SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 5

SCADA Sistemleriyle Kontrol

5.1. Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme
SCADA' nın en önemli özelliği veri tabanlı kontrol ve gözetlemedir. Haberleşme sistemi sayesinde kontrol ünitelerine yerleştirilmiş programlanabilir elektronik ünitelerle sürekli olarak veri alış verişini gerçekleştirir. Bu sayede SCADA sistemleriyle operatörler için ileri seviyede kontrol ve gözetleme imkanı sağlanır. Bu özellikler şöyle sıralanabilir.

Gerçek zamanlı veri toplama
Arıza durum kaydı
Bilgilerin uzun süre saklanması
Kontrol sisteminin durum gösterimi
Elle kontrol

SCADA sistemlerinde alarm sınırları, ikaz bildirimleri ve benzerleri verilerin tamamı konfigürasyonun bir parçası olarak veri tabanı parametrelerini oluşturmak için kullanılır. Ayrıca SCADA sistemlerinde sembolik adresler de kullanılır. Yani ölçüm noktaları kontrol döngüsü için isimler tanımlanır. SCADA sistemi bunları fiziksel ağ ve bellek adreslerine çevirir.
Harici cihaz arabirimi (external device interface EDI) sayesinde kontrol edilen sistemlerde, fiziksel olarak tüm çevre birimlerinin SCADA programıyla iletişimi sağlanırken sistemin otomatik kontrole ve gözetlenmesi için gerekli dinamik bilgiler konsol edilir güncellenir.
SCADA programları dinamik veri değişimi (dinamik data exchange, DDE) özelliği sayesinde Windows95, Windows NT, OS/ gibi güçlü, gerçek zamanlı, çok işlemlidir.
İnsan makine iletişimi ve Windows özelliği taşıyan işletim sistemlerine dayandırılır. Böyle bir sistemle, kullanım kolaylığına ilave olarak işletmenin tüm işlev ve çalışmalarını bir çok ekranda görebilme imkanı sağlanır.

5.2. SCADA Yazılımlarında Ekran Tipleri
SCADA sistemlerinde insan makine iletişimi, kontrol sistemini ve işletmenin değişik durumlarını ve hallerini farklı ekran tipleri ile izlenmesi sağlanır.SCADA sisteminin uygulanacak işletme veya prosese göre ekran tipleri de değişik olabilmektedir.
Genel Görünüm Ekranları: Bu ekranlarda objeler ve nesneler, işletme bölümüne bağlı olarak gruplar halinde ekranlara getirilir. Genel yerleşim dağılımı standartlaştırılır. Operatör veya kullanıcı görmek istediği objeyi örneğin; kesiciyi, ayırıcıyı, motoru vb. tamamen kendisi belirler.
İşletme Ekranları: Tamamen ardışık işlem basamakları, ölçüm noktaları ile tanımlanmış ve belirli uygulamalara dayalı olarak dinamik haldeki çalışan işletme durum ekranlarıdır.
Grup Ekranları: Bir grupta bulunan farklı nesneler hakkında daha detaylı bilgileri ekrana yansıtırlar.
Obje veya Nesne Ekranları: Nesneler hakkındaki mevcut olan tüm bilgiler bu ekranlara yansıtılır. Kontrol sisteminde tanımlanmış bulunana tüm nesneler, SCADA sisteminin doğal sonucu olarak otomatik biçimde operatörlere sunulur.
Eğri veya Trend Ekranları: Bu ekranların işlevi değişkenlere bağlı olarak tarihsel verileri göstermektir. Trendlerin zamanları bilgisayardan istenen değere göre değişir.
Rapor Ekranları: Kontrol edilen sisteme bağlı olarak işletmeye ait bilgi ve verileri tablolar halinde gösteren ekranlardır. Raporların çıktıları isteğe bağlı olarak belli bir zamanda ya da herhangi bir durumun sonucunda alınabilir.
Reçete Ekranları: Daha çok process otomasyonunda işletmeye ait ve üretimi yapılan ürüne ait bilgi ve verilerin tablolar şeklinde alındığı ekranlardır. Bu ekranlar vasıtasıyla yapılan ürünlerin gerekli olan parametre değişiklikleri rahatlıkla yapılır.
SCADA sistemlerinde ekranlar, operatörlerin ve kullanıcıların gereksinim duyduğu bilgilerin en kısa zamanda bulunabileceği ve ulaşabileceği şekilde dizayn edilir. Bu dizayn daha çok kontrol edilecek sistemin yapısına göre düzenle nesneyi aynı anda, birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir.

5.3. Elle Kontrol
Operatörün kontrol sistemine girerek parametreleri, ayar noktalarını değiştirmesi veya elle kumandayı üstlenip otomatik kontrol fonksiyonlarını aşarak sistemin direkt denetimini sağlama imkanı verir. Kontrol sistemi birçok operatörün ve çalışma noktasının aynı çalışma birimine bağlanmasını sağlar. Ayrıca aynı obje veya nesneyi aynı anda birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir.

5.4. Arıza ve Durum İhbarları
Kontrol üniteleri ya da programlanabilir kontrolörler, işletmeye ait durumlar ile makine ve enstrüman bazında arıza ihbarları ve sistem arıza ihbarları arasında ayırım yapar. İşletmeye ait olaylar, işletim değişkenleri ve hesaplanmış değişkenler istendiği sürece oluşan durum değişkenleridir. Olaylar sürekli olarak operatörler ve bakım elemanları tarafından onarılması gereken durumlardır.
Kontrol sistemine ait arızalar ise sistemde kendiliğinden ortaya çıkan durum değişiklikleridir. Bu arızalar sisteme ait herhangi bir ünitede veya haberleşme ağında olabilir.
Arıza ihbar ve çalışma durumları, operatör istasyonlarını, iletişim ağı yoluyla rapor edilmekte ve bilgiler kronolojik sırada saklanır. Arıza ihbar statülü objeler ekranlarda kırmızı renkte temsil edilir ve onaylanıncaya kadar yanıp söner.

