Dökümanlar

ELEKTRİK SCADA SİSTEMİNİN YAPISI

Elektrik tesislerinde SCADA esas olarak üç bölümden oluşur:

1. Remote Terminal Unit (Uzak Uç Birim) RTU: Veri toplama ve kontrol uç birimlerini oluşturan sistemlerdir.

RTU’ lar bağlı oldukları tali merkezlerde ve  ait oldukları ana merkezi ihtiyacı olan analog değerler, alarm, durum bilgileri ve sayaç değerleri toplarlar. Toplanan bu bilgileri kendi üzerlerindeki hafızalarında saklarlar. Bu bilgiler; MTU kendilerini sorgulayınca kadar veya ayarlanan belli süreler için saklanır. Bilgi toplama işini kendilerine verilen periyodik aralıklarla veya ayarlandığı değerlerden sapmalar olduğunda yeni değerleri kaydetmek şeklinde yerine getirirler. Analog değerler; örneğin elektrik tesislerinde akım, gerilim, aktif ve reaktif güç gibi değerler sistemden izole durumundaki ölçü trafoları, transduserler yardımıyla gerektiğinde analog çoklayıcılar kullanılarak alınır. Durum değerleri ise mekanik ve/veya optik izolasyonla alınabilir.

RTU’ lar bilgilerin toplanmasını ve gönderilmesini RS-232 veya RS-485 seri formatta çalışan cihazlarla yapmaktadır. Bu SCADA fonksiyonelliğini arttırmamakta fakat sahadaki lokal veri transferini basitleştirmektedir.

RTU topladığı değerleri bir ön işlemciden geçirerek bu ilgilerin kullanıcı tanımlı hale getirirler. Yani analog bir bilgi sayısal bir bilgiye çevrildikten sonra RTU’ da oluşturulmuş bir veri tabanı vasıtasıyla, o değere ait sınır değerlerle karşılaştırmaya veya matematiksel bir hesaplamaya tabi tutulur. Bu işlemlerden sonra o bilginin kontrol merkezine gönderilmeye değer bir bilgi olup olmadığı da ortaya çıkar.Bilgi alındıktan ve işlemden geçirildikten sonra gerekliyse ya o anda Kontrol merkezine gönderilir yada daha sonra sorgulandığında gönderilmek üzere RTU’ da depolanır. Depolanan bu bilgiler RTU‘ da oluşturulmuş veri tabanı kütüğüne oluş sırasına göre kaydedilir. Oluş sırasına göre kayıt; beklenmedik durumlarda farklı zaman ve bölgelerde oluşan hızlı durum değişikliklerinin tek bir zaman ekseni üzerine kaydedilir. Hata sonrası analizlerde ve gerçek zaman içinde operatörün gerekli Of Events Tagging” bilgilerin, RTU’ da olsun, kontrol merkezinde olsun belli bir zaman hassasiyetine ve oluş sırasına göre kaydedilerek rapor edilmesi anlamına gelir. Bu hassasiyet tipik olarak durum değerleri için 1msn , analog değerler için 20 msn’ dir. Örneğin bir kesicinin açması ile bir diğer kesicinin kapanması arasında 1 msn’ den daha çok bir zaman farkı varsa, bu iki olayın aynı zamanda değil farklı zamanlarda gerçekleştiği söylenir.

Arıza yeri tespiti ve izolasyonu : RTU’nun bütün bu görevlerine ek olarak, tesis için oldukça önem taşıyan bir görevi daha vardır. Bu görev; arıza yerinin tespiti ve İzolasyonudur. Bu özellik genellikle birçok SCADA Sisteminde olmayan bir özelliktir. Bu görevi yerine getirmek üzere RTU kendi bünyesinde; Arıza Arabirimi Modülü ve buna bağlı bulunan Arıza Akımı Algılayıcı Modülleri bulunmaktadır. Bu modüller vasıtasıyla arızalar algılanmakta ve RTU’ ya bildirilmektedir. RTU Arıza Arabiriminden tüm Arıza Algılayıcıların sorgulanması için gerekli komut verilir. Arabirim, Arıza Akımı Algılayıcı Modülleri ile haberleşerek arıza akımının geçtiği noktaları öğrenir ve RTU’ ya gönderir. RTU bu bilgilerin ve Kontrol Merkezinden gelen komutların ışığında sistemin arızalı bölgesinin izole edilmesi için harekete geçerek gerekli komutları Arıza Akımı Algılama Modüllerine gönderir ve arıza izolasyonu tamamlanmış olur. Klasik yöntemlerle arıza yerinin bulunmasının ve izolasyonunun saatlerle ölçülecek bir zaman aldığı bilinmektedir. Bunun yerine SCADA Sisteminin getirdiği ve RTU’ nun görevleri arasında bulunan yöntemlerle arızalar; saniyelerle ölçülecek bir sürede tespit edilmekte ve izole edilmektedir. Üst paragrafta bahsedilen olaylar sadece 1 – 10 saniye sürmektedir. RTU’ nun bu görevi sayesinde kullanıcıya çok önemli bir avantaj sağlanmakta, arıza yerinin belirlenmesi ve izolasyonu kayıpsız ve en ekonomik biçimde halledilmiş olmaktadır

