أنظمة التحكم الصناعي SCADA

قدمت لكم سابقا درس على قناتي في يوتيوب بعنوان  " انت قادر على تدمير دول باستخدام حاسوبك " وكان محور درسي حول أنطمة التحكم الصناعي والاشرافي ,  او ما تسمي أختصارا بـ SCADA , وتكلمنا أيضا عن علم كبير جدا وهوة علم الموجات وتردداتها او ما يختصر له بـ  RF  .

              


كان محور درسي الاساسي حول النظامين المذكوران سابقا وان نظام سكادا او موجات الراديو من العلوم الحاسوبيه المفقوده وتكاد تكون نادره  جدا جدا جدا في المحتوى العربي  وللاسف لا نجد من يتحدث او يشرح هذه الانظمة للجمهور المحب لتقنيه .

لذلك  قررت ان اقوم بتقديم مجموعة دروس لكم عن النظام السكادا من الصفر حتى فهم النظام بالكامل ونسال الله ان نوفق في الطرح وايصال المعلومه وقبل البدء لتتعرف على هذه الانظمة اتمنى من الجميع مشاهدة نبذه سريعه عن خطورة هذه الانظمة واهمية تعلمها بنسبه لنا نحن " كمسلمين " من خلال هذا المقطع المصور .



                   


بعد مشاهدتك لهذا المقطع ومعرفة خطورة هذه الانظمة وكيف كانت قادره على تدمير دول متقدمة تقنيا .. اعتقد انك الان اصبحت تعلم مدى سوء الوضع العربي في هذه الانظمة فنحن تكلمنا في الدرس ان دول متقدمه تقنينا كادت ان تدمر من خلالها , اذا ما زلت تمتلك الحماس للبدء في تعلم انظمة السكادا - SCADA System وتكون احد الاشخاص القلائل المتقنين لهذا النظام فقل بسم الله ولنبدء .

• ماذا تعني كلمة سكادا - SCADA ؟

كلمة SCADA   أختصار لـ  Supervisory Control and Data Acquisition System  بما يعني 

" التحكم الإشرافي ونظام الحصول على البيانات "

• ما هيه مجالات أستخدام هذه أنظمة السكادا ؟

أنطمة لسكادا انظمة خاصة بعمليات التحكم في المصانع بمختلف مجالاتها العمليه تساعد وتسهل عملية الاشراف على المصانع بشكل كببير وهذه الانظمة ليست فقط حكر على المصانع بل لها مجالات كبيرة جدا حيث انها تتحكم ببنيه تحتيه لدول باكملها اذا كنت تتسائل اين تتواجد هذه الانظمة ؟؟ فلك بعض الامثلة .

1. مصانع التنجيم 
2. مصانع الاسمنت 
3. محطات توليد الطاقه 
4. محطات تحلية المياه 
5. ادارة المفاعلات النووية 
6. اٌبار التنقيب عن النفط 
7. أدارة حركة المرور

والكثير من الاستخدامات التي تدخل بها انطمة لسكادا والتي تستخدمها الدول بشكل كبير بل أعتماد الدول عليها اصبح كبير جدا لاداراة البنيه التحتيه لدولها .

• ما هيه فائدة الـ SCADA SYSTEM ؟

برزت فائدة وضرورة أستخدام أنطمة التحكم الصناعي بشكل كبير عند تطور المدن وزيادة عدد السكان وتوسع النشاطات في الدول واصبح من الضروري توفير الخدمات بكفائه على الرغم من التوسع الكبير والسريع , فنتشرت الاشارات المروريه في الشوارع وانتشرت مولدات الطاقة بالمدن وكثرة خطوط الماء التي تمر تحت الارض او كوابل الاتصالات , فأصبح من الصعب على الانسان التحكم او الاشراف بكل هذه الانظمة يدويا والمسير برحلة 100 كيلوا متر ليغلق خط ماء او يطفئ مصباح كهربائي في مدينة اخرى او يعلم بخلل في خط كهرباء في مكان بعيد ومن الغير منطقي توظيف شخص عند كل مصباح اناره لمراقبتة ,

  لذلك كان لا بد من نظام يسهل عملية الاتصال بين هذه المنشات, بالاضافة الى العدد الكبير من الحساسات و الاجهزة و العمليات الصناعية التي لا بد من مراقبتها, و جمع البيانات الخاصة بها لتحليلها ويشرف على هذه الانظمة الانسان من مكان واحد وغرفه واحده فظهر لدينا ما يسمى نظام التحكم الاشرافي وجمع البيانات. 

الان سنبدء بدخول الى مستوى اعمق في هذه الانظمة سيلزمك التركيز تابع ..!! 

• كيف يتم التحكم بهذه الانظمة وما هيه المتطلبات الاساسية لها ؟ 

           

من اهم القطع المستخدمة في نظام التحكم الصناعي سكادا جهاز حاسوب يسمى PLC وهذه الاحرف أختصار لـ Programmable Logic Controller يعني "" جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة "" , لا تذهب بخيالك بعيدا فجهاز الـ PLC جهاز حاسوب ولاكن ليس كحاسوبك الذي بالمنزل او الشركة او ما يسمى PC فهذا الجهاز له أدوات ادخال مختلفه ونظام مختلف وادوات اخراج مختلفه , فعلى سبيل المثال حاسوبك به "ماوس او كيبورد" لادخال البيانات و طابعة او سماعة لاخراج البيانات , اما جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة من الوحدات (يطلق عليها غالبا الكروت Cards) التالية:- 

