ارتباطات در ایستگاههای قدرت

با توجه به اینکه سیستم  اسکادا شامل تکنولوژی نوینی در فرایند ارتباطی میان ایستگاههای قدرت در صنعت برق می باشد لذا در ذیل مختصرا به توضیح این سیستم پرداخته و در خلال آن به ابعاد مختلف کاری آن می پردازیم.

مراکز اسکادا- SCADA)Supervisory Control & Data Acquisition)

با گسترش سریع و به هم پیوستگی شبکه برقرسانی لزوم نظارت و کنترل در قسمتهای مختلف تولید، انتقال و مصرف از مراکز کنترل غیر قابل اجتناب است. مراکز کنترل با عنوان مراکز دیسپاچینگ وظایف فوق را به عهده دارند. این مراکز لازم است با استفاده از ابزاری قوی این وظیفه مهم را انجام دهند. این ابزار باید بتواند اطلاعات سیستم تحت کنترل را به بهترین وجه جمع آوری کرده و پس از پردازشهای اولیه و دسته بندی آنها توسط یک سیستم انتقال اطلاعات مطمئن این اطلاعات را به طور مستمر و بدون کمترین خطا به مراکز کنترل (دیسپاچینگ) منتقل نمایند تا اطلاعات مورد نظر در این مراکز به طور کامل تجزیه و تحلیل شده و فرمان مناسب و لازم در مورد آنها صادر گشته و توسط همان ابزار به سیستم منتقل و اجرا گردد. مجموعه این ابزار را با عنوان سیستم SCADA می شناسیم و به طور کلی سیستم اسکادا شامل سه بخش اساسی می باشد که عبارتند از: سیستم محلی، سیستم ارتباطی و مرکز کنترل.

1-     سیستم های محلی

تجهیزاتی که در محل یعنی پستها و نیروگاهها نصب می شوند و وظیفه جمع آوری اطلاعات و اجرای فرامین را به عهده دارند، به طور کلی سیستم محلی نامیده می شوند. سیستم مذکور این امکان را فراهم می آورد که داده ها و مقادیر، جمع آوری شده و فرامین مرکز دیسپاچینگ به اجرا در آید. به علاوه وظیفه گزارش دادن وضعیت ها و تغییرات آنها را به عهده دارد. سیستم محلی بخشی از سیستم اسکادا است که ارتباط فیزیکی با سیستم قدرت در آنجا برقرار می شود و تجهیزاتی که بایستی کنترل شوند و سیگنالهایی که بایستی مانیتور شوند همه به بخشهای مختلف این سیستم اتصال دارند.

سیستم محلی به منزله چشم، گوش و دست برای سیستم کنترل می باشد. بدین ترتیب که وضعیتها، مقادیر و اطلاعات از طریق گوش و چشم دریافت شده سپس فرامین توسط دست به اجرا در می آید. شکل (1) شمای کاملتری از تجهیزات اسکادا را ارائه می دهد. همانطور که در شکل دیده می شود، سیستم محلی به دو بخش اساسی تقسیم می شود:

      1-2) تجهیزات واسط فشارقوی – HVI (High Voltage Interpose)

برای معرفی بخش HVI به عنوان مقدمه اشاره می کنیم که تمامی داده ها از قسمت فشار قوی پست و یا نیروگاه منشا می گیرند. تبادل داده ها در محیطی مملو از نویز با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بسیار قوی صورت می گیرد.

همچنین این داده ها از نظر سطح ولتاژ و جریان بایستی قابل اتصال به بخشهای حساس الکترونیکی پایانه باشند و فرامین پایانه نیز در نهایت توسط تجهیزات الکترومکانیکی این بخش به اجرا در می آید. با این مقدمه ضرورت استفاده از تجهیزاتی که نقش واسط را بین تجهیزات فشارقوی و پایانه را بازی کنند احساس می شود که به ترکیب تجهیزات فوق به طور کلی سیستم HVI گفته می شود که اولا بایستی ایزولاسیون را در حد قابل قبولی انجام دهد و ثانیا مقادیر را از نظر سطح و دامنه به حد قابل قبولی رسانده و توانایی اجرای فرامین را داشته باشد.

