Εισαγωγή στα συστήματα SCADA

Transcript

1 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα Εισαγωγή στα Συστήματα SCADA στηρίχτηκε βιβλιογραφικά σε τρεις κυρίως πηγές, αρκετά σημεία των οποίων έχουν μεταφραστεί σχεδόν αυτούσια: 1. Στο έγγραφο της ομάδας COMPUSYSTEMS με τίτλο SCADA Primer που βρίσκεται αναρτημένο στο διαδίκτυο στη θέση « COMPUSYSTEMS: Engineering training center services group of: NASC: National Automation &Systems Co. NTC: National Technical Company. Tec-Edge Electrical contracting Co στο περιοδικό τεχνικό δελτίο TIB 04-1 με θέμα Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Systems που συντάχθηκε με ευθύνη του οργανισμού NATIONAL COMMUNICATIONS SYSTEM, Arlington, VA, USA, ένα εξαιρετικά περιεκτικό και κατατοπιστικό έγγραφο που βρίσκεται ελεύθερο στο διαδίκτυο στη θέση 3. Στο αντίστοιχο λήμμα της on-line εγκυκλοπαίδειας Wikipedia Τέλος, κάποιες εικόνες, ερανισμένες από το διαδίκτυο, παρατίθενται με την αντίστοιχη διεύθυνσή τους. 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το κείμενο αυτό συζητά τα βασικά των συστημάτων SCADA. Έχει σαν στόχο μια εισαγωγή για εκείνους που δεν έχουν καμία εξοικείωση με το θέμα και μια σύντομη ανασκόπηση για εκείνους που είναι ήδη γνώστες γύρω από τα συστήματα SCADA. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Τι είναι SCADA 2. Τι είναι Τηλεμετρία (Telemetry) 3. Τι είναι Λήψη Δεδομένων (Data Acquisition) 4. Ποιές είναι οι διαφορές μεταξύ SCADA και DCS (Distributed Control Systems) 5. Οι συνιστώσες ενός συστήματος SCADA 5.1 Όργανα Πεδίου (Field Instrumentation) 5.2 Απομακρυσμένοι Σταθμοί (Remote Stations) 5.3 Δίκτυο Επικοινωνίας (Communication Network) 5.4 Κεντρικός Σταθμός Παρακολούθησης (Central Monitoring Station - CMS) 6. Συνηθισμένοι τρόποι διαμόρφωσης συστημάτων SCADA 7. Τρόποι επικοινωνίας 1. Τι είναι SCADA Τα συστήματα SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) αναφέρονται στο συνδυασμό τηλεμετρίας και λήψης δεδομένων. Ένα σύστημα SCADA συνίσταται στη συλλογή πληροφορίας (δεδομένων), μεταφορά της σε μια κεντρική θέση, εκτέλεση της απαραίτητης ανάλυσης και ελέγχου και, μετά, παρουσίαση αυτών των δεδομένων σε ένα αριθμό χειριστών. Το σύστημα SCADA χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση και τον έλεγχο μιας εγκατάστασης ή μιας συσκευής ενός εργοστασίου. Ο έλεγχος μπορεί να είναι είτε αυτόματος είτε με εντολές ενός χειριστή. 2. Τι είναι Τηλεμετρία (Telemetry) Η τηλεμετρία (τηλε-μετρία = μέτρηση εξ αποστάσεων) συνήθως σχετίζεται με τα συστήματα SCADA. Είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση και τη λήψη πληροφορίας ή δεδομενων με κάποιο μέσο. Η πληροφορία μπορεί να είναι μετρήσεις, όπως τάση, ταχύτητα ή ροή. Τα δεδομένα αυτά μεταδίδονται σε μια απομακρυσμένη θέση με τη βοήθεια κάποιου μέσου, όπως καλώδιο, τηλεφωνική γραμμή ή ραδιο-εκπομπή. Η πληροφορία μπορεί να προέρχεται από πολλαπλά σημεία (θέσεις). Ο τρόπος διευθυνσιοδότησης αυτών των διαφορετικών θέσεων (δηλαδή, η απόδοση μιας ξεχωριστής διεύθυνσης σε κάθε θέση) είναι μέρος του συστήματος SCADA. 2