5.5. Şifre Sistemi ile Korunma
Kontrol sisteminin yazılım kısmına ve yetki verilen kişilerin müdahalelerde bulunması için şifre sistemi ile koruma sağlanır. Şifre ile şu fonksiyonlar yerine getirilir.

Buton kumanda emniyeti
Belirlenen kişi sayısı kadar şifreleme imkanı
Aynı seviyedeki kişilere sisteme müdahale imkanı verilmesi

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 6

SCADA'nın İletişim Sistemi

6.1. Tanım
İletişim; Bir bölgeden başka bir bölgeye, karşılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmesi işlemidir. Bunu yapabilmek için birkaç şey gereklidir.
a) İletişim Yolu veya Ortamı,
b) Veri veya Haberi İletim ortamı üzerinden gönderebilmek için şekillendirecek (Modülasyon) bir cihaz (Modem)
c) alıcı uçta gönderilen veri veya haberin anlaşılması için ilk şekline çevirecek (Demodülasyon) bir cihaz (Modem) gereklidir.
Bunlar ileriki bölümlerde anlatılacaktır.

6.2. SCADA Sisteminde İletişimin Önemi
SCADA sisteminde sistemin işlemesi için iletişim hayati bir öneme sahiptir. İletişim kanallarının veri elde edilmesi ve kontrolündeki hızı önemli ölçüde SCADA sistemini etkilemektedir. Buna bağlı olarak Kontrol Merkezindeki kullanıcı arabirimi ve uygulama yazılımları da etkilenir. Kontrol Merkezinde ve RTU' larda ulaşılan önemli teknik gelişimlerin faydalı olabilmesi için, iletişimin de aynı oranda gelişim göstermesi gereklidir. Yoksa büyük hızda ve miktarda toplanan verilerin hızla iletilememesi halinde bir anlamı yoktur. SCADA sisteminin en yüksek başarı düzeyi ile uygulanması iletişim sistemine bağlıdır. SCADA' nın başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için;

a) Güvenilir
b) Maliyeti düşük
c) Gerekli tüm fonksiyonlara sahip
d) Her türlü ortamda çalışabilen

bir iletişim sistemine sahip olmalıdır.

6.3. İletişim Sisteminin Elemanları
Çok basit bir SCADA sistemi bir Kontrol Merkezi (AKM) ve bir Bilgi Toplama ve Denetim (RTU) Ünitesinden oluşmaktadır. Bu basit sistemi bütünlemesi için AKM ve RTU' nun birbiri ile haberleşmesi, dolayısıyla iletişim sistemi ile donatılması gerekir. İletişim sisteminin elemanları şunlardır:

1) İletişim Ortamı
2) Veri İletişim Cihazı (Modem)
3) İletişimi Sağlanan Cihazlar (AKM, RTU)

6.4. İletişim Mimarisi
İletişim mimarisi aşağıda belirtilen etkenlere göre belirlenmektedir:

1) Sistemde kullanılacak RTU' ların sayısı
2) RTU' ya bağlı birimler ve bu birimlere ulaşım hızı
3) RTU' ların yerleşimi
4) Elde bulunan haberleşme kolaylıkları
5) Ulaşılabilecek haberleşme teknikleri ve araçları

Yukarıdaki etkene de bağlı olarak Kontrol Merkezleri - AKM ve Bilgi Toplama ve Denetleme Birimleri - RTU arasındaki bağlantı mimarisi aşağıdaki şekillerde olabilir.

6.4.1. Tek Kontrol Merkezli Mimariler

6.5 İletişim Ağı
SCADA sisteminin hız performansını etkileyen en önemli kısmı iletişim ağıdır. Kontrollü yapılan sistemlerin çeşitli otomasyon seviyelerinde birbirine bağlanan birimler arasındaki veri transferi ve güncelleştirilmesini içeren tüm işlemler iletişim ağları üzerinden yapılır. Bu nedenle SCADA uygulamalarında haberleşmenin önemi çok büyüktür. Dağıtılmış denetim sistemlerinde RTU' ların birbirine bağlanması farklı biçimde olabilir. SCADA sistemlerinde kullanılan en genel ağ bağlantıları yıldız ve halka şeklinde gerçekleştirilir.

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 7

İletişim Ortamları
SCADA sistemlerinde iletişim ortamı olarak kullanılabilecek ortamlar;
1) Gerilim Hatları
2) Kiralanmış PTT Telefon Hatları, Kablolu TV Hatları
3) Radyo Frekans İletişim (Mikrodalgalar, Trunk Radyo, Uydu)
4) Fiber Optik, Metalik Kablolu Özel Hatlar

7.1. Gerilim Hatları
Power Line Carrier - PLC gerilim hatları üzerinden haberleşmeyi sağlayan bir tekniktir. PLC haberleşmesi için kullanılan cihazlar bağlaştırıcı elemanları ile gerilim hattına bağlanır. Bu cihazlar bilgi sinyalini module ederek hatta enjekte ederler. Alıcı ise bilgiyi taşıyan frekansı filtreleyerek alır ve demodule eder.
PLC'ler yüksek gerilim ve alçak gerilim hatlarında kullanımına göre iki gruba ayrılır. 38 KV ve üzerindeki gerilimlerde iletim hatlarının sağladığı bant aralığından faydalanarak 50 kHz. İle 500 kHz. arasındaki frekansları taşıyıcı frekans olarak kullanabilir ve bu sayede yüksek iletişim hızlarına çıkabilir. 38 KV gerilim seviyesinin altındaki dağıtım hatlarında 5 kHz. ile 20 kHz. civarındaki frekansları, taşıyıcı frekans olarak kullanır. Bilgi bu aralıktaki frekanslarla modüle edildiğinden ancak 300 baud/s hızındaki haberleşmeye izin verir. Bu hız birçok SCADA fonksiyonu için yetersiz kalacağı için sadece bazı özel amaçlar için kullanılır.

