في عالم الأتمتة اليوم أصبحت مراقبة العمليات الصناعية المعقدة والتحكم فيها أمرًا بالغ الأهمية لضمان عمليات فعالة وآمنة. من هنا تأتي أهمية أنظمة سكادا SCADA System أو التحكم الإشرافي وجمع البيانات. في هذه المقالة شرح أساسيات أنظمة SCADA ومكوناتها ووظائفها وفوائدها، بالإضافة إلى دورها في الأتمتة الصناعية الحديثة.
ما هو نظام سكادا SCADA؟
سكادا (بالإنجليزية: SCADA) هي اختصار نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (Supervisory Control and Data Acquisition)، وهو نوع من أنظمة التحكم التي تدير وتتحكم في العمليات الصناعية مثل التصنيع وتوليد الطاقة الكهربائية وفي منصات النفط ومعالجة المياه. تقوم أنظمة SCADA بجمع وتحليل البيانات في الوقت الفعلي من أجهزة الاستشعار والمعدات المختلفة، وتستخدم هذه المعلومات للتحكم في هذه العمليات وتحسينها، ومراقبتها.
مكونات نظام سكادا SCADA
تشمل المكونات الرئيسية لنظام سكادا SCADA نظام المراقبة العمومي، واجهة المستخدم أجهزة الـ PLC، وحدات التحكم الطرفية (RTU)، شبكة الاتصالات.
1- واجهة المستخدم (HMI): الـ (HMI) هي جهاز يحتوي على شاشة يسمح للمشغلين بمراقبة العمليات والتحكم فيها عن بعد. تتكون HMI عادةً من جهاز كمبيوتر متصلة بنظام SCADA وتعرض بيانات النظام والمعدات الموجودة في الشبكة مباشرة في نفس الوقت الفعلي وتسمح للمشغلين بإصدار أوامر إلى النظام.
2- وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC): الـ PLC من أهم مكونات نظام سكادا وهي أجهزة كمبيوتر صغيرة مصممة للتحكم في عمليات أو معدات معينة، هذه الوحدات تقوم بجمع البيانات من أجهزة الاستشعار والمعدات وإرسالها إلى وحدة SCADA الرئيسية لتحليلها، واستقبال الأوامر من النظام وتنفيذها على الأجهزة المتصلة بها، تنتقل البيانات بين PLC ونظام SCADA عبر شبكة اتصالات.
3– وحدات التحكم الطرفية (RTU): وهي أداة تحكم ومراقبة عن بعد تقوم بجمع المعلومات من جميع الوحدات من إنذارات وقياسات والتي تكون مربوطة بالحساسات المستخدمة مثلا لقياس درجة الحرارة، أو مستوي سائل، أو ضغط. وتقوم وحدات التحكم الطرفية بتحويل البيانات القادمة من الحساسات إلى بيانات رقمية، وإرسالها إلى نظام المراقبة العمومي، وتتصل مع الـ PLC عن طريق كيبل RS232 او RS485.
4- نظام المراقبة العمومي: عن طريق الحاسوب يقوم بتجميع البيانات عن الشبكة ويقوم بإرسال أوامر للتحكم فيها أيضًا.
5- شبكة الاتصالات: شبكة الاتصالات هي العمود الفقري لنظام SCADA وتعمل على نقل البيانات بين الأجزاء المختلفة للنظام، بما في ذلك HMI و PLC و RTU. يمكن أن تكون شبكات الاتصال سلكية أو لاسلكية.
نظام سكادا في الشبكة الكهربائية
يقوم نظام سكادا في شبكات التوزيع بمراقبة الخطوط والمحولات عن طريق وجود حساسات وأنظمة تحكم طرفية موجودة في لوحات التوزيع أو لوحات المحولات، وتكون هذه الحساسات متصلة بجهاز الحاسوب المركزي، وعن طريق قنوات اتصال لنقل البيانات إلى وحدة المراقبة المركزية التي تستطيع من خلال هذه البيانات معرفة حالة الجهاز الطرفي عن بعد دون الحاجة للمراقبة البشرية التي بدأت جميع الأنظمة في التخلي عنها واستبدالها بالأنظمة التكنولوجية كنظام SCADA لتوفير الجهد والوقت.
