ENERJİNİN OTOMASYONU Enerji ihtiyacının tam, zamanında ve ucuz karşılanması, enerjinin en tasarruflu şekilde kullanılması yalnız ülkemiz için değil tüm.

... konulu sunumlar: "ENERJİNİN OTOMASYONU Enerji ihtiyacının tam, zamanında ve ucuz karşılanması, enerjinin en tasarruflu şekilde kullanılması yalnız ülkemiz için değil tüm."— Sunum transkripti:

1

2 ENERJİNİN OTOMASYONU Enerji ihtiyacının tam, zamanında ve ucuz karşılanması, enerjinin en tasarruflu şekilde kullanılması yalnız ülkemiz için değil tüm dünya için büyük önem taşımaktadır. Enerji ihtiyacını ucuz karşılamanın ve en önemlisi mevcut enerjiyi verimli şekilde kullanmanın en etkin yolu enerjiyi kontrol etmektir. Elektrik enerjisine olan talebin artması, yüksek maliyetli yatırımların yanı sıra ileri teknoloji ve yetişmiş insan gücüne duyulan ihtiyacı da beraberinde getirmiştir. Uluslararası standartlara uygun olmayan sistemlerin kullanımı, teknolojinin getirdiği avantajlardan yararlanmamak; kayıpları ve dolayısıyla maliyetleri arttırdığı gibi can ve mal güvenliği açısından da büyük riskler taşımaktadır. Bu riskleri ve kayıpları asgariye indirmek ve enerji sarfiyatını en optimum seviyede tutmak vazgeçilmez hedef olmuştur. Bu hedefi gerçekleştirmenin en etkili yolu; enerjinin, üretimden tüketildiği son noktaya kadar kontrol altında tutulduğu ve en uygun senaryoya göre kumanda edildiği, enerji parametrelerinin izlenip sistemin takip altına alındığı otomasyon sistemleri kurmaktır. Bu amaçla enerji tesislerinde kurulan otomasyon sistemlerinin, standartlara uygun ve teknolojinin getirdiği avantajları müşteriye sunabilecek düzeyde olmasının yanı sıra verimli şekilde işletilmesi de çok önemlidir. Enerji tesislerinin verimli işletilmesinin yolu da sistem bakımlarının ve servis hizmetlerinin zamanında ve doğru biçimde yapılması, sistem ilavelerinin mevcut sistem özellikleri göz önüne alınarak realize edilmesinden geçmektedir.

3 SİSTEMİN AVANTAJLARI Bu sistem ile kontrol altında tutulan ve izlenen bir elektrik dağıtım sisteminin tüketiciye sağladığı en büyük kazanç; mevcut enerjinin en tasarruflu şekilde kullanılması, can ve mal güvenliği açısından da riskleri ortadan kaldırmasıdır Bunun dışında sistemin avantajları şu şekilde sıralanabilir: Sisteme ait enerji parametreleri sürekli izlenebildiğinden sarfiyat kontrol altındadır. Sistemdeki tüm ekipmanlar anlık izlenebildiğinden arızalara acil müdahale söz konusudur. Son kullanıcının istekleri de göz önünde bulundurularak oluşturulmuş senaryoya göre çalışan otomasyon sistemi, saha ekipmanlarına hatasız kumanda edeceğinden dolayı insan inisiyatifinde çalışan sistemlere oranla çok daha güvenli ve tehlikesiz olacaktır. İnsan hatalarını ortadan kaldırdığı gibi az sayıda personelle de kontrol altında tutulabilir. Sistemde çalışan senaryoya yük alma ve yük atma prosesleri dahil edilebilir. Bu da enerji sarfiyatını en optimum seviyede tutar. Aynı zamanda sistemdeki ekipmanın ömrünü uzatır. Yük alma ve yük atma prosesleri, elektrik üretim noktalarındaki (trafo/jeneratör) veya belli elektrik tüketim noktalarındaki yüke göre (çektiği akım veya güce göre) bu noktaları devreye alır veya çıkarır. Bu da enerji sarfiyatını minimuma indirir. Sisteme ait parametrelerin anlık değerlerinin izlenebilmesinin yanında geçmişe dönük değerlere de ulaşmak mümkündür. Bunları rapor halinde alabilme imkanı da mevcuttur. Böylece tüm tesisin performansı hakkında bilgi sahibi olunur ve gerekli tedbirlerin zamanında alınmasına imkan verir. Son teknoloji ile kurulan otomasyon sistemleri, yazılım ve donanım olarak son derece açık sistemlerdir. Sonradan genişleyebilme ve değiştirilebilme özelliklerine sahiptir. Hatta başka sistemler de otomasyon sistemine entegre edilebilir

4 SİSTEMİN YAPISI Sistem üç ana kısımdan oluşmaktadır: -Kontrol ve Kumanda Sistemi -Komut Gönderme ve İzleme Sistemi -Saha Kontrol Ekipmanları

5 Kontrol ve Kumanda Sistemi
İstenilen kontrol senaryolarını gerçekleştiren birimdir. Bu birimler için çoğunlukla PLC (Programmable Logic Controller)'ler kullanılır. Sahadaki kontrol elemanlarından gerekli sinyalleri toplar ve üzerindeki yüklü programa göre sahaya komutlar gönderir. Röleli kumanda devrelerindeki karmaşıklığı, eleman ekleme/çıkarma zorluğunu ortadan kaldırdığı gibi kolayca değiştirilebilme/geliştirilebilme özelliğine sahiptir, Uzun süre bakım gerektirmez, Hacim olarak daha az yer kaplar, Yüksek performanslıdır, Olumsuz endüstriyel ortamlarda ( tozlu, sıcak, nemli, gürültülü vs ) çalışabilme gibi özelliklere sahiptir. Kapasite artışı söz konusu olduğunda rahatlıkla genişleyebilme özelliğine sahiptir. PLC'leri programlamak için kullanılan yazılımlar da, yazılım dünyasındaki gelişmelere paralel olarak kullanım kolaylığına ve çok geniş bir fonksiyon kütüphanesine sahiptir. Bu yazılımlar PC'lerde çalıştırılabilmektedir. Temel lojik ve aritmetik fonksiyonlara ek olarak özel geliştirilmiş fonksiyonları ve PID gibi özel kontrol algoritmaları da vardır. Bu nedenle PLC'ler lojik temele dayanan otomasyon sistemlerinden başka, geri beslemeli otomasyon sistemlerinde de rahatlıkla kullanılmaktadır.