7.2. Kiralanmış Hatlar
Genel amaçlı telefon hatları her ülkede bulunmaktadır. Ülkemizde bu iş PTT tarafından yürütülmektedir. PTT veri haberleşmesini sağlamak üzere 2 Mbit/s hızına kadar kiralık hat sağlayabilmektedir.
Bu haberleşme ortamı başlangıçta büyük yatırımlar gerektirmemekle beraber kira bedeli uzun vadede yüksek maliyet getirebilir.
PTT iki tip hat sağlayabilmektedir:
a) Kiralanmış PTT Hattı (Leased Line): Bu hat kullanıcı için özel olarak ayrılmıştır. Her an kullanıma hazırdır.
b) Otomatik aramalı PTT Hattı (Dial-Up): Haberleşme öncesinde telefon konuşmasında olduğu gibi arama yapmak gerekir. Bu hatta santraller meşgul olduğunda veri iletişimi yapılamaz.
Avantajları

a) Çok sayıda hat kiralama imkanı vardır.
b) Lisans, bina, kule vs. gerektirmez.
c) İlk yatırım masrafı düşüktür.

Dezavantajları

a) Haberleşme ortamının sorumluluğu PTT ile paylaşılmıştır.
b) Arızaların onarılması uzun zaman alabilir.
c) Zamanla maliyetlerde artış olabilir.
d) Bazı yerlerde kiralık hat sayısını arttırmak mümkün olmayabilir.

7.3. Radyo Frekansında İletişim
SCADA uygulamalarında çeşitli radyo frekansı haberleşme teknikleri kullanılabilir. Burada yalnız SCADA için geliştirilmiş veya bu alanda çok kullanılan tekniklerden bahsedilecektir. Bahsedilecek teknikler aşağıdadır;

a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi
b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System)
c) Trunk Radyolar
d) Spread Spectrum Radyolar
e) Uydu Haberleşmesi

a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi: Bu teknikte birbirini gören kuleler inşa edilir. Kulelerin üzerinde mikrodalgayı "beam" haline getirmek için çanak antenler takılır. 500 MHz.'in üzerinde çalışan verici ve alıcılar kullanılır. Haberleşme noktadan noktaya olduğu gibi ek yatırımlarla tek noktadan çok noktaya yapılabilir. Verici ve alıcıların güçleri miliwatt seviyesinden 5 Watt seviyesine kadardır.
b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System): Özellikle SCADA uygulamaları için geliştirilmiş bir tekniktir. Birden fazla uzak birimden bilgi toplanması işlevi temel alınarak geliştirilmiştir. Bu yüzden merkezdeki anten her tarafa yayın yapabilir. Uzak birimleri antenleri ise merkeze doğru çevrilidir, bu yönde sinyal gönderilir ve alırlar. Bu yapıdaki bir haberleşme ortamı için iki frekans gerekir. Birinci frekansı merkez kullanır. Adres belirterek uzak birimlere komutlarını gönderir. Mesajı alan birim cevabını ikinci frekanstan verir. Birimler cevap vermek için bu kanalı sırayla 5 milisaniyelik zaman dilimleri halinde kullanır. Çok adresli sistemlerde 928 MHz. Ve 952 Mhz'lik sinyaller kullanılır.
c) Trunk Radyolar: Trank radyo haberleşme sistemleri telefon teknolojisine benzer bir teknolojiye sahiptir. Telefonda olduğu gibi iki birim haberleşmek istediğinde "Trunk Kontrol Merkezi" bir haberleşme linki kurar. Haberleşme bittiğinde link serbest bırakılır. Tipik bir trunk radyo ağı 5 ila 20 arasında kanal kullanır. Bu haberleşmenin kullanıldığı durumlarda haberleşecek birimler gruplar haline getirilir. Her bir grubun kullandığı bir frekans vardır. Trunk radyolar bilgi haberleşmesinin yanında ses haberleşmesi de gerçekleştirilebilirler.
d) 'Spread Spectrum' Radyolar: 'Spread Spectrum' iletişim ilk olarak askeri amaçlar için geliştirilmiştir. Geliştirilme amacı gönderilen ve alınan mesajların başkaları tarafından alınmasını engellemektir. 'Spectrum' bir sinyalin frekans ekseninde gösterimine denmektedir. Bir sread Spectrum sistemde bilgi geniş bir frekans bandına dağıtılır. Sinyal geniş bir banda dağıldığı için diğer alıcı radyolar tarafından gürültü gibi algılanır. Belli bir gürültü yok etme metodu olduğu için bunu almazlar.
Radyo Frekansında İletişimin Avantajları

a) İletişim için yeterli band sağlar.
b) Dağıtım sistemindeki arızalardan etkilenmez.
c) Yüksek güvenlik sağlar.

