Yeni Başlayanlar İçin Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama'ya (SCADA) Giriş

SCADA, endüstriyel kuruluşların verimliliği korumasına, arıza süresini azaltmak için sistem sorunlarını iletmesine ve daha akıllı kararlar almak için verileri işlemesine yardımcı olur.

Birçok endüstriyel tesis, uzak tesis ve üretim alanı, elektrikli ekipmanı analog kadranlar ve basmalı düğmeler aracılığıyla manuel olarak izlemek ve manuel olarak kontrol etmek için personele güveniyordu.

Uzak tesisler ve endüstriyel zeminler ölçeklenmeye başladığından, elektrikli ekipmanlarını uzun mesafelerden kontrol etmek için daha iyi çözümlere ihtiyaçları vardı. Bazı kuruluşlar, daha iyi bir denetim denetimi düzeyi sunmak için zamanlayıcılar ve röleler kullanmaya başladı.

Zamanlayıcılar ve röleler büyük sorunları çözse de, sınırlı otomasyon işlevselliği sağlarlar. Yine, zamanlayıcıların ve rölelerin yapılandırılması zordu. Kontrol panelleri ve hata bulma daha fazla yer kaplıyordu. Bu nedenle, daha fazla sorun ortaya çıkmaya başladı.

Bu tür sorunları çözmek için bir teknoloji - 'SCADA'- tanıtıldı.

SCADA'nın başlangıcında PLC'lerin ve mikroişlemcilerin yükselişi, kuruluşların otomatikleştirilmiş süreçleri eskisinden daha fazla izlemesine ve kontrol etmesine yardımcı olur.

Bu yazıda SCADA'yı, kullanımlarını, özelliklerini, bileşenlerini, türlerini ve daha fazlasını tartışacağım.

Hadi başlayalım!

SCADA Nedir?

Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama (SCADA), ekipman koşullarını kontrol etmek için uzak konumlardan gerçek zamanlı olarak veri toplamak gibi endüstrilerin endüstriyel süreçlerini kontrol etmesine olanak tanıyan bir uygulama türüdür. Veriye dayalı kararları gerçek zamanlı olarak dağıtmak için gereken birçok araç sunar.

SCADA, 1970'lerden bu yana birçok endüstriyel izleme ve kontrol sürecini çözmüştür.

90'ların sonunda ve 2000'lerin başında SCADA, satıcıya özgü olmayan iletişim protokollerinin yanı sıra açık sistem mimarisini kapsayarak bir değişiklik benimsedi. Bu, sistemlerin diğer satıcılarla iletişim kurmasına izin veren ve eski SCADA sistemlerindeki sınırlamaları artıran Ethernet gibi iletişim teknolojilerinden yararlandı.

Modern SCADA sistemleri, endüstriyel zeminlerin dünyanın her yerinden gerçek zamanlı verilere erişmesine olanak tanır. Bu erişim, işletmelerin, bireylerin ve hükümetlerin süreçlerini nasıl iyileştirecekleri konusunda daha iyi kararlar almalarına olanak tanır. SCADA yazılımı olmadan yeterli veri toplamak imkansız olacaktır.

Ayrıca, modern SCADA tasarım yazılımı, Hızlı Uygulama Geliştirme (RAD) yeteneklerine sahiptir. Bu, kullanıcıların sıfır yazılım geliştirme bilgisi ile bile uygulamaları kolayca tasarlamasına olanak tanır.

Web tabanlı uygulamalar ve SQL gibi modern BT uygulamalarının ve standartlarının SCADA yazılımına dahil edilmesi, SCADA sistemlerinin güvenliğini, güvenilirliğini, üretkenliğini ve verimliliğini artırdı.

SQL veritabanlarını kullanmanın en büyük avantajı, ERP ve MES sistemlerine entegrasyon sürecini kolaylaştırması ve verilerin tüm kuruluşta sorunsuz bir şekilde akmasına izin vermesidir.

