0555333017

اهلا بكم فى الموقع الرسمى للمهندس خالد ابو ابراهيم

 المدير التنفيذي للمضيف الاول للاتصالات وتقنية المعلومات (ون هوست) والخبير في مواقع التواصل الاجتماعي 

: ماهو نظام سكادا SCADA ؟ : نظام تجميع البيانات :

 : ماهو نظام سكادا SCADA ؟

: التعريف العلمي لهذا النظام :
هو نظام لجمع ومراقبة البيانات والتحكم بها، وكلمة سكادا ( بالإنجليزية: SCADA ) هي اختصار لـ (Supervisory control and data acquisition). ويتألف نظام سكادا من مجموعة عناصر من برمجيات وأجهزة، والتي بدورها تسمح للمؤسسات والمنظمات التجارية والصناعية للقيام بعدة مهام منها :
التحكم والسيطرة على العمليات الإنتاجية والصناعية محلياً، أو دولياً. 
المراقبة وجمع البيانات، ومعالجتها. 
التعامل المباشر مع الأجهزة والحساسات، والمستشعرات، والمضخات، والصمامات، عن طريق برامج أنظمة تشغيل الحاسوب. 
تسجيل الأحداث وحفظها في ملفات خاصة.
: ناخذها بالشعبي او بالعامي ????
اتخيل عندك مصنع قهوة صغير تحتاج انك اول شي تحمص البن وبعد كذا تطحنه وتحتاج تقسمة الى كميات متساوية وبعد كذا تضعه في اكياس ويتم سحب الهواء وتغليفه ... الخ المشوار طويل وانت كنت ذكي وحطيت لمبة فوق هذه الدائرة كامل في حال كانت الدائرة شغاله تكون اللمبه والعة واذا صار اي خلل تطفي اللمبة وكذا انت تعرف ان في مشكله صحيح هذي الفكره العامة لنظام سكادا وهي احد والوظائف اللي يقوم فيها وهي المراقبة 
نرجع للسناريو الاول ولنفترض ان اللمبه طفت بنعرف ان في خلل في هذه الدائرة ولكن وين الخلل في دائرة التحميص ولا الطحن ولا التقسيم ولا التغليف ... الخ صار لابد ان ابحث عن الخلل في الدائره كامله واصلحه كي تستعيد الآله عمله وتضيئ اللمبه مره اخرى
نظام سكادا مع وظيفة المراقبه اللي اتكلمنا عنها اول ايضاً يستطيع تحديد وين المشكله
: نرجع لنفس السيناريو هذا طبعاً لو كانت عندك آله وحده طيب لو صار عندك 10 آلات ???? والله هذي شغله كيف اراقبها كلها واكتشف المشكله واصلحها يعني تحتاج مني عدد كبير من العمال

 

: نظام سكادا واسع التطبيق حيث أنه بمثابة مظلة واسعة تحتها حلول لمدى واسع من المشاكل على سبيل المثال وليس الحصر نذكر:

العمليات الصناعية بكامل اختلافاتها، من تصنيع، وإنتاج، وتوليد كهرباء، وتكرير..
البنى التحتية، كمعالجة المياه، وتوزيعها، وخطوط أنابيب البترول، وخطوط توزيع الكهرباء، وأنظمة الإتصالات الكبيرة.
التطبيقات الزراعية وأنظمة الري الحديثة.
: يتكون نظام سكادا من عدة عناصر، لكل منها وظيفته الخاصة، والتي من خلال جمع هذه العناصر معاً،هي :
وحدات التحكم عن بعد Remote Terminal Units 
وحدات التحكم الرئيسية  Master Terminal Units 
وحدة ونظام الاتصالات Communications System 
محطات عمل المشغل الرئيسي Operator Workstations
: المراحل بصورة تسلسلية من المحطات المختلفة حتى مركز السيطرة هي:
1. مرحلة تجميع البيانات وتتكون من وحدات (RTU&DAS) وتكون مرتبطة بالاجهزة مباشرة عن طريق الحساسات.
2. وحدة الاتصال بين محطات التجميع ومراكز السيطرة والوسط المستخدم لنقل المعلومات.
3. مراكز السيطرة والتي تحوي الحواسيب وبرامج السيطرة.
4. وحدات عرض المعلومات: لعرض المعلومات بعد معالجتها وبيات موقف المعدات من العمل.
 ومن اهم الامور في هذا النظام والذي لم اجده في نظام عالمي اخر وثوقية النظام :
ويعني وجود اجهزة احتياطية مستعده للدخول للعمل في حال حصول فشل في الاجهزة الاساسية ويطلق على وثوقية النظام ب(Redundancy) وهو على ثلاث انواع:
1- الاحتياط (spare) ويعني وجود جهاز احتياطي خارج العمل يدخل للعمل في حال فشل الجهاز الاساسي.
2-المشاركة (shared) وتعني وجود اكثر من جهاز يعملان في نفس الوقت ويقومان باخذ المعلومات من نفس المصدر.
3- الاحتياطي الفعال (hot-standby) ويعني وجود جهاز احتياطي وداخل للعمل ياخد المعلومات بنفس الوقت الذي يتعامل معها الجهاز الاساسي ولكنه لا ياخذ حيز الفعالية إلا اذا فشل النظام الأساسي.
 
: نظام تجميع البيانات :
ويعني نظام تجميع المعلومات وهو عبارة عن كابينة تحتوي على مجموعة نقاط ربط خاصة بمعلومات الخطوط والمحولات في المحطة وتربط بقابلوات تحتوي على مجموعة اسلاك وبالتالي يتم ربط هذه النقاط الى جهاز نقل المعلومات RTU
ويمكن تقسيم المعلومات الخاصة بالمحطة والتي يتم نقلها الى جهاز نقل المعلومات (RTU) ومن ثم الى مركز السيطرة كما يلي:
اشارات تحدد وضعية قواطع الدورة والفواصل في المحطة (Digital Data) من حيث حالة الغلق والفتح ونأخذها من relay وأشارات الحماية للخطوط والمحولات مثلا أشارة مناولة البعد ومناولة الغلق الذاتي ومحسسات حرارة الزيت ومناولة الارض وغيرها.
قراءات الفولتية والتيار والقدرة الحقيقية والقدرة الخيالية (Analogue Data) وتؤخذ من مقاييس محولات القدرة (Transducer).
اشارات ( ميكاواط – ساعة ) الخاصة بمعرفة كمية الانتاج والصرف في (Accumulator Data) وحدات التوليد والمحولات وتؤخذ على شكل نبضات من مقاييس الكيلوواط – ساعة وبعد ان يتم تجميع هذه النبضات في جهاز نقل المعلومات (RTU) يقوم بأرسالها بصورة دقيقة جدا في نهاية كل ساعة الى مراكز السيطرة.
أشارات التحكم في غلق وفتح قواطع الدورة الخاصة بالخطوط والمحولات والباص كوبلر وأشارة التحكم في رفع وخفض مستوى الفولتية في المحولات لمحطات 400 كيلو فولت حيث يتم استلام هذه الأشارات عبر جهاز نقل المعلومات من مركز السيطرة وتوصل الى كابينة نظام تجميع المعلومات لغرض ربطها الى مناولات ثانوية وملفات خاصةبغلق وفتح قواطع الدورة في المحطة.
: وحدة التحكم الطرفية ، وهو جهاز نقل المعلومات يقوم بتجميع المعلومات من الوحدات المختلفة وارسالها الى مراكز السيطرة. تتكون وحدة التحكم الطرفية من وحدة معالجة للمعلومات CPU ومصدر للقدرة وذاكرة لخزن المعلومات اثناء التعامل معها ووحدات ادخال واخراج للاشارات سواء كانت رقمية أو متصلة ويتصل بالمتحكم المنطقي عن طريق كيبل RS232 أو RS485 ويتصل كذلك بحاسوب لعرض البيانات عن طريق كيبل ضوئي