Radyo Frekansında İletişimin Dezavantajları:

a) Lisans gerektirir (Spread Spectrum hariç).
b) Mikrodalga haberleşmede, iki kule arasında sonradan kurulan binalar ve yetişen ağaçlara sorun çıkarır.
c) Tekrarlayıcılar (repeater) maliyeti artırabilir.

e) Uydu İletimi: Son yıllarda SCADA uygulamalarında uydu haberleşmesi de kullanılmaya başlanmıştır. Uyku yerden gönderilen sinyali alır, yükseltir, frekansı değiştirir ve başka bir noktaya gönderilir. Frekansı değiştirmesinin nedeni kendisine gönderilen frekansla karışmasını engellemektedir.
Kullanılan Frekanslar : 4/6 GHz., 12/24 GHz., 20/30 GHz.
Bant Genişliği : 36 MHz.
Avantajları

a) Yeterli band genişliği sağlar.
b) Arıza yapma oranı düşüktür.

Dezavantajları

a) Uydu göndermek masraflıdır.
b) Haberleşme için yeryüzündeki büyük yer istasyonları kurmak gerekir.
c) Haberleşmede yaklaşık yarım saniyelik bir gecikme olur.

7.4. Özel Hatlarla İletişim
7.4.1. Metalik Kablo
Metalik kablo çok bilinen ve kullanılan bir tekniktir. İleri teknoloji gerektirmez. Ülkemizde de üretilmektedir. Simplex, Half Dublex ve Full Dublex iletişimlerin tümüne olanak sağlar. Metalik Kablonun en büyük dezavantajı elektromanyetik ve elektrostatik etkileşime açık olmasıdır. Bu durum sinyalin elektriksel olarak iletilmesinden kaynaklanmaktadır. Gürültüden etkilenmeyi en aza indirgemek için ekranlı, twisted pair tip kablolar kullanılabilir. Bu kabloların iyi topraklanması gerekir. Sadece başlarda toprakla yetmez belli aralıklarda topraklanmalıdır.

7.4.2. Fiber Optik Kablo
Fiber optik kablolarda iletişim ortamı gönderici, alıcı ve fiber optik kablodan oluşur. Gönderici, elektrik sinyalini ışık haline çevirerek kabloya iletir. Bu iş LED (Light Emmitting Diode) veya laser diyot aracılığı ile yapılır. Işık fiber optik kablodan iletildikten sonra alıcı tarafından tekrar elektrik sinyaline çevrilir. Yapıldığı malzemeye göre iki çeşit optik kablo vardır.
1) Plastik Fiber: Sinyali zayıflatma oranı yüksektir (1000 db/km). 50-100 m. gibi kısa mesafe haberleşmeler için kullanılır.
2) Cam Fiber: Sinyali zayıflatma oranı çok düşüktür. Uzun mesafelerle haberleşme yapılabilir. Kullanılan cam tabakaların yapısına göre üçe ayrılır:

a) Step Index: 100 / 140 mikron
b) Graded Index: 50/125, 62.5/125 mikron
c) Single Mod: 8-9/125 mikron

Avantajları
a) Elektromanyetik ortamlardan etkilenmez,
b) Geniş bir bant sağlar,
c) Yıldırımdan etkilenmez,
d) Lisans gerektirmez,
e) Kablolar arasında etkileşim (cross talk) olmaz,
f) İletken değil yalıtkan kısa devre durumlarında yangın gibi problemlere yol açmaz, iletken kablo döşeme kurallarına tabii değildir,
g) Boyutları küçüktür,
h) Yeraltına döşendiğinde kablonun ömrü uzar.
i) Çok düşük ve frekansla değişmeyen sinyal zayıflaması,
j) Fiziksel boyutları küçük ve hafif,
k) Düşük tesis ve çalıştırma maliyetidir.
Dezavantajları
a) Ortalama olarak her 50 km'de tekrarlayıcı (repeater) gerektirir.
b) Özel verici ve alıcılar gerektirir.
c) Özel konnektörler gerektirir. Bu konnektörlerin takılması için eğitim görmüş insanlara ihtiyaç vardır.
d) Kısa mesafeli uygulamalarda ekonomik değil,
e) İyi korunmadıkları ya da gerektiğinden fazla büküldükleri takdirde kolayca kırılabilirler.
Nükleer partiküller dozaja bağlı olarak fiberi koyulaştırır ve zayıflamasını artırarak kullanılmaz hale getirir.

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 8

Üretim Hattı ve SCADA
Günümüzün rekabet ortamında artık işletmeler üretimlerini yaparken mümkün olduğunca az maliyetle, daha çok üretim yapmak zorunda kalmaktadırlar. Bunu sağlarken de kaliteden taviz verilmemesi gerekmektedir. Üretim hatlarının SCADA sistemleri ile kontrol edilip gözlenmesi, işletmelere, kurulu bulunan tesislerden maksimum verimlilik ile yaralanma imkanı tanımakta, yöneticilerin işletmeye ve üretime tam anlamıyla hakimiyetleri pekiştirilmektedir.