3 3. Τι είναι Λήψη Δεδομένων (Data Acquisition) Η Λήψη Δεδομένων αναφέρεται στη μέθοδο, που χρησιμοποιείται, για την πρόσβαση και το χειρισμό πληροφορίας ή δεδομένων από τον εξοπλισμό που παρακολουθείται και ελέγχεται. Τα δεδομένα, στη συνέχεια, προωθούνται σε ένα σύστημα τηλεμετρίας, το οποίο τα μεταφέρει άμεσα στις απομακρυσμένες θέσεις. Αυτά μπορεί να είναι πληροφορία σε αναλογική ή/και ψηφιακή μορφή συλλεγμένα από αισθητήρες, όπως, μετρητές ροής, αμπερόμετρα, κ.α. Επίσης,μπορεί να είναι εντολές για τον έλεγχο συσκευών, όπως, ενεργοποιητές (actuators), ρελέ (relays), βαλβίδες (valves), κινητήρες (motors), κ.α. 4. Ποιές είναι οι διαφορές μεταξύ SCADA και DCS (Distributed Control Systems) Όμοια με τα συστήματα SCADA είναι τα Κατανεμημένα Συστήματα Ελέγχου (Distributed Control Systems - DCS). Τα συστήματα DCS, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε εργοστάσια, είναι τοποθετημένα σε μια πιο περιορισμένη περιοχή. Χρησιμοποιούν ένα μέσο επικοινωνιας υψηλής ταχύτητας, όπως, τα τοπικά δίκτυα (Local Area Network - LAN). Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνουν ένα σημαντικό πλήθος κλειστών βρόχων ελέγχου όλων των επιμέρους διαδικασιών του εργοστασίου η εκτέλεση των οποίων είναι υψηλής προτεραιότητας. Τα συστήματα SCADA, από την άλλη μεριά, καλύπτουν ευρύτερες γεωγραφικά περιοχές. Μπορούν να βασίζονται σε ένα συνδυασμό συστημάτων επικοινωνίας, όπως, ραδιοφωνική και τηλεφωνική. Στα συστήματα SCADA, οι κλειστοί βρόχοι ελέγχου δεν είναι υψηλής προτεραιότητας. 5. Οι συνιστώσες ενός συστήματος SCADA Ένα σύστημα SCADA αποτελείται από: Τα Όργανα Πεδίου (Field Instrumentation) Τους Απομακρυσμένους Σταθμούς (Remote Stations) Το Δίκτυο Επικοινωνίας (Communication Network) Τον Κεντρικό Σταθμό Παρακολούθησης (Central Monitoring Station - CMS) Τα Όργανα Πεδίου (Field Instrumentation) αναφέρονται στους αισθητήρες (sensors) και τους ενεργοποιητές (actuators), οι οποίοι είναι άμεσα συνδεμένοι σε διάφορα σημεία της μονάδας παραγωγής ή του εξοπλισμού. Αυτά παράγουν τα αναλογικά και ψηφιακά σήματα τα οποία καταγράφονται από τον Απομακρυσμένο Σταθμό (Remote Station). Τα σήματα, εκτός των άλλων, υφίστανται επεξεργασία (signal conditioning) ώστε να γίνουν συμβατά με τις εισόδου/εξόδους της Μονάδας Απομακρυσμένου Ελέγχου (RTU) ή του PLC του Απομακρυσμένου Σταθμού. Ο Αποκακρυσμένος Σταθμός (Remote Station) είναι εγκαταστημένος στο χώρο της απομακρυσμένης μονάδας παραγωγής ή του εξοπλισμού, που παρακολουθείται και ελέγχεται από την κεντρική μονάδα υπολογιστή. Ο Απομακρυσμένος Σταθμός μπορεί να είναι μια Απομακρυσμένη Μονάδα Ελέγχoυ (Remote Terminal Unit - RTU) ή ένας Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεκτής (Programmable Logic Controller - PLC). 3

