Astaraki

کاربرد داده کاوی در SCADA


تعریف سیستم های SCADA

اسکادا (SCADA ) مخفف کلمات Supervisory Control And Data Acquisition به معنی کنترل سوپروایزری (نظارت مدیریتی) و اخذ داده ها می باشد. همانطورکه از اسم آن پیداست اسکادا به یک سیستم کنترلی گسترده اشاره دارد. سیستم های اسکادا برای نظارت و یا کنترل پروسس های شیمیایی و یا حمل و نقلی در سیستم هایی نظیر تامین آب شهری، کنترل نیروی برق، انتقال و توزیع آن، لوله های گاز و نفت و بسیاری پروسس های توزیع شده دیگر استفاده می شوند.

امروزه Wireless Telemetry به‌عنوان ابزاري پرقدرت براي جمع‌آوري و ذخيره‌ي اطلاعات در سراسر دنيا شناخته شده‌اند. اين شاخه از مهندسي به‌عنوان ابزار بسيار مهمي جهت مديريت بر منابع و پيشگويي‌هاي دقيق و به موقع براي كنترل سيلاب‌ها، خشكسالي‌ها و همچنين برنامه‌ريزي در جهت توسعه‌ي پايدار در چرخه‌ي زندگي مناطق مورد مطالعه ، استفاده مي‌گردند. براي انتخاب بهينه‌ي سيستم تله‌متري و كنترل از راه دور، شرايط محيطي و منطقه‌اي و عوامل كليدي زير بايد مورد نظر قرار گيرند:

- پوشش جغرافيايي منطقه‌هاي مورد نظر
- حجم اطلاعات توليد شده
- مالكيت شبكه و كنترل روند گردش اطلاعات
- سهولت كاربري و نگهداري
- هزينه‌هاي جاري و سرمايه‌اي درنظر گرفته شده
- پردازش، آناليز و بايگاني اطلاعات

به‌طور خلاصه در طراحي و ساخت يك شبكه‌ي تله‌متري، عوامل فني و تجهيزات متعددي دخيل هستند كه به صورت فهرست‌وار عبارتند از:
- سنسورهاي اندازه‌گيري
- واحد RTU(Remote Terminal Unit)
- تجهيزات ارتباطي مستقر در هر ايستگاه (Communication Devices) و پروتكل مخابراتي آن‌ها
- تجهيزات جمع‌آوري و پردازش اطلاعات در ايستگاه مركزي (SCADA Center)

مفاهیم سیستم های SCADA


یک سیستم اسکادا شامل سیگنال های ورودی/خروجی، کنترلگرها، HMI، شبکه ها، ارتباطات، پایگاه های داده و نرم افزار می باشد.





شکل:1

کلمه اسکادا معمولا نشان دهنده یک سیستم مرکزی است که نظارت و کنترل یک سایت کامل و یا یک سیستم توزیع شده در فواصل زیاد (در حد چندین کیلومتر) را برعهده دارد. عمده عملیات کنترل سایت عملا به صورت اتوماتیک توسط Remote Terminal Unit (RTU) ویا به وسیله Programmable Logic Controller (PLC) انجام می شود.


توابع کنترلی میزبان معمولا به عبورکردن از سایت پایه یا قابلیت های سطح نظارتی محدود می­شوند. به عنوان مثال یک PLC می تواند جریان آب خنک کننده قسمتی از یک پروسه صنعتی را کنترل کند؛ در حالی که سیستم اسکادا می تواند به کاربر اجازه دهد که تنظیمات کنترلی جریان را تغییر دهد و می تواند اجازه نمایش و یا ثبت هر اعلان خطری نظیر کاهش جریان یا افزایش دما را صادر نماید. بازخورد حلقه کنترلی درون PLC یا RTU بسته شده است و سیستم اسکادا بر بازده کلی این حلقه نظارت دارد.





شکل:2

جمع آوری اطلاعات از سطح RTU یا PLC شروع می شود و این مرحله، خواندن مقادیر و حالات دستگاه های جانبی متصل به اسکادا را شامل می شود. سپس داده ها کامپایل شده و به فرمت قابل استفاده برای کاربر اتاق کنترل که از Human Machine Interface (HMI) استفاده می کند؛ در می آید.


اتاق کنترل تصمیم های لازم را که گاه ممکن است باطل کننده فرمانهای عملیاتی موجود در RTU یا PLC باشد را بر اساس این داده ها صادر می نماید. این داده ها همچنین می توانند برای یک سیستم ثبت اطلاعات ذخیره شوند که معمولا این سیستم یک سیستم مدیریت پایگاه داده است که از امکان ایجاد نمودار و سایر روشهای تحلیل اطلاعات برخوردار است.

سیستم های اسکادا عموما یک پایگاه داده توزیع شده را پیاده سازی می کنند که معمولا به آن با نام پایگاه تگ ها اشاره می شود. این پایگاه داده شامل عناصر اطلاعاتی است که تگ یا نقطه نامیده می شوند. یک نقطه نشان دهنده یک مقدار ورودی یا خروجی نظارت شده یا کنترل شده به وسیله سیستم است.


