SCADA sistemine sürücüyle aktarılmaktadır. SCADA paket programı aynı zamanda birden fazla kontrol cihazına bağlanabilmekte ve birden fazla protokol aracılığıyla kontrol cihazları ile haberleşilmektedir. SCADA'da oluşan kontrol cihazlarından toplanan her türlü bilgi, Tagname adını verdiğimiz real-time data base'de bir değişkende tutulmaktadır. SCADA'da Tagname olarak tutulan bu bilgilerin işlenip, işletmenin ihtiyaç ve isteklerine uygun bir hale getirilmesi gerekmektedir. Üretim tesislerinin toplanan bilgiler aşağıdaki şekilde kullanılırlar;
Üretim hattının tam anlamı ile denetimi sayesinde;
Günümüzde SCADA Sistemleri İşletmeler modern bir SCADA yazılımdan sırasıyla;
SCADA, üretimi kolaylaştırmak için bir araç olduğu için kolay geliştirilebilir ve üretim programında yapılan değişiklikleri kolay uygulanabilir olmalıdır. İşletmelerin günlük giderlerinin yüksek olması ve zaman dolayısıyla da değişikliklerin çabuk gerçekleştirilebilir olması bu tür yazılımların kullanımlarının tercih nedenleri arasındadır. Kolay ve hızlı kullanım mühendisliği, SCADA sistemlerinde;
SCADA yazılımlarının ana amaçlarından biri işletmedeki süreçlerin gözlenmesi olduğundan süreçlerin mümkün olduğu kadar gerçeğe yakın gözlenmesi gerekmektedir. Öbek kütüphanelerinde daha önce tanımlanmış objeler ve süreç resimleri kullanıcının değişik uygulamalarda oluşturduğu grafikler ve her uygulama için kullanılacak objelerin biriktirildiği sepet kütüphaneleri sürecin grafiksel gösterimini kolaylaştırmaktadır. Nesnel tabanlı tasarım esası ile geliştirilmiş yazılımlarda gereken elemanları seçip özelliklerini tek tek topluca değiştirmeniz mümkün olmaktadır. Sepet kütüphanesine bir uygulama için gerekli tüm saha ekipmanlarını toplayıp herbirine gerekli giriş çıkış noktaları ile ilişkilendirip yazılıma yerleştirirken, işlenmemiş kaç adet elemanın kaldığını görmek, böylece de yazılım geliştirme sürecini izlemek mümkün olmaktadır. Büyük bir fabrikanın tüm süreçlerinin grafiksel gösterimi katmanlar halinde saklanmak zorundadır. Bu katmanlar kullanıcının özelliği ve görmek istediği bilgilere göre ortaya çıkartılabilmektedir. Yakınsaklaştırma fonksiyonları kullanılarak daha önce tanımlanmış katmanlar arasında kolaylıkla hareket ederek istenilen detaydaki bilgiye ulaşmak mümkün olabilmektedir. SCADA sistemleri kullanarak uygulama yazılımı geliştirmek için iletişim protokollerinin ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri SCADA' nın işletmedeki bilgi omurgası görevini yapması için birbiriyle iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Veri tabanında süreç değişkenlerine tekabül eden her bir bilgi etiket, kapı veya nokta olarak tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenmesi gerektiğinde kullanılacak işlem blokları veri tabanı tanımlaması fazında gerçekleştirilir. SCADA sürecin gözlemlenmesi kadar süreç değişkenlerinin sürekli veya tanımlanmış olaylara karşı gelen zamanlarda kaydedilmesini sağlar. Tarihi verileri toplama ve gösterim fonksiyonları içerisinde olay tetiklemeli veri toplama özelliği günümüzdeki SCADA sistemlerinin üstün özelliklerinden biridir. Bazı tanımlanmış durumların kaydedilmesi tüm verilerin kaydedilip bunların arasından tanımlanmış durumları arama zorluğunu ortadan kaldırmaktadır. Süreç değişkenleri ya zamanın ya da birbirlerinin fonksiyonu olarak grafiksel veya tablolar halinde