يتم ربط المعلومات التي يتم تجميعها في كابينة الداس الى جهاز نقل المعلومات في المحطة(الار تي يو ) لغرض تجميعها ونقلها الى الحاسبة في مركز السيطرة والتحكم من خلال وسائط الاتصالات المتوفرة بينهما والتي تكون سلكية او لاسلكية وبسرع مختلفة تتراوح بين ( 50 الى اكثر من 9600 ) بود والذي يعرف ب ( نبضة /ثانية ). وتعتبر اجهزة نقل المعلومات أحدى المفاصل الرئيسية لمراكز السيطرة حيث بدونها لايتحقق المفهوم الخاص بالتشغيل الكفئ والامثل للمنظومة الكهربائية حيث الكم الواسع من البيانات التي تنقل الى مركز السيطرة تؤدي الى تحسين في كفاءة المنظومة في مجالات عديدة قد تكون احصائية او تخطيط للمستقبل وغيرها.
: البنية التحتية للاتصالات
يشير مصطلح شبكة إلى وجود تشبيك بين جهازين أو أكثر لغرض التشارك بالمعلومات وتمرير البيانات بين الاجهزة المرتبطة بالشبكة.وتستخدم شبكات الاتصال في منظومة سكادا للمشاركة وتمرير المعلومات بين:

المجسات وأجهزة المتحكمات المنطية المعروفة باسم PLC
أجهزة ال PLC المختلفة
أجهزة ال PLC والكومبيوتر لغرض عرض وتنظيم ومعالجة البيانات
وفي منظومات سكادا الموسعة تسخدم شبكات الاتصال بين اجهزة السيطرة في مستويات مختلفة قد تكون في مركز السيطرة وكذلك في مراكز الاشراف وفي مراحل تجميع البيانات داخل المحطات المختلفة.

قد يكون الربط بين اجهزة المنظومة على شكل شبكة محلية والمعروفة بأسم (LAN)وتمتد لمسافات محدودة او شبكة موسعة والمعروفة بأسم (WAN) وتكون عبر مسافات ابعد وهي عبارة عن عدة شبكات محلية (LANs)مربوطة مع بعضها.


نقل المعلومات من ال(RTU) الى مراكز السيطرة بطريقتين:

الطريقة السلكية.
الطريقة اللاسلكية.
- الطريقة السلكية وذلك باستخدام أنواع مختلفة من الاسلاك لنقل المعلومات ومنها:

أسلاك نقل القدرة (PLC:power line carrier) تستخدم أجهزة PLC طريقة ارسال الاشارات على شكل شفرة رقمية لاغراض السيطرة البعيدة ونقل المعلومات وذلك لتحقيق درجة عالية من الوثوقية في نقل المعلومات وتتراوح سرعة الارسال بين 50 بود، 2400 بود بت/ث. حيث يتم تحويل المعلومات التي تم تجميعها الى موجات مضمنة تحمل على خطوط النقل.
الكيبل: وهو الكيبل العادي المستخدم في نقل الاشارات الكهربائية.
الكيبل الطائر: وهو كيبل خاص لنقل اشارات السيطرة يستخدم في منظومات سكادا ويكون معزولا بشكل محكم بحيث يحافظ على الاشارة من الضوضاء والحث اذا كان بجانب خطوط الضغط العالي.


الألياف البصرية: وهو الكيبل الضوئي الذي ينقل المعلومات على شكل موجات ضوئية وبسرعة عالية جداً.

- الطريقة اللاسلكية: وفي هذه الطريقة يتم نقل المعلومات من (RTU) الى مركز السيطرة الرئيسي على شكل موجات في الفضاء دون الحاجة الى الاسلاك وقد تكون الموجات راديوية او ميكروويف وتوجد اجهزة ارسال واستقبال لبث هذة الموجات عن طريق الساتل.