4 Δίκτυο Επικοινωνίας Όργανα Πεδίου Κεντρικός Σταθμός Παρακολούθησης Απομακρυσμένος Σταθμός RTU ή/και PLC Εικ. 1 Συνιστώσες ενός συστήματος SCADA Το Δίκτυο Επικοινωνίας (Communications Network) είναι το μέσο για τη μετάδοση της πληροφορίας (δεδομένων) από ένα μέρος σε ένα άλλο. Αυτό μπορεί να είναι μέσω τηλεφωνικής γραμμής, ραδιο εκπομπής ή καλωδιακά. Ο Κεντρικός Σταθμός Παρακολούθησης (Central Monitoring Station - CMS) αναφέρεται στην τοποθεσία που βρίσκεται εγκατεστημένος ο κεντρικός υπολογιστής (master or host computer) του συστήματος SCADA. Αν είναι απαραίτητο, περισσότεροι από έναν υπολογιστές (workstations) μπορούν να είναι εγκατεστημένοι στον Κεντρικό Σταθμό Παρακολούθησης. Ο Κεντρικός Σταθμός Παρακολούθησης χρησιμοποιεί ένα πρόγραμμα διασύνδεσης Ανθρώπου-Μηχανής (Man Machine Interface MMI ή αλλιώς Human Machine Interface - HMI) για να καταγράφει διάφορους τύπους δεδομένων που απαιτούνται για τη λειτουργία. Παρακάτω, φαίνεται ένα παράδειγμα διαμόρφωσης ενός συστήματος SCADA για την παρακολούθηση δικτύου ύδρευσης. Δεξαμενή Κεντρική Μονάδα Παρακολούθησης Αναμεταδότης Αντλιοστάσιο 1 Αντλιοστάσιο 2 Εικόνα 2 Σύστημα SCADA για δίκτυο ύδρευσης 4

5 5.1 Όργανα Πεδίου (Field Instrumentation) Τα Όργανα Πεδίου αναφέρονται στις συσκευές που είναι συνδεμένες στον εξοπλισμό η τις μηχανές που παρακολουθούνται και ελέγχονται από το σύστημα SCADA. Αυτά είναι αισθητήρες (sensors) για την παρακολούθηση διαφόρων μεγεθών και ενεργοποιητές (actuators) για τον έλεγχο διαφόρων μονάδων του συστήματος. Οι αισθητήρες μετατρέπουν τα φυσικά μεγέθη (π.χ., ροή υγρού, ταχύτητα, στάθη υγρού, κ.λ.π.) σε ηλεκτρικά σήματα (δηλαδή, τάση ή ρεύμα) τα οποία μπορούν να διαβαστούν από τον εξοπλισμό του Απομακρυσμένου Σταθμού (Remote Station). Η έξοδος των αισθητήρων μπορεί να είναι αναλογική (συνεχής κλίμακα τιμών) ή ψηφιακή (διακριτές τιμές). Μερικά βιομηχανικά στάνταρ αναλογικής εξόδου είναι 0 ως 5 volts, 0 ως 10 volts, 4 ως 20 ma και 0 ως 20 ma. Οι έξοδοι τάσης χρησιμοποιούνται στην περίπτωση που οι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι κοντά στου ελεγκτές (RTU ή PLC). Έξοδοι ρεύματος χρησιμοποιούνται όταν οι αισθητήρες είναι τοποθετημένοι μακριά από τους ελεγκτές. Ψηφιακές έξοδοι χρησιμοποιούνται για να διακρίνουν τις διάφορες διακριτές καταστάσεις του εξοπλισμού. Συνήθως, το ψηφίο <1> χρησιμοποιείται για να σημάνει την κατάσταση ON και το ψηφίο <0> για την κατάσταση OFF. Επίσης, το <1> μπορεί να σημαίνει FULL ή το <0> για EMPTY. Οι ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται για να ενεργοποιήσουμε (turn on) ή να απενεργοποιήσουμε (turn off) διάφορα όργανα. Ομοίως, για τον έλεγχο χρησιμοποιούνται ψηφιακές και αναλογικές είσοδοι. Για παράδειγμα, ψηφιακές έξοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενεργοποιήσουμε ή να απενεργοποιήσουμε τμήματα του εξοπλισμού, ενώ, αναλογικές είσοδοι χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των στροφών ενός κινητήρα ή τη θέση μιας μηχανοκίνητης βαλβίδας. 