Bu nedenle SCADA, endüstriyel kuruluşların şunları yapmasına izin veren bir donanım ve yazılım öğeleri sistemidir:

• Endüstriyel süreçleri uzak konumlarda veya yerel olarak kontrol edin
• Verileri gerçek zamanlı olarak izleyin, toplayın ve işleyin
• İnsan Makine Arayüzü (HMI yazılımı) aracılığıyla pompalar, valfler, sensörler, motorlar ve daha fazlası gibi cihazlarla doğrudan etkileşim kurun
• Tüm olayları bir günlük dosyasına kaydedin

Mimarisinin temelleri, Uzak Terminal Birimleri (RTU'lar) ve Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC'ler) ile başlar. Bu ikisi, sensörler, uç cihazlar, HMI'lar ve fabrika makineleri gibi çok çeşitli nesnelerle iletişim kuran mikro bilgisayarlardır. RTU'lar ve PLC'ler, SCADA yazılımını kullanarak nesnelerden gelen verileri bilgisayarlara yönlendirir.

Bununla birlikte, SCADA yazılımı verileri işler, görüntüler ve dağıtır, çalışanların ve operatörlerin bilgileri analiz etmesine ve önemli kararlar almasına yardımcı olur.

Örneğin, SCADA sistemi, hata gösteren bir ürün grubuyla ilgili olarak bir operatöre hızlı bir şekilde hitap eder. Operatör işlemi duraklatır, sistem verilerini HMI aracılığıyla görüntüler ve sorunun nedenini belirler. Operatör daha sonra bilgileri gözden geçirir ve 'Makine 4'ün çalışmadığını keşfeder.

Bu şekilde SCADA sistemi, operatörün sorunu tanımlamasına, zamanında çözmesine ve daha fazla kaybı önlemesine yardımcı olur.

Bir SCADA Sisteminin Bileşenleri

SCADA sistemleri, gerçek zamanlı olarak veri toplamak için sahada dağıtılan çeşitli bileşenlere sahiptir. Bu bileşenler, verilerin toplanmasını ve endüstriyel otomasyonun geliştirilmesini sağlar.

Her bileşeni ayrıntılı olarak tartışalım.

1 numara. Sensörler ve Aktüatörler

Sensör, endüstriyel proseslerden girdi fonksiyonlarını algılayan bir cihaz veya sistemdir. Bir aktüatör, endüstriyel süreçlerin mekanizmasını kontrol eden bir cihazdır. Sensörler, makinenin durumunu gösteren bir sayaç veya gösterge gibi çalışır.

Bir aktüatör, cihazı kontrol etmek için kullanılabilen bir kadran, kontrol veya anahtar gibi davranır. Her ikisi de SCADA saha kontrolörleri tarafından izlenir ve kontrol edilir.

2 numara. SCADA saha kontrolörleri

Saha kontrolörleri doğrudan aktüatörler ve sensörler ile arayüz oluşturur. Bunda iki kategori vardır:

1. Uzak Telemetri Birimleri (RTU'lar) , telemetri verilerini toplamak ve ardından aynısını bir sonraki eylem için birincil sisteme iletmek için sensörlerle arayüz oluşturur.
2. Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC'ler) , RTU'ların topladığı mevcut telemetriye dayalı endüstriyel süreçleri korumak ve kontrol etmek için aktüatörlerle arayüz oluşturur.

#3. SCADA denetim bilgisayarları

Denetleyici bilgisayarlar SCADA ile ilgili tüm süreçleri kontrol eder. Endüstriyel prosesleri kontrol etmek için saha cihazlarından veri toplamak ve cihazlara komutlar göndermek için kullanılırlar.

#4. HMI Yazılımı

Bu yazılım, SCADA saha cihazlarından gelen verileri doğrulayan ve sunan bir sistem sağlar. Ayrıca operatörlerin SCADA kontrollü süreçlerin durumunu anlamasını ve değiştirmesini sağlar.

