ارس فایل » پایان نامه مقدمه‌ای بر سيستم های SCADA
دانستن کافی نیست، باید به دانسته ی خود عمل کنید. (ناپلئون هیل)
ضمانت بازگشت
فایل های تست شده
پرداخت آنلاین
تضمین کیفیت
دانلود فوری

قیمت فایل : 5900 تومان

نوع فایل : پایان نامه تعداد صفحات : 106 حجم فایل (مگابایت) : 4 فرمت فایل : ورد نرم افزارهای مورد نیاز : Microsoft office
<span itemprop="name">پایان نامه مقدمه‌ای بر سيستم های SCADA</span>

پایان نامه مقدمه‌ای بر سيستم های SCADA

 

چكيده

 

کنترل نظارتي و فراگيري اطلاعات (SCADA) تکنولوژيي براي جمع آوري اطلاعات از يک يا چند تجهيزات خيلي دور و براي فرستادن دستورات کنترلي محدودي براي آن تجهيزات مي باشد. در سيستم SCADA، لازم نيست که اپراتور در محلهاي دور بماند و يا به صورت تکراري به آنجا سر بزند در مواقعي که تجهيزات آن محل بطور عادي کار مي کنند. يک سيستم SCADA امکان ايجاد تغييرات روي کنترل کننده هاي فرايند دور به منظور باز و بسته کردن شيرها، نشان دادن آلارمهاي خطر، و جمع کردن اطلاعات اندازه گيري از يک مکان مرکزي نسبت به يک فرايند توزيع شده و وسيع مانند ميدان گازي يا نفت، سيستم خطوط لوله، يا سيستم توليد هيدروالکتريکي توسط اپراتور را ممکن مي سازد. تکنولوژي SCADA به بهترين شکل براي فرايندهايي که در نواحي بزرگ پخش شده اند و بطور نسبي جهت کنترل کردن و نمايش دادن ساده هستند و نياز به مداخله تکراري و منظم و يا سريع دارند مورد استفاده قرار مي گيرد. اجزاي اصلي SCADA عبارتند از: واحد پايانه اي اصلي (MTU)، واحد پابانه اي راه دور (RTU)، واسطه ارتباطاتي.

 

كلمات كليدي:

 

SCADA، MTU، RTU، داده، جمع آوري، اتوماسيون، کنترل.

 

فصل اول

 

تاريخچه SCADA

۱-۱ مقدمه

تمامي شرکتهاي صنعتي هرکدام به نوعي با موضوع اتوماسيون درگير هستند و پيشرفت علوم در اين زمينه باعث ايجاد تغييرات عظيمي در صنايع مختلف گرديده و باعث شده است تا سيستمهاي سنتي جاي خود را به سيستمهاي مدرن و اتوماتيکي بدهند. به اين دليل، ضروري است تا ما هم از اين تکنولوژيها در جهت پيشبرد اهداف خويش سود جوييم. چرا که، سيستمهاي سنتي علاوه بر اينکه هزينه ساخت و نگهداري بالايي دارند قابليت اطمينان آنها هم بدليل عوامل مختلف پائين است؛ ولي در سيستمهاي مدرن چون بر مبناي کامپيوتر عمل مي کنند، هم هزينه نصب و نگهداري به طور چشمگيري کاهش يافته و هم اينکه قابليت اطمينان و دقت عمل اين سيستمها به شدت بالا رفته است به طوريکه در صنايع، استفاده از اين سيستمها ضرورتي اجتناب ناپذير مي باشد. همانطوريکه مي دانيم اتوماسيون صنعتي بحثي گسترده بوده و انواع مختلفي دارد که هر کدام از آنها نياز به مطالعات وسيعتري دارند.

سيستم SCADA يکي از اين سيستمهاست که با ظهور خود تاکنون، کمک زيادي در زمينه جمع آوري اطلاعات و کنترل سيستمها براي صنعت داشته است. در کشور ما نيز مطالعاتي در اين زمينه صورت گرفته و در تعدادي از صنايع مانند صنايع پتروشيمي، صنعت نفت، و حتي در مواردي در سيستمهاي توزيع انرژي الکتريکي، از اين سيستم استفاده شده است اما اين استفاده ها بصورت محدودي انجام گرفته و لازم است تا بيشتر از اينها به اين موضوع پرداخته شود تا اينکه بهره بيشتري از اين تکنولوژي نو و مدرن نصيب شود.