8.1. Üretim Hattından Toplanacak Bilgilerin Tespit Edilmesi
Optimum sistemin ortaya çıkabilmesi amacıyla üretim hattından toplanacak bilgilerin SCADA sisteminden beklenen faydalar ve işletme ve sürecin özellikleri dikkate alınarak belirlenmesi gerekmektedir.
Üretimin Kalitesiyle İlgili Bilgiler: İşlem sıcaklığı, basıncı, katkı madde miktarları, işlem süresi, vs.
Üretim Verimliliği İle İlgili Bilgiler: Üretilen malzeme miktarı, toplam duruş zamanları, nedenleri, vs.
Üretim Maliyetleri İle İlgili Bilgiler: Üretimde kullanılan ham ve ara madde miktarları, enerji harcamaları, üretim zamanında oluşan maliyetler, vs.
Bakım Amaçlı Bilgiler: Üretim hattının toplam çalışma zamanları, üretim hattındaki makinaların motor vb. birimlerin çalışma zamanları ve çalışma adetleri ayrıca gerekli akım ölümleri ile makinalardaki anormalliklerin tespiti.
Çalışanların Kontrolü: Üretim hattında çalışan operatörlerin tespiti.
Üretilen Ürünlerin Kodlanması ile Geriye Dönük Bilgi Edinme: Üretilen ürünlerin tek-tek belirlenmesi ve hatla ilgili verilerin bu ürünler ile ilişkilendirilmesi.
İstatistiksel Amaçlı Bilgiler: Bozuk, hatalı malzemelerin adetleri, hata nedenleri vb.

8.2. Üretim Hattından Kontrol Cihazlarının Tespiti
Üretim hattında kullanılan kontrol cihazlarının PLC, RTU veya özel donanım olup olmadığının tespiti ve bunların haberleşme olanaklarının incelenmesi. Bu cihazların SCADA haberleşme sürücülerinin olup olmadığının araştırılması. Özel cihaz olması durumunda haberleşme protokolünün mevcut olup olmadığının öğrenilmesi gerekmektedir.
Haberleşme altyapısının belirlenmesi, haberleşme altyapısının belirlenmesinde sistemde bulunan birimlerin fiziksel dağılımı ve adetleri önemli rol oynamaktadır.
Sahada bulunan cihazların standart bir protokole sahip olmamaları durumunda cihazların özel protokollerin açıklanmış olması gerekmektedir. Bu cihazlar için protokol yazmak mümkün olmakla beraber bu işlem protokolün karmaşıklığına göre yaklaşık 1-2 ay sürmektedir ve protokol yazılımında C/C++ programlama dilleri kullanılmaktadır.
Sistemde kullanılan cihazların herhangi bir haberleşme özelliğinin bulunamaması veya protokol dokümantasyonuna erişilememesi durumunda, sisteme gerekli bilgilerin toplanabilmesi amacıyla PLC veya RTU konması gerekmektedir.
Sistemdeki cihazların protokolünün olması, bu cihazların SCADA sistemiyle haberleş-mesine olanak vermekle beraber hangi bilginin kontrol cihazının hangi kısmında olduğunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu ise kontrol sisteminin yazılım dökümantasyonu ile olmaktadır.
Kontrol cihazları ile PC veya makinelerin haberleşmesi için zaman zaman özel haberleşme kartları ve seri port arttırıcı kartlar gerekmektedir. Aynı şekilde PLC'ler için haberleşme kartlarına ihtiyaç vardır. Örneğin Siemens L2 için PC' ye takılan L2 kartına ve Siemens PLC' lere takılan CP kartlarına ihtiyaç vardır.
Bazı durumlarda bir kontrol cihazı ile birden fazla şekilde haberleşme yapılabilmektedir. Bu durumda SCADA sistemi ihtiyaçları ve fiyat/performans gibi kriterler göz önüne alınarak seçim yapılmalıdır.

8.3. Bir Üretim Kontrolü için SCADA Uygulaması
Üretim hattından toplanan bilgiler SCADA sistemine sürücüyle aktarılmaktadır. SCADA paket programı aynı zamanda birden fazla kontrol cihazına bağlanabilmekte ve birden fazla protokol aracılığıyla kontrol cihazları ile haberleşilmektedir.
SCADA'da oluşan kontrol cihazlarından toplanan her türlü bilgi, Tagname adını verdiğimiz real-time data base'de bir değişkende tutulmaktadır.
SCADA'da Tagname olarak tutulan bu bilgilerin işlenip, işletmenin ihtiyaç ve isteklerine uygun bir hale getirilmesi gerekmektedir. Üretim tesislerinin toplanan bilgiler aşağıdaki şekilde kullanılırlar;

Sistemin grafik animasyonunun elde edilmesi.
Toplanan bilgilerin devamlı bir şekilde alarm kriterlerine göre değerlendirilmesiyle alarmların oluşturulması.
Toplanan bilgilerin kaydedilerek istatistiksel ve geriye dönük kontrol amaçlı kullanım.
Bilgiler kaydedilirken ya belli aralıkları ile ya da bilgide değişme olduğu zaman değişme zamanı ile kayıt gerçekleşmektedir.
Hatla ilgili çeşitli trendlerin gerek gerçek zamanlı gerekse tarihsel olarak izlenilmesi.
Raporlama.
İstatistiksel Process Kontrol (SPC).
Hat ile ilgili parametre ve reçetelerin SCADA sisteminde girilmesi.