6 Komut Gönderme ve İzleme Sistemi
Kontrol ve kumanda sisteminin kontrolü altında bulunan tüm noktaların izlenebildiği ve kumanda edilebildiği bilgisayardan oluşmaktadır. Bilgisayarda, otomasyon sistemine izlenebilirlik, bir merkezden kumanda ve kontrol etme, rapor alma gibi özellikler kazandıran özel bir yazılım çalışır. Bu yazılımın genel ismi SCADA/HMI (Supervisory Control and Data Acquisition /Human Machine Interface)'dır. Bu program PLC ile sürekli haberleşme içindedir. PLC-SCADA/HMI arasındaki haberleşmedeki tüm veriler, yaklaşık olarak, saniyede bir defa tazelenirler. Bilgisayar ya da SCADA/HMI uygulaması devre dışında ise, otomasyon sistemi çalışmasında bir aksaklık meydana gelmez. Ancak bu süreç içinde haberleşme olmayacağı için, bilgisayarda veri ve alarm kaydı yapılamaz.

7 SCADA yazılımının başlıca özellikleri şöyle sıralanabilir:
Saha elemanlarına kumanda emri gönderme, Saha elemanlarının durumlarını izleme, Enerji parametrelerini izleme ve sabit diske kaydetme, Enerji parametre grafikleri Arızaları takip etme, Alarm gruplaması ve yönetimi, Sesli ve grafik animasyonlarla operatörü uyarma, Rapor oluşturma ( geçmiş tarihlerde de alabilme imkanı ), Analog değerlerin zamana göre değişim eğrilerini oluşturma, 100 ayrı şifreleme seviyesi ile yeterli derecede güvenlik, Genişleyebilme, network'a bağlanabilme.

8 Alarm izleme Operatör, sisteme ait tüm arızaları bilgisayardan on-line takip edebilmektedir. Arıza ile ilgili açıklayıcı bilgiler (oluştuğu zaman, yer, operatör, giderildiği zaman, açıklama) operatöre sunulmakta ve yetkili mühendisin sonradan inceleyebilmesi ve yazıcıdan kağıda dökebilmesi için sabit diske kaydedilmektedir. Ayrıca alarmların tesisteki ünitelere göre gruplanması da mümkündür. Raporlama Raporlama için belirlenen tüm bilgiler, sabit diske kayıt edilmektedir. Kapsamlı raporlar bu bilgiler kullanılarak alınmaktadır. Raporlara ek olarak hedef değer-gerçek değer karşılaştırması yapılmakta ve tesisin performansı ortaya çıkarılmaktadır. Trendler Sahadaki analog değerlerin zamana göre değişim eğrileri (trendler), anlık ve geçmişe dönük olarak alınabilmektedir. Faturalama Tesisin alt birimlerinin tükettiği enerji, bu birimlere farklı birim fiyatlarla ve indirimlerle fatura edilebilir. Faturalama opsiyonuna istenilen bir çok parametre daha ilave edilebilir. Güvenlik SCADA sisteminde yeterli derecede güvenlik sağlanmıştır. Tesis dışı üçüncü şahısların sisteme girmesi, 100 ayrı şifreleme seviyesi imkanı ile engellenmiştir. Operatörler, sadece kendilerine izin verilen işlemleri gerçekleştirebilirler. MS-DOS ve Windows ortamlarına geçiş engellenmiştir.

9 Saha Kontrol Ekipmanları
Motorlu Kompakt Şalterler Tesislerde elektrik üretim noktalarının ( trafo ve jeneratör ) çıkışına ve elektrik dağıtım sistemindeki enerji tüketim noktalarının girişine kurulan kompakt şalterler, birtakım ek donanımlar ilave edilerek otomasyon sistemine entegre edilir. Otomasyon sistemlerine kolayca entegre edilebilecek şekilde üretilen kompakt şalterler, son derece güvenli ve her türlü ihtiyaca cevap verecek niteliktedirler. Birbirinin aynı birkaç kesme ünitesinden oluşurlar. Kısa devre durumunda bunların iç tasarımı, özellikle de döner kontak hareketi, son derece hızlı kontak tepmesine ve bunun sonucu olarak da kısa devre akımının sınırlanmasına yol açar. Ayrıca kısa devre durumunda açtırma ünitelerindeki hava basıncının artması, doğrudan devre kesici açtırma mekanizmasını işletir. Bu teknikle, yanıt süresini yaklaşık 1000 ms'ye düşüren çok hızlı bir kesme sağlanmış olur. Kompakt şalterler, çok yüksek akım sınırlama kapasiteleri sayesinde kısa devre akımlarını ortaya çıkar çıkmaz "bastırır" ve böylece kısa devrelerin genellikle yol açtığı yıpranmalardan (kendileri de dahil olmak üzere) tüm elektrik gereçlerini etkin bir biçimde korurlar.

10 SCADA SİSTEMİNİN GENEL YAPISI
Kapsamlı ve entegre bir Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme Sistemi (Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) ) kontrol sistemi sayesinde, bir tesise veya işletmeye ait tüm ekipmanların kontrolünden üretim planlamasına, çevre kontrol ünitelerinden yardımcı işletmelere kadar tüm birimlerin otomatik kontrolü ve gözlenmesi sağlanabilir. Bu tür sistemler “Katmanlaşan - Scalable” özelliklerinden dolayı, değişik işletmelerin tüm kontrol ihtiyaçlarını kademeli olarak gerçekleştirilmelerine imkan verir. Bu katmanlar ; a. Kaynak Yönetim Katmanı b. İşletme Kaynak Yönetim Katmanı c. Süreç Denetim Katmanı d. İşletme Kontrol Katmanı

