اسکادا در سیستمهای قدرت
در این مقاله اسکادا در سیستمهای قدرت، ساختار محلی و مرکزی، شبکههای مخابراتی و نقش RTU، HVI و مرکز کنترل بررسی میشود.
بهکارگیری سیستمهای کسب اطلاعات و کنترل از راه دور از اواخر قرن نوزدهم آغاز شد و با پیشرفت تکنولوژی، به شکل امروزی یعنی SCADA تکامل یافت. در سیستمهای قدرت، اسکادا نقش حیاتی در نظارت، کنترل، مدیریت بار، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش خطرات ناشی از خطاها دارد. این مقاله ساختار اسکادا در شبکههای قدرت را در سه بخش اصلی بررسی میکند: سیستم محلی، سیستم ارتباطی و سیستم مرکزی.
تاریخچه بهکارگیری اسکادا در سیستمهای قدرت
- نخستین سیستمهای تلهمتری در دههٔ ۱۸۸۰ برای ارسال اطلاعات ساده استفاده شدند.
- در دههٔ ۱۹۲۰–۱۹۳۰ سیستمهای دوطرفه طراحی شدند اما الکترومکانیکی بودند و توانایی ارسال کمیتهای آنالوگ را نداشتند.
- توسعهٔ واقعی تلهمتری در صنایع هوایی و ایستگاههای هواشناسی رخ داد.
- از دههٔ ۱۹۶۰ با ورود کامپیوتر، سیستمهای نظارت و کنترل مدرن شکل گرفتند.
- امروزه اسکادا در شبکههای برق، نفت، گاز، آب، حملونقل و حتی مترو و اتوبوسرانی استفاده میشود.
هدف اصلی اسکادا در سیستم قدرت: بهینهسازی عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش خطرات و تضمین تأمین پایدار انرژی.
اسکادا در سیستمهای قدرت
در شبکههای قدرت—تولید، انتقال و توزیع برق—اسکادا بهعنوان مغز نظارتی و کنترلی عمل میکند. این سیستم امکان میدهد که وضعیت تجهیزات پراکنده در گسترهای وسیع، از پستهای فشارقوی تا فیدرهای توزیع، بهصورت لحظهای پایش و کنترل شود. اسکادا دادههای آنالوگ و دیجیتال را از تجهیزات میدانی مانند RTU، IED، رلههای حفاظتی، کلیدها، ترانسهای جریان و ولتاژ جمعآوری کرده و به مرکز کنترل ارسال میکند. اپراتور در مرکز میتواند بر اساس این دادهها تصمیمگیری کند یا فرمانهای کنترلی مانند قطع و وصل کلیدها، تغییر تپچنجر، تنظیم بار، مدیریت شبکه و پاسخ به خطا را صادر کند.
چرا اسکادا در سیستمهای قدرت حیاتی است؟
- پایش لحظهای شبکه: ولتاژ، جریان، توان، فرکانس، وضعیت کلیدها و بار خطوط.
- کاهش زمان خاموشی: تشخیص سریع خطا و امکان مانور از راه دور.
- افزایش قابلیت اطمینان شبکه: جلوگیری از اضافهبار، نوسان ولتاژ و فروپاشی شبکه.
- اتوماسیون پستها و فیدرها: حذف نیاز به حضور دائمی اپراتور در سایت.
- تحلیل و تصمیمگیری هوشمند: دادههای اسکادا ورودی سیستمهای پیشرفته مانند DMS، EMS و سیستمهای پیشبینی بار هستند.
- مدیریت انرژی و بهینهسازی اقتصادی: کنترل تولید، مدیریت بار و کاهش تلفات.
اجزای اصلی اسکادا در شبکه قدرت
- تجهیزات میدانی (Field Devices) RTU، IED، PLC، رلههای حفاظتی، سنسورها، کلیدهای قدرت.
- شبکههای مخابراتی فیبر نوری، رادیویی، PLC، مایکروویو.
- پروتکلهای ارتباطی IEC 60870-5-104، DNP3، IEC 61850.
- مرکز کنترل (Control Center) سرورها، HMI، سیستمهای ثبت وقایع، پایگاه داده، نرمافزارهای تحلیل.
