چکیده

کنترل نظارتی و فراگیری اطلاعات (SCADA) تکنولوژیی برای جمع آوری اطلاعات از یک یا چند تجهیزات خیلی دور و برای فرستادن دستورات کنترلی محدودی برای آن تجهیزات می باشد. در سیستم SCADA، لازم نیست که اپراتور در محلهای دور بماند و یا به صورت تکراری به آنجا سر بزند در مواقعی که تجهیزات آن محل بطور عادی کار می کنند. یک سیستم SCADA امکان ایجاد تغییرات روی کنترل کننده های فرایند دور به منظور باز و بسته کردن شیرها، نشان دادن آلارمهای خطر، و جمع کردن اطلاعات اندازه گیری از یک مکان مرکزی نسبت به یک فرایند توزیع شده و وسیع مانند میدان گازی یا نفت، سیستم خطوط لوله، یا سیستم تولید هیدروالکتریکی توسط اپراتور را ممکن می سازد. تکنولوژی SCADA به بهترین شکل برای فرایندهایی که در نواحی بزرگ پخش شده اند و بطور نسبی جهت کنترل کردن و نمایش دادن ساده هستند و نیاز به مداخله تکراری و منظم و یا سریع دارند مورد استفاده قرار می گیرد. اجزای اصلی SCADA عبارتند از: واحد پایانه ای اصلی (MTU)، واحد پابانه ای راه دور (RTU)، واسطه ارتباطاتی.

فهرست

فهرست شکلها

فصل اول

تاریخچه SCADA

1-1 مقدمه

تمامی شرکتهای صنعتی هرکدام به نوعی با موضوع اتوماسیون درگیر هستند و پیشرفت علوم در این زمینه باعث ایجاد تغییرات عظیمی در صنایع مختلف گردیده و باعث شده است تا سیستمهای سنتی جای خود را به سیستمهای مدرن و اتوماتیکی بدهند. به این دلیل، ضروری است تا ما هم از این تکنولوژیها در جهت پیشبرد اهداف خویش سود جوییم. چرا که، سیستمهای سنتی علاوه بر اینکه هزینه ساخت و نگهداری بالایی دارند قابلیت اطمینان آنها هم بدلیل عوامل مختلف پائین است؛ ولی در سیستمهای مدرن چون بر مبنای کامپیوتر عمل می کنند، هم هزینه نصب و نگهداری به طور چشمگیری کاهش یافته و هم اینکه قابلیت اطمینان و دقت عمل این سیستمها به شدت بالا رفته است به طوریکه در صنایع، استفاده از این سیستمها ضرورتی اجتناب ناپذیر می باشد. همانطوریکه می دانیم اتوماسیون صنعتی بحثی گسترده بوده و انواع مختلفی دارد که هر کدام از آنها نیاز به مطالعات وسیعتری دارند.

سیستم SCADA یکی از این سیستمهاست که با ظهور خود تاکنون، کمک زیادی در زمینه جمع آوری اطلاعات و کنترل سیستمها برای صنعت داشته است. در کشور ما نیز مطالعاتی در این زمینه صورت گرفته و در تعدادی از صنایع مانند صنایع پتروشیمی، صنعت نفت، و حتی در مواردی در سیستمهای توزیع انرژی الکتریکی، از این سیستم استفاده شده است اما این استفاده ها بصورت محدودی انجام گرفته و لازم است تا بیشتر از اینها به این موضوع پرداخته شود تا اینکه بهره بیشتری از این تکنولوژی نو و مدرن نصیب شود.

با توجه به اینکه منابع فارسی کمی راجع به این سیستمها وجود دارد و با توجه نیازهای فوق و همچنین علاقمندی خویش به موضوع اتوماسیون صنعتی، بر آن شدیم تا پروژه پایان نامه کارشناسی خود را به این موضوع اختصاص دهیم تا شاید بتوانیم کمکی هرچند اندک به دانشجویان و محققان و کلیه کسانی که دوست دارند در این زمینه ها فعالیت کنند داشته باشیم.

1-2 مراحل رشد سیستم SCADA

در یادگیری یک موضوع جدید، معمولاً آشنا بودن با حداقل مقدار کوچکی از تاریخچه آن، مفید واقع می شود. این آشنایی ما را قادر می سازد تا اطلاعات جدیدی را در آن زمینه بدانیم و مراحل پیشرفت آن را در طول زمان متوجه شویم.