5.2 Απομακρυσμένος Σταθμός (Remote Station) Τα όργανα πεδίου, που είναι τοποθετημένα στην εγκατάσταση παραγωγής που παρακολουθείται και ελέγχεται, συνδέονται στον Απομακρυσμένο Σταθμό ώστε να μπορεί να γίνεται χειρισμός της διαδικασίας παραγωγής εξ αποστάσεων. Ο Απομακρυσμένος Σταθμός, επισης, χρησιμοποιείται για τη συλλογή δεδομένων από τα διάφορα σημεία της εγκατάστασης και τη μετάδοσή τους πίσω στην κεντρική μονάδα του συστήματος SCADA. Ο Απομακρυσμένος Σταθμός μπορεί να είναι είτε ένας Τερματικός Υπολογιστής (Remote Terminal Unit - RTU), συνήθως, ένας στιβαρός υπολογιστής βιομηχανικού τύπου, είτε ένα PLC (Programmable Logic Controller). Επίσης, μπορεί να είναι ένα ενιαίο μηχάνημα (single board) ή να αποτελείται από διάφορες μονάδες οι οποίες κουμπώνουν σε ένα σασί (modular unit) RTU εναντίον PLC Αυτά που ονομάζουμε RTU (Remote Terminal Unit), δηλαδή, Απομακρυσμένες Τερματικές Μονάδες, είναι ενισχυμένοι υπολογιστές με δυνατότητες επικοινωνίας (για τους διάφορους τρόπους επικοινωνίας βλ. Εικ. 3). Χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις όπου οι επικοινωνίες είναι περισσότερο δύσκολες. Ένα μειονέκτημα των RTU είναι η φτωχή τους δυνατότητα για προγραμματισμό. Παρ όλα αυτά, τα μοντέρνα RTU προσφέρουν πλέον καλές δυνατότητες προγραμματισμού συγκρινόμενα με τα PLC. 5

6 Τα PLC (Programmable Logic Controller) είναι μικροί βιομηχανικοί υπολογιστές, που βρίσκονται σε όλα τα εργοστάσια. Η βασική τους χρήση είναι να αντικασταστήσουν τη λογική των ρελέ μιας εγκατάστασης ή μια διαδικασίας παραγωγής. Τα PLC χρησιμοποιούνται σήμερα στα συστήματα SCADA λόγω της μεγάλων δυνατοτήτων προγραμματισμού τους. Τα πρώτα PLC δεν είχαν θύρες σειριακής επικοινωνίας για διασύνδεση με ραδιο εκπομπό για τη μεταφορά των δεδομένων. Τώρα, πλέον, τα PLC έχουν εκτεταμένες δυνατότητες επικοινωνίας και ευρεία υποστήριξη από τα πιό διαδεδομένες μονάδες RF μετάδοσης που χρησιμοποιούνται στα συστήματα SCADA. Στο εγγύς μέλλον, προβλέπεται η συγχώνευση RTU και PLC. Διάφορες εταιρείες στον κόσμο προσφέρουν φτηνές λύσεις RTU για συστήματα SCADA στα οποία η χρήση PLC θα ήταν υπερβολική. Αυτά είναι RTU που βασίζονται στους μικροελεγκτές και μπορούν να διασυνδεθούν με RF μόντεμ (RF modem: συσκευή που διαμορφώνει το σήμα κατάλληλα για ραδιοφωνική μετάδοση/λήψη) για μετάδοση των δεδομένων στη κεντρική μονάδα CMS Ενιαίο μηχάνημα εναντίον συστήματος ανεξάρτητων υπομονάδων (Single vs Modular Unit) Οι Απομακρυσμένοι Σταθμοί διατίθενται, συνήθως, σε δύο τύπους: σαν ένα ενιαίο μηχάνημα (single board) και σαν ένα σασί πάνω στο οποίο κουμπώνουν οι διάφορες υπομομονάδες (modular unit). Το