کاربردهای کلیدی اسکادا در سیستمهای قدرت
- کنترل و مانیتورینگ پستهای فشارقوی
- مدیریت فیدرهای توزیع (Distribution Automation)
- تشخیص و جداسازی خطا (FLISR)
- مدیریت بار و پاسخگویی به تقاضا
- هماهنگی با سیستمهای حفاظتی
- مدیریت تولید پراکنده و انرژیهای تجدیدپذیر
ساختار اسکادا در سیستمهای قدرت
برای کنترل متمرکز شبکهٔ قدرت، باید اطلاعات دقیق از وضعیت تجهیزات، آلارمها، ولتاژ، جریان و توان در اختیار مرکز کنترل باشد. ساختار اسکادا شامل سه بخش است:
- سیستم محلی
- سیستم ارتباطی
- سیستم مرکزی
سیستم محلی
سیستم محلی شامل تجهیزاتی است که در پستها و نیروگاهها نصب میشوند و وظیفهٔ جمعآوری اطلاعات و اجرای فرامین را برعهده دارند. این سیستم مانند چشم، گوش و دست اسکادا عمل میکند.
اجزای سیستم محلی
- HVI (High Voltage Interface)
- MR (Marshalling Rack)
- RTU (Remote Terminal Unit)
تجهیزات MR
تابلوی MR شامل ترمینالهایی است که تمام آلارمها، وضعیتها و خروجیهای اندازهگیری به آن وارد میشود.
تجهیزات HVI
وظیفهٔ تبدیل سیگنالهای فشارقوی (CT/PT) به سطوح قابلقبول برای RTU را دارد. ترانسدیوسرها توان اکتیو، راکتیو، ولتاژ و جریان را اندازهگیری کرده و به سیگنال DC تبدیل میکنند.
سیستم DHVI
نسخهای سادهتر از HVI که در آن ترانسدیوسرها در تابلوهای حفاظت نصب میشوند و سیگنالها مستقیم وارد MR میشوند.
RTU
RTU دادههای دیجیتال و آنالوگ را جمعآوری کرده و برای مرکز کنترل ارسال میکند.
انواع دادههای RTU:
- Status (دیجیتال): وضعیت بریکر، آلارمها
- Measurand (آنالوگ): ولتاژ، جریان، توان
- فرامین دریافتی: تغییر وضعیت بریکر، سکسیونر، تبچنجر
RTUهای مدرن قابلیتهایی مانند عیبیابی از راه دور، پشتیبانی از چند پروتکل و جمعآوری اطلاعات از RTUهای زیرمجموعه دارند.
سیستم ارتباطی
سیستم ارتباطی نقش شبکه عصبی اسکادا را دارد و اطلاعات را بین سیستم محلی و مرکز کنترل منتقل میکند.
رسانههای ارتباطی
- تلفن
- رادیو
- مایکروویو
- کابل کواکسیال
- فیبر نوری
- PLC
- ماهواره
انواع آرایشهای مخابراتی
نقطه به نقطه (نوع اول)
هر پایانه یک کانال اختصاصی دارد.
نقطه به نقطه (نوع دوم)
چند پایانه به یک CIU متصل میشوند.
Party-Line
چند پایانه از یک کانال مشترک استفاده میکنند و با آدرسدهی تفکیک میشوند.
سیستم مرکزی (مرکز کنترل)
مرکز کنترل قلب اسکادا است و شامل:
- تجهیزات MMI
- کامپیوترهای اصلی
- FEP
- CIU
- سیستمهای افزونه (Redundant)
وظایف مرکز کنترل
- جمعآوری دادهها
- تحلیل و پردازش اطلاعات
- نمایش وضعیت شبکه
- ارسال فرمان به پایانهها
- مدیریت بار و انرژی
- برنامهریزی کوتاهمدت و بلندمدت
ساختار سختافزاری مرکز کنترل
- CIU: واسط مخابراتی
- FEP: پردازشگر پیشین برای کاهش بار کامپیوتر اصلی
- HOST: کامپیوتر اصلی مرکز
- سیستم افزونه: برای افزایش قابلیت اطمینان
ساختار نرمافزاری مرکز کنترل
شامل چهار بخش:
- سیستمعامل (OS)
- نرمافزار جمعآوری اطلاعات و کنترل
- نرمافزارهای کاربردی (PAS)
- نرمافزار MMI
نرمافزار جمعآوری اطلاعات
- Poller (MPP)
- SAP
- FEP
مدیریت پایگاه داده
- Database Manager
- Database Editor
- Database Builder
جمعبندی
اسکادا در سیستمهای قدرت یک ساختار پیچیده و حیاتی است که از سه بخش اصلی تشکیل شده: سیستم محلی، سیستم ارتباطی و سیستم مرکزی. این سیستم امکان نظارت دقیق، کنترل سریع، مدیریت بار، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش خطرات را فراهم میکند و بهعنوان ستون فقرات مدیریت شبکههای قدرت مدرن شناخته میشود.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگو شرکت کنید؟نظری بدهید!