2. Communication System (İletişim Sistemi): Bir bölgede başka bir bölgeye karşılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmesini sağlayan sistemlerdir. 

SCADA Sisteminde sistemin işlemesi için iletişim hayati öneme sahiptir. İletişim kanallarının veri elde edebilmesi ve kontrolündeki hızı önemli ölçüde SCADA sistemini etkilemektedir. Buna bağlı olarak kontrol merkezindeki kullanıcı arabirimi ve uygulama yazılımları da etkilenir. Kontrol merkezinde ve RTU’ larla ulaşılan önemli teknik gelişmelerin faydalı olabilmesi için, iletişiminde 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 uygulaması 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.

İletişim Ortamları

SCADA sistemlerinde iletişim ortamı olarak kullanılabilecek ortamlar şunlardır:

1) Gerilim Hatları,

2) Kiralanmış PTT Telefon Hatları, Kablolu TV Hatları,

3) Radyo Frekansında İletişim (Mikrodalgalar, Trunk Radyo, Uydu),

4) Fiber optik, Metalik Kablolu Özel Hatlar.

SCADA Sitemlerindeki İletişim Protokolleri

SCADA Sistemi içerisinde iletişim yoluna bağlı dağıtılmış kontrol sistem öğelerinin uzak  terminal birimlerinin birbirleri arasında haberleşmeleri için en önemli unsurlardan birisi de iletişim protokolüdür. Veri iletişim protokolleri, Kontrol Merkezi arası, Kontrol Merkezi ile RTU’ lar arası veya RTU’ lar arası yapılan iletişimin binary veri veya mesaj yapısını belirleyen kurallar setidir. Bilindiği gibi MTU ve RTU arasında iletilecek veriler binary sayılarla oluşturulmaktadır. Bu oluşturulan binary sayı serilerinin ilk bitlerinin, ikinci bitlerinin veya 235. bitlerinin neleri göstermesi gerektiğini protokoller bize anlatmaktadır. Protokoller bir ve sıfırlardan oluşan mesaj serileri oluşturmak için şifre sağlamaktadır. Kontrol Merkezlerinin kendi aralarında veya RTU’ larla iletişimlerinde farklı iletişim protokolleri kullanılabilir. Kullanılacak birden çok sayıda protokol sayesinde Kontrol merkezinin farklı RTU’ larla, RTU’ ların birden çok Kontrol merkezi ile iletişim kurması mümkündür. Ayrıca bu portların aynı iletişim protokollerini kullanması şart değildir. İki portta iki ayrı iletişim protokolü kullanılabilir. Bu avantaj bize değişik protokoller kullanan bilgisayar sistemleriyle iletişim olanağı sağlamaktadır. Burada dikkat edilecek en önemli nokta birbiri ile iletişim kuracak bir MTU ve RTU arasında aynı protokolün kullanılmasının zorunluluk olduğunun bilinmesidir. Haberleşme için kullanılan sadece tek bir protokol yoktur, onlarca iletişim protokolü kullanılabilir. SCADA ve cihaz üreticileri herhangi bir standart protokol oluşturmadan önce kendileri için özel iletişim protokolleri üretmişlerdir. Ancak bugün IEC standart organizasyon tarafından hazırlanmış Uluslar arası iletişim protokolleri kullanılmaya başlanmıştır. IEC iletişim protokollerinden IEC 870.6 numaralı protokol, Kontrol Merkezleri arsı iletişimi düzenlemekte, IEC 870.5 numaralı iletişim protokolü ise Kontrol Merkezleri ile RTU arasındaki iletişimi düzenlemektedir. Protokol SCADA Sisteminin en güvenilir olması gereken kesimidir. Eğer protokol iyi tasarlanmamışsa iletişim yolu ne kadar esnek ve hızlı olursa olsun bir trafik tıkanıklığının olması ihtimali çok yüksek olur. Özellikle tehlike anlarında uzak terminallerden gelen veriler, uyarı mesajları iletim yolunu kolayca tıkayabilir. SCADA Sistemlerinde kullanılan çok sayıda protokol vardır. Ancak bu protokollerin çok küçük bir yüzdesi standartlara uygundur.