ενιαίο μηχάνημα διαθέτει έναν συγκεκριμένο αριθμό εισόδων/εξόδων (I/O) διασύνδεσης. Είναι φτηνό, αλλά δεν προσφέρει εύκολη επεκτασιμότητα σε ένα πιο σύνθετο σύστημα. Ο τύπος των υπομονάδων, από την άλλη μεριά, είναι επεκτάσιμος, αλλά και περισσότερο ακριβός. Στον τύπο αυτό, χρησιμοποιείται ένα σασί (chassis), στο πίσω μέρος μέρος (back plane) του οποίου συνδέονται ( κουμπώνουν ) οι διάφορες υπομονάδες. Κάθε υπομονάδα I/O σήματος ή επικοινωνίας, που χρειάζεται να προστεθεί στο μέλλον, μπορεί εύκονα να τοποθετηθεί (plugged in) στο πίσω επίπεδο Δίκτυο Επικοινωνίας (Communication Network) Το Δίκτυο Επικοινωνίας αναφέρεται στον εξοπλισμό επικοινωνίας, που χρειάζεται, για να μεταφέρουμε τα δεδομένα από και προς τις διάφορες θέσεις του συστήματος. Το μέσο, που χρησιμοποιείται, μπορεί είτε να είναι είτε καλώδιο, είτε τηλεφωνική γραμμή, είτε ραδιοφωνικές (RF) συχνότητες (Εικ. 3). Στα εργοστάσια, συνήθως, χρησιμοποιούνται καλώδια. Η λύση αυτή δεν είναι πρακτική για συστήματα που καλύπτουν μεγάλες γεωγραφικές περιοχές, λόγω του υψηλού κόστους των καλωδίων, των σωληνώσεων των καλωδίων και της εργασίας εγκατάστασής τους. Η χρήση τηλεφωνικών γραμμών είναι φτηνότερη λύση για συστήματα με μεγάλη χωρική κάλυψη. Στην περίπτωση που χρειάζεται on-line σύνδεση με τον απομακρυσμένο σταθμό, χρησιμοποιούνται μισθωμένες τηλεφωνικές γραμμές (leased lines). Είναι μια αρκετά ακριβή λύση, αφού απαιτείται μια τηλεφωνική γραμμή για κάθε θέση. Επιπλέον, οι μισθωμένες γραμμές είναι ακριβότερες από τις συνηθισμένες τηλεφωνικές γραμμές. Σε συστήματα, που απαιτούν ενημέρωση σε τακτά χρονικά διαστήματα (π.χ., κάθε μια ώρα), μπορεί να χρησιμοποιηθεί το δημόσιο δίκτυο με τηλεφωνικές κλήσεις (dial-up lines). Ο κεντικός υπολογιστής μπορεί να καλεί έναν ιδιαίτερο αριθμό μιας απομακρυσένης θέσης, 6

7 Δορυφορική Γραμμές Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας RF (VHF, HF, LF) Καλωδιακή (Οπτική Ίνα, Χαλκός) IrDA (wireless infrared communications) Εικόνα 3 Σύγχρονα μέσα επικοινωνιών SCADA (Πηγή: NCS TIB 04-1, να παίρνει τις ενδείξεις και να στέλνει εντολές. Συνήθως, όμως, στις απομακρυσμένες θέσεις δεν υπάρχει πρόσβαση με τηλεφωνική γραμμή. Η χρήση RF επικοινωνίας προσφέρει μια οικονομική λύση. Για την επικοινωνία των αποκακρυσμένων θέσεων με την κεντική μονάδα χρησιμοποιούνται μόντεμ. On-line λειτουργία μπορεί, επίσης, να πραγματοποιηθεί με την RF επικοινωνία. Για τοποθεσίες που δεν μπορεί να επιτευχθεί απ ευθείας ραδιο-σύνδεση, χρησιμοποιείται αναμεταδότης (radio repeater). Ιστορικά, τα δίκτυα SCADA ήσαν εξιδεικευμένα δίκτυα. Με τη διαρκή, όμως, ανάπτυξη των τοπικών δικτύων (Local Area Network LAN) και των δικτύων ευρείας περιοχής (Wide Area Network WAN) (Εικ. 4) σαν μια λύση για τη δικτύωση υπολογιστών μεταξύ τους, είναι δυνατόν να ενσωματώσουμε SCADA LAN σε δίκτυα υπολογιστών των συνηθισμένων γραφείων μας. Εικ. 4 Τοπικό δίκτυο LAN συνδεδεμένο σε δίκτυο ευρείας γεωγραφικής περιοχής WAN (Πηγή: 7