11 İşletme Kaynak Yönetim Katmanı
İşletmenin Üretimi için gerekli kaynakların planlandığı bu katman’ da üretim ve hizmet politikalarını destekleyecek kararlar alınır ve uygulanır. Hizmet ve üretim yönetimi departmanları ile diğer departmanlar arasında işbirliği gerçekleştirir. Entegre bir SCADA kontrol sisteminin bu katmanında en alt katmandan gelen veriler değerlendirilerek işletmelerin stratejileri geliştirilir, politikalar saptanır ve işletme ile ilgili önemli kararlar alınır. İşletme Yönetim Katmanı İşletmelerde veya tesislerde bulunan bölümler arası işbirliği bu düzeyde sağlanır. İşletme yönetim katmanında bir önceki seviyede saptanmış stratejilere uygun kararlar oluşturulur ve işler sırası ile yürütülür. Bu katman daha çok bir işletme müdürlüğü işlemini üstlenir. Süreç Denetim Katmanı Süreç Denetim Katmanında izleme ve veri toplama fonksiyonlarının gerçekleştirilmesiyle tesisler ve makinalar arası eşzamanlılık sağlanması amaçlanır. Bu katman, genellikle merkezi kontrol odası bünyesinde kontrol cihazları ve SCADA yazılımları içerir. İşletme Kontrol Katmanı İşletmelerin Fiziksel Kontrollerinin yapıldığı katman olarak tanımlanabilir. Burada, mekanik ve elektronik aygıtlar arabirimlerle bağlanarak işletme fonksiyonlarını yürütürler. Denetim komutları bu düzeyde tesisin çalışmasını sağlayan elektriksel işaretlere sinyallere ve makine hareketlerine dönüşür, bu dönüşümler elektronik algılayıcılar aracılığıyla toplanır. Toplanan veriler elektrik işaretlerine çevrilerek SCADA sistemine aktarılır. Tahrik motorları, vanalar, lambalar, hız ölçü cihazları, yaklaşım detektörleri, sıcaklık, kuvvet ve moment elektronik algılayıcıları burada bulunur. SCADA sisteminden verilen komutlar, bu katmanda, elektrik işaretlerine çevrilerek, gerçek dünyada istenen vanaların açılması, ısıtıcıların çalıştırılıp – durdurulması gibi hareketlerin oluşması sağlanır.

12 SCADA Sistemlerinin Uygulama Alanları
SCADA sistemlerinin birçok kullanım alanı vardır. Geniş bir coğrafi alana yayılmış, bölgesel ve yerel tesislerin bir çoğunda kullanılmaktadır. Başka sistemlere de alt yapı teşkil etmektedir. SCADA sistemine ilave işlevler eklenerek ENERJİ YÖNETİM SİSTEMLERİ (EMS) veya DAĞITIM YÖNETİM SİSTEMLERİ (DMS) gibi sistemler oluşturulur. SCADA sistemlerinin başlıca kullanım alanları şunlardır: Kimya Endüstrisi Doğalgaz ve Petrol Boru Hatları Petrokimya Endüstrisi Elektrik Üretim ve İletim Sistemleri Elektrik dağıtım Tesisleri Su Toplama, Arıtma ve Dağıtım Tesisleri Hava Kirliliği Kontrolü Çimento Endüstrisi Otomotiv Endüstrisi Bina Otomasyonu Process Tesisleri

13 RTU (Remote Terminal Unit)
Uzak Uç Birimleri: Bir SCADA sisteminde RTU - Bilgi Toplama ve Denetleme birimi, bulunduğu merkezin sistem değişkenlerine ilişkin bilgileri toplayan, depolayan, gerektiğinde bu bilgileri kontrol merkezine belirli bir iletişim ortamı yolu ile gönderen, kontrol merkezinden gelen komutları uygulayan bir SCADA birimidir. Uzak uç birimleri bulundukları yerde ölçüm ve denetleme işlemleri yürüten birimlerdir ve RTU (Remote Terminal Unit) olarak adlandırılmaktadır. SCADA sistemleri içerisinde yerel ölçüm ve kumanda noktaları oluşturan RTU'lar birbirine bağlanabilen çeşitli cihazlara (Enerji Gözetleme Sistemlerinde), kesicilere, ayırıcılara kumanda edilebilir. Ölçülmesi gereken akım, gerilim, aktif ve reaktif güç, güç faktörü gibi değerler ölçülebilir. Ayrıca ayırıcı, kesici (Açık, Kapalı) durumlarını kontrol edebilme imkanı sağlar. RTU yardımıyla merkezi kumanda ve izlemeyi sağlayabilmek için RTU'lar tüm ölçüm sonuçlarıyla cihazın çalışma durumlarını (Kesici açık, Ayırıcı kapalı) merkeze ileterek merkezden gelen komutlar doğrultusunda (Kesici aç, Ayırıcı kapa) işlemlerini yaparlar. Böylece merkezi denetim birimlerinin başında bulunan sistem operatörünün tüm ölçüm sonuçlarını görmesini ve gerekli komutları göndererek sistemin denetlenmesini sağlar. Fakat RTU'nun görevi sadece ölçüm yapmak ve komut uygulamak değil, ölçüm sonuçlarını belirli sınırlar içerisinde olup olmadığını da denetleyerek aykırı ya da alarm durumlarında merkeze bildirmektir.