نقاط می توانند نرم یا سخت باشند. یک نقطه سخت نشان دهنده یک ورودی یا خروجی عملی متصل به سیستم است در حالی که یک نقطه نرم نشان دهنده نتیجه منطقی و عملیات محاسباتی بر روی دیگر نقاط نرم یا سخت است. مقادیر نقاط معمولا به صورت مقدار- برچسب زمانی ذخیره می شوند (مقدار و برچسب زمانی هنگامی که نقطه ضبط یا محاسبه می شود). یک رشته از ترکیب مقدار-برچسب زمان تاریخچه نقطه مورد نظر می باشد. مرسوم است که علاوه بر اینها اطلاعات دیگری نیز ذخیره گردد نظیر مقادیر ثبات های PLC ، توضیحات و اطلاعات اخطاری.

می توان یک DCS یا سیستم SCADA را بطور کلی از یک تولید کننده سیستم های کنترلی نظیر شرکت ABB خرید ویا اینکه قطعات سخت افزاری و بسته های نرم افزاری را از تولید کننده های مختلف خرید و آنها را سرهم نمود.



کاربرد های پیاده سازی SCADA در استفاده از داده­ها

همانطور که اشاره شد استفاده گسترده از این سیستم ها در صنابع جدید هر روزه گسترش می­یابد. سيستم اسكادا، امكان مونيتور كردن و كنترل پروسسهايي كه در سايتهاي دوردست قرار گرفته اند را به اپراتور مي دهد. يك طراحي خوب سيستم اسكادا، با حذف نياز بازرسي مكرر پرسنل از سايتها، باعث صرفه جويي زيادي در وقت و هزينه مي گردد. در سالهاي اخير، اين سيستم­ها از نظر كاربري، قابليت گسترش، و كارايي پيشرفتهاي چشمگيري نموده و حتي براي پيچيده ترين سيستمهاي كنترلي، مانند آزمايشهاي فيزيكي، نيز گزينه اي بسيار مناسب به شمار مي روند.

جدید ترین پیاده سازی این سیستم ها، پیاده­سازی تحت وب می باشد که در ادامه به جزئیات آن خواهیم پرداخت.

پیاده سازی سیستم تحت وب SCADA

یک واحد ترمینال کنترل از راه دور (RUT) مسئول جمع آوری فیلد های داده و مهمترین نقش را در سیستم SCADA بازی می کند. قطعات اصلی RUT شامل مبدل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ است. یک RUT هوشمند می تواند توسط مراجع هوشمند الکتریکی دیگر پیاده سازی شود.


شکل:3

شکل زیر پیاده سازی RUT را توسط NCT شرکت توشیبا نشان می دهد که باعث می­شود راحتتر بتوانیم از پروتکل HTTP در SCADA تحت وب استفاده کنیم.



شکل:4

معماری پیاده­سازی سیستم تحت وب SCADA در شکل زیر نشان داده شده است.





شکل:5

ایستگاه اصلی یا کامپیوترهای میزبان در سیستم SCADA سنتی در قالب web browser پیاده سازی شده اند. RUT ها نیز از طزیق اینترنت به سرورهای برنامه های کاربردی تحت وب پیاده سازی شده اند.

یک ویژگی سیستم SCADA تحت وب این است که برنامه­های نرم افزار کاربردی تحت وب که به صورت عادی برروی یک ایستگاه اجرا می شدند توسط برنامه­های کاربردی تحت وب جایگزین شده­اند که حالا توسط اینترنت به طور گسترده توزیع شده­اند.



شکل: 6

مثال­های پیاده­سازی دستورالعمل­های سیستم SCADA تحت وب

همانطور که گفته شد سیستم تحت وب SCADA تمامی قابلیت­های سیستم­های سنتی SCADA را دارا می­باشد.

در ادامه با توصیف دو پیاده­سازی از سیستم­های SCADA کاربرد این دستوالعمل­ها را تحت وب بررسی خواهیم کرد.

مثال اول که در شکل نشان داده شده است، یک سیستم نمایش داده در زمان واقعی را نشان می­دهد که داده ها را در زمان واقعی اش در سیستم به روز می کند.



شکل:7

داده­ها به صورت تگ­های HTML در پایگاه داده ذخیره می شوند و هر زمان که داده­ تحویل پایگاه داده می­شود، پایگاه داده به صورت خودکار آنها را بر روی وب سرور بالاگذاری می نماید.

همانطور که در شکل مشاهده می­شود web browser تابع get را برای وب سرور می فرستد و از او درخواست file 1 را می کند و این رویداد به صورت پریودیک ادامه می­یابد.

دومین مثال که در شکا زیر پیاده­سازی شده است پیاده­سازی کنترل و نمایش داده هشدار دهنده را نشان می دهد که به صورت پریودیک داده ها را پردازش کرده و به صورت خودکار با اوپراتور­های مربوط بر اساس داده ها تصمیم می­گیرد.



شکل:8



از سیستم­های تحت وب SCADA می­توان در زیرسیستم­هایی چون زیرسیستم­های مدیریت انرژی نیز استفاده کرد (EMS) معماری انعطاف پذیر این سیستم­ها در شکل زیر نشان داده شده است.







شکل:9

نتایج

استفاده از اسن سیستم ها به خصوص در شبکه های ماهواره­ای باعث بدست آوردن تحلیل بهتری از داده ها و نتایج توزیع شده بهتری می شود همچنین می­ توانیم بسیاری از روی داد های را از این طریق بهتر پیشبینی کرده و تحلیل های داده کاوی را روی داده های بسیار بهتر و واقعی تری انجام دهیم.

گرداوری:زهرا شکیب

__________________

تعرفه ارزان تبلیغات در اولین و بزرگترین سایت هوش مصنوعی ایران !
با بیش از صد و چهل هزار کاربر!

amgh

با سلام
شما می توانید لینک آن را برای دانلود قرار دهید