در این مقاله نقش سیستم اسکادا (SCADA)، معماری آن، اجزای اصلی، زیرساخت‌های ارتباطی و تفاوت آن با سیستم‌های کنترل صنعتی مانند DCS بررسی می‌شود که از مهم‌ترین ابزارهای نظارت متمرکز، افزایش قابلیت اطمینان و مدیریت هوشمند فرآیندها در صنایع گسترده و زیرساخت‌های مدرن به‌شمار می‌روند.

مقدمه

سیستم SCADA یا Supervisory Control And Data Acquisition به معنای «کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده» است. سیستم اسکادا مجموعه‌ای از ابزارهای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری است که داده‌ها را از تجهیزات میدان جمع‌آوری کرده، آن‌ها را تحلیل می‌کند و امکان کنترل و نظارت از راه دور را فراهم می‌سازد. این سیستم‌ها در صنایع بزرگ، زیرساخت‌های ملی و فرآیندهای گسترده‌ای که در مساحت زیاد پراکنده‌اند، نقش حیاتی دارند.

۱. اسکادا چیست و چگونه کار می‌کند؟

سیستم اسکادا ترکیبی از تله‌متری، جمع‌آوری داده (Data Acquisition)، انتقال اطلاعات، تحلیل داده و کنترل نظارتی است. در این سیستم:

• RTU‌ها و کارت‌های DAQ داده‌ها را از میدان جمع‌آوری می‌کنند.
• داده‌ها به مرکز کنترل ارسال می‌شود.
• نرم‌افزار SCADA داده‌ها را تحلیل و نمایش می‌دهد.
• اپراتور یا سیستم کنترل، فرمان‌های لازم را به تجهیزات می‌فرستد.

SCADA در سه حوزه اصلی کاربرد دارد:

۱) فرآیندهای صنعتی

کارخانه‌ها، نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، صنایع شیمیایی، فولاد و…

۲) زیرساخت‌های ملی

انتقال و توزیع برق، خطوط لوله گاز و نفت، تصفیه‌خانه‌ها، شبکه‌های مخابراتی.

۳) تأسیسات و ساختمان‌ها

فرودگاه‌ها، کشتی‌ها، ساختمان‌های هوشمند، ایستگاه‌های فضایی.

۲. معماری SCADA

معماری SCADA از چند بخش اصلی تشکیل شده است:

۲.۱ لایه میدان (Field Level)

• سنسورها
• عملگرها
• تجهیزات اندازه‌گیری

۲.۲ RTU و PLC

• RTU داده‌ها را از میدان جمع‌آوری می‌کند.
• PLC کنترل محلی و اجرای حلقه‌های کنترلی را انجام می‌دهد.

۲.۳ سیستم مخابراتی

انتقال داده از طریق:

• فیبر نوری
• رادیو
• مایکروویو
• ماهواره
• خطوط تلفن

۲.۴ مرکز کنترل

• سرورهای داده
• نرم‌افزار SCADA
• HMI برای اپراتور

این ساختار باعث می‌شود سیستم اسکادا بتواند هزاران نقطه را در مناطق بسیار گسترده مدیریت کند.

۳. تفاوت SCADA و DCS

یکی از مهم‌ترین بخش‌های این فصل، بررسی تفاوت SCADA و DCS است.

۳.۱ تفاوت در کاربرد

• DCS برای کنترل فرآیندهای پیوسته داخل یک کارخانه استفاده می‌شود.
• SCADA برای نظارت و کنترل از راه دور در مناطق گسترده طراحی شده است.

۳.۲ تفاوت در معماری

• DCS: ساختار توزیع‌شده و محلی
• SCADA: ساختار متمرکز با RTUهای پراکنده

۳.۳ تفاوت در نوع کنترل

• DCS: کنترل بلادرنگ و دقیق
• SCADA: نظارت، هشداردهی و مدیریت سطح بالا

۳.۴ تفاوت در شبکه

• DCS: شبکه‌های صنعتی داخلی
• SCADA: شبکه‌های مخابراتی گسترده (WAN، رادیو، ماهواره)

۴. مزایا و معایب سیستم اسکادا

مزایا

• ذخیره‌سازی حجم بالای داده
• نمایش گرافیکی و لحظه‌ای
• اتصال هزاران سنسور
• کنترل از راه دور
• تحلیل و گزارش‌گیری
• امکان مدیریت فرآیندهای بسیار گسترده

معایب

• پیچیدگی بیشتر نسبت به سیستم‌های محلی
• نیاز به اپراتور متخصص
• حساسیت امنیتی بالا

۵. اجزای SCADA

اجزای SCADA شامل چهار بخش اصلی است:

۵.۱ HMI

رابط انسان و ماشین برای نمایش گرافیکی و کنترل فرآیند.

۵.۲ RTU

واحد جمع‌آوری داده از نقاط دوردست.

۵.۳ PLC

کنترل‌کننده محلی برای اجرای حلقه‌های کنترلی.

۵.۴ سیستم مخابراتی

انتقال داده بین RTU و مرکز کنترل.

این اجزا با هم یک معماری SCADA کامل را تشکیل می‌دهند.

۶. نسل‌های سیستم اسکادا

۶.۱ نسل اول: مونولیتیک

• پردازش مرکزی
• بدون شبکه گسترده
• وابستگی کامل به یک کامپیوتر مرکزی

۶.۲ نسل دوم: توزیع‌یافته

• استفاده از LAN
• پردازش بین چند ایستگاه
• افزایش سرعت و پایداری

۶.۳ نسل سوم: شبکه‌بندی‌شده

• معماری باز
• استفاده از WAN
• امنیت سایبری بسیار مهم
• اتصال آسان تجهیزات جانبی

۷. تجهیزات IED در SCADA

IEDها تجهیزات هوشمندی هستند که:

• اطلاعات کامل تجهیز را ارسال می‌کنند
• Plug & Play هستند
• با Fieldbus و Profibus سازگارند

مزایا

• کاهش کابل‌کشی
• اطلاعات دقیق و کامل
• نصب آسان

معایب

• قیمت بالاتر
• نیاز به اپراتور متخصص
• وابستگی به شبکه ارتباطی

۸. سخت‌افزار و نرم‌افزار SCADA

۸.۱ سخت‌افزار

• RTU
• PLC
• سیستم مخابراتی
• سرورهای داده
• HMI

۸.۲ نرم‌افزار

دو نوع نرم‌افزار وجود دارد:

• نرم‌افزارهای اختصاصی (Proprietary)
• نرم‌افزارهای Open مانند Citect و Wonderware

نرم‌افزار SCADA باید قابلیت‌هایی مانند:

• نمایش گرافیکی
• مدیریت آلارم
• پایگاه داده
• پردازش توزیع‌شده
• شبکه

را پشتیبانی کند.

۹. بلادرنگ بودن در SCADA

کنترل بلادرنگ یعنی محاسبات در همان لحظه انجام شود. در SCADA زمان نمونه‌برداری، سرعت شبکه، تعداد RTUها و حجم داده‌ها بر عملکرد بلادرنگ تأثیر می‌گذارند.

جمع‌بندی

سیستم اسکادا یکی از مهم‌ترین ابزارهای نظارت و کنترل در صنایع بزرگ و زیرساخت‌های ملی است. با شناخت معماری SCADA، اجزای SCADA و تفاوت SCADA و DCS می‌توان فهمید که چرا این سیستم در مدیریت فرآیندهای گسترده و حیاتی نقش کلیدی دارد.