8.4. SCADA Sisteminin Sağlayacağı Faydalar
Üretim hattının tam anlamı ile denetimi sayesinde;

Üretim hattından alınacak olan veriler sayesinde sistemin üretimini arttırmak mümkün olabilecektir.
Üretim hattının enerji harcamaları, duruş ve arıza sürelerinin ve süreçte harcanan yan maddelerin tespiti ile kesin maliyetin hesaplanması mümkün olabilecektir.
Bazı üretim kollarında üretim ile ilgili bilgilerin uzun süreli olarak saklanması gerekmektedir. Bu işlem SCADA sistemi ile yerine getirilmektedir.
Arıza ve olağan dışı durumlarda bir hat veya bölümdeki üretimlerin diğer hatlara kaydırılması ve bunun sonuçlarının, daha önce toplanan verilere dayanılarak tahmin edilip gözlenmesi mümkün olacaktır.
Üretim planlanırken üretim hatlarının kapasiteleri ve verimlilikleri göz önünde bulundurulabileceğinden daha optimum üretim planlaması mümkün olacaktır.
Üretim hattında oluşabilecek problemler anında tespit edileceğinden, probleme gerekli kişilerin müdahalesi vakit geçirilmeden sağlanabilecektir.
Üretim hattındaki makinelerin çalışma süresi varsayılan sistem tarafından tespit edileceğinden bakım yönetim programlarının daha sağlıklı ve gerçekçi kullanılması gerçekleşecektir.
MRP sisteminin en büyük ihtiyaçlarından bir tanesi, üretim hattı ile yeterince irtibatlandırılmamış olmalarıdır. SCADA sistemleri sayesinde MRP sistemleri sağlıklı bir şekilde fabrika sahasından bilgi edinerek gerekli işlemleri gerçekleştirme imkanına sahip olacaktır.

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 9

Günümüzde SCADA Sistemleri
İşletmeler modern bir SCADA yazılımdan sırasıyla;

Kullanım kolaylığı
İletişim kolaylığı
Yaygın işletim sistemleri üzerinde koşması
Diğer veritabanı uygulamaları ile entegrasyon
Yüksek verimlilik
Düşük maliyet

beklemektedir.
SCADA, üretimi kolaylaştırmak için bir araç olduğu için kolay geliştirilebilir ve üretim programında yapılan değişiklikleri kolay uygulanabilir olmalıdır. İşletmelerin günlük giderlerinin yüksek olması ve zaman dolayısıyla da değişikliklerin çabuk gerçekleştirilebilir olması bu tür yazılımların kullanımlarının tercih nedenleri arasındadır.
Kolay ve hızlı kullanım mühendisliği, SCADA sistemlerinde;

Dinamik grafik çizim araçları
Çizim kütüphaneleri
Görüntü izleme
Uygulama yazılımı birleştirme