14 RTU'nun Görevleri RTU’nun çok önemli iki görevi vardır.
1) Bilgi Toplama ve Depolama 2) Gerekli Kumandaları Gerçekleştirmek Bu iki görev, RTU'nun zamandan bağımsız olan yani değişmeyen özelliklerindendir. Ancak RTU’ların kullanıcılara daha verimli hizmet etmeleri öngörüldüğünde, bu fonksiyonların desteğiyle bir özellik daha eklenmiştir. İzleme(Monitoring), Arıza Yeri Tespit ve İzolasyonu. -Bilgi Edinme Aşaması Bilgi Edinme Aşaması, RTU'nun temel faaliyeti olarak doğru ve zamanında yapması gereken en mühim görevidir. Tanımdan da anlaşılacağı üzere bir RTU'nun yönetim olanakları kısıtlı olabilir, güvenlik sebebiyle kimi kontroller ana merkezden, kimileri ara merkezden verilebilir ama faaliyetlerden ödün verilmesi söz konusu olamaz. RTU gerek bölge operatörünün gerekse bağlı bulunduğu ana merkezlerin ihtiyacı olan tüm bilgileri toplar.Bu fiber seviyesindeki otomasyonun ilk prensibi gerçekleştirilmiş olur. RTU'da toplanan değerler gerekirse bir ön işlemden geçirilir. Ön işlemeden kasıt, bilgilerin kullanıcı tanımlı hale getirilmesi olayıdır. Yani analog bir değer ya da bilgi, sayısal bilgiye çevrildikten sonra RTU'da oluşturulmuş bir veri tabanı vasıtasıyla, o değere ait sınır değerlerle bir karşılaştırmaya veya matematiksel bir hesaplamaya tabi tutulabilir. -Kumanda RTU'da dikkatli ve kesinlikle sağlıklı bir şekilde yapılması gerekli bir başka özelliktir. Uzaktan kontrol olarak; bir valf veya vanayı açmak, kapatmak vb. kumandalar RTU tarafından gerçekleştirilir.

15 SCADA Sisteminin Kontrol Merkezi İngilizce yaygın olarak kullanılan adı Master Terminal Unit Türkçeye ana ve yönetici giriş birimi olarak çevrilebilir. Yaptığı işlevleri de göz önüne alarak bu birimi Ana Kontrol Merkezi veya kısaca Kontrol Merkezi olarak Türkçe' ye çevrilebilir. Geniş bir coğrafi alana yayılmış bulunan SCADA Sistemlerinin ve kontrol edilecek tesislerin merkezi bir yerine kurulur. Sistem güvenirliğinden sorumludur; yetki vermeksizin açma ve kapama işlemi yapılmaz. Yüklerin izlenmesinden ve bunların kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalmasını sağlar. Dağıtım sisteminde arıza durumunda ortaya çıkan sorunların çözümü için gereken bütün açma-kapama işlemlerine müsaade eder ve bunları denetler. Bilgisayar kontrol merkezinde her türlü ek birimler üzerinde denetimi ve koordinasyonu sağlayan birimdir. Bu işlemler uygun SCADA yazılım programları vasıtası ile yerine getirilmektedir. Kontrol merkezi mimarisini, sistem bilgisayarları, kullanıcı arabirimi, veri toplama giriş-çıkış birimleri, yazıcılar, kesintisiz güç kaynağı, yerel iletişim ağı, mimik diyagramlar oluşturur

16 Kontrol Merkezinin Görevleri
Kontrol Merkezleri kısaca bilgisayarlardan, giriş çıkış birimlerinden, insan ve makina ara biriminden (MMI:Man Machine Interface), RTU' larla haberleşme birimlerinden, bilgi depolama birimleri ve bunların ek birimlerinden oluşur. Kontrol Merkezleri yukarıda kısaca bahsedilen donanımları ile şu görevleri yerine getirir. 1. Uzaktaki RTU birimlerinden verilerin toplanması 2. Toplanmış verilerin yazılım programları ile işlenerek ekrana veya yazıcıya gönderilmesi 3. Sistemde kontrol edilecek cihazlara kontrol komutu gönderilmesi 4. Belli olaylar karşısında alarm üretme ve gelen alarmları operatöre en hızlı şekilde iletme 5. Meydana gelen olayları ve verileri zaman sırasına göre kaydetme 6. Başka bilgisayar sistemleri ile iletişimde olma 7. Dağıtım Yönetim Sistemi (DYS) ve Enerji Yönetim Sistemi (EYS) gibi üst seviye uygulama programlarını çalıştırma 8. Yazıcı, çizici, haberleşme, birimleri gibi ek birimlerin kontrolü

17 Sistem Bilgisayarları ve İşletim Sistemi
Bilgisayarlar, kontrol merkezindeki her türlü ek birimler üzerinde, denetimi ve koordinasyonu sağlayan birimlerdir. Bu işlemleri giriş, çıkış, bellek, merkezi işlem birimi, bilgisayar işletim sistemi ve uygun yazılım programları vasıtasıyla yerine getirmektedir. Bilgisayar işletim sistemi, bilgisayar sisteminde çalışan programların denetimini yapar, ek birimlere erişimini sağlar. Verilerin depolama ya da yedekleme birimlerine transferini sağlar, bellek erişimini ve sistem kullanıcılarının erişimini denetler. İşletim sistemlerinin Tek Görevli ve Tek Kullanıcılı, Çok Görevli ve Çok Kullanıcılı olmak üzere iki tipi vardır. Bunlardan ilki aynı anda sadece bir tek kullanıcının bilgisayarı çalıştırmasına ve bir tek programın işletilmesine izin verir. İkincisinde birden fazla kişi, birden fazla programı aynı anda işletebilmektedir. Bu sistemler genel olarak iletişim ağı tabanlıdır. Dolayısıyla verilerin ortak olarak kullanımı söz konusudur. Örnek olarak UNIX, POSIX işletim sistemleri gösterilebilir. Kontrol Merkezlerinde Kullanılan Bilgisayar Çeşitleri SCADA sistemi kontrol merkezlerinde kullanılan bilgisayar sistemlerini, 1) Kişisel Bilgisayarlar 2) Mini Bilgisayarlar 3) Süper Bilgisayarlar 4) Mainframe bilgisayarlar olarak sınıflandırılabilinir.