# 5. İletişim altyapısı

Haberleşme altyapısı, SCADA denetim sistemlerinin saha kontrolörleri ve saha cihazları ile haberleşmesini sağlar. Bu aynı zamanda SCADA sistemlerinin saha cihazlarından veri toplamasını ve bu cihazları kontrol etmesini sağlar.

SCADA Sistemlerinin Özellikleri

SCADA sistemleri, belirli uygulamalar veya endüstriler için özel özellikler içerir ve sistemlerin çoğu aşağıdaki özellikleri destekler:

• Veri toplama: Sensörlerin veri topladığı ve aynı şeyi saha kontrolörlerine ilettiği SCADA sistemlerinin temelidir. Buna karşılık, saha denetleyicileri verileri SCADA bilgisayarlarına besler.
• Uzaktan kontrol: Saha sensörlerinden toplanan verilere dayalı olarak saha aktüatörlerinin kontrolü ile sağlanır.
• Ağ bağlantılı veri iletişimi: Tüm SCADA fonksiyonlarına izin verir. Sensörlerden toplanan veriler, daha sonra SCADA denetim bilgisayarları ile iletişim kuran SCADA saha denetleyicilerine iletilir. Uzaktan kumanda komutu, denetleyici bilgisayarlardan aktüatörlere geri iletilir.

• Veri sunumu: SCADA sistemini çalıştırmak için operatörlerin ihtiyaç duyduğu güncel ve geçmiş verileri temsil eden HMI'lar aracılığıyla elde edilir.
• Alarm: SCADA sistemindeki önemli durumlar hakkında operatörleri uyarır. Prosesler engellendiğinde, bazı sistemler arızalandığında veya diğer yönlerin durdurulması, başlatılması veya ayarlanması gerektiğinde operatörleri uyarmak için kolayca yapılandırılabilir.
• Gerçek zamanlı ve geçmiş veriler: Her ikisi de SCADA sisteminin önemli parçalarıdır. Bu, kullanıcıların geçmiş trendlere karşı mevcut senaryonun performansını izlemelerini sağlayacaktır.
• Raporlama: Bu, süreç performansı, sistem durumu hakkındaki raporları ve belirli kullanımlar için özelleştirilmiş raporları içerir.

SCADA'nın çalışması

SCADA sistemleri, veri toplama, veri iletişimi, bilgi/veri sunumu ve izleme/kontrol dahil olmak üzere bazı işlevleri yerine getirir. Bu işlevler, SCADA'nın sensörler, RTU'lar, kontrolörler, iletişim ağı vb. bileşenleri tarafından gerçekleştirilir.

Sensörler, temel verileri toplamak için kullanılır ve RTU'lar, sistemin durumunu görüntülemek için bu verileri kontrolöre göndermek için kullanılır. Duruma göre, kullanıcı diğer bileşenlere işlevlerini yerine getirmeleri için komut verir. Bir iletişim ağı bu işlevi yerine getirir.

Burada, SCADA sistemlerinin çalışma prensibini anlamak için her bir işlevi tartışacağız.

Veri Toplama

Gerçek zamanlı bir SCADA sistemi, bilgi toplamak ve verileri daha sonraki işlemler için göndermek için birçok sensör ve bileşenden oluşur.

Örneğin, sensörlerden bazıları rezervuardan su tankına giden su akışını ölçer ve diğer sensörler su rezervuardan çıkarken basıncı ölçer. Burada sensörler, tüm süreçlerin sorunsuz gidip gitmediğini anlamak için farklı türde veriler toplar.

Veri iletişimi

SCADA sistemleri, kullanıcılar ve cihazlar arasında veri toplamak ve aktarmak için kablolu bir ağ kullanır. Gerçek zamanlı SCADA uygulamaları, uzaktan kontrol edilen bileşenleri ve sensörleri kullanır. İnternet iletişimini de kullanır. Röleler ve sensörler iletişim kuramadığından, ağ arayüzleri ve sensörleri iletmek için RTU'lar kullanılır.