قد يكون هناك مراكز فرعية تسيطر على المحطات في مناطق محدودة تستلم المعلومات منها وتعالجها وترسل بدورها هذه البيانات الى المركز الرئيسي.

وهناك ثلاث انواع من الاتصال اللاسلكي بين ال(RTU) ومراكز السيطرة وهي:

10 من نقطة-نقطة: وهي طريقة اتصال بين محطتين فقط مثلا بين RTU ومركز السيطرة وكل وحدة تبث وتستلم المعلومات من الاخرى

2- عدة نقاط:- وفي هذه الطريقة يتم تبادل المعلومات بين مركز السيطرة مع كل محطة ثانوية بصورة منفردة واذا تطلب الامر تبادل المعلومات بين محطة ثانوية واخرى فهنا لابد ان يكون بينهما ارتباط من نوع الاول (point to point).

3- Relay station: وتستخدم هذه الطريقة في حال كون بعض المحطات تقع لمسافات بعيدة وخارج منطقة التغطية لذلك تقوم المحطات الثانوية باستلام المعلومات ثم تخزينها وبعد ذلك بثها من جديد بترداد قوية لضمان وصولها الى مركز السيطرة دون ضياع في طاقة الموجات.

وهناك طريقة اخرى لهذا النوع من الاتصال وهي باستخدام مضاعفات للاشارة المرسلة والمعروفة بأسم (Repeater).

ومن الجدير بالذكر ان هناك ثلاث شروط للتوافق بين مراكز السيطرة ووحدات ال(RTU) لكي يتم الاتصال هي:

Baud rate: سرعة نقل البيانات
RTU number: رقم الار تي يو
Link address: العنوان الخاص بالاتصال
: مراكز السيطرة ، وهي المحطة النهائية لمنظومة سكادا والتي تحتوي على الحواسيب وأجهزة الخادمات التي تحمل البرامج المسؤولة عن تجميع البيانات وترتيبها وعرضها على حاسبات العرض ومعالجتها وارجاع أوامر السيطرة الى وحدات ال(RTU) عند الضرورة وبصورة عامة فان مراكز السيطرة تحتوي على ما يلي:

التجهيزات المادية والمتمثلة بالحاسبات والسيرفرات والطابعات وغيرها
البرمجيات والمتمثلة بانظمة التشغيل التي تدير العمليات .
وأهم خصائص البرمجيات الموجودة في مراكز السيطرة في التعامل مع البيانات القادمة من مختلف المحطات:

1 - تأمين التحكم المحلي أو المركزي باستخدام صفحات واضحة ومختصرة وقابلة للتحجيم أوالتنقل بين الصفحات.

2- إضافة أزرار تحكم لهذه الصفحات للقيام بوظيفة واحدة أو عدة وظائف.

3- تصميم حركات مميزة تدل على حالة العمل و الحالة التي هي عليه في المصنع.

4- إظهار رسائل نصية أو رسومية لإظهار حالة سير العملية أو حالة الإنذار.

5- تعيين أوامر من لوحة المفاتيح تخص كل الصفحات أو صفحة محددة.

6- المراقبة والتحكم والدخول وإظهار كل حالات الإنذار وبعدة أشكال.

7- تأمين مراقبة الأداء والمردود كما هو باستخدام المنحنيات البيانية(trends)وسجلات المعلومات.

8- إعطاء تقارير زمنية (دورية) وتقارير مقادة بالأحداث على شكل ملفات نصية.

9- التشبيك والاتصال مع المتحكمات المنطقية PLC وال RTU ووحدات الادخال والخرج الكثيرة واعطاء سماحية ووثوقية عالية للنظام.
: معالجة البيانات
إن ما يميز نظام التحكم والمراقبة سكادا هو هيكليته الفريدة التي من خلالها نستطيع أن نقوم بعملية تحصيل البيانات ومعالجتها وذلك من خلال عدد كبير من أجهزة الدخل/الخرج التي يمكن أن تأخذ أشكال متباينة في طريقة تشبيكها لتقدم لنا مع مخدمات متنوعة ومتخصصة في أغراض متنوعة، هذه كلها تشكِّل لنا نظامًا متينًا يقوم بتحصيل بيانات ويساعد في إجراءات التحكم و اتخاذ القرارات.