fonksiyonlarını kullanarak gerçekleştirilmektedir. Dinamik grafik çizim araçları kullanılarak izlenmesi istenen süreç gerçeğe çok yakın bir şekilde canlandırılabilmekte ve alarmlar çarpıcı hale getirilebilmektedirler. SCADA yazılımları kendi bünyelerinde bulunan çekirdek yazılımları kullanılarak grafiklerle birlikte hareket, boyutlandırma, yanıp sönme ve doldurma, boşaltma gibi operatörlerin dikkatini çekip kullanım kolaylığı sunabilecek özellikleri içermektedirler. Operatörlerin görmesini kolaylaştıracak değişik renk, boyut ve şekillerde alarm hazırlamak ve alarm durumunda alınacak acil tedbirleri ekranda göstermek mümkün olmaktadır. Klasik denetleyicilerle olduğu gibi modern SCADA sistemlerini kullanım sırasında da elle kontrol yapabilmek için grafik tetikleyicileri olarak adlandırılan yazılım parçaları kullanılmaktadır.
SCADA yazılımlarının ana amaçlarından biri işletmedeki süreçlerin gözlenmesi olduğundan süreçlerin mümkün olduğu kadar gerçeğe yakın gözlenmesi gerekmektedir. Öbek kütüphanelerinde daha önce tanımlanmış objeler ve süreç resimleri kullanıcının değişik uygulamalarda oluşturduğu grafikler ve her uygulama için kullanılacak objelerin biriktirildiği sepet kütüphaneleri sürecin grafiksel gösterimini kolaylaştırmaktadır. Nesnel tabanlı tasarım esası ile geliştirilmiş yazılımlarda gereken elemanları seçip özelliklerini tek tek topluca değiştirmeniz mümkün olmaktadır. Sepet kütüphanesine bir uygulama için gerekli tüm saha ekipmanlarını toplayıp herbirine gerekli giriş çıkış noktaları ile ilişkilendirip yazılıma yerleştirirken, işlenmemiş kaç adet elemanın kaldığını görmek, böylece de yazılım geliştirme sürecini izlemek mümkün olmaktadır.
Büyük bir fabrikanın tüm süreçlerinin grafiksel gösterimi katmanlar halinde saklanmak zorundadır. Bu katmanlar kullanıcının özelliği ve görmek istediği bilgilere göre ortaya çıkartılabilmektedir. Yakınsaklaştırma fonksiyonları kullanılarak daha önce tanımlanmış katmanlar arasında kolaylıkla hareket ederek istenilen detaydaki bilgiye ulaşmak mümkün olabilmektedir. SCADA sistemleri kullanarak uygulama yazılımı geliştirmek için iletişim protokollerinin ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri SCADA' nın işletmedeki bilgi omurgası görevini yapması için birbiriyle iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Veri tabanında süreç değişkenlerine tekabül eden her bir bilgi etiket, kapı veya nokta olarak tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenmesi gerektiğinde kullanılacak işlem blokları veri tabanı tanımlaması fazında gerçekleştirilir.
SCADA sürecin gözlemlenmesi kadar süreç değişkenlerinin sürekli veya tanımlanmış olaylara karşı gelen zamanlarda kaydedilmesini sağlar. Tarihi verileri toplama ve gösterim fonksiyonları içerisinde olay tetiklemeli veri toplama özelliği günümüzdeki SCADA sistemlerinin üstün özelliklerinden biridir. Bazı tanımlanmış durumların kaydedilmesi tüm verilerin kaydedilip bunların arasından tanımlanmış durumları arama zorluğunu ortadan kaldırmaktadır. Süreç değişkenleri ya zamanın ya da birbirlerinin fonksiyonu olarak grafiksel veya tablolar halinde gösterilebilirler. İyi bir SCADA yazılımından beklenen sahada olan olayların bir hata zamanı eklenmeden kaydedilmesidir. Özellikle hızlı süreçlerde varsa hata zamanının göreceli olarak çok küçük olması gerekmektedir. SCADA sistemleri süreç değişkenlerini sürekli olarak gözleyip bu değişkenlerin istenmeyen değerlere ulaşması durumunda operatörü uyarmak üzere geliştirilmiş alarm yapısına sahiptirler. Alarmlar basit listeler halinde tanımlandığı gibi önem sırasına göre sınıflandırılmış olarak veya grafik içinde gösterilebilirler.
SCADA sistemleri fabrikadaki değişik vardiyalarda yapılmış üretim sonuçlarına sürecin belirli değişkenlerini, olayların sonuçlarını istek üzerine veya olaylar gerçekleştikçe veya peryodik olarak raporlarlar. Bu raporları işletmenin istediği herhangi bir düzende hazırlamak mümkündür.
SCADA sistemleri kullanılarak üretime dair reçeteler uygulamaya koyulurlar. Reçeteler grafiklerle ilişiklendirilip operatörün reçetelere kolay erişimi ve gerekiyorsa bu reçetelerde değişiklik yapması mümkün olur. Operatörlerin reçeteleri başlatması veya değiştirmesi istenmeyen durumlarda ise SCADA programında yazılan reçetelerin uygulama esnasında otomatik olarak çağrılabilmesi mümkündür.
SCADA uygulamalarında yazılımın değişik kullanıcılar tarafından değişik şekillerde kullanılmasını sağlayan yetki ve güvenlik mekanizması kodlar kullanılarak sağlanır. Genellikle SCADA paketlerinde kullanıcı kolaylığı sağlayan ve SCADA operasyonlarını içeren bir denetleme lisanı bulunmaktadır.
Günümüzde üretim, Girişim Organizasyonları yapısında örgütlenmiş, fabrikalar arası işbirliğini amaçlayan, sipariş üzerine ve tam zamanlı bir nitelik kazanmaktadır. Bu yapılanmanın içinde SCADA sistemleri organizasyonlar arası iletişimi sağlayan bilgi yolu görevini;
a) Sanal Dosya Arabirimleri
b) Uygulama Programları Arabirimleri
c) Dinamik Veri Değişimi
d) SQL bağlantısı araçlarını kullanarak yerine getirmektedirler.
Sanal Dosya Arabirimleri, SCADA ile diğer uygulamalar arasında format dönüşümü olmadan veri değişimine izin vermektedir. Uygulama Programları Arabirimleri uygulama modüllerinden SCADA' ya ulaşmak için gerekli arabirim yazılmalıdır. Dinamik veri değişimi bağımsız yazılımların birbiriyle veri değiştirebilmesini sağlamakta ve bu özelliğe sahip SCADA programlarının entegrasyonu daha kolay olmaktadır. SQL bağlantılı tanımlanan noktaların veri tabanına geçirilmesi ve veri tabanından sorgulanmasını sağlamaktadırlar.
SCADA sistemleri fabrikalarda tüm fabrikayı kapsayacak veya fabrikanın bir bölümünü kapsayacak şekilde SCADA istasyonlarının sürekli veri alışverişleri yapmasını sağlamaktadırlar. Fabrika bilgi ağıyla birbirlerine bağlı olan SCADA istasyonları, SCADA Gözlem Paketleri ve Yönetim Gözlem noktaları tüm otomasyon sistemleri ve saha ekipmanları birlikte çalışmaktadırlar. Kritik süreçlerde iki SCADA istasyonu birbirine paralel olarak tanımlanıp biri devre dışı bırakıldığında diğeri çalışmaya ve süreci denetlemeye devam eder.
SCADA yazılım paketleri, Windows NT'nin bilgisayar işletim sistemi olarak yaygın kabul görmesinden sonra ağırlıklı olarak NT işletim sisteminin özelliklerini kullanarak geliştirilmeye başlandı. Bu paketlerle çoklu işlem yapabilme kapasitesi, çekirdek modül, olay tetiklemeli veri değişimi, etkin hafıza kullanımı ve olay zircirlerine hızlı tepki kabiliyetleri bulunmaktadır. Kullanılacak SCADA yazılımlarının performansını incelemek için yazılımın

Görüntü performansına
Kayıt performansına
Alarm performansına
Yedekli çalıştırma ve bilgi ağlarına (Network) bağlanma performansına

bakmak gerekmektedir. Uzak mesafelerden aldığı tepkilere işlemleme hızı da SCADA yazılımlarının etkin olarak kullanılıp kullanılmayacağı konusunda karar verebilmek için önemli bir parametredir.