18 Kontrol Merkezi Bilgisayarı Yazılım Programları
SCADA sistemi yazılım programları oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir ve gelişimi yıllar alır. Bu nedenle SCADA gibi büyük sistemlerde yazılım çok pahalıdır. Böyle karmaşık yapılı yazılımlar yazılım mühendisliğinin konusudur. Yazılımın pahalı olması, elde edilmesinin ve geliştirilmesinin zor olması nedeniyle donanımda olduğu gibi yazılımda da kalite ve performans üstünlükleri aranmalıdır. Bir program yazılım sürecinde, analiz, tasarım, kodlama ve test aşamalarından geçmektedir. Yazılım sürecinin % 60'ını analiz ve tasarım aşamaları oluşturmaktadır. Bu nedenle bir yazılımda esas önemli olan analiz ve tasarımdır. Yazılım teknolojisinde yeni bir teknik olan nesneye dayalı programlama (Objected-Oriented Programing: OOP) metoduyla gerçekleştirilebilir. OOP, bilgisayar teknolojisinde büyük yazılım sistemlerine çözüm getiren önemli bir gelişmedir. OOP yaklaşımı ve avantajları şöyle özetlenebilir: -Fiziksel nesneler ve düşünceler program içinde nesneler ve sınıflar olarak tanımlanırlar. Mühendis daha çok kendi alanıyla ilgili konularda çalışır ve bilgisayar tabanlı sorunlarla uğraşmaz. -Algoritmik süreçlere alternatif olarak nesneler birbirlerine mesaj göndererek süreci oluştururlar ve hepsi sadece bu şekilde iletişim kuran bağımsız program parçacıklarıdır. -Fiziksel dünyadaki nesneler arası ilişkiler program nesneleri arasında da kurulabilir. Böylece sistem mimarisi insanın algıladığı biçimde tasarlanıp sunulabilir. -Birbirlerine benzer nesneler gerçek dünyada olduğu gibi bir soya çekim hiyerarşisi içerisinde bulunur ve özelliklerini kendilerinden önce gelen sınıftan alırlar. -Bu temel özellikleri yanında, OOP, programlamaya veri gizleme (information hiding), soyutlama (abstraction), çok şekillilik (poly-morphism) gibi kolaylıklar getirir.

19 Bilgisayar Yazılım Programları Yazılım Kalitesi Yazılım kalitesini belirleyen iç ve dış etkenler şunlardır: 1) Geliştirilebilirlik 2) Doğruluk 3) Anormal Durumlara Karşı Koyabilme 4) Uyumluluk 5) Yeniden Kullanılabilir Olma 6) Verimlilik 7) Taşınabilir Olma 8) Doğrulanabilirlilik 9) Modüler Olma 10) Okunabilir Olma 11) Öğrenme ve Kullanma Kolaylığı Karmaşık yazılım sistemlerinde uygun kalite için aşağıdaki unsurları göz önüne almak genel bir çözüm sağlar: 1) Standartlara uyma, 2) Açık sistemler geliştirme, 3) Tasarıma önem verme, 4) Standartlaşmış yüksek düzeyli diller kullanma, 5) Nesneye dayalı tasarım teknikleri ile programlama dillerini kullanma

20 Yazılım Sistemini Oluşturan Parçalar
SCADA yazılım sistemi; bir veri tabanı, veri toplam sistemi ve bunlarla birlikte çalışan programlardan oluşur. Programlar CPU'lar üzerinde dağılmış olabilir. Aynı zamanda bir CPU birden fazla programı kontrol edebilir. Amaç; veri toplama donanımından verileri veri tabanına kaydetmek, kullanıcı ara biriminde görüntülemek, denetim işlevini sağlamak ve güncel ya da geçmişe dönük veriler üzerinde analizler yapmaktır. SCADA merkez sistemini oluşturan yazılım birimleri; 1) Veri toplama sistemi 2) Veri tabanı ve veri tabanı yönetimi 3) Kullanıcı arabirimi (insan / makine arabirimi MMI) 4) Yerel giriş-çıkış 5) Rapor çıkarma, sebep gösterme 6) Veri analizi (geçmişe dönük veya güncel) 7) Uygulama programları (GIS gibi) 8) Konfigürasyon araçları (Veri tabanı editörleri, grafik editörleri) 9) Donanım yönetim programları (işletim sistemi, network sistemi) 10) Eğitim, test simülasyon ve hata bulma programları 11) Yerleştirme ve kurma programları 12) Diğer araçlar (derleyiciler gibi)

21 Kontrol Merkezi Kullanıcı (Operatör) Arabirim (İnsan Makine Arabirimi- İMA / Man Machine Interface- MMI) Kullanıcı Arabirimi SCADA sistemi ile operatör arasındaki ilişkiyi kuran temel birimlerdendir. SCADA sistemini kumanda merkezine bağlayan kullanıcıya sistemin her konusunda bilgi sağlayıp yardımcı olan merkezi ve karmaşık bir yapıdır. Süper mini bilgisayarlar sayesinde daha kaliteli, hızlı açık seçik, yeterli bilgileri, gelişmiş yazılım programlarını da kullanarak sunmaktadırlar. Kullanıcı arabirimi yapı olarak karakter grafik veya gerçek grafik olabilir. Karakter Grafik Yapı Hızlı fakat sınırlı görüntü verme özelliğine sahiptir. Terminal mantığı ile çalıştıklarından görüntü çağırma süresi fazladır. Terminaller ortak işlemcilerle kontrol edildiklerinde terminallerin biri diğerini beklemek zorundadır. Gerçek Grafik Yapı En yeni ve yaygın kullanıma sahiptir. Dosya erişme ve çağırma hızı, görüntü kalitesi ve yeteneği yüksektir. Özel grafik kartları sayesinde her türlü görüntüyü hızlı bir şekilde verebilir. Büyüklük olarak, karakter grafik yapıya yayma süresi oldukça az yer kaplar. Kullanıcı arabirimi için en uygun konfigürasyon budur.

22 Kontrol Merkezi Giriş-Çıkış Birimleri Giriş çıkış birimleri bilgisayarların giriş çıkış birimlerine ve RTU' larla iletişim hatlarına bağlanabilen birimlerdir. Bu birimleri kontrol eden birkaç standart denetleyici vardır. Bunlar seri, paralel, SCSI denetleyicileridir. Bu denetleyiciler bilgisayarı en az yoracak şekilde gerekli fonksiyonları yerine getirir. Bu denetleyiciler; Yazıcı Denetleyicisi: Yazıcıları kontrol eden veri transferi sağlayan denetleyicileridir. Haberleşme Denetleyicisi: Bilgisayarın diğer birimlerle bağlantı kurmasını sağlar. Genellikle seri kanal ve modem yardımı ile telefon hatları kullanılarak iletişim sağlanır. Kullanıcı Arabirimi Denetleyicisi: Verilerin kullanıcı arabirimleri arasında gidip gelmesini kontrol eder. Bu bağlantı genellikle yerel iletişim ağları ile olur. RTU Denetleyicisi: Haberleşme ünitelerini kullanarak veri transferi sağlarlar. SCSI Denetleyicisi: SCSI denetleyicilerinde, her denetleyici birden fazla üniteyi kontrol edebilmektedir. Farklı üniteler için aynı SCSI denetleyicisi kullanılabilmektedir. Ses Denetleyicisi: Sesle ilgili çeşitli denetlemelere olanak sağlar. Yedek Bellek Denetleyicisi: Yedekleme Birimleri; SCADA sisteminin veri ve alarm bilgileri ile bilgisayar programlarının depolandığı yerdir. Bu depolama birimleri aşağıdakilerden biri veya birkaçı olabilir. 1) Hareketli Diskler, 2) Sabit Diskler, 3) Floppy Diskler, 4) Değiştirilebilen Sabit Diskler, 5) Optik Diskler 6) Manyeto - Optik Diskler.