با توجه به اينکه منابع فارسي کمي راجع به اين سيستمها وجود دارد و با توجه نيازهاي فوق و همچنين علاقمندي خويش به موضوع اتوماسيون صنعتي، بر آن شديم تا پروژه پايان نامه کارشناسي خود را به اين موضوع اختصاص دهيم تا شايد بتوانيم کمکي هرچند اندک به دانشجويان و محققان و کليه کساني که دوست دارند در اين زمينه ها فعاليت کنند داشته باشيم.

 

۱-۲ مراحل رشد سيستم SCADA

در يادگيري يک موضوع جديد، معمولاً آشنا بودن با حداقل مقدار کوچکي از تاريخچه آن، مفيد واقع مي شود. اين آشنايي ما را قادر مي سازد تا اطلاعات جديدي را در آن زمينه بدانيم و مراحل پيشرفت آن را در طول زمان متوجه شويم.

در اوايل دهه دوم _ سوم قرن بيستم، توسعه مهندسي هواپيما و موشکها و همچنين رسيدگي به پارامترهاي هوايي و جغرافيايي ديگر، مخصوصاً در جاهايي که رفتن به آنجا براي افراد يا مشکل بود يا غير ممکن، مورد نياز واقع شد و نمونه هاي ساده اطلاعات از تجهيزات واقع در اين مکانها جمع آوري مي شد. براي مثال، در روزهاي اوليه ساخت هواپيماي آزمايشي، فضايي براي خلبان وجود داشت بدون آنکه اتاق کوچک اضافي براي مهندسين تست کننده و طراح جهت قرار گرفتن در اين وسيله نقليه در موقع پرواز و بررسي كردن هزاران سنسور که براي سنجيدن فشارها و کششها روي بدنه هواپيما و موتور نصب مي شد موجود باشد. بطور مشابه، موشکهاي اوليه حتي اتاقي براي خلبان هم نداشتند.

زماني که تکنولوژي پيش بيني شرايط آب و هوايي براي اولين بار بکار گرفته شد دانشمندان دريافتند که حجم بزرگي از اطلاعات براي پيش بيني هاي دقيق لازم است. اما فقط مقدار خيلي کمي از اين اطلاعات در جايي که عموماً افراد در آنجا قرار داشتند در دسترس بود. محلهاي ذخيره اطلاعات اصلي و چراغهاي دريايي، کشتيها و مخصوصاً ايستگاههاي هوايي نصب شده مي توانستند ايجاد شوند و اطلاعات را به محل مرکزي با استفاده از تلفن يا تلگراف يا راديو انتقال دهند. اما اين اطلاعات فقط اطلاعات مربوط به سطح زمين را شامل مي شد در حاليکه آب و هوا از عواملي بيش از عوامل سطحي تشکيل شده است. براي رسيدن به اطلاعات بهتري که هواشناسي را بدست مي دهد، دانشمندان به اين فکر افتادند که توسعه اشکال مختلف اطلاعات هواشناسي بالاتر از جو زمين مي تواند مفيد واقع شود. بالنهاي کوچکي قابل حصول بودند و ابزارهاي کوچکي روي آنها مي توانستند نصب شوند تا پارامترهاي مورد نياز را اندازه گرفته و اطلاعات مطلوب را بدست آورند. اما آن اطلاعات چگونه بايد بدست مي آمدند؟

جواب اين مسأله از روش مخابراتي که در صنايع ديگر براي کاهش نگرانيهاي امنيتي بکار گرفته مي شد پديدار گشت. براي مدتي سيستمهاي ريلي (معدن) از ارتباطات باسيم جهت نمايش موقعيت ترنها و وضعيت کليدهاي کنترل کننده خطوط آهن، که ترنها روي آن حرکت مي کردند، استفاده مي نمودند. شکل ۱-۱ نشان مي دهد که چگونه اين کار با استفاده از کليدهاي وضعيت، سيمها و چراغهاي وضعيت الکتريکي انجام مي شد. در فواصل خيلي طولاني به اتاق مرکزي امکان نمايش اموري که در محلهاي دور اتفاق مي افتادند داده مي شد و کنترل کننده ها را قادر مي ساخت تا حرکت ترنها را بطور کارآمد و بي خطر زمانبندي کنند. دستورات جهت تغيير دادن دستي وضعيت کليدهاي ريل توسط تلگراف به اپراتور فرستاده مي شد. البته اين سيستم محدود بود به تسهيلات ثابت، جايي که سيمها مي توانستند بين منبع سيگنال و قسمت مرکزي که صفحه نمايش در آن کار گذاشته شده بود کشيده شوند. واضح است که در جاهايي که اين شرايط بکار برده مي شدند سيستم دورسنجي به خوبي کار مي کرد. سيستمهايي که با اين نوع کار مي کنند هنوز هم مورد استفاده قرار مي گيرند.

