در این مقاله سخت‌افزارهای اصلی سیستم SCADA، ساختار انتقال داده، اجزای کنترلی و نقش تجهیزات ارتباطی در عملکرد این سیستم بررسی می‌شود.

سیستم‌های SCADA برای نظارت، کنترل و جمع‌آوری داده از فرآیندهای صنعتی گسترده طراحی شده‌اند. عملکرد صحیح این سیستم‌ها وابسته به مجموعه‌ای از سخت‌افزارهای تخصصی است که شامل تجهیزات مخابراتی، واحدهای کنترل، رابط‌های کاربری و کامپیوترهای صنعتی می‌شود. در این مقاله، ساختار انتقال داده، انواع شبکه‌های مخابراتی، نقش PLC، RTU، HMI و MTU و همچنین ویژگی‌های کامپیوترهای صنعتی بررسی می‌شود.

 انتقال داده در سیستم SCADA

هر سیستم اسکادا شامل یک یا چند کامپیوتر است که از طریق RTU‌ها با شبکه مخابراتی ارتباط برقرار می‌کنند. داده‌های جمع‌آوری‌شده می‌توانند:

• به‌صورت پیام نمایش داده شوند
• ذخیره شوند
• یا به سیستم‌های دیگر ارسال شوند

 پهنای باند

پهنای باند میزان اطلاعات قابل انتقال در یک بازه زمانی است و در سیستم‌های دیجیتال برحسب بیت یا بایت بر ثانیه بیان می‌شود.

 روش‌های ارسال داده

• باند پایه (Baseband): تنها یک سیگنال در لحظه منتقل می‌شود.
• باند پهن (Broadband): چندین سیگنال هم‌زمان منتقل می‌شوند.

 عوامل مؤثر در انتخاب شبکه مخابراتی

• پوشش جغرافیایی
• حجم داده
• مالکیت شبکه
• هزینه‌ها
• قابلیت نگهداری
• امکانات مخابراتی موجود

 انواع شبکه‌های مخابراتی در SCADA

 پیکربندی‌ها

• نقطه به نقطه (Point to Point)
• نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point)

 مدهای مخابراتی

• سیستم گردشی (Polling): ایستگاه اصلی به‌صورت دوره‌ای از RTUها درخواست داده می‌کند.
• سیستم وقفه‌ای (Report by Exception): RTU فقط هنگام تغییر مهم، پیام ارسال می‌کند.

 تکنولوژی‌های مخابراتی

 سیستم رادیویی

مزایا:

• مستقل از خرابی خطوط
• قابلیت اطمینان بالا
• هزینه تعمیرات پایین

معایب:

• نیاز به مجوز فرکانس
• تراکم طیف
• هزینه اولیه بالا

 ماهواره

• مناسب برای مناطق دورافتاده
• قابل‌اعتماد و پایدار
• مناسب برای حجم داده کم

 کابل و خطوط زمینی

• شبکه‌های صنعتی مانند Profibus و Foundation Fieldbus
• فیبر نوری با سرعت بالا
• خطوط اجاره‌ای مخابراتی

 معیارهای طراحی شبکه مخابراتی

انتخاب شبکه مناسب بر اساس موارد زیر انجام می‌شود:

• توپولوژی
• مد انتقال (Half/Full Duplex)
• بستر مخابراتی
• پروتکل ارتباطی

 مودم

مودم وظیفه مدولاسیون، دمودولاسیون، تقویت سیگنال و آماده‌سازی خط را برعهده دارد. در دو نوع وجود دارد:

• سنکرون
• آسنکرون

 PLC در سیستم SCADA

PLC کنترل‌کننده قابل برنامه‌ریزی است که ورودی‌ها را دریافت، پردازش و خروجی‌های کنترلی را صادر می‌کند.

مزایای PLC نسبت به RTU

• قیمت کمتر
• تغییرپذیری بالا با تغییر برنامه
• نصب و راه‌اندازی آسان

 HMI

HMI رابط انسان و ماشین است و شامل سخت‌افزار و نرم‌افزار برای:

• نمایش گرافیکی فرآیند
• دریافت فرمان از اپراتور
• ارسال داده به PLC و RTU

HMI داده‌های خام را به نمودار، جدول، آلارم و گزارش تبدیل می‌کند.

 RTU

RTU داده‌های آنالوگ و دیجیتال را از سایت جمع‌آوری کرده و برای MTU ارسال می‌کند.

اجزای RTU

• پردازشگر و حافظه
• ورودی/خروجی آنالوگ
• ورودی/خروجی دیجیتال
• شمارنده
• رابط‌های ارتباطی
• منبع تغذیه

تفاوت RTU با PLC

• RTU برای تله‌متری و فواصل دور
• PLC برای کنترل صنعتی محلی

 MTU

MTU مرکز فرمان سیستم اسکادا است و وظایف زیر را انجام می‌دهد:

• دریافت داده از RTU
• ذخیره‌سازی و طبقه‌بندی اطلاعات
• صدور فرمان کنترلی
• ارتباط با اپراتور

 کامپیوترهای صنعتی (IPC)

IPCها برای محیط‌های صنعتی طراحی شده‌اند و ویژگی‌هایی مانند:

• مقاومت در برابر نویز
• ساختار ماژولار
• پورت‌های متعدد
• قابلیت اطمینان بالا

دارند و جایگزین PCهای معمولی شده‌اند.

جمع‌بندی

سخت‌افزارهای SCADA شامل مجموعه‌ای از تجهیزات کنترلی، مخابراتی و پردازشی است که امکان نظارت و کنترل از راه دور را فراهم می‌کنند. انتخاب صحیح شبکه مخابراتی، استفاده از PLC و RTU مناسب، طراحی درست HMI و بهره‌گیری از کامپیوترهای صنعتی، نقش مهمی در پایداری و کارایی سیستم اسکادا دارند.