دسته بندی داده ها، نحوه اجرای فرامین، استفاده از رله های واسط، تمهیدات ایزولاسیون (عملیات اینترفیسینگ) که جزئیات HVI می باشد.

1-3) پایانه – RTU (Remote Terminal Unit)

پایانه به عنوان بخش اصلی در سیستم محلی و از طرفی به عنوان یکی از عناصر مهم سیستم اسکادا وظیفه جمع آوری اطلاعات از نیروگاه و پست و همچنین کار هدایت و کنترل آنها را به عهده دارد.

 همانطور که گفغته شد کار ارتباط پایانه با محیط پروسه را بخش HVI انجام می دهد. پایانه از طریق مودم با سیستم ارتباطی و از آنجا با سیستم مرکزی ارتباط دارد.بدین ترتیب، پایانه به عنوان یک محیط میانی برای عبور اطلاعات بین دو قطب مرکز و ایستگاه به حساب می آید.

به طور کلی در پایانه دو پروسه عمده به طور مجزا انجام می گردد:

الف) جمع آوری اطلاعات و کنترل – DAC (Data Acquisition & Control)

این بخش از یک سو به طبقه HVI و نهایتا به فیلد و از طرف دیگر با مرکز کنترل ارتباط دارد. در اینجا منظور از اطلاعات به طور کلی مقادیر، وضعیتها، آلارمها و ... از فیلد و فرامین ارسالی از مرکز کنترل    می باشد که بر روی این اطلاعات کلا عملیات زیر صورت می گیرد: 1- ذخیره داده ها  2- اولویت بندی و ترتیب داده ها

ب) ارسال داده ها به مرکز کنترل

مفهوم کنترل از راه دور در اسکادا، مستلزم این امر است که داده و اطلاعات را از پایانه به مسافتی دورتر- یعنی مرکز کنترل- منتقل کنیم. بنابراین«ارتباطات» جزء لاینفک سیستم اسکادا است.

1-3-1) اجزاء تشکیل دهنده پایانه

به منظور اجرای وظایفی که در بالا تشریح شد، پایانه بایستی بخشهایی را مطابق شکل (2) در بر داشته باشد. این مدولها شامل انواع بردهای سخت افزاری (هوشمند و غیر هوشمند) و نرم افزارهای مختلف کاربردی می باشند که با هم وظایف پایانه را به انجام می رسانند. این مدولها به طور کلی شامل موارد زیر هستند:

1-3-1-1)مدول ورودی دیجیتال «DI»

ورودی دیجیتال، به عنوان مثال می تواند از باز و بسته شدن یک کنتاکت ناشی شود که این باز و بسته شدنها از طریق مدول DI به پایانه منتقل می شوند.

1-3-1-2) مدول ورودی آنالوگ «AI»

ورودیهای آنالوگ از دستگاههایی نظیر ترانسدیوسر، ترانسمیتر، ترموکوپل و ... می تواند تولید شود که خروجی آنها معمولا در ولت و میلی آمپر هستند. تکنیک جمع آوری این متغیرهای آنالوگ، در مدول ورودی آنالوگ قرار داده شده است. وظیفه این مدول نمونه گیری از سیگنالهای آنالوگ، تبدیل آنها به مقادیر دیجیتال، انجام عمل ایزولاسیون و در نهایت بافر کردن آنها می باشد که تاوسط مدول اصلی پایانه جمع آوری می گردند.

1-3-1-3) مدول خروجی آنالوگ «AO»

وظیفه  مدول خروجی آنالوگ تبدیل مقادیر دیجیتال صادره از مدول اصلی پایانه به سیگنال آنالوگ آنها به محیط خارج است. این سیگنالها برای تنظیم نقطه کار تجهیزات کنترلی پست و یا نیروگاه می توانند بکار روند.

1-3-1-4) مدول خروجی دیجیتال «DO»

وظیفه مدول خروجی دیجیتال، اعمال فرمانهای صادره از مدول اصلی پایانه به محیط خارج است. عملکرد صحیح این مدول مستلزم تحریک بدون خطا و بموقع یکسری رله می باشد. بنابراین روش طراحی این مدول باید به گونه ای باشد که خطاهای رایج در سیستمهای کامپیوتری، اعم از نرم افزاری و سخت افزاری به حداقل ممکن برسد.