 

فهرست

 

چكيده

 

فصل اول تاريخچه SCADA

۱-۱ مقدمه           ۱

۱-۲ مراحل رشد سيستم SCADA        ۲

 

فصل دوم SCADA چيست؟

۲-۱ مقدمه           ۸

۲-۲ تعريف SCADA          ۸

۲-۳ فرايندهاي قابل اجرا      ۹

۲-۴ عناصر سيستم SCADA 10

۲-۵ آنچه که در SCADA مقدور نيست ۱۴

۲-۵-۱ سيستمهاي حفاظتي            ۱۴

۲-۵-۲ نيازهاي روزانه    ۱۹

 

فصل سوم اجزاي اصلي SCADA

۳-۱ مقدمه           ۲۲

۳-۲ واحد ترمينالي راه دور   ۲۲

۳-۲-۱ واسطه ارتباطي     ۲۳

۳-۲-۲ جزئيات پروتکل    ۲۵

۳-۲-۳ کنترل مجزا         ۲۷

۳-۲-۴ کنترل آنالوگ       ۲۹

۳-۲-۵ کنترل پالسي         ۳۱

۳-۲-۶ کنترل سريال         ۳۱

۳-۲-۷ سيگنالهاي مجزاي مانيتوري  ۳۱

۳-۲-۸ سيگنالهاي آنالوگ مانيتوري  ۳۳

۳-۲-۹ سيگنالهاي شمارشي پالس مانيتوري     ۳۳

۳-۲-۱۰ سيگنالهاي سريال مانيتوري ۳۴

۳-۳ واحد پايانه مرکزي (Master Terminal Unit)       ۳۵

۳-۳-۱ واسطه مخابراتي   ۳۵

۳-۳-۲ تصويري از فرايند مربوطه  ۳۶

۳-۳-۳ بعضي عملكردهاي ساده       ۴۲

۳-۳-۴ ذخيره اطلاعات     ۴۴

 

فصل چهارم ارتباطات

۴-۱ مقدمه           ۴۶

۴-۲ مخابرات، SCADA را امكان پذير مي سازد  ۴۶

۴-۳ تبديل آنالوگ به ديجيتال ۴۷

۴-۴ انتقال سريال در فواصل طولاني    ۵۱

۴-۵ اجزاي سيستم مخابراتي  ۵۱

۴-۶ پروتكل         ۵۳

۴-۷ مودم            ۵۵

۴-۸ سنکرون يا آسنکرون    ۶۰

۴-۹ کابل تلفني يا راديو؟      ۶۰

۴-۱۰  ارتباط بين سيستم SCADA و اپرتور       ۶۱

۴-۱۱ مفاهيم امنيتي            ۶۲

۴-۱۲ اعلام خطر   ۶۳

۴-۱۳ صفحات كنترلي         ۶۷

۴-۱۴ صفخات نمايش وضعيت           ۶۸

۴-۱۵ گرافيك و رسم نمودار  ۶۹

۴-۱۶ گزارشات     ۶۹

۴-۱۷ واسطه هاي موازي    ۷۰

 

فصل پنجم سنسورها، محركها و سيم بندي

۵-۱ مقدمه           ۷۱

۵-۲ هزينه فراموش شده       ۷۱

۵-۳ برخي فرضيات خاص   ۷۷

۵-۴ استانداردسازي            ۷۸

۵-۵ تعميرات        ۷۸

 

فصل ششم كاربردهاي سيسم SCADA

۶-۱ مقدمه           ۸۲

۶-۲ بررسي بدون وقفه بودن ۸۲

۶-۳ حسابرسي محصول       ۸۴

۶-۴ اسكن كردن و مخابرات  ۸۸

۶-۵ كنترل اتو ماتيك           ۹۱

۶-۶ مديريت مصرف و مديريت انرژي با SCADA          ۹۲

۶-۶-۱ مديريت انرژي  با SCADA   ۹۳

۶-۶-۲ سيستمهاي مديريت بار و SCADA: (Load Management System LMS) 95

۶-۶-۳ تلفيق سيستمهاي مديريت انرژي و مديريت بار با SCADA: 96

 