Veri sunumu

Normal ağlar, kontrol amacıyla görünen göstergelerden oluşur. Gerçek zamanlı SCADA uygulamalarında aynı anda yönetilmesi mümkün olmayan çok sayıda alarm ve sensör bulunmaktadır. SCADA sistemi, çeşitli sensörlerden toplanan tüm verileri sunmak için HMI kullanır.

İzleme ve kontrol

SCADA sistemi, cihazları çalıştırmak için çeşitli anahtarlar kullanır ve kontrol edilen alanın durumunu görüntüler. Bu anahtarlar kullanılarak istasyondan herhangi bir parça açılıp kapatılabilir. SCADA uygulaması otomatik olarak herhangi bir insan müdahalesi olmadan çalışacak şekilde hayata geçirilir. Yalnızca kritik durumlarda bir insan tarafından ele alınacaktır.

SCADA türleri

SCADA sistemleri, Monolitik SCADA sistemleri, Dağıtılmış SCADA sistemleri, Ağa Bağlı SCADA sistemleri ve IoT SCADA sistemleri dahil olmak üzere dört türe ayrılır.

1 numara. Monolitik SCADA Sistemleri

Erken veya birinci nesil SCADA sistemleri Monolitik SCADA sistemleri olarak bilinir. Bunda mini bilgisayarlar kullanılır. Monolitik SCADA sistemlerinin geliştirilmesi, ortak bir ağ hizmeti olmadığında yapılabilir. Bu sistemin tasarımı bağımsız bir sistem gibidir, yani bir sistemin tasarımının başka bir sistemle ilişkili olması gerekmez.

Veriler, yedek bir anabilgisayar kullanılarak RTU'lardan toplanabilir. Birinci nesil sistemlerin hayati işlevi, süreçleri işaretlemek ve sensörleri izlemekle sınırlıdır.

2 numara. Dağıtık SCADA Sistemleri

Dağıtılmış SCADA sistemlerine ikinci nesil sistemler de denir. Kontrol işlevleri, bir LAN ile bağlanarak çeşitli sistemler arasında dağıtılır. Kontrol işlemleri, komut işleme ve gerçek zamanlı veri paylaşımı ile gerçekleştirilir.

Bu sistemde, her istasyonun maliyeti ve boyutu azaltılır, ancak tutarlı ağ protokolleri yoktur.

#3. Ağa Bağlı SCADA Sistemleri

Ağa bağlı SCADA sistemleri, üçüncü nesil sistemler olarak bilinir. Mevcut SCADA sistemlerinin iletişim ağı telefon veya data hatları üzerinden WAN sistemi üzerinden çalışmaktadır.

Düğümler arasındaki veri iletimi, Fiber optik veya Ethernet bağlantıları kullanılarak yapılır. Bu, bir gereklilik olduğunda işaretleme işlemlerini ayarlamak, izlemek ve kontrol etmek için PLC'yi kullanır.

#4. IoT SCADA Sistemleri

IoT SCADA sistemleri dördüncü nesil sistemler olarak bilinmektedir. Burada, bulut bilişim yoluyla IoT uygulanarak sistemin altyapı maliyeti en aza indirilir. Bu sistemleri entegre etmek ve sürdürmek diğerlerinden daha kolaydır.

Gerçek zamanlı bir sistemde, bileşenlerin veya cihazların durumu bulut bilgi işlem aracılığıyla kolayca raporlanabilir.

SCADA'nın Faydaları

SCADA sistemlerinin faydaları şu şekildedir:

• Ölçeklenebilirlik: Modern SCADA sistemleri, desteklenen yazılım ve donanımın daha iyi kullanılabilirliği, iş yükü talebini karşılamak için bulut bilgi işlemin kullanılması vb. gibi çeşitli nedenlerle ölçeklenebilir.
• Birlikte çalışabilirlik: Modern SCADA sistemleri, tescilli yazılım ve donanıma güvenmez, bu da sıfır satıcı bağlılığına neden olur.
• İletişim: SCADA, Scada kontrollerine ve verilerine daha fazla erişilebilirlik sağlayan modern iletişim protokollerini destekler.
• Destek: Modern SCADA sistemleri satıcılar tarafından iyi bir şekilde desteklenmektedir. Açık ağ standartlarının, modern yazılım geliştirme platformlarının ve kullanıma hazır ticari donanımların kullanımı, üçüncü taraf satıcıları da daha erişilebilir kılar.