تتلخص وظيفة السيرفرات والحواسيب الموجودة في مراكز السيطرة بالمهام التالية:

I/O -1- وهي التي تتعامل وتهيئ كل الاتصالات مع أجهزة الدخل والخرج.
Alarm -2- وهي تراقب كل حالات الإنذار سواء كانت تشابهية أم رقمية.
Reports -3:- وهي التحكم وجدولة وإصدار كل التقارير حول عمليات التشغيل.

Trends -4:- ومهمتها تجميع وتدوين وإصدار منحنيات معبرة.

Display -5:- وهي التي تمثِّل واجهة التخاطب بين العامل والنظام، وهي تتخاطب مع كل المهام التي قبلها جميعًا من أجل إظهار آخر المعلومات الجديدة وتنفيذ الأوامر.

وهذه المهام تتوزع على السيرفرات المختلفة بحيث يختص كل سيرفر(server) بوظائف معينة ويشارك بالمعلومات بعد معالجتها مع بقية السيرفرات وتعتمد هيكيلية النظام على فكرة مخدمات رئيسية مع طرفيات تدعى بالزبائن وهذا ما يعرف ب(client-server) بمعنى ان يكون احد الحواسيب او المعالجات مزود للشبكة (سيرفر) والاخر زبون(كلينت) ويتميز المزود بانه مصدر يجهز المعلومات عند الطلب بينما يقوم الزبون فقط باصدار طلبات لتحصيل المعلومات من السيرفرات والاخير يستجيب للطلب حالا وكلا حسب المهمة الموكلة اليه
وعلية لدينا خمسة انواع من السيرفرات هي:

communications with I/O Devices
Monitoring Of Alarm Conditions
Report type output
Trending
user display
هذا التقسيم بالمهام للمخدمات هو ما يعطي النظام القوة والاستقرار حيث أن أي خلل في أحد السيرفرات لايؤثر في عمل الاخر.فمثلا يقوم السيرفر I/O بالاتصال مع اجهزة الخل والخرج نيابة عن بقية السيرفرات ويسمى بالمخدم الرئيس وبقية السيرفرات زبائن لديه ويقوم مخدم الانذار بتجميع البيانات وترتيبها بعد ان يطلبها من السيرفر الرئيسي (I/o server) وفي حال صدور لائحة بحالات الانذار فان مخدم العرض (display server) سوف يطلب عناوين هذه البيانات من مخدم الانذار ليقوم باظهارها للمستخدم وعندما يهم باظهارها سوف يطلبها من مخدم I/O الرئيسي وسيستجيب الاخير فورا ويرسل المعلومات الى مخدم العرض.

وهكذا مع بقية المخدمات بحيث يطلب كل سيرفر المعلومات التي يحتاجها في مهمته من السيرفر المزود له ويقوم السيرفر المزود بتجهيز البيانات المطلوبة للزبون وكل هذه التفاصيل تحدد اثناء البرمجة الاولية للنظام بحيث تحدد واجبات كل سيرفر فيما اذا كان مزودا او زبونا وكذلك تبين كل المهمات المنوطة بالسيرفرات.

كل ما قيل عن السيرفرات هو كلام يخص المهمات التي تقوم بها والان لنسمي السيرفرات الموجودة في مراكز السيطرة في منظومات توزيع الطاقة الكهربائية والتي تؤدي الوظائف التي ذكرت اعلاه ويمكن توضيح الهاردوير.
: واسف ع الاطاله والموضوع اكبر من كذا بكثير بس حاولت اجمع المعلومات من عدة مصادر ومواقع كي تتضح الصورة بشكل سهل وسلس للجميع ????????