1-3-1-5) مدول واسطه مخابراتی «CIU»  (Communication Interface Unit)

وظیفه CIU برقراری ارتباط بین مرکز و پایانه می باشد. این مدول از یک طرف با مودم و از طرف دیگر با مدول اصلی یا مدولی که ترجمه پیغامها در آن صورت می گیرد، در ارتباط است.

این مدول با برقراری ارتباط با مودم و ارسال و دریافت پیغامها به آن اجازه می دهد که مدول اصلی از پرداختن به جزئیات مربوط به انتقال پیغامها آزاد شده و به کارهای مهمتر بپردازد.

1-3-1-6) مدول اصلی

مدول اصلی پایانه به عنوان مدول تصمیم گیرنده و راهبر پایانه، ایفای نقش می کند و در واقع این مدول از یکسو توسط مدولهای I/O interface یعنی DI، DO ، AI ، AO و ... با محیط پروسه در ارتباط است و از سوی دیگر بوسیله مدول واسطه مخابراتی (CIU) با مرکز کنترل ارتباط برقرار می نماید. همچنین این مدول بایستی به منظور راهبری صحیح پایانه بر کارکرد بخشهای مختلف نظارت نماید. بدین ترتیب می توان عملکرد مدول اصلی را در موارد زیر خلاصه کرد:

-       جمع آوری و پردازش اطلاعات ورودی

-       اعمال فرمانهای خروجی

-       نظارت بر عملکرد صحیح پایانه

-       تبادل پیام با مرکز

-       امکانات نظارت و کنترل محلی

1-3-1-7) مدول «PCI»

عمل شمارش و ثبت پالسهای خروجی کنتورهای پستها و نیروگاهها را به عهده دارد.

1-3-2) مودم

مودم یکی از تجهیزات جانبی پایانه است که ارتباط پایانه با مرکز را ممکن می سازد. مودمها قادر به ارسال همزمان صوت و داده جهت برقراری ارتباط اپراتور با مرکز می باشند. در این حالت محدوده فرکانس 300 تا حداقل 1800 هرتز به صوت و محدوده فرکانس 2100 تا حداکثر 3400 هرتز به انتقال داده ها اختصاص می یابد.

1-3-3) منبع تغذیه

منبع تغذیه در پایانه بخش اساسی و حساس در یک پایانه می باشد. به طوریکه عملا با بروز خطا در منبع تغذیه پایانه از سرویس خارج می شود. منبع تغذیه از نوع تثبیت شده با ولتاژهای ثابت ورودی 48VDC با رنج 90% تا 110% و 220V AC با رنج 80% تا 115% می باشد. منبع تغذیه دارای حفاظتهای مختلف من جمله اضافه ولتاژ خروجی، حفاظت در مقابل اتصال کوتاه ورودی، حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ ورودی، حفاظت در مقابل ولتاژ معکوس در خروجی، حفاظت اضافه جریان و اضافه دما و ... را دارا می  باشد.

1-4) سیستم مخابراتی

باید توجه داشت که کارایی و عملکرد صحیح سیستم اسکادا وابسته به یک ارتباط دقیق و با ایمنی بالا بین مراکز کنترل و پایانه هاست که این ارتباط را سیستم مخابراتی فراهم می کند.

به طور کلی سیستمهای مخابراتی برای ارسال اطلاعات از رسانه های زیر استفاده می نمایند:

1-4-1) سیستم تلفن عمومی

1-4-2)سیستمهای مخابرات رادیویی: در این روش، اصوات و اطلاعات روی موج رادیویی سوار شده و پس از مدوله شدن به مرکز ارسال می شوند و در مرکز پس از آشکار سازی به حالت اولیه برمی گردد و عمل عکس انجام می گردد.

1-4-3) شبکه مخابراتی فیبر نوری

1-4-4) سیستم شبکه مایکروویو: سیستمهایی هستند که از طریق آنتن و ارسال امواج، انتقال اطلاعات را انجام می دهند.گستره فرکانسی این امواج 300 مگا هرتز تا 1000 گیگا هرتز است.

1-4-5) سیستم مخابراتی PLC  "Power Line Career"