gösterilebilirler. İyi bir SCADA yazılımından beklenen sahada olan olayların bir hata zamanı eklenmeden kaydedilmesidir. Özellikle hızlı süreçlerde varsa hata zamanının göreceli olarak çok küçük olması gerekmektedir. SCADA sistemleri süreç değişkenlerini sürekli olarak gözleyip bu değişkenlerin istenmeyen değerlere ulaşması durumunda operatörü uyarmak üzere geliştirilmiş alarm yapısına sahiptirler. Alarmlar basit listeler halinde tanımlandığı gibi önem sırasına göre sınıflandırılmış olarak veya grafik içinde gösterilebilirler. SCADA sistemleri fabrikadaki değişik vardiyalarda yapılmış üretim sonuçlarına sürecin belirli değişkenlerini, olayların sonuçlarını istek üzerine veya olaylar gerçekleştikçe veya peryodik olarak raporlarlar. Bu raporları işletmenin istediği herhangi bir düzende hazırlamak mümkündür. SCADA sistemleri kullanılarak üretime dair reçeteler uygulamaya koyulurlar. Reçeteler grafiklerle ilişiklendirilip operatörün reçetelere kolay erişimi ve gerekiyorsa bu reçetelerde değişiklik yapması mümkün olur. Operatörlerin reçeteleri başlatması veya değiştirmesi istenmeyen durumlarda ise SCADA programında yazılan reçetelerin uygulama esnasında otomatik olarak çağrılabilmesi mümkündür. SCADA uygulamalarında yazılımın değişik kullanıcılar tarafından değişik şekillerde kullanılmasını sağlayan yetki ve güvenlik mekanizması kodlar kullanılarak sağlanır. Genellikle SCADA paketlerinde kullanıcı kolaylığı sağlayan ve SCADA operasyonlarını içeren bir denetleme lisanı bulunmaktadır. Günümüzde üretim, Girişim Organizasyonları yapısında örgütlenmiş, fabrikalar arası işbirliğini amaçlayan, sipariş üzerine ve tam zamanlı bir nitelik kazanmaktadır. Bu yapılanmanın içinde SCADA sistemleri organizasyonlar arası iletişimi sağlayan bilgi yolu görevini; a) Sanal Dosya Arabirimleri b) Uygulama Programları Arabirimleri c) Dinamik Veri Değişimi d) SQL bağlantısı araçlarını kullanarak yerine getirmektedirler. Sanal Dosya Arabirimleri, SCADA ile diğer uygulamalar arasında format dönüşümü olmadan veri değişimine izin vermektedir. Uygulama Programları Arabirimleri uygulama modüllerinden SCADA' ya ulaşmak için gerekli arabirim yazılmalıdır. Dinamik veri değişimi bağımsız yazılımların birbiriyle veri değiştirebilmesini sağlamakta ve bu özelliğe sahip SCADA programlarının entegrasyonu daha kolay olmaktadır. SQL bağlantılı tanımlanan noktaların veri tabanına geçirilmesi ve veri tabanından sorgulanmasını sağlamaktadırlar. SCADA sistemleri fabrikalarda tüm fabrikayı kapsayacak veya fabrikanın bir bölümünü kapsayacak şekilde SCADA istasyonlarının sürekli veri alışverişleri yapmasını sağlamaktadırlar. Fabrika bilgi ağıyla birbirlerine bağlı olan SCADA istasyonları, SCADA Gözlem Paketleri ve Yönetim Gözlem noktaları tüm otomasyon sistemleri ve saha ekipmanları birlikte çalışmaktadırlar. Kritik süreçlerde iki SCADA istasyonu birbirine paralel olarak tanımlanıp biri devre dışı bırakıldığında diğeri çalışmaya ve süreci denetlemeye devam eder. SCADA yazılım paketleri, Windows NT'nin bilgisayar işletim sistemi olarak yaygın kabul görmesinden sonra ağırlıklı olarak NT işletim sisteminin özelliklerini kullanarak geliştirilmeye başlandı. Bu paketlerle çoklu işlem yapabilme kapasitesi, çekirdek modül, olay tetiklemeli veri değişimi, etkin hafıza kullanımı ve olay zircirlerine hızlı tepki kabiliyetleri bulunmaktadır. Kullanılacak SCADA yazılımlarının performansını incelemek için yazılımın