ومن خلال الحساسات والأجهزة الطرفية تستطيع أيضًا بالإضافة للمراقبة أن تتحكم بالوحدات التابعة للنظام، كإغلاق خط أو فتحه، والتحكم بالقواطع أو أية عمليات تحكم عن بعد، فمثلًا يقوم الحساس بتوجيه بيانات رقمية عبر شبكة SCADA، وتصل إلى الجهاز المركزي بأن هناك ارتفاع في درجات الحرارة لمحول معين، فيقوم عندها العامل المناوب في الخدمة بالتدخل إما بتخفيف الحمل أو بإرسال فرق الصيانة.
ويساعد سكادا بالعثور على الموقع الدقيق للأعطال، ويوفر سكادا نظام إنذار للعاملين لتحديد الخطأ ومنعه قبل حدوثه في والتسبب بفصل شبكة التوزيع بأكملها. ويتحكم عن بعد في مفاتيح العزل والقواطع الكهربائية مما يسهل عمليات الصيانة.
وظيفة نظام سكادا
الوظائف الأساسية لنظام SCADA هي:
- جمع البيانات: تقوم أنظمة SCADA بجمع البيانات من مختلف أجهزة الاستشعار والمعدات مباشرة في الوقت الفعلي.
- المراقبة المستمرة للمتغيرات المختلفة مثل الجهد والتيار وغيرها.
- تحليل البيانات: يقوم نظام سكادا بتحليل البيانات التي تم جمعها من أجهزة الاستشعار والمعدات، وإنشاء تقارير وإنذارات بناءً على هذه البيانات.
- التحكم المباشر عن بعد بالمعدات
- تخزين البيانات: تقوم أنظمة SCADA بتخزين البيانات التاريخية لتحليلها في المستقبل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
- القيام بعمليات تلقائيًا مثل التبديل بين خطوط النقل.
مميزات أنظمة اسكادا
تتمتع أنظمة سكادا بالعديد من المزايا في مختلف الصناعات، بما في ذلك:
- زيادة الكفاءة: يمكن لأنظمة SCADA أتمتة العديد من العمليات، مثل مراقبة العمليات الصناعية والتحكم فيها، مما يقلل الحاجة إلى التدخل اليدوي. تعمل هذه الأتمتة على تحسين الكفاءة والإنتاجية ويمكن أن تساعد المؤسسات على تقليل التكاليف.
- المراقبة في الوقت الفعلي: تسمح أنظمة SCADA بالمراقبة المباشرة في الوقت الفعلي للعديد من المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط والجهد والتيار وغيرها. وهذا يساعد العاملين على تحديد أي مشاكل مبكرًا واتخاذ الإجراءات اللزمة قبل حدوث أي ضرر كبير.
- إمكانية الوصول إلى أنظمة SCADA عن بُعد: مما يعني أنه يمكن للمشغلين مراقبة العمليات والتحكم فيها عن بعد. وهذا مفيد خاصة للأنظمة الكبيرة أو المتفرقة جغرافيًا،
- إدارة البيانات: تقوم أنظمة SCADA بجمع وتخزين كميات كبيرة من البيانات، مما يساعد المؤسسات على اتخاذ قرارات دقيقة.
- زيادة السلامة: تساعد أنظمة SCADA في زيادة السلامة من خلال توفير إنذارات عند بداية حدوث أي مشكلة ويتيح ذلك للمشغلين اتخاذ الإجراءات الازمة قبل حدوث أي ضرر أو حوادث.
بشكل عام، توفر أنظمة SCADA مجموعة واسعة من المميزات بما في ذلك تحسين الكفاءة، والمراقبة المباشرة في الوقت الفعلي، والوصول عن بُعد للأجهزة والمعدات، وإدارة البيانات، وزيادة السلامة.
تحديات نظام سكادا
- الحماية: غالبًا ما تكون أنظمة سكادا متصلة بالإنترنت مما يجعلها عرضة للهجمات الإلكترونية.
- التعقيد: يمكن أن تكون أنظمة سكادا معقدة وتتطلب معرفة وتدريب متخصصين لصيانتها وتشغيلها.
- التكلفة: قد يكون تنفيذ نظام سكادا مكلفًا بسبب الحاجة إلى أجهزة وبرامج متخصصة وحديثة.