8 Το σημαντικότερο πλεονέκτημα αυτής της διάταξης είναι ότι δεν χρειάζεται να επενδύσουμε σε ιδιαίτερο δίκτυο υπολογιστών για τα τερματικά των χειριστών του SCADA. Επιπρόσθετα, μπορούν με εύκολο τρόπο να εισαχθούν τα δεδομένα του SCADA στις ήδη υπάρχουσες εφαρμογές γραφείου, όπως τα λογιστικά φύλλα (π.χ., Excel), τα συστήματα διαχείρισης έργου, τις βάσεις δεδομένων (databases), τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Geographic Information System - GIS), κ.λ.π Κεντρικός Σταθμός Παρακολούσης (Central Monitoring Station -CMS) Ο Κεντρικός Σταθμός Παρακολούθησης είναι η κεντρική μονάδα (master unit) του συστήματος SCADA. Η δουλειά του είναι να συγκεντρώνει την πληροφορία (δεδομένα) που στέλνουν οι Απομακρυσμένοι Σταθμοί και να δημιουργεί την αναγκαία δράση σε κάθε συμβάν που ανιχνεύεται. Ο CMS μπορεί να είναι ένας απλός Η/Υ ή μπορεί να είναι δίκτυο με τους σταθμούς εργασίας των χειριστών (operators workstations) για μοιράζει την πληροφορία από το σύστημα SCADA. Στον Η/Υ τουκεντρικού Σταθμού Παρακολούθησης τρέχει ένα πρόγραμμα Διασύνδεσης Ανθρώπου-Μηχανής (Man-Machine Interface MMI ή Human-Machine Interface - ΗΜΙ). Στην οθόνη του Η/Υ εμφανίζεται ένα σχέδιο-απομίμηση ολόκληρης της εγκατάστασης ή της διαδικασίας παραγωγής για ευκολότερη ταυτοποίηση με το πραγματικό σύστημα (Εικ. 5). Κάθε σημείο εισόδου/εξόδου (I/O) των απομακρυσμένων σημείων μπορεί να εμφανίζεται στην οθόνη με την αντίστοιχη εικονική του αναπαράσταση και την ένδειξη της I/O εκείνη τη στιγμή. Για παράδειγμα, η πραγματική ένδειξη της ροής μπορεί να δείχνεται σε ένα Εικόνα 5 Οθόνη προγράμματος MMI (ή HMI) ενός συστήματος SCADA για την παρακολούθηση και τον έλεγχο δεξεμενών και αντλιοστασίων μιας εγκατάστασης ύδρευσης. (Πηγή: 8

9 εικονικό ροόμετρο. Μια δεξαμενή μπορεί να παρουσιάζεται με ένα εικονικό όργανο που δείχνει την πραγματική στάθμη του υγρού. Διάφορες παράμετροι της εγκατάστασης, όπως, τιμές λειτουργίας, οριακές τιμές, κ.λ.π., εισάγονται στο πρόγραμμα MMI και κατεβαίνουν στις αντίστοιχες Απομακρυσμένες Μονάδες για ανανέωση των παραμέτρων λειτουργίας τους. Το πρόγραμμα MMI μπορεί, επίσης, να διαθέτει ένα ξεχωριστό παράθυρο για σήματα προειδοποίησης κινδύνου (alarms) (βλ., π.χ., κάτω μέρος Εικ. 4). Το παράθυρο αυτό μπορεί να εμφανίζει το όνομα της αντίστοιχης προειδοποίησης, περιγραφή, τιμή, χρόνο, ημερομηνία και άλλες σχετικές πληροφορίες. Όλα τα σήματα προειδοποίησης κινδύνου μπορούν να σώζονται σε ένα ξεχωριστό αρχείο για κατοπινή επιθεώρηση. Στο σύστημα ΜΜΙ μπορεί να προγραμματίζεται η βασική ακολουθία των απαιτούμενων σημείων ελέγχου της διαδιακασίας παραγωγής. Διαγράμματα της διαδικασίας μπορούν να παρουσιάζονται ή να τυπώνονται σε μια κατοπινή στιγμή. Επίσης, μπορεί να προγραμματιστεί έκδοση αναφορών