LoginTechs
لوجن تيكس منصة متخصصة بمتابعة ونقل آخر الأخبار والمقالات التقنية وكل ما يخص التكنولوجيا الحديثة والأحداث التقنية والخدمات الرقمية.

كيف تعمل أنظمة سكادا SCADA

442

- Advertisement -

كلمة SCADA هي اختصار للجملة Supervisory Control and Data Acquisition والتي تعني الإشراف على التحكم وتجميع البيانات. وهو نوع من التطبيقات البرمجية التي تهدف للتحكم في العمليات.

سكادا SCADA هو نظام التحكم المركزي الذي يتكون من واجهات شبكة التحكم، دخل/خرج، تجهيزات الاتصال والبرمجيات. تستخدم أنظمة SCADA لمراقبة المعدات والتحكم فيها في العملية الصناعية التي تشمل التصنيع، الإنتاج، والتطوير. تشمل عمليات البنية التحتية توزيع الغاز والنفط، الطاقة الكهربائية وتوزيع المياه. تشمل المرافق العامة نظام حركة الحافلات والمطار. يأخذ نظام SCADA قراءة العدادات ويتحقق من حالة المستشعرات خلال فترات منتظمة بحيث يتطلب أقل تدخل من الإنسان.

scada-systems

يحدث عدد كبير من العمليات في المنشآت الصناعية الكبيرة. كل عملية تحتاج إلى مراقبتها معقدة للغاية لأن كل جهاز يعطي مخرجات مختلفة. يستخدم نظام SCADA لجمع البيانات من أجهزة الاستشعار والأدوات الموجودة في منطقة بعيدة. يقوم الكمبيوتر بمعالجة هذه البيانات ويعرضها في الوقت المناسب. يقوم نظام SCADA بجمع المعلومات (مثل حدوث تسرب على خط أنابيب) ثم نقلها مرة أخرى إلى النظام مع إعطاء التنبيهات بحصول تسريب وعرض المعلومات بطريقة منطقية ومنظّمة. ويستخدم نظام SCADA لتشغيل أنظمة التشغيل DOS و UNIX.

معمارية نظام سكادا:

نظام SCADA بشكل عام هو نظام مركزي يراقب المنطقة بأكملها ويتحكم فيها. هو عبارة عن حزمة برامجية محضة يتم وضعها فوق الأجهزة. يجمع النظام المشرف البيانات حول العملية ويرسل أوامر التحكم العملية. إن SCADA هي وحدة طرفية بعيدة تعرف أيضاً باسم RTU (اختصار لـ Remote Terminal Unit).

يتم تنفيذ معظم إجراءات التحكم تلقائيًا بواسطة وحدات RTU أو PLC. تتكون وحدات RTU من محول منطقي قابل للبرمجة يمكن ضبطه على متطلبات محددة. على سبيل المثال، في محطة الطاقة الحرارية يمكن تعيين تدفق المياه إلى قيمة محددة أو يمكن تغييرها وفقا للمتطلبات.

يسمح نظام SCADA للمُشغلين بتغيير نقطة التحديد للتدفق، وتمكين ظروف الإنذار في حالة فقدان التدفق وارتفاع درجة الحرارة ويتم عرض الحالة وتسجيلها. يقوم نظام SCADA بمراقبة الأداء العام للحلقة. نظام SCADA هو نظام مركزي للتواصل مع كل من التكنولوجيا السلكية واللاسلكية لأجهزة Client. يُمكن لمتحكمات نظام SCADA بالكامل تشغيل جميع أنواع العمليات الصناعية.

1. بنية العتاد الصلب:

يمكن تصنيف نظام SCADA بشكل عام إلى قسمين:

  • طبقة Client
  • طبقة خادم البيانات

طبقة Client التي تمثل التفاعل الآلة مع الإنسان أما طبقة خادم البيانات هي التي تتعامل مع معظم أنشطة بيانات العملية.

تشير محطة SCADA إلى الخوادم وتتكون من كمبيوتر واحد. تتصل خوادم البيانات بالأجهزة الموجودة ضمن الوسط من خلال وحدات التحكم في العمليات مثل PLCs أو RTUs. تتصل PLCs بخوادم البيانات إما مباشرة أو عبر الشبكات أو كوابل نقل bus. يستخدم نظام SCADA شبكة WAN والشبكة المحلية LAN، وتتكون هاتان الشبكتان من بروتوكولات الإنترنت المستخدمة للاتصال بين المحطة الرئيسية والأجهزة. الأجهزة المادية مثل أجهزة الاستشعار المتصلة بـ PLCs أو RTUs. تحول وحدات RTU إشارات المستشعر إلى بيانات رقمية وترسلها إلى المسؤول. ووفقاً للتغذية الراجعة التي تلقاها المسؤول من وحدات RTU، يتم تطبيق الإشارة الكهربائية على الريليهات. ويتم تنفيذ معظم عمليات المراقبة والتحكم من قبل وحدات RTU أو PLC كما يمكننا أن نرى في الشكل.