در اوایل دهه دوم _ سوم قرن بیستم، توسعه مهندسی هواپیما و موشکها و همچنین رسیدگی به پارامترهای هوایی و جغرافیایی دیگر، مخصوصاً در جاهایی که رفتن به آنجا برای افراد یا مشکل بود یا غیر ممکن، مورد نیاز واقع شد و نمونه های ساده اطلاعات از تجهیزات واقع در این مکانها جمع آوری می شد. برای مثال، در روزهای اولیه ساخت هواپیمای آزمایشی، فضایی برای خلبان وجود داشت بدون آنکه اتاق کوچک اضافی برای مهندسین تست کننده و طراح جهت قرار گرفتن در این وسیله نقلیه در موقع پرواز و بررسی کردن هزاران سنسور که برای سنجیدن فشارها و کششها روی بدنه هواپیما و موتور نصب می شد موجود باشد. بطور مشابه، موشکهای اولیه حتی اتاقی برای خلبان هم نداشتند.

زمانی که تکنولوژی پیش بینی شرایط آب و هوایی برای اولین بار بکار گرفته شد دانشمندان دریافتند که حجم بزرگی از اطلاعات برای پیش بینی های دقیق لازم است. اما فقط مقدار خیلی کمی از این اطلاعات در جایی که عموماً افراد در آنجا قرار داشتند در دسترس بود. محلهای ذخیره اطلاعات اصلی و چراغهای دریایی، کشتیها و مخصوصاً ایستگاههای هوایی نصب شده می توانستند ایجاد شوند و اطلاعات را به محل مرکزی با استفاده از تلفن یا تلگراف یا رادیو انتقال دهند. اما این اطلاعات فقط اطلاعات مربوط به سطح زمین را شامل می شد در حالیکه آب و هوا از عواملی بیش از عوامل سطحی تشکیل شده است. برای رسیدن به اطلاعات بهتری که هواشناسی را بدست می دهد، دانشمندان به این فکر افتادند که توسعه اشکال مختلف اطلاعات هواشناسی بالاتر از جو زمین می تواند مفید واقع شود. بالنهای کوچکی قابل حصول بودند و ابزارهای کوچکی روی آنها می توانستند نصب شوند تا پارامترهای مورد نیاز را اندازه گرفته و اطلاعات مطلوب را بدست آورند. اما آن اطلاعات چگونه باید بدست می آمدند؟

جواب این مسأله از روش مخابراتی که در صنایع دیگر برای کاهش نگرانیهای امنیتی بکار گرفته می شد پدیدار گشت. برای مدتی سیستمهای ریلی (معدن) از ارتباطات باسیم جهت نمایش موقعیت ترنها و وضعیت کلیدهای کنترل کننده خطوط آهن، که ترنها روی آن حرکت می کردند، استفاده می نمودند. شکل 1-1 نشان می دهد که چگونه این کار با استفاده از کلیدهای وضعیت، سیمها و چراغهای وضعیت الکتریکی انجام می شد. در فواصل خیلی طولانی به اتاق مرکزی امکان نمایش اموری که در محلهای دور اتفاق می افتادند داده می شد و کنترل کننده ها را قادر می ساخت تا حرکت ترنها را بطور کارآمد و بی خطر زمانبندی کنند. دستورات جهت تغییر دادن دستی وضعیت کلیدهای ریل توسط تلگراف به اپراتور فرستاده می شد. البته این سیستم محدود بود به تسهیلات ثابت، جایی که سیمها می توانستند بین منبع سیگنال و قسمت مرکزی که صفحه نمایش در آن کار گذاشته شده بود کشیده شوند. واضح است که در جاهایی که این شرایط بکار برده می شدند سیستم دورسنجی به خوبی کار می کرد. سیستمهایی که با این نوع کار می کنند هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند.

تقریباً در همان زمانی که نیاز به نگهداری ارتباطات با وسایل متحرک ظاهر شد، تکنولوژی رادیویی نیز پیشرفت می کرد. امواج رادیویی می توانستند به قدری اطلاعات بفرستند که کسی انتظار آن را نداشت. بنابراین تکنولوژی دورسنجی رادیویی متولد شد. شکل 1-2 بطور خلاصه نشان می دهد که چگونه یک سنسور دما و یک فشارسنج می تواند به رادیو وصل شود تا اطلاعاتی را درباره دما و فشار برحسب ارتفاع فراهم آورد.