فصل هفتم تحولات آتي سيسم SCADA

۷-۱ مقدمه           ۹۹

۷-۲ مخابرات بهتر             ۹۹

۷-۳ RTUهاي هوشمند        ۱۰۳

۷-۴ MTUهاي هوشمند       ۱۰۴

۷-۵ شبكه‌هاي LAN            ۱۰۵

۷-۶ برنامه‌هاي كاربردي توزيع شده    ۱۰۵

 

نتيجه‌گيري و پيشنهادات       ۱۰۷

اختصارات           ۱۰۸

واژه ‌نامه ۱۰۹

مراجع    ۱۱۴

ABSTRACT (چكيدة انگليسي)

 

فهرست شكلها

 

فصل اول تاريخچه SCADA

شکل ۱-۱ سيستم دورسنجي اوليه        ۳

شکل ۱-۲ اندازه گيري فشار و دما بوسيله راديو دورسنجي ۴

شکل ۳-۱ يک نمونه از سيستم SCADA [3]      ۷

 

فصل دوم SCADA چيست؟

شکل ۲-۱ اجزاي اصلي يک سيستم SCADA      ۱۱

شکل ۲-۲ يک RTU و اتصالات مختلف آن        ۱۳

شكل ۲-۳ افزايش پيچيدگي سيستمهاي حفاظتي با استفاده از SCADA  ۱۵

شكل ۲-۴ جدول ارزيابي ريسك          ۱۶

شكل ۲-۵ شير عمل کننده با SCADA و چرخه حفاظتي محلي          ۱۷

شكل ۲-۶ كاربرد سيستم SCADA در نشت يابي و قطع جريان          ۱۸

شكل ۲-۷ قطع اضطراري محلي و حذف سيستم SCADA   ۱۹

شكل ۲-۸ نمونه تعرفه اندازه گيري مواد           ۲۰

 

فصل سوم اجزاي اصلي SCADA

شکل ۳-۱ سيگنالهايي که به درون RTU وارد مي شوند     ۲۳

شکل ۳-۲ سيگنالهايي که از RTU خارج مي شوند            ۲۳

شکل ۳-۳ توصيف جعبه سياه باز شده يک RTU  ۲۴

شکل ۳-۴ سه فضاي پايه در پيام باينري            ۲۶

شکل ۳-۵ فضاي “تشکيل پيام” دوتا فضاي فرعي دارد       ۲۶

شکل ۳-۶ فضاي خاتمه دهنده پيام       ۲۷

شکل ۳-۷ پيامي بطرف RTU که به آن مي گويد تا شير دو حالته را باز کند     ۲۷

شکل ۳-۸ منطق کنترل ديجيتال          ۲۸

شکل ۳-۹ پيام MTU براي خروجي آنالوگ، رجيستر ۲۲   ۲۹

شکل ۳-۱۰ کارت خروجي آنالوگ      ۳۰

شکل ۳-۱۱ يک آلارم مجزا   ۳۲

شکل ۳-۱۲ شناور در سطح مخزن توسط RTU منبع تغذيه ۲۴ ولت DC را تنظيم مي کند            ۳۳

شکل ۳-۱۳ سيگنالهاي شمارش پالس مانيتوري    ۳۴

شکل ۳-۱۴ رابط RS – ۲۳۲  ۳۵

شکل ۳-۱۵ خط لوله تحت کنترل سيستم SCADA            ۳۶

شکل ۳-۱۶ شکل کلي MTU 38

شكل ۳-۱۷ پيكر‌بندي MTU  ۳۹

شكل ۳-۱۸ پيكربندي RTU   ۴۰

شكل۳-۱۹ اتصال MTU به سيستم ذخيره اطلاعات مركزي از طريق شبكه LAN           ۴۵

 