23 Programlanabilir Lojik Kontrol Üniteleri (PLC)
Programlanabilir lojik kontrol üniteleri, ikili ve üst denetimsel (supervisory) kontrolü sağlayan, mikroişlemci tabanlı elektronik ünitelerdir. PLC' ler otomasyonun vazgeçilmez yapı taşlarıdır. Otomasyon, en geniş tanımıyla teknik proseslerin gerçekleştirilmesinde, insanın bizzat üretim yapma görevini, otomatik üretim ve bunu kontrol etme, izleme görevine dönüştüren bir kavram değişimidir. Burada kontrol sözcüğü, teknik bir kavram olarak, kumanda ve ayar gibi kavramları kapsamakta, böyle bir işlem, içinde bilgisayar da ihtiva eden endüstriyel otomasyon cihaz ve sistemleri kullanarak otomatik çalışmayı genellikle üretim koordine etme ve yönlendirme anlamında kullanılmaktadır. Teknik prosesler, en genel şekilde enerji üretiminden başlayarak, tüm temel diğer endüstrilerdeki üretimler ve endüstrilerde kullanılan makinelerin ve proseslerin çalışma şekilleridir. Üretim yapma yerine, üretimin kontrol edilebilmesinden üç ana unsuru anlıyoruz. Bunlar; üretimde daha yüksek verimlilik sağlama, ekonomik üretim yapabilme ve rekabet ortamına uyum gösterebilme, bir diğeri ise insanların çalışma ortamında emniyet ve konforun sağlanmasıdır. Endüstriyel otomasyonun ana elemanı programlanabilir lojik kontrolörlerdir. (Programmable Logic Controller, PLC). Bu düzenekler ile yapılacak işin kapsamına göre; Kumanda, Kontrol, Kullanım ve İzleme, Uyarı ve Raporlama işlemlerini içeren endüstriyel otomasyon sistemleri gerçekleştirilebilir. Programlanabilir Lojik kontrol üniteleri, biriken bilgi ve verileri bir yandan SCADA sistemine iletirken bir yandan da işletme fonksiyonlarını yerine getirmek için yazılım programlarına uygun olarak lojik kontrol denetimlerini sağlarlar.

24 SCADA Sistemleriyle Kontrol
SCADA' nın en önemli özelliği veri tabanlı kontrol ve gözetlemedir. Haberleşme sistemi sayesinde kontrol ünitelerine yerleştirilmiş programlanabilir elektronik ünitelerle sürekli olarak veri alış verişini gerçekleştirir. Bu sayede SCADA sistemleriyle operatörler için ileri seviyede kontrol ve gözetleme imkanı sağlanır. Bu özellikler şöyle sıralanabilir. Gerçek zamanlı veri toplama Arıza durum kaydı Bilgilerin uzun süre saklanması Kontrol sisteminin durum gösterimi Manuel kontrol SCADA sistemlerinde alarm sınırları, ikaz bildirimleri ve benzerleri verilerin tamamı konfigürasyonun bir parçası olarak veri tabanı parametrelerini oluşturmak için kullanılır. Ayrıca SCADA sistemlerinde sembolik adresler de kullanılır. Yani ölçüm noktaları kontrol döngüsü için isimler tanımlanır. SCADA sistemi bunları fiziksel ağ ve bellek adreslerine çevirir.

25 SCADA'nın İletişim Sistemi İletişim; Bir bölgeden başka bir bölgeye, karşılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmesi işlemidir. Bunu yapabilmek için birkaç şey gereklidir. a) İletişim Yolu veya Ortamı, b) Veri veya Haberi İletim ortamı üzerinden gönderebilmek için şekillendirecek (Modülasyon) bir cihaz (Modem) c) Alıcı uçta gönderilen veri veya haberin anlaşılması için ilk şekline çevirecek (Demodülasyon) bir cihaz (Modem) gereklidir. İletişim Sisteminin Elemanları Çok basit bir SCADA sistemi bir Kontrol Merkezi (AKM) ve bir Bilgi Toplama ve Denetim (RTU) Ünitesinden oluşmaktadır. Bu basit sistemi bütünlemesi için AKM ve RTU' nun birbiri ile haberleşmesi, dolayısıyla iletişim sistemi ile donatılması gerekir. İletişim sisteminin elemanları şunlardır: 1) İletişim Ortamı 2) Veri İletişim Cihazı (Modem) 3) İletişimi Sağlanan Cihazlar (AKM, RTU)

26 SCADA İletişim Ortamları
SCADA sistemlerinde iletişim ortamı olarak kullanılabilecek ortamlar; 1) Gerilim Hatları 2) Kiralanmış PTT Telefon Hatları, Kablolu TV Hatları 3) Radyo Frekans İletişim (Mikrodalgalar, Trunk Radyo, Uydu) 4) Fiber Optik, Metalik Kablolu Özel Hatlar