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 10

SCADA Sisteminin Yararları ve SCADA Simülasyonu
Sistemin arızaların sıklığı ve süreleri, büyük ölçüde sisteme uygun dağıtım otomasyonunun kurulamamasından ve sistemin çalışma karakteristiklerinin her an izlenememesinden kaynaklanmaktadır.Bunun için sistem hakkındaki bilgilerin (ısı, nem, frekans, ağırlık, sayı, elemanlarının durumları…) toplandığı, gözlemlendiği, uzaktan kumanda edildiği (açma, kapama, kurma), arıza algılamanın yapılabildiği otomasyon sistemlerine gerek duyulmaktadır. Bu bilgilerin operatörlere bir kullanıcı ara birim yazılımı ile sağlanabildiği SCADA sistemleri kullanılmaktadır. Günümüzde kontrol sistemleri veri tabanlı kontrol ve gözetleme yazılım paketleri içermektedir. Bu sayede sistemde dağıtılmış halde bulunan enstrüman ve kontrol elemanlarından sürekli biriken veriler elde edilerek denetim imkanına sahip olunmaktadır. Bu yapılanma neticesinde de "temiz" bir sistem ortaya çıkmaktadır. Kontrol merkezindeki operatör ekranları vasıtasıyla, tesisin işletimi kontrol edilip otomatik yürütülürken, operatörle de bilgisayarda gerekli kontrol ve kumanda imkanına da sahip olurlar. Sistemin işletilmesinde salt insan çabası yetersiz kalmaktadır. Sistemde meydana gelecek olayların tespit edilmesi klasik yöntemler ile mümkün olamamaktadır. Sistemin daha etkin işletilmesi için, daha güvenilir, daha ekonomik işletme için bilgisayar otomasyonuna gereksinimi vardır. Bunun için sistem kontrol ve izleme yazılımları gerçekleştirilmiştir. Kontrol merkezinde bulunan bu bilgisayarlar yazılımları sayesinde işletmenin önemli noktalarının izlenmesi sağlanmaktadır. Ayrıca bilgisayar ekranları vasıtasıyla gözlemlenen sistemin şebeke operatörlerine de hızlı ve doğru vermesine imkan verir. İşletmenin bilgisayarla izlenmesi ve kontrolü, dağıtılmış halde bulunan veri toplama donanım elemanlarıyla gerekli iletişim, iletişim ağı yardımıyla sağlanarak ve toplanan veriler değerlendirilerek merkezi bilgisayar yazılımı ile sistemin izlenmesi sağlanabilir. Sistemin bilgisayar ortamında gözlenmesi ile sistemin kontrolu ve kumandası daha esnek bir hale gelmektedir. Örneğin, sistem büyümeleri karşısında kurulma koordinasyonu daha kolay yapılabilecektir. Yazılım sayesinde operatörler bilgisayar ekranında ki sistem diyagramından sistemi uzaktan kumanda edebilecektir. Arızaların algılanması yerlerinin tespiti ve arızaların giderilmesi yine uzaktan kumandalı olarak belli bir merkezden yapılabilecektir. Sistemle ilgili alarm sinyalleri operatörleri uyaracak şekilde oluşturulması ve görüntülenmesi gerçekleştirilebilecektir. Çeşitli veriler tarih ve zaman olarak (arıza şekli, arıza yeri) veri tabanı şeklinde saklanabilir böylelikle kişilere bağlı kalmaksızın sistem hakkında toplanan verilere dayalı ayrıntılı bilgi edinilmesi sağlanabilecektir.
Herhangi bir tesiste olabilecek olan otomatik kontrol sistemlerinin kullanıcılar tarafından tek bir ekran üzerinden yönlendirilebilmesi çok arzu edilen bir durumdur. Bu sayede kullanıcıların sistemlerini yönetmeleri için, sistemin bulunduğu yere gitme zorunluluğu ortadan kalkmış ve kontrol müdahalelerini bulundukları yerde bilgisayarlar üzerinden vererek büyük kolaylıklar sağlanmış olur.
SCADA simülasyonu, basitçe, bilgisayarların, giriş-çıkış portlarına takılan arabirimler (Interfaces) sayesinde sisteme gönderilen ya da sistemden alınan işaretlere göre sistemin davranışının, görsel olarak dışarıdan gözlenmesidir.
Burada da, herhangi bir tesiste olabilecek olan bir sistemin otomatik ve manuel çalışmasını, oluşabilecek arızaların sistemin akışını nasıl etkilediğini gösteren görsel bir bilgisayar programı ile "Sistem Simülasyonu" sunulmaktadır.
Bu program bir simülasyon olduğundan dolayı, işleyen sistemden bilgi okuma ya da sisteme bilgi gönderme olanağı yoktur. Eğer bu program gerçek bir sisteme uyarlanmak istenirse, yazılacak birkaç bilgi okuma ve bilgi gönderme alt programı ve gerekli ara birim donanımları eklenmesi yeterli olacaktır.

SCADA - İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi

Bölüm 11

Sonuç
Bilgisayar teknolojisinin hızla gelişmesi ve bilgisayar kullanımının yaygınlaşması, sistemlerin birbirleriyle iletişimini kolaylaştırmakta ve bu da gelişen otomasyon teknolojisi ile sistemlerde uzaktan kontrol ve veri aktarımını gündeme getirmektedir.
SCADA sistemleri, bağımsız olan izleme, veri toplama ve kontrol sistemlerinin birleşmesinden oluşmaktadır. Sistemin; kontrol merkezi, uzak uç birim ve iletişim sisteminden meydana geldiği düşünüldüğünde maliyetinin yüksek olması kaçınılmaz bir sonuçtur. Fakat zaman kazancı, güvenilirlik ve verim açısından düşünüldüğünde, SCADA sistemlerinin yaptığı iş ve yüklendiği sorumluluk yüksek maliyeti tolere edebilecek düzeydedir.
Büyük projelerde SCADA sistemlerinin kullanılması iş gücü açısından da kazanç sağlamakta ve kazanılan bu iş gücü diğer alanlara kanalize edilerek işletmenin verimi arttırılabilmektedir.
Ülkemizde bu teknolojinin kullanımı çok eskilere dayanmamakla birlikte günümüzde giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu da yakın bir gelecekte kontrol sistemlerinin daha basit, güvenilir ve verimli çalışmasını sağlayacaktır.

MsXLabs Üye Girişi