دورسنجی رادیویی در آن زمان با بهبود پیدا کردن قابلیت اطمینان سیستمهای رادیویی، با افزایش چگالی اطلاعاتی که می توانست فرستاده شود، با توسعه کدهای خطاشناسی و حتی تصحیح کننده های خطا، و با کوچکتر کردن تجهیزات پیشرفت نمود. در طول این مدت دورسنجی سیم بندی شده نیز رشد پیدا کرد. مهندسینی که با دورسنجی سیمی کار می کردند بیشتر از اینکه روی قابلیت اطمینان این وسایل تمرکز کنند، مفهوم کلی ارتباط دو طرفه را اندیشیده و گسترش دادند؛ ارتباطی که نه تنها امکان نمایش سوئیچهای خط آهن بوجود آمد، بلکه تنظیم آنها نیز امکان پذیر شد. شرکتهای نیروی صنعت برق و شرکتهای انتقال خطوط لوله، که تسهیلاتی مشابه تسهیلات شرکتهای ریلی داشتند، عمده سرمایه گذاری بزرگ در زمینه راه و روش کنترل این تسهیلات برای عملکرد مرکب را انجام می دادند. اگرچه شیرها و سوئیچهایی که باید کنترل می شدند در نقاط دور و نا مناسب قرار داشتند. بنظر رسید که شرکتهای تولید نفت و گاز بیشتر امتیازشان را در بخشهای خیلی ضعیف و توسعه نیافته روستایی، جایی که برای کارکنان جهت زندگی کردن سخت بود، پیدا کردند. تمامی این صنایع به همان مسأله با همان راه حل پاسخ دادند آنها راههای عملکرد ساده کنترل کننده و نمایش دهنده دور افتاده با استفاده از سیگنالهای الکتریکی و سیم جهت کاهش هزینه عملکردی تسهیلاتشان را بررسی کردند. با شروع شدن سال 1960، نمایش از راه دور و کنترل نظارتی چندین فرایند صنعتی، یک تکنولوژی توسعه یافته ای شد.

دانشمندان و مهندسین پیشرفتهای موجود در تکنولوژی رادیویی را برای استفاده در سیستمهای دورسنجی تشخیص دادند و آنها را برای این کار از راه دور جدید دو طرفه بکار بستند. سیستم رادیویی اطلاعات جمع آوری شده مربوط به هواشناسی را از یک علم دو بعدی به یک علم سه بعدی تبدیل کرد. وقتی که سیستم رادیویی جهت نمایش و کنترل از راه دور فرایندها بکار برده شد این تکنولوژی را از یک بعد یعنی امتداد یک خط آهن، خط لوله، یا خطوط انتقال الکتریکی به دو بعد تغییر داد. سیستم رادیویی تقریباً در هر کجای سطح زمین که نیاز داشته باشند می توانستند قرار داده شوند. اغلب، یک ترکیب سیم و رادیو روش خیلی مؤثری برای جمع آوری و پخش سیگنالها بود. به محض اینکه سیستم رادیویی پیشرفت پیدا کرد هزینه های تأسیسات کاهش پیدا کرد و تسهیلات بیشتری توانستند از موانع اقتصادی ممکن عبور کنند. نصب کابلهای تلفن مخفی در نواحی دور می تواند بطور گسترده ای گران باشد. مسیرهای رادیویی زمانی که خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده باشد در شرایطی که محیط اطراف شهر یا روستا باشد نسبتاً ایمن هستند. در طول سال 1960 سیستم رادیویی بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار گرفت در اواسط 1970 سیستم رادیویی، مسیر ارتباطاتی مورد پسندی برای سیستمهای دورسنجی دو طرفه خیلی جدید جهت ثابت ماندن تسهیلات محلی قرار گرفت.

در همان زمان که سیستم رادیویی ارجحیت پیدا کرد، تکنولوژیهای الکتریکی دیگری نیز توسعه پیدا کرد. کامپیوترهای دیجیتالی برای نخستین بار در سیستمهای کنترل نظارتی و نمایش دور در اوایل 1960 ساخته شدند. قابلیت انعطاف پذیری آنها برای طراحان این سیستمها خیلی جذاب بود. در اوایل سیستمهای بدون کامپیوتر ایستگاههای مرکزیی داشتند که خیلی پیچیده ساخته می شدند. آنها به چند هزار رله نیاز داشتند. قبل از ظهور کامپیوترهای الکترونیکی در بعضی موارد این ایستگاههای مرکزی برنامه ها را بصورت نوارهای کاغذی سوراخ شده در می آوردند.

کامپیوترهای به اصطلاح اندازه متوسط در حدود 1965 به وجود آمدند و مرحله ای برای ظهور ناگهانی سیستمهایی که کنترل متمرکز حجیمی را می توانستند انجام دهند به حساب آمدند. ارتباطات بزرگتر که اغلب نیاز به اجاره خطوط تلفن فواصل طولانی دارند در ترکیب با سیستمهای اختصاصی رادیویی، مسیرهایی را برای تعداد بزرگ تسهیلات میدان فراهم می آوردند. اغلب مکملهای کلی تسهیلات میدان یک شرکت می تواند به یک کامپیوتر که صدها مایل از محل عملکردی فاصله دارد متصل شود.