SCADA'nın sınırlamaları

Bir SCADA sisteminin sınırlamalarından bazıları şunlardır:

• Karmaşık donanım birimleri ve bağımlı modüllerle birlikte gelir.
• Bakım için programcılara, yetenekli operatörlere ve analistlere ihtiyaç duyar.
• Kurulum maliyeti yüksektir.
• Birçoğu, SCADA'nın işsizlik oranını artırmaya yardımcı olabileceği konusunda spekülasyon yapıyor.

SCADA Kullanım Örnekleri

SCADA, endüstriyel süreçleri ve amaçları yönetmeye ve otomatikleştirmeye yardımcı olmak için birçok endüstriyel katta kullanılmaktadır, çünkü bu süreçler insan kontrolü ve izleme için karmaşık ve hantal hale gelmiştir.

SCADA, özellikle israfı en aza indirmenin ve verimliliği artırmanın oldukça mümkün olduğu durumlarda, uzaktan kontrol edilebilen ve izlenebilen süreçler için kullanışlıdır.

SCADA otomasyonunun yaygın endüstri örnekleri aşağıdaki gibidir:

• Petrol ve gaz arıtma işlemleri
• Elektrik üretimi ve dağıtımı
• Kimyasal üretim
• Telekomünikasyon altyapısı
• Üretim ve ilgili süreçler
• Ulaşım ve nakliye altyapısı
• Su ve atık kontrolü gibi altyapı altyapıları
• Yiyecek ve içecek işleme

SCADA teknolojisinin yardımıyla, bu süreçler yakından takip edilebilir ve uygun şekilde kontrol edilerek zaman içinde performansı artırılabilir. Etkili sistemler önemli ölçüde para ve zaman tasarrufu sağlar.

Modern dünya bir çeşit SCADA sistemi kullanıyor. Soğutma sistemlerinin bakımı, bir rafineride üretim güvenliğinin sağlanması, bir atık su arıtma tesisinde kalite standartlarının sağlanması, evinizdeki enerji kullanımının izlenmesi ve daha fazlası bazı örnekler olabilir.

Bir SCADA Çözümü Nasıl Uygulanır?

Bir SCADA sistemini uygularken şu önemli adımları göz önünde bulundurmalısınız:

• Neyi net bir şekilde izlemek istediğinizi tanımlayın ve anlayın
• Ne tür verileri ve nasıl toplamak istediğinizi belirleyin
• Son veri toplama noktalarına katılmak için ağ geçitleri ekleyin
• Gerekirse veri toplama noktaları oluşturun
• Verileri istediğiniz izleme konumunda merkezileştirin
• Seçtiğiniz SCADA uygulamasındaki harita verileri
• Denetimlerin ve veri işlemlerinin görselleştirmelerini ekleyin
• Kuralları ve otomasyonu tanımlayın

Her şeyi bitirdikten sonra, SCADA yazılımı gerisini halleder. Tesisle etkileşime girmenize, sorunları uyarmanıza, kestirimci bakımı bilgilendirmenize ve ekipman üzerinde kontrol sağlamanıza yardımcı olur.

Çözüm

SCADA, endüstriyel süreçleri ve verileri kontrol etmek ve yönetmek, sistem sorunlarını tespit etmek ve hızlı bir şekilde düzeltmek için bunları iletmek için verimli bir yol sunar. Böylece her şeyi manuel olarak yapmak veya zamanınızı ve paranızı boşa harcamak yerine bir SCADA sistemi kullanarak bu işlemleri otomatik hale getirebilirsiniz.

SCADA belirli hedeflerle uygulanır. Bu yüzden şirketinizde uygulamak istediğinizde ihtiyaçlarınızı belirleyin ve buna göre süreçleri otomatikleştirin.