διαχείρισης για μια συγκεκριμένη χρονική διάρκεια της ημέρας σε περιοδική βάση μετά από αίτηση του χειριστή ή μετά από ύπαρξη σήματος προειδοποίησης κινδύνου. Πρόσβαση στο πρόγραμμα MMI επιτρέπεται μόνο σε ειδικευμένους και εξουσιοδοτημένους χειριστές. Κάθε χρήστης παίρνει έναν κωδικό και δικαίωμα πρόσβασης σε ορισμένα μόνο τμήματα του προγράμματος. Όλες οι ενέργειες των χρηστών καταγράφονται σε ένα αρχείο για κατοπινή επιθεώρηση. 6. Συνηθισμένοι τρόποι διαμόρφωσης συστημάτων SCADA Υπάρχουν δύο τυπικοί τρόποι διαμόρφωσης του δικτύου για τα συστήματα SCADA: η διαμόρφωση Σημείο προς Σημείο (point-to-point configuration) και η διαμόρφωση Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία (point-to-multipoint configuration). 6.1 Η Διαμόρφωση Σημείο προς Σημείο Η διαμόρφωση Σημείο προς Σημείο (Point-to-Point configuration) είναι η απλούστερη διάταξη για ένα σύστημα τηλεμετρίας. Σ αυτή, γίνεται ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ δύο σταθμών. Ο ένας σταθμός μπορεί να διαμορφωθεί σαν κύριος (master) και ο άλλος εξαρτημένος (slave). Ένα παράδειγμα είναι η διάταξη δύο μονάδων RTU (Εικ. 6): μία για μια δεξαμενή και η άλλη RTU 2 (slave) RTU 1 (master) Εικόνα 6 Διαμόρφωση Σημείο προς Σημείο. (Πηγή: 9

10 για μια αντλία νερού σε διαφορετικήθέση. Κάθε φορά που η δεξαμενή είναι σχεδόν άδεια, η μονάδα RTU της δεξαμενής θα στείλει μια εντολή EMPTY στην άλλη μονάδα RTU. Με τη λήψη αυτής της εντολής, η μονάδα RTU στην αντλία νερού θα ενεργοποιήσει την αντλία νερού προς τη δεξαμενή. Όταν η δεξεμενή γεμίσει, τη μονάδα RTU της δεξαμενής θα στείλει μια εντολή FULL προς τη μονάδα RTU της αντλίας να σταματήσει. 6.2 Διαμόρφωση Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία Η διαμόρφωση Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία (Point-to-Multipoint configuration) χρησιμοποιείται όταν η μία συσκευή προορίζεται σαν η κύρια μονάδα (master unit) διαφόρων εξαρτημένων μονάδων (slave units). Η κύρια μονάδα είναι συνήθως ο Η/Υ του Κεντρικού Σταθμού Παρακολούθησης και βρίσκεται στο δωμάτιο ελέγχου (control Room), ενώ οι εξαρτημένες μονάδες είναι οι απομακρυσμένες μονάδες (RTUή PLC) στις απομακρυσμένες θέσεις. Σε κάθε εξαρτημένη μονάδα αντιστοιχείζεται μια μοναδική διεύθυνση ή ID. RTU 1 CMS RTU 2 RTU 3 Εικόνα 7 Διαμόρφωση Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία. (Πηγή: 7. Τρόποι Επικοινωνίας Υπάρχουν δύο τρόποι επικοινωνίας: το σύστημα της δειγματοληψίας (polled system) και το σύστημα των διακοπών (interrupt system). 7.1 Σύστημα Δειγματοληψίας (Polled System) Στο Σύστημα Δειγματοληψίας (Polled system) ή σύστημα Κύριου/Εξαρτημένου (Master/Slave system), η κύρια μονάδα έχει τον πλήρη έλεγχο της επικοινωνίας. Η κύρια μονάδα κάνει σε τακτά διαστήματα αίτηση για ανταλλαγή δεδομένων (δηλαδή, στέλνει και 10