Bölüm 10 SCADA Sisteminin Yararları ve SCADA Simülasyonu Sistemin arızaların sıklığı ve süreleri, büyük ölçüde sisteme uygun dağıtım otomasyonunun kurulamamasından ve sistemin çalışma karakteristiklerinin her an izlenememesinden kaynaklanmaktadır.Bunun için sistem hakkındaki bilgilerin (ısı, nem, frekans, ağırlık, sayı, elemanlarının durumları…) toplandığı, gözlemlendiği, uzaktan kumanda edildiği (açma, kapama, kurma), arıza algılamanın yapılabildiği otomasyon sistemlerine gerek duyulmaktadır. Bu bilgilerin operatörlere bir kullanıcı ara birim yazılımı ile sağlanabildiği SCADA sistemleri kullanılmaktadır. Günümüzde kontrol sistemleri veri tabanlı kontrol ve gözetleme yazılım paketleri içermektedir. Bu sayede sistemde dağıtılmış halde bulunan enstrüman ve kontrol elemanlarından sürekli biriken veriler elde edilerek denetim imkanına sahip olunmaktadır. Bu yapılanma neticesinde de "temiz" bir sistem ortaya çıkmaktadır. Kontrol merkezindeki operatör ekranları vasıtasıyla, tesisin işletimi kontrol edilip otomatik yürütülürken, operatörle de bilgisayarda gerekli kontrol ve kumanda imkanına da sahip olurlar. Sistemin işletilmesinde salt insan çabası yetersiz kalmaktadır. Sistemde meydana gelecek olayların tespit edilmesi klasik yöntemler ile mümkün olamamaktadır. Sistemin daha etkin işletilmesi için, daha güvenilir, daha ekonomik işletme için bilgisayar otomasyonuna gereksinimi vardır. Bunun için sistem kontrol ve izleme yazılımları gerçekleştirilmiştir. Kontrol merkezinde bulunan bu bilgisayarlar yazılımları sayesinde işletmenin önemli noktalarının izlenmesi sağlanmaktadır. Ayrıca bilgisayar ekranları vasıtasıyla gözlemlenen sistemin şebeke operatörlerine de hızlı ve doğru vermesine imkan verir. İşletmenin bilgisayarla izlenmesi ve kontrolü, dağıtılmış halde bulunan veri toplama donanım elemanlarıyla gerekli iletişim, iletişim ağı yardımıyla sağlanarak ve toplanan veriler değerlendirilerek merkezi bilgisayar yazılımı ile sistemin izlenmesi sağlanabilir. Sistemin bilgisayar ortamında gözlenmesi ile sistemin kontrolu ve kumandası daha esnek bir hale gelmektedir. Örneğin, sistem büyümeleri karşısında kurulma koordinasyonu daha kolay yapılabilecektir. Yazılım sayesinde operatörler bilgisayar ekranında ki sistem diyagramından sistemi uzaktan kumanda edebilecektir. Arızaların algılanması yerlerinin tespiti ve arızaların giderilmesi yine uzaktan kumandalı olarak belli bir merkezden yapılabilecektir. Sistemle ilgili alarm sinyalleri operatörleri uyaracak şekilde oluşturulması ve görüntülenmesi gerçekleştirilebilecektir. Çeşitli veriler tarih ve zaman olarak (arıza şekli, arıza yeri) veri tabanı şeklinde saklanabilir böylelikle kişilere bağlı kalmaksızın sistem hakkında toplanan verilere dayalı ayrıntılı bilgi edinilmesi sağlanabilecektir. Herhangi bir tesiste olabilecek olan otomatik kontrol sistemlerinin kullanıcılar tarafından tek bir ekran üzerinden yönlendirilebilmesi çok arzu edilen bir durumdur. Bu sayede kullanıcıların sistemlerini yönetmeleri için, sistemin bulunduğu yere gitme zorunluluğu ortadan kalkmış ve kontrol müdahalelerini bulundukları yerde bilgisayarlar üzerinden vererek büyük kolaylıklar sağlanmış olur. SCADA simülasyonu, basitçe, bilgisayarların, giriş-çıkış portlarına takılan arabirimler (Interfaces) sayesinde sisteme gönderilen ya da sistemden alınan işaretlere göre sistemin davranışının, görsel olarak dışarıdan gözlenmesidir. Burada da, herhangi bir tesiste olabilecek olan bir sistemin otomatik ve manuel çalışmasını, oluşabilecek arızaların sistemin akışını nasıl etkilediğini gösteren görsel bir bilgisayar programı ile "Sistem Simülasyonu" sunulmaktadır. Bu program bir simülasyon olduğundan dolayı, işleyen sistemden bilgi okuma ya da sisteme bilgi gönderme olanağı yoktur. Eğer bu program gerçek bir sisteme uyarlanmak istenirse, yazılacak birkaç bilgi okuma ve bilgi gönderme alt programı ve gerekli ara birim donanımları eklenmesi yeterli olacaktır. Bölüm 11 Sonuç Bilgisayar teknolojisinin hızla gelişmesi ve bilgisayar kullanımının yaygınlaşması, sistemlerin birbirleriyle iletişimini kolaylaştırmakta ve bu da gelişen otomasyon teknolojisi ile sistemlerde uzaktan kontrol ve veri aktarımını gündeme getirmektedir. SCADA sistemleri, bağımsız olan izleme, veri toplama ve kontrol sistemlerinin birleşmesinden oluşmaktadır. Sistemin; kontrol merkezi, uzak uç birim ve iletişim sisteminden meydana geldiği düşünüldüğünde maliyetinin yüksek olması kaçınılmaz bir sonuçtur. Fakat zaman kazancı, güvenilirlik ve verim açısından düşünüldüğünde, SCADA sistemlerinin yaptığı iş ve yüklendiği sorumluluk yüksek maliyeti tolere edebilecek düzeydedir. Büyük projelerde SCADA sistemlerinin kullanılması iş gücü açısından da kazanç sağlamakta ve kazanılan bu iş gücü diğer alanlara kanalize edilerek işletmenin verimi arttırılabilmektedir. Ülkemizde bu teknolojinin kullanımı çok eskilere dayanmamakla birlikte günümüzde giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu da yakın bir gelecekte kontrol sistemlerinin daha basit, güvenilir ve verimli çalışmasını sağlayacaktır. Son Düzenleyen ThinkerBeLL; 19-11-2007 @ 19:58. | |
|
|
  |
« Önceki Konu
|
Sonraki Konu »
| En popüler 10 etiket
Bu Sayfanın Etiketleri
|
| alarm izleme programı, bilgisayarlı veri toplama ve kontrol, scada, scada bilgisi, scada programı, scada sistem, scada sistemi, scada sistemleri, scada örnekleri, veri toplama örnekleri, |
SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi Konusuna Benzer Konular | ||||
| Konu | Konuyu Başlatan | Forum | Cevap | Son Mesaj |
| Canlılarda Sinir Sistemi | CrasHofCinneT | Biyoloji | 1 | 04-06-2008 13:25 |
| Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) | ThinkerBeLL | Coğrafya | 2 | 20-11-2007 19:53 |
| İşletim Sistemi (Operating System) | ThinkerBeLL | Internet/Bilgisayar Dünyası | 1 | 03-05-2007 23:41 |
| Otomotiv Kısaltmaları Sözlüğü | virtuecat | Otomobiller - Arabalar | 1 | 08-04-2007 03:53 |
| Bilgisayar Söküp Takma ile İlgili Bazı Öneriler | virtuecat | Internet/Bilgisayar Dünyası | 0 | 18-03-2007 21:35 |
| |||||
| vBulletin®, Copyright ©2000 - 2008, Jelsoft Enterprises Ltd. ~ SEO by vBSEO ©2008, Crawlability, Inc. Başka adreslerde içeriğimizi paylaştığınızda lütfen kaynak belirtmeyi unutmayınız, duyarlılığınız için teşekkürler. Sayfalarımızda bulunan içeriklerin telif haklarıyla ilgili bir şikayetiniz / sorunuz varsa bize ulaşmak için tıklayınız. If you OWN the copyrights to any content we publish or offer for download & you want them to be REMOVED from our web site, please contact us with some proof of ownership of copyright and they will be removed immediately. |    | ||||