3. Master Terminal Unit (Kontrol Merkezi Sistemi) MTU : Geniş bir coğrafi alana yayılmış tesislerin, bilgisayar esaslı bir yapıyla uzaktan kontrol edildiği izlendiği ve yönetildiği yer olarak tanımlanabilir.

SCADA SİSTEMİNİN KAPSAMI

SCADA Sisteminde asıl amaç, alt istasyonlardaki sinyalleri ve ölçüm değerlerini bir kumanda ve kontrol merkezinde toplamak, istasyonların kumandasını bu merkezden gerçekleştirerek zamandan ve personelden tasarruf yapmaktır. SCADA Sistemi elektrik dağıtım tesislerine uygulandığında trafo merkezinde yer alan kesici, ayırıcı ve kademe değiştiriciler kontrol edilebilir. Röle durum bilgileri, bara gerilimi, fider ve trafo aktif reaktif güçleri, fider akımları trafo sıcaklığı gibi ölçüm değerleri, fider boyunca yer alan arıza seziciler ve ayırıcıların durumları SCADA Merkezinden gözlenebilir. Bu veriler

değerlendirilerek trafo merkezindeki kesici, ayırıcı, kademe değiştirici, röle ayarları ve fider ayırıcıları SCADA merkezinden kontrol edilebilir. Olay dizisi kaydı, enerji ve fider verileri toplanarak, periyodik veri saklama ve raporlama da SCADA merkezi tarafından sağlanabilir

Elektrik dağıtım SCADA Sistemi tasarlanması aşamasında öncelikle şu temel bileşenlerin içeriği belirlenmelidir.

·         Merkezi kumanda Sistemi

·         İndirici merkezlerde kurulacak olan lokal birimler

·         Merkezi kumanda ile lokal birimler arasındaki haberleşme sistemi

Otomasyon sistemlerine geçişin ilk yıllarında çözüm arayışları röleli sistemleri ve elektronik kartları çok hızlı bir değişim süreci içinde yerlerini PLC’lere bırakmaya zorladı. Bu değişim süreci sonucunda otomasyon sistemlerinin tek bir çatı altında toplanmasıyla farklı prosesler için tek tip çözüm ihtiyacı ve kartlı sistemlerin yetersizliği ortaya çıktı. Çünkü her makine için o makineye özgü bir kart yapılması gerekiyordu. PLC’lerle bu sorunun çözülmesinin yanında aynı işlevi gerçekleştiren PC tabanlı çözüm alternatifleri karşısında endüstriyel ortamlardaki saha güvenilirliği konusunda da gelişme sağlanmış oldu. Günümüz teknolojisinin gelişim hızı içinde PLC sistemleri,endüstriyel ortamlarda (tozlu,nemli, parazitik,aşırı sıcak-soğuk farkı) güvenli bir çalışma ortamı sağlamaktadır.Günümüzde,üretimdeki kısa aralıklı elektrik kesintilerinin bile üreticilere yeterince pahalıya mal olması, günümüz PLC sistemleri sayesinde enerji altında yedekli çalışabilme özelliği ve arızalı modül özelliği sağlanmaktadır.Arızalı modül,otomatik olarak hafızasındaki sensör durumu,motor konumu gibi bilgileri daha önceden konfigüre edilmiş modüle aktarmakta ve elektrik enerji akışı yedek ring hatlarla kaldığı yerden aksamasız olarak devam edebilmektedir. Arızalı modül yenilendiğinde yedek veya ana ünite konumunda görevine devam etmektedir. Özellikle elektrik tesisleri ile petrokimya gibi kritik proseslerde bu özellik büyük önem kazanmaktadır.

Elektrik enerjisi üretildiği gibi tüketilen gerçek zamanlı SCADA sistemleri yazılım ve donanım sistemleri olarak iki sınıfa ayrılabilirler. Bu iki sınıf arasındaki fark zamanlama koşullarına verilen önemde yatar. Yazılıma dayalı gerçek zamanlı sistemlerde kesicilerin açma ve kapama süreleri biraz daha gecikmelidir. Bu sistemlerin oldukça hızlı çalışması istenilir ve bu gecikmeler çoğu zaman ufak sorunlar yaratmaktan öteye gitmez. Donanıma dayalı gerçek zamanlı sistemlerde ise zamanlama koşulları kritik önem taşır. Elektrik üretim, dağıtım sürecinin kontrolü sistemlerin çoğu bu sınıftadır. Aşırı akım, fazlar arası ve faz toprak kısa devre akımlarında sistemin bu istenmeyen durumlarında çok kısa sürelerde elemine edilerek korunması gerekmektedir.