• وحدات إدخال رقمي Digital Input Cards: تؤدي نفس الوظيفة التي تقوم بها الريليهات ومفاتيح التلامس بحيث أنها تشبه حالات التشغيل والإيقاف ولكن بأسلوب منطقي اخر (إشارة جهد دخل ذو مستوى مرتفع أم منخفض).
• وحدات إدخال تماثلي Analog Input Cards: وتشبه إلى حد ما أجهزة الاستشعار أو المجسات حيث يمكن أن تكون لقياس الحرارة، الجهد، أو غير ذلك.
• وحدات إخراج رقمي Digital Output Cards: تؤدي هذه الوحدات عمليات الفتح والقفل مثل المفاتيح العادية ونقاط التلامس المفتوحة والمغلقة في عنصر الريلاي.
• وحدات إخراج تماثلي Analog Output Cards: عادة ما يكون خرج هذه الوحدات هو جهد ذا تيار مستمر VDC متغير القيمة ويمكن تشبيههبمقسم الجهد.
• وحدة المعالجة المركزية وحدة معالجة مركزية: وهي تماما كتلك الموجودة في الحاسوب الشخصي مع اختلاف بسيط هو قدرتها على تحمل درجات حرارة أعلى نسبيا وذلك حسب المتطلبات الصناعية. تهتم هذه الوحدة بعملية إدارة وتشغيل نظام التشغيل، البرنامج المخزون ومعالجة البيانات بين الدخل، الذاكرة والخرج.
• وحدات الذاكرة والتخزين Memory and Storage: هي أيضا شبيها بمحتويات الحاسوب الشخصي مثل ذاكرة الوصول العشوائي ذاكرة الوصول العشوائي ذاكرة القراءة فقط ذاكرة القراءة فقط (أصبحت تستبدل ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح أوذاكرة فلاش Flash memory). لاتستخدم محركات الأقراص بكافة أنواعها بشكل كبير في هذه الأجهزة وذلك بسبب صغر حجم البرنامج المكتوب.
• وحدة الاتصال Communication Card: الغرض الرئيسي من هذه الوحدة هو تبادل البيانات بين الجهاز ووحدة أخرى مثل الحاسوب الشخصي أو جهاز PLC اخر.
• وحدة إمداد القدرة وبطارية الدعم Power Supply and Battery Backup: تهتم وحدة إمداد القدرة باستلام القدرة الكهربائية من مصدر خارجي وتوزيعها بشكل ملائم على جميع الوحدات السابقة بجهد مناسب لعملها وتيار مناسب خاصة في وحدات الإخراج التماثلي. أما بطارية الدعم فتستعمل لحفظ نظام التشغيل والبرنامج عند انقطاع الطاقة الكهربائية لفترة من الوقت.

هذا بنسبة للوحدات المادية من الجهاز اما بنسبة لجزء البرمجيات من هذا الجهاز فـ يعمل جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة بنظام تشغيل خاص به بحيث يستطيع ترجمة البرنامج المخزون (بشكل مصفوفة أو قاعدة من البيانات).

عند تنفيذ البرنامج يتم دائما قراءة وتنفيذ العمليات من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى للأسفل سطر بسطر (أو تعبير تلو اخر) وهنا تكمن الأسبقية وضمان عدم احتمالية التعارض مقارنة بطرق التحكم التقليدية بواسطة الريليهات والمفاتيح مثلا.

توجد أربعة أنواع شهيرة لتمثيل البرنامج المراد كتابته إلى PLC وهي:

• الشكل السلمي Ladder Diagram: ويشبه مخططات الدوائر الكهربائية ولذا يكون مناسبا كثيرا لمصمي الدوائر الكهربائية لسهولة التحويل.

• شكل سرد تعبيري Statement List: يشبه لغة التجميع في البرمجة الدنيا حيث تترجم العمليات المنطقية إلى كلمات ومتغيرات تسرد سطر بسطر.

• الشكل الوظيفي Functional Block Diagram: تكون جميع العمليات المنطقية عبارة عن مربعات بداخلها اسم الوظيفة وعلى يسار المربع تكون المدخلات وعلى يمينه المخرجات.

• الشكل المجدول Structure List: حيث تعطى أشكال البوابات الرقمية المألوفة وجداول الصواب والخطأ.

وكما يوجد الكثير من انواع الحواسيب العاديه مثل " dell , hp , lenovo ..etc " يوجد عدة انواع للـ PLC مثل "S5,  S7,  LOGO , Allen-Bradley .. etc "وطبعا لكل نوع استخدماته حسب امكانيات المستخدم مثل S7 حيث يمثل الأنظمة الأكثر شيوعا في المناطق الصناعية وخاصة  التي لا يمثل فيها التحكم خطورة كبرى نظرا لسعرها المنخفض نسبيا إلا أنها أكثر تعقيداً وتكون احتمالية الخطأ بها عالية مقارنة بأنظمة أخرى مثل بينتلي نيفادا وترايكونكس. تتميز أنظمة بنتلي نيفادا لمراقبة الاهتزازات، الحرارة، VTMS بسرعتها ودقتها العالية حيث تحوي كل وحدة مدمجة معالجها المستقل بداخلها. كذلك يتميز نظام ترايكونكس بالمعالجات الثلاثية القابلة للتصويت برمجيا Triple Modular with Voting system إلا أن سعرها الباهض يجعل منها تطبيقا مقتصرا على الشركات النفطية والمفاعلات النووية.

يكمل في الجزء الثاني الخاص بتوصيل النظام والشبكات الخاصه بنظام