SCADA-WORK

2. معمارية البرمجيات:

تُستخدم معظم الخوادم للمهام المتعددة وقواعد البيانات في الوقت الحقيقي. الخوادم مسؤولة عن جمع البيانات ومعالجتها. يتكون نظام SCADA من برنامج حاسوبي لتوفير البيانات الرائجة والتشخيصية وإدارة المعلومات مثل إجراءات الصيانة المجدولة والمعلومات اللوجيستية والخطط التفصيلية الخاصة بأداة استشعار أو جهاز استكشاف الأخطاء وإصلاحها الخاص بالخوادم. هذا يعني أن المشغل يستطيع رؤية تمثيل تخطيطي للمنشأة الذي يتم التحكم فيها.

مثال: فحص التنبيهات، الحسابات، تسجيل الدخول والأرشفة؛ وحدات تحكم لمجموعة من البارمترات، وعادة ما تكون هذه الأمور مرتبطة بالخادم.

Architecture-of-SCADA-system

تراتبية العمل لنظام SCADA:

يقوم نظام SCADA بتنفيذ الوظائف التالية:

  • تحصيل البيانات
  • اتصالات البيانات
  • عرض المعلومات/البيانات
  • المراقبة / التحكم

يتم تنفيذ هذه الوظائف من قبل أجهزة الاستشعار، وحدات RTU، المتحكم، شبكة الاتصالات. يتم استخدام أجهزة الاستشعار لجمع المعلومات الهامة وتستخدم وحدات RTU لإرسال هذه المعلومات إلى وحدة التحكم وعرض حالة النظام. وفقا لحالة النظام، يمكن للمستخدم إعطاء الأوامر لمكونات النظام الأخرى. تتم هذه العملية من خلال شبكة الاتصالات.

تحصيل البيانات:

يتكون نظام الزمن الحقيقي من آلاف المكونات وأجهزة الاستشعار. من المهم جدًا معرفة حالة مكونات ومستشعرات معينة. على سبيل المثال، تقوم بعض المستشعرات بقياس تدفق الماء من الخزان إلى خزان المياه، وتقيس بعض المستشعرات ضغط القيمة عند إطلاق الماء من الخزان.

اتصال البيانات:

يستخدم نظام SCADA شبكة سلكية للاتصال بين المستخدم والأجهزة. تستخدم التطبيقات في الزمن حقيقي الكثير من أجهزة الاستشعار والمكونات التي ينبغي التحكم فيها عن بُعد. يستخدم نظام SCADA اتصالات الإنترنت. يتم نقل جميع المعلومات من خلال الإنترنت باستخدام بروتوكولات محددة. لا يستطيع المستشعر والريليهات التواصل مع بروتوكولات الشبكة لذلك تُستخدم وحدات RTU للوصل بين أجهزة الاستشعار وواجهة الشبكة.

عرض المعلومات / البيانات:

تحتوي شبكات الدارة العادية على بعض المؤشرات التي يمكن رؤيتها للتحكم، ولكن في نظام SCADA في الزمن الحقيقي، هناك آلاف أجهزة الاستشعار والإنذار التي يتعذر التعامل معها في وقت واحد. يستخدم نظام SCADA واجهة بين آلة والإنسان (HMI) لتوفير جميع المعلومات التي تم جمعها من مختلف أجهزة الاستشعار.

الواجهة بين الآلة والإنسان:

يستخدم نظام SCADA واجهة الجهاز البشري. يتم عرض المعلومات ومراقبتها ليتم معالجتها من قبل الإنسان. يوفر HMI الوصول إلى وحدات تحكم متعددة والتي يمكن أن تكون PLCs و RTUs. أيضاً يوفر HMI عرض رسومي للنظام. على سبيل المثال، توفر الصورة الرسومية للمضخة المتصلة بالخزان. يمكن للمستخدم رؤية تدفق المياه والضغط على الماء. الجزء المهم من HMI هو نظام إنذار يتم تنشيطه وفقًا للقيم المحددة مسبقًا.