Gerçek zamanlı bir sistemi  temelde kontrol eden sistem ve kontrol edilen sistem

olarak ikiye ayırabiliriz.

Kontrol eden sistem: Bir bilgisayarla onu denetlediği sisteme bağlayan ara yüzden oluşur.

Kontrol edilen sistem: Fiziksel bir sistemdir ve istenildiği kadar karmaşık yapıda trafolar, hatlar vb. olabilir. Kontrol edilen şebeke sistemi, kontrol eden sistemin fiziksel çevresini oluşturur. Kontrol eden sistem çevreye ilişkin olarak bir dizi röle, sayaç gibi sensörlerden ve /veya insan ara yüzünden meydana gelen enformasyon sayesinde fiziksel çevresiyle etkileşir ve bir dizi aktüatör sayesinde fiziksel evreyi etkiler.

Gerçek zamanlı sistemlerin en önemli özelliği önceden kestirilebilirlikleridir

Sistem Güvenliği

Operatörün sistem bilgilerine doğru kimlik kodları ve şifrelerle ulaşması sağlanmıştır. Eğer operatör şifreye sahip değilse sadece grafikleri gözlemleyebilmekte fakat müdahale edememektedir. Doğru şifreleme ve kimlik bilgisi sınırlaması başka kişilerin sisteme girişini engellemek için yapılmıştır. Sistem operatörünün sistemi açarken kullandığı tüm kimlik bilgileri, bütün bilgi ve alarm raporlarına kaydı sağlanmıştır. Operatörler kendi şifrelerini değiştirebilmektedirler. Operatör, mühendis, yönetici gibi farklı yetki seviyeleri belirlenmiş; çok sayıda operatör kimlik kodu ve şifrelemesi yapılmıştır. Bir operatör yüksek yetki seviyelerine sahip olabilirken; ikincil yetki seviyesine ait bir sistem operatörünün diğer yetki seviyelerine ulaşması şifrelerle engellenmiştir.

SCADA’ nın Faydaları

• Arızadan kaynaklanan kesintilerin azaltılması,

• Enerji şebekesinin etkin kullanımı ile elektrik sarfiyatının azaltılması,

• Tesis bölümlerinin sarfiyatlarının otomatik olarak ayrı ayrı kaydedilmesi ve muhasebeleştirilmesi,

• Elektrik dağıtım sisteminde kullanılan cihazların optimizasyonu,

• Şebeke kalitesinin analizi,

• Arızadan kaynaklanan kesintilerin azaltılması,

• Önceden alarm verdirterek, açmadan önce sisteme müdahale olanağı,

• Arızanın sebebinin anında belirlenmesi ve herhangi bir sorun halinde merkezden tüm tesise müdahale imkanı gibi yararları vardır.

Operatörün prosesi kontrol imkanı:

Operatörün sahadan gerekli bilgileri aldıktan sonra sistem konfigürasyonu sayesinde kesici ve yük ayırıcılarını kumanda eden rölelere anında müdahale edebilmesini sağlayan bir özelliktir. Kullanıcı, manuel yapması istenen sistemler için (arıza,bakım,hata mesajları vb.) sistemden durumu algılayıp bunun için gerekli prosedürü yerine getirebilecektir.

SCADA Sisteminden Beklenenler:

• Sisteme ait elektriksel ve endüstriyel parametrelerin PC’ den izlenebilmesi

• Set edilen değerler için alarm alabilme

• İstenen değerlerin talep edilen periyotlarla kaydedilmesi

• Grafik Trend izleme ve kaydetme imkanı

• Enerji tasarrufuna imkan sağlayan veri tabanı

• Ürün bazına indirgenebilen enerji maliyeti

• Elektrik sarfiyatının faturalandırılması

• Tek bir merkezden dükkan, ofis, grup ve bina bazında yük kontrolü

• Öncelik seçimli yük atma ve yük alma

• Arıza Takibi

• Sistemdeki her noktaya PC’ den kumanda imkanı

Yazılımdan (software) beklenenler:

• Çabuk kolay uygulama tasarımı

• Dinamik grafik çizim araçları

• Çizim kütüphanesi

• Alarm yönetimi

• Tarih bilgilerinin toplanması

• Rapor üretimi