27 Gerilim Hatları Power Line Carrier – PLC, yüksek gerilim hatları üzerinden haberleşmeyi sağlayan bir tekniktir. PLC haberleşmesi için kullanılan cihazlar bağlaştırıcı elemanları ile gerilim hattına bağlanır. Bu cihazlar bilgi sinyalini modüle ederek hatta enjekte ederler. Alıcı ise bilgiyi taşıyan frekansı filtreleyerek alır ve demodüle eder. PLC'ler yüksek gerilim ve alçak gerilim hatlarında kullanımına göre iki gruba ayrılır. 38 KV ve üzerindeki gerilimlerde iletim hatlarının sağladığı bant aralığından faydalanarak 50 kHz. İle 500 kHz. arasındaki frekansları taşıyıcı frekans olarak kullanabilir ve bu sayede yüksek iletişim hızlarına çıkabilir. 38 KV gerilim seviyesinin altındaki dağıtım hatlarında 5 kHz. ile 20 kHz. civarındaki frekansları, taşıyıcı frekans olarak kullanır. Bilgi bu aralıktaki frekanslarla modüle edildiğinden ancak 300 baud/s hızındaki haberleşmeye izin verir. Bu hız birçok SCADA fonksiyonu için yetersiz kalacağından sadece bazı özel amaçlar için kullanılır.

28 Kiralanmış Hatlar Genel amaçlı telefon hatları her ülkede bulunmaktadır. Ülkemizde bu iş Türk Telekom tarafından yürütülmektedir. TT veri haberleşmesini sağlamak üzere 2 Mbit/s hızına kadar kiralık hat sağlayabilmektedir. Bu haberleşme ortamı başlangıçta büyük yatırımlar gerektirmemekle beraber kira bedeli uzun vadede yüksek maliyet getirebilir. Türk Telekom iki tip hat sağlayabilmektedir: a) Kiralanmış TT Hattı (Leased Line): Bu hat kullanıcı için özel olarak ayrılmıştır. Her an kullanıma hazırdır.(ISDN - F/R) b) Otomatik aramalı TT Hattı (Dial-Up): Haberleşme öncesinde telefon konuşmasında olduğu gibi arama yapmak gerekir. Bu hatta santraller meşgul olduğunda veri iletişimi yapılamaz. Avantajları a) Çok sayıda hat kiralama imkanı vardır. b) Lisans, bina, kule vs. gerektirmez. c) İlk yatırım masrafı düşüktür. Dezavantajları a) Haberleşme ortamının sorumluluğu Türk Telekom ile paylaşılmıştır. b) Arızaların onarılması uzun zaman alabilir. c) Zamanla maliyetlerde artış olabilir. d) Bazı yerlerde kiralık hat sayısını arttırmak mümkün olmayabilir.

29 Radyo Frekansıyla İletişim
SCADA uygulamalarında kullanılan çeşitli radyo frekansı haberleşme teknikleri şunlardır; a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System) c) Trunk Radyolar d) Spread Spectrum Radyolar e) Uydu Haberleşmesi b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System): Özellikle SCADA uygulamaları için geliştirilmiş bir tekniktir. Birden fazla uzak birimden bilgi toplanması işlevi temel alınmıştır. Bu yüzden merkezdeki anten her tarafa yayın yapabilir. Uzak birim antenleri ise merkeze doğru çevrilidir, bu yönde sinyal gönderir ve alırlar. Bu yapıdaki bir haberleşme ortamı için iki frekans gerekir. Birinci frekansı merkez kullanır. Adres belirterek uzak birimlere komut yollar. Mesajı alan birim cevabını ikinci frekanstan verir. Birimler cevap vermek için bu kanalı sırayla 5 milisaniyelik zaman dilimleri halinde kullanır. Çok adresli sistemlerde 928 MHz. Ve 952 Mhz'lik sinyaller kullanılır. e) Uydu İletimi: SCADA uygulamalarında uydu haberleşmesi de kullanılmaktadır. Uyku yerden gönderilen sinyali alır, yükseltir, frekansı değiştirir ve başka bir noktaya gönderilir. Frekansı değiştirmesinin nedeni kendisine gönderilen frekansla karışmasını engellemektedir. Kullanılan Frekanslar : 4/6 GHz., 12/24 GHz., 20/30 GHz. Bant Genişliği : 36 MHz.

30 Özel Hatlarla İletişim
Metalik Kablo Metalik kablo çok bilinen ve kullanılan bir tekniktir. İleri teknoloji gerektirmez. Simplex, Half Dublex ve Full Dublex iletişimlerin tümüne olanak sağlar. Metalik Kablonun en büyük dezavantajı elektromanyetik ve elektrostatik etkileşime açık olmasıdır. Bu durum sinyalin elektriksel olarak iletilmesinden kaynaklanır. Gürültüden etkilenmeyi en aza indirgemek için ekranlı tip kablolar kullanılabilir. Bu kabloların iyi topraklanması da gereklidir. Fiber Optik Kablo Fiber optik kablolarda iletişim ortamı gönderici, alıcı ve fiber optik kablodan oluşur. Gönderici, elektrik sinyalini ışık haline çevirerek kabloya iletir. Bu iş LED (Light Emmitting Diode) veya laser diyot aracılığı ile yapılır. Işık fiber optik kablodan iletildikten sonra alıcı tarafından tekrar elektrik sinyaline çevrilir. Yapıldığı malzemeye göre Plastik ve Cam olmak üzere iki çeşit optik kablo vardır. Avantajları a) Elektromanyetik ortamlardan etkilenmez, b) Geniş bir bant sağlar, c) Yıldırımdan etkilenmez, Dezavantajları a) Ortalama olarak her 50 km'de tekrarlayıcı (repeater) gerektirir. b) Özel verici ve alıcılar gerektirir. c) Kısa mesafeli uygulamalarda ekonomik değil