11 λαμβάνει δεδομένα) με κάθε μια εξαρτημένη μονάδα (απομακρυσμένο σταθμό) διαδοχικά. Η εξαρτημένη μονάδα αποκρίνεται στην κύρια μονάδα μόνο όταν λάβει την αίτηση. Αυτή η μέθοδος καλείται ημι-αμφίδρομη (half-duplex) μέθοδος. Κάθε εξαρτημένη μονάδα θα πρέπει να έχει τη δική της μοναδική διεύθυνση που να επιτρέπει στην ορθή ταυτοποίηση. Αν μια εξαρτημένη μονάδα δεν αποκριθεί για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα (που συνήθως αναφέρεται ως timeout ), η κύρια μονάδα ξαναπροσπαθεί να επικοινωνήσει μαζί της μερικές φορές ακόμη πριν προχωρήσει να ανταλλάξει δεδομένα με την επόμενη εξαρτημένη μονάδα. Πλεονεκτήματα: Η διαδικασία συγκέντωσης των δεδομένων είναι αρκετά απλή Δεν μπορεί να συμβεί σύγκρουση μεταφοράς δεδομένων στο δίκτυο επικοινωνίας Οι αστοχίες της σύνδεσης μπορούν εύκολα να εντοπιστούν Μειονεκτήματα: Πιθανή αίτηση διακοπής από τη μεριά μιας εξαρτημένης μονάδας, η οποία απαιτεί άμεση επικοινωνία, δεν μπορεί να γίνει άμεσα αποδεκτή από την κύρια μονάδα. Ο χρόνος αναμονής αυξάνει με τον αριθμό των εξαρτημένων μονάδων Όλη η επικοινωνία μεταξύ εξαρτημένων μονάδων πρέπει να περάσει μέσω της κύριας μονάδας, πράγμα που αυξάνει την πολυπλοκότητα. 7.2 Σύστημα Διακοπών (Interrupt System) Το Σύστημα Διακοπών ονομάζεται, επίσης, και σύστημα Έκτακτων Αναφορών (Report by Exception - RBE). Εδώ, η κύρια μονάδα παρακολουθεί τις εισόδους της. Όταν ανιχνεύσει μια σημαντική μεταβολή ή όταν υπερβεί κάποιο όριο, η εξαρτημένη μονάδα ξεκινά επικοινωνία με την κύρια μονάδα και μεταφέρει δεδομένα. Το σύστημα είναι σχεδιασμένο να ανιχνεύει σφάλματα και να αντιμετωπίζει επιτυχώς τις συγκρούσεις στη μεταφορά δεδομένων. Πρίν μια μονάδα μεταφέρει δεδομένα στην κύρια μονάδα, πρέπει πρώτα να ελέγξει αν κάποια άλλη μονάδα μεταφέρει εκείνη τη στιγμή δεδομένα. Αν κάποια άλλη μονάδα μεταδίδει δεδομένα, απαιτείται κάποιας μορφής χρονοκαθυστέρηση πριν ξαναπροσπαθήσει. Υπερβολικές συγκρούσεις έχουν σαν αποτέλεσμα μη κανονική λειτουργία του συστήματος και πιθανή αποτυχία. Για να αντιμετωπιστεί επιτυχώς αυτή η κατάσταση, αν μετά από αρκετές αποτυχιμένες προσπάθειες, η εξαρτημένη μονάδα συνεχίζει να μη μπορεί να μεταφέρει ένα μήνυμα στην κύρια μονάδα, αναμένει μέχρι να ρωτηθεί (poll) από την κύρια μονάδα. Πλεονεκτήματα: Το σύστημα αποφεύγει περιττή μεταφορά δεδομένων όπως στο σύστημα δειγματοληψίας Γρήγορη ανίχνευση πληροφορίας επείγουσας κατάστασης Επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ εξαρτημένων μονάδων Μειονεκτήματα: Η κύρια μονάδα μπορεί να ανιχνεύσει ένα σφάλμα επικοινωνίας μόνον μετά από μια χρονική περίοδο, όταν το σύστημα ερωτηθεί Απαιτείται ενέργεια του χειριστή για να πάρουμε τις πιο πρόσφατες μετρήσεις 11

12 Μπορεί να συμβεί σύγκρουση μεταφοράς δεδομένων η οποία μπορεί να προκαλέσει καθυστέρηση στην επικοινωνία. Παρακάτω, δίνεται η διεύθυνση ενός τυπικού συστήματος SCADA στη μορφή κινούμενου σχεδίου (animation) 12