فصل چهارم ارتباطات

شکل ۴-۱ نمايش وضعيت شير           ۴۷

شکل ۴-۲ تبديل وضعيت سوئيچ به يک بيت      ۴۸

شكل ۴-۳ : نمايش موقعيت  شير به وسيله سيگنال آناالوگ  ۴۹

شكل ۴-۴ تبديل آنالوگ به ديجيتال       ۵۰

شكل ۴-۵ بلوكهاي اساسي در يك سيستم SCADA 51

شکل ۴-۶ DCE ارتباط بين DTE و کانال مخابراتي را برقرار مي کند ۵۲

شکل ۴-۷ هفت لايه مدل ISO-OSI     ۵۲

شکل ۴-۸ بلوکهاي يک پروتکل بر اساس IEEE  C37.10   ۵۳

شکل ۴-۹ طريقه محاسبه CRC           ۵۵

شکل ۴-۱۰ سري فوريه       ۵۶

شکل ۴-۱۱ انحراف دامنه     ۵۷

شکل ۴-۱۲ مدولاسيون دامنه ۵۸

شکل ۴-۱۳ مدولاسيون فرکانس          ۵۹

شکل ۴-۱۴ساختار يک نمونه کابل تلفن زير زميني          ۶۱

شكل ۴-۱۵ سطوح دسترسي به سيستم  ۶۳

شكل ۴-۱۶ بررسي وجود آلارم جديد توسط MTU           ۶۵

شكل ۴-۱۷ آلارمهاي قابل صرفنظر كردن         ۶۷

 

فصل پنجم سنسورها، محركها و سيم بندي

شكل ۵-۱ مقايسه هزينه هاي يك سيستم SCADA (هزينه ها بر حسب دلار مي باشند.)     ۷۲

شكل۵-۲ يك نوع دماسنج      ۷۳

شكل ۵-۳ يك نوع ترانسميتر دما         ۷۴

شكل ۵-۴ ساختار يك نمونه كابل ابزار دقيق       ۷۴

شكل۵-۵ كابل چند زوج باز شده در تابلوي واسط (Junction Box)  ۷۵

شكل ۵-۶ نمونه‌اي از تابلوي واسط     ۷۵

شكل ۵-۷ نمونه‌اي از تابلوهاي مارشالينگ         ۷۶

شكل ۵-۸ نمونه‌اي از تابلوهاي مارشالينگ         ۷۶

شكل ۵-۹ عملكرد سوئيچ وضعيت       ۷۷

شكل ۵-۱۰ نمودار زمان رخداد خطا در المانهاي حالت جامد            ۷۹

شكل ۵-۱۱  نمودار زمان رخداد خطا در المانهاي مكانيكي  ۷۹

 

فصل ششم كاربردهاي سيسم SCADA

شكل ۶-۱ مانيتورينگ و كنترل سيستم تزريق گاز            ۸۳

شكل ۶-۲ تاثير زمان نمونه‌برداري بر سيستم مانيتورينگ و كنترل    ۸۴

شكل ۶-۳ فرمول محاسبه ميزان فلو بر اساس دهانه           ۸۵

شكل ۶-۴ يك نمونه گزارش پارامترهاي محاسبه مجموع فلو            ۸۷

شكل ۶-۵ يك خط لوله با يك ورودي و شش خروجي         ۸۸

شكل ۶-۶ نمودار خطا بر اساس نرخ تغيير مواد داخل لوله  ۸۸

شكل ۶-۷ بهينه سازي ترتيب نمونه برداري       ۸۹

شکل۶-۸ طرح پيشنهادي برای سيستم ديسپاچينگ ايران [۲]            ۹۲

شکل ۶-۹ سيستم توليد اتوماتيک[۲]     ۹۳

شکل ۶-۱۰-الف قبل از مديريت بار [۲]            ۹۵

شکل ۶-۱۰-ب بعد از مديريت بار       ۹۷

 

فصل هفتم تحولات آتي سيسم SCADA

شكل۷-۱  استفاده از ماهواره هاي ژئوسنكرون    ۱۰۱

شكل ۷-۲ سرعت انتقال داده ها براي كانالهاي مختلف        ۱۰۱

شكل ۷-۳ استفاده از فيبر نوري در كابلهاي انتقال ۱۰۲

شكل ۷-۴ فيبر نوري زير زميني         ۱۰۳

شكل ۷-۵  MTU در اتصال به كامپيوترهايي با برنامه‌هاي كاربردي  ۱۰۶

قیمت فایل : 5900 تومان

دسته بندی : تاريخ : ۱۱ شهریور ۱۳۹۶ به اشتراک بگذارید :