SCADA-diagram

على سبيل المثال: يتم تعيين إنذار مستوى خزان المياه 60 ٪ و 70 ٪ من القيم. إذا كان مستوى الماء يصل إلى أكثر من 60٪، فإن الإنذار يعطي إنذارًا عاديًا وإذا وصل مستوى الماء إلى ما يزيد عن 70٪، فإن الإنذار يعطي إنذارًا بحالة حرجة.

المراقبة / التحكم:

يستخدم نظام SCADA مفاتيح تبديل مختلفة لتشغيل كل جهاز ويعرض الحالة في منطقة التحكم. يمكن تشغيل / إيقاف أي جزء من العملية من محطة التحكم باستخدام مفاتيح التحويل هذه. يتم تنفيذ نظام SCADA للعمل تلقائيا دون تدخل بشري ولكن في الحالات الحرجة يتم التعامل معها من قبل الإنسان.

راجع أيضاً: ما هو سكادا SCADA ؟

نظام SCADA لمنشأة صناعية عن بعد:

في المؤسسات الصناعية الكبيرة تحدث العديد من العمليات في وقت واحد وكل منها يحتاج إلى مراقبة، وهذا في الواقع مهمة معقدة. يتم استخدام أنظمة SCADA لمراقبة ومراقبة المعدات في العمليات الصناعية التي تشمل توزيع المياه وتوزيع النفط وتوزيع الطاقة. الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو معالجة البيانات في الوقت الحقيقي والسيطرة على البيئة الصناعية بعيدة المدى على نطاق واسع. في سيناريو الزمن الحقيقي، يتم أخذ نظام تسجيل درجة الحرارة لتشغيل المحطة عن بعد.

Temperature-Control-سكادا

ترتبط مستشعرات درجة الحرارة بالميكروكونترولر المتصل بالكمبيوتر في الواجهة الأمامية ويتم تحميل البرنامج على الكمبيوتر. يتم جمع البيانات من أجهزة استشعار درجة الحرارة. ترسل مستشعرات درجة الحرارة باستمرار الإشارة إلى وحدة التحكم الدقيقة والتي تعرض بالتالي هذه القيم على اللوحة الأمامية. يمكن للمرء أن يحدد بارمترات مثل الحد الأدنى والحد الأقصى على شاشة الكمبيوتر. وعندما ترتفع درجة حرارة المستشعر فوق النقطة المضبوطة سلفاً، يرسل الميكروكونترولر أمرًا إلى الريلي المطلوب. يتم تشغيل وإيقاف السخانات المتصلة عبر تماسات الريليهات.

على سبيل المثال SCADA للمنشأة الصناعية عن بعيد:

هذا هو عبارة عن نظام تسجيل درجة الحرارة. هنا يتم توصيل 8 أجهزة استشعار درجة الحرارة في وضع الإرسال المتعدد إلى الميكروكونترولر من خلال ADC 0808. ثم يتم إرسال قيم جميع المستشعرات بشكل متسلسل بواسطة الميكروكونترولر من خلال Max 32 إلى منفذ com الخاص بالكمبيوتر. يأخذ برنامج “DAQ System” المحمّل على الكمبيوتر هذه القيم ويعرضها على اللوحة الأمامية، ويسجلها أيضًا في قاعدة البيانات “daq.mdb”.يمكن للمرء أن يحدد بطريقة تفاعلية بعض البارمترات مثل نقطة التحديد، والحد الأدنى، والحد الأقصى على شاشة الكمبيوتر. عندما تزداد درجة حرارة بعض أجهزة الاستشعار إلى ما بعد نقطة التحديد، يرسل الميكروكونترولر أوامر لـ IC قيادة الريليه. ثم يتم إيقاف السخانات المتصلة من خلال تماسات الريليه (فقط لهذا المستشعر) أو يتم تشغيلها في الحالة المعاكسة.الحد الأقصى والحدود منخفضة هي للإنذار فعندما ترتفع درجة الحرارة فوق الحد الأعلى أو تحت الحد الأدنى، سيتم تشغيل الإنذار.

Temperature-Control-سكادا

التطبيقات:

  • توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها
  • توزيع المياه ونظام الخزان
  • المباني العامة مثل التدفئة الكهربائية ونظام التبريد.
  • المولدات والتوربينات
  • نظام التحكم في إشارات المرور

المزايا:

  • يوفر نظام SCADA معلومات ميكانيكية ورسوم بيانية
  • نظام SCADA قابل للتوسع بسهولة. يمكننا إضافة مجموعة من وحدات التحكم وأجهزة الاستشعار وفقا للمتطلبات.
  • قدرة نظام SCADA على العمل في المواقف الحرجة.

Leave A Reply

Your email address will not be published.