در آغاز سال 1970 اصطلاح SCADA ابداع شد و کلمه دورسنجی در توصیف سیستمهای دو طرفه از کاربرد خارج شد. سیستم رادیویی در طول سال 1970 آنقدر بهتر شد که اغلب جایگزین سیستمهای کابل مخفی موجود شد. حیوانات جونده که در زیر زمین زندگی می کنند و فاضلابها نمی توانستند به اندازه ای که برای کابلهای مخفی خطرناک بودند برای سیگنالهای رادیویی خطرناک شوند. پایداری کنترل فرکانس سیستمهای رادیویی نیز بالا رفته و به نگهداری کمتری نیاز پیدا کرد. پیچیدگی تجهیزات کاهش یافته و طراحی صنعتی بسته های نرم افزاری سیستم رادیویی بهبود پیدا کرده و ممکن ساخته است تا خدماتی که به تجهیزات در میدان ارائه داده می شود با تکنیسینهای ماهر کمتری و با تجهیزات سرویس دهنده پیچیده کمتری انجام پذیرد.

تکنولوژی SCADA در طول اواخر سال 1970 به آرامی رشد کرد. پیشرفت در زمینه نرم افزاری واسطه انسان ماشینی بهتری را نتیجه داد. گزارش نویس ها برای فراهم کردن اطلاعات خواسته شده لازم توسعه پیدا کرد. سیستمها بزرگتر شدند. همانطور که گفته شد با تکنولوژیهای صنعتی بیشتر توسعه مینی کامپیوترها تأثیر عمیقی بر توسعه SCADA داشت. بطور مثال، تسهیلات کوچکتر حالا می توانند برای کاربردهای دور مورد توجه قرار گیرند. اگرچه شاید تأثیر عمیق بیشتر از آن جهت بود که مینی کامپیوترها که معمولاً پایه ای برای کامپیوتر میزبان یا واحد ترمینال اصلی (MTU) بودند آنقدر ارزان در آمدند که ضروری بنظر نمی رسید تا سیستم را در یک جا جمع کنند. اما حالا تأثیر عملی، بیشتر از هزینه سخت افزاری تعیین کند که MTU در کجا قرار گیرد. صنایعی مانند صنایع الکتریکی و صنایع مربوط به خطوط لوله فلسفه متمرکزسازی را نگه داشتند، شرکتهای تولید نفت و گاز بیشتر به سبکهای غیر متمرکز کشیده شدند تا کنترل میدانها را در دست متخصصین ماهر میدان قرار دهند. از وقتی که سیستم زیادتر شد طیف رادیویی بیشتر مورد استفاده قرار گرفت و داشتن فرکانسها سخت تر و سخت تر شد به محض اینکه این مشکل اتفاق افتاد سایر روشهای مخابرات رادیویی با بوجود آمدن مخابرات ماهواره ای و تلفنهای سلولی توسعه یافت. هزینه این روشهای مخابراتی با یک تغییر جزئی برای سیستم SCADA، بقدری کاهش یافت که آن روشها را بعنوان انتخاب اصلی برای سیستمها معرفی کردند. امروزه SCADA به این صورت موجود است. شکل 3-1 نمونه ساده ای از یک سیستم SCADAی امروزی را نشان می دهد.

انتظار می رود که توسعه کامپیوتر و مخابرات بطور مداوم در توسعه این تکنولوژی تأثیر خواهد گذاشت. امروزه شبکه های ناحیه ای محلی (LANها) که روشهای سرعت بالایی برای ارتباط بین سخت افزار دیجیتالی محسوب می شوند، موضوع داغی برای ارتباطات هستند.

مطالبی که در این مجموعه گردآوری و عرضه شده در ادامه مباحث جلد اول و تکمیل کننده آنست.نحوه استفاده از فانکشن های سیستم ، برنامه نویسی PLC توسط زبان سطح بالا و روش گرافیکی و نهایتا تشریح سیستمهایFail Safe و Redundant مطالب اصلی کتاب را تشکیل می دهند.

پروژه تعریف شده در مورد اتوماسیون به وسیله اینترنت است که میتوان ان را به عنوان کنترل وسایل مورد نظر از راه دور به وسیله اینترنت تعریف نمود وسایل مورد نظر ما میتواند یک گرم کننده یا کولر یا پرده های پنجره و یا سیستم حفاضتی یک ساختمان باشد به طریقی که ما بتوانیم انها را در محلی که حضور فیزیکی نداریم کنترل کنیم

در این پروژه از یک میکرو به عنوان مغز اصلی استفاده شده و در واقع به نوعی برنامه ریزی شده که بتواند دمای محیط را اندازه گیری کند و به وسیله اینترنت روی ادرس اینترنتی ما نمایش دهد

فهرست مطالب

چکیده:1

مقدمه:2

فصل یکم:4

فصل دوم:6

فصل سوم:8

امکانات ویژه حفاظتی:9

پروتکل X10 :10

فصل چهارم:12

سیستم برکر :12

2-4) KNX/EIB چیست؟12

کنترل هوشمند خانه و ساختمان:14

فصل پنجم :16

شبکه اترنتچیست؟16

فصل ششم:19

پروتکل وب و دیگر پروتکلها:19

منابع:20