31 Üretim Hattı ve SCADA Günümüzün rekabet ortamında artık işletmeler üretimlerini yaparken mümkün olduğunca az maliyetle, daha çok üretmek zorundadır. Bunu sağlarken de kaliteden taviz verilmemesi gerekir. Üretim hatlarının SCADA sistemleri ile kontrol edilip gözlenmesi, işletmelere, kurulu bulunan tesislerden maksimum verimlilik ile yaralanma imkanı tanımakta, yöneticiler işletmeye ve üretime tam anlamıyla hakim olabilmektedir. Üretim Hattından Toplanacak Bilgilerin Tespit Edilmesi Optimum sistemin ortaya çıkabilmesi amacıyla üretim hattından toplanacak bilgilerin SCADA sisteminden beklenen faydalar ile işletme ve sürecin özellikleri dikkate alınarak belirlenmelidir. Üretimin Kalitesiyle İlgili Bilgiler: İşlem sıcaklığı, basıncı, katkı madde miktarları, işlem süresi, vs. Üretim Verimliliği İle İlgili Bilgiler: Üretilen malzeme miktarı, toplam duruş zamanları, nedenleri, vs. Üretim Maliyetleri İle İlgili Bilgiler: Üretimde kullanılan ham ve ara madde miktarları, enerji harcamaları, üretim zamanında oluşan maliyetler, vs. Bakım Amaçlı Bilgiler: Üretim hattının toplam çalışma zamanları, üretim hattındaki makinaların motor vb. birimlerin çalışma zamanları ve çalışma adetleri ayrıca güç kayıpları ile makinalardaki anormalliklerin tespiti. Çalışanların Kontrolü: Üretim hattında çalışan operatörlerin tespiti. Üretilen Ürünlerin Kodlanması ile Geriye Dönük Bilgi Edinme: Üretilen ürünlerin tek-tek belirlenmesi ve hatla ilgili verilerin bu ürünler ile ilişkilendirilmesi. İstatistiksel Amaçlı Bilgiler: Bozuk, hatalı malzemelerin adetleri, hata nedenleri vb.

32 Üretim Hattından Kontrol Cihazlarının Tespiti
Üretim hattında kullanılan kontrol cihazlarının PLC, RTU veya özel donanım olup olmadığının tespiti ve bunların haberleşme olanaklarının incelenmesi. Bu cihazların SCADA haberleşme sürücülerinin olup olmadığının araştırılması. Özel cihaz olması durumunda haberleşme protokolünün mevcut olup olmadığının öğrenilmesi gerekmektedir. Haberleşme altyapısının belirlenmesi, haberleşme altyapısının belirlenmesinde sistemde bulunan birimlerin fiziksel dağılımı ve adetleri önemli rol oynamaktadır. Sahada bulunan cihazların standart bir protokole sahip olmamaları durumunda cihazların özel protokollerin açıklanmış olması gerekmektedir. Bu cihazlar için protokol yazmak mümkün olmakla beraber bu işlem protokolün karmaşıklığına göre yaklaşık 1-2 ay sürmektedir ve protokol yazılımında C/C++ programlama dilleri kullanılmaktadır. Sistemde kullanılan cihazların herhangi bir haberleşme özelliğinin bulunamaması veya protokol dokümantasyonuna erişilememesi durumunda, sisteme gerekli bilgilerin toplanabilmesi amacıyla PLC veya RTU konması gerekmektedir. Sistemdeki cihazların protokolünün olması, bu cihazların SCADA sistemiyle haberleşmesine olanak vermekle beraber hangi bilginin kontrol cihazının hangi kısmında olduğunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu ise kontrol sisteminin yazılım dökümantasyonu ile olmaktadır. Kontrol cihazları ile PC veya makinelerin haberleşmesi için zaman zaman özel haberleşme kartları ve seri port arttırıcı kartlar gerekmektedir. Aynı şekilde PLC'ler için haberleşme kartlarına ihtiyaç vardır. Örneğin Siemens L2 için PC' ye takılan L2 kartına ve Siemens PLC' lere takılan CP kartlarına ihtiyaç vardır.

33 Üretim Kontrolü için SCADA Uygulaması
Üretim hattından toplanan bilgiler SCADA sistemine sürücüyle aktarılmaktadır. SCADA paket programı aynı zamanda birden fazla kontrol cihazına bağlanabilmekte ve birden fazla protokol aracılığıyla kontrol cihazları ile haberleş ilmektedir. SCADA'da oluşan kontrol cihazlarından toplanan her türlü bilgi, Tagname adını verdiğimiz Real-time data base'de bir değişkende tutulmaktadır. SCADA'da Tagname olarak tutulan bu bilgilerin işlenip, işletmenin ihtiyaç ve isteklerine uygun bir hale getirilmesi gerekmektedir. Üretim tesislerinin toplanan bilgiler aşağıdaki şekilde kullanılırlar; Sistemin grafik animasyonunun elde edilmesi. Toplanan bilgilerin devamlı bir şekilde alarm kriterlerine göre değerlendirilmesiyle alarmların oluşturulması. Toplanan bilgilerin kaydedilerek istatistiksel ve geriye dönük kontrol amaçlı kullanım. Bilgiler kaydedilirken ya belli aralıkları ile ya da bilgide değişme olduğu zaman değişme zamanı ile kayıt gerçekleşmektedir. Hatla ilgili çeşitli trendlerin gerek gerçek zamanlı gerekse tarihsel olarak izlenilmesi. Raporlama. İstatistiksel Process Kontrol (SPC). Hat ile ilgili parametrelerin SCADA sisteminde girilmesi.

34 Sonuç Bilgisayar teknolojisinin hızla gelişmesi ve bilgisayar kullanımının yaygınlaşması, sistemlerin birbirleriyle iletişimini kolaylaştırmakta ve bu da gelişen otomasyon teknolojisi ile sistemlerde uzaktan kontrol ve veri aktarımını gündeme getirmektedir. SCADA sistemleri, bağımsız olan izleme, veri toplama ve kontrol sistemlerinin birleşmesinden oluşmaktadır. Sistemin; kontrol merkezi, uzak uç birim ve iletişim sisteminden meydana geldiği düşünüldüğünde maliyetinin yüksek olması kaçınılmaz bir sonuçtur. Fakat zaman kazancı, güvenilirlik ve verim açısından düşünüldüğünde, SCADA sistemlerinin yaptığı iş ve yüklendiği sorumluluk yüksek maliyeti tolere edebilecek düzeydedir. Büyük projelerde SCADA sistemlerinin kullanılması iş gücü açısından da kazanç sağlamakta ve kazanılan bu iş gücü diğer alanlara kanalize edilerek işletmenin verimi arttırılabilmektedir. SCADA uygulamaları yeni olmakla birlikte giderek yaygınlaşmakta, hızlı gelişmektedir.