سامانه F&G فصل هفتم

بادرود و سلام خدمت دوستان و همکاران عزیز که مشتاق پیگیری مطالب ارائه‌شده توسط بنده بی‌سواد هستند و با تماس‌های خود بنده را مورد تفقد و عنایت قرار می‌دهند. با تشویق‌های خود به سرعت بخشیدن تحریر مطالب کمک می‌کنند و در برخی موارد با طرح سئوالاتی موجب ارتقاء سطح آگاهی خود و این حقیر نیز می‌شوند. راستش را بخواهید بارها از این دوستان درخواست نمودم تا آنها نیز وارد میدان شوند و تجربیات و دانسته‌های علمی خود را با دیگران به اشتراک بگذارند. زیرا یکی از مولفه‌های پیشرفت هر جامعه‌ای، حضور صاحب‌نظران در صحنه‌های مختلف و تبادل اطلاعات با دیگر همکاران و فعالان در رشته‌های کاری مختلف است. لیکن درک نمی‌کنم چرا در جامعه ما، همه از کار گروهی اجتناب می‌ورزند و سعی دارند تا بصورت انفرادی و تنها در جهت منافع شخصی خود گام بردارند. در گردهمائی‌ها از مواجه‌شدن با همکاران پرهیز می‌کنند و حوصله یکدیگر را ندارند. اگر به کدهای نوشته‌شده، مثلا برای NFPA مراجعه کنید، می‌بینید که در ابتدای هر فصل، نام صاحب‌نظران شرکت نموده در جمع‌آوری کدها آمده که بسیاری از آنها متخصصین شرکت‌های فعال بخش خصوصی آمریکا در زمینه مورد‌نظر هستند. یعنی کارشناسان فنی شرکت‌های بخش خصوصی و دولتی در یک همکاری ملی، وقت، تجربه و آگاهی خود را در جهت منافع ملی کشورشان بکار می‌گیرند تا به پیشرفت جامعه خود کمک نمایند و در این راه هیچ منفعت مالی انتظار ندارند. تنها فایده این‌کار برای آنها ارتقاء سطح دانش خود آنهاست که از طریق تبادل نظر کسب می‌نمایند.

در ابتدای چاپ ماهنامه مهندسی حریق به دوست ادیبم آقای غلامیان عرض کردم، بنده به انتشار این ماهنامه کمک معنوی می‌کنم. چنانچه ماهنامه صرفا به چاپ آگهی تجاری شرکت‌ها نپردازد و واقعا یک مجله مهندسی در جهت ارتقاء سطح آگاهی مهندسین این کشور باشد. ایشان نیز قول دادند تا این چنین باشد و الحق و الانصاف تاکنون سعی خود را نموده‌اند. لیکن در هر حال اینکار مشارکت همگی همکاران را می‌طلبد تا دست بالا زده و مطالب مورد انتظار را تهیه و در اختیار این مجله قرار دهند. البته نقش مدیران دولتی نیز در این راستا نباید فراموش شود. زیرا متولی توسعه جامعه آنها هستند و آنها هستند که باید بسترهای لازم را فراهم نمایند و حمایت‌های خود را دریغ نکنند.

بگذریم.

در فصل قبل لایه درونی کره ایمنی را مورد بحث قرار دادیم و به اجزاء آن پرداختیم که ناتمام ماند. در این فصل ادامه کار را پی می‌گیریم.

 

اجزاء شبکه Network Components

بسته به تشکیلات تحت نظارت سامانه، شبکه‌هایی با مشخصات گوناگون برای هر لایه وجود دارد. وابسته به موقعیت جغرافیائی تاسیسات تحت‌نظر نیز شبکه مناسب انتخاب و پیاده می‌شود. شبکه‌های جدید همگی بر پایه IP با استراتژی پیوسته بنا نهاده شده‌اند. شبکه‌های کنترلی با شبکه‌های دیگر متحد و یکپارچه شده‌اند تا امکان مهندسی اطلاعات و نمایش آن به‌صورت دیداری و شنیداری در خارج شبکه میسر گردد. همچنین این امکان را فراهم می‌سازد که تصمیم‌گیری بر روی پردازش داده‌ها میسر شود. در ادامه لیست بخش‌های اصلی شبکه ICS بودن ملاحظه استراتژی معمول شده آمده است:

شبکه گذرگاه محلی Field bus Network

شبکه محلی، سنسورها و دیگر لوازم را از طریقPLC یا دیگر لوازم کنترلی به یکدیگر متصل می‌نماید. این امر باعث می‌شود تا هر یک از سنسورها یا لوازم محلی دارای یک کد منحصر به فرد جهت دریافت و ارسال اطلاعات به PLC یا دیگر کنترل‌کننده‌های موجود در محل گردند. پروتکل‌های گوناگونی می‌توانند در این شبکه به کار گرفته شوند که وابسته به نوع سنسورها و کنترل‌کننده لاجیک بکار گرفته شده بدین منظور است. با عنایت به اینکه شرح عملکرد این پروتکل‌ها و نحوه تبادل اطلاعات در آنها بسیار وقت‌گیر است، از پرداختن به آن صرفنظر می‌کنم. ولی اگر دوستان راهنمائی خواستند می‌توانند مستقیما با بنده تماس بگیرند تا اطلاعات لازم را در اختیار آنها قرار دهم. در اینجا تنها به نام این پروتکل‌ها اشاره می‌شود. آنالوگ ۵-۰ ولت یا آنالوگ ۲۰-۴ میلی‌آمپر. دیجیتال مستقیم، سریال RS485 ، سریال RS232 ، سریال RE422 و غیره.

شبکه کنترل Control Network

این شبکه کار نظارت بر شبکه‌های پائین‌دستی را به عهده دارد.

مسیریاب‌های ارتباطات Communications Routers

مسیریاب یک واحد ارتباطاتی است که انتقال پیام‌های بین دو شبکه را به عهده دارد. این ارتباط می‌تواند مثلا بین LAN و WAN باشد یا اتصال بین MTU و RTU برای پوشش اطلاعات مسیرهای طولانی به SCADA

حفاظت اطلاعاتی Firewall

این واحد حفاظت واحدهای موجود در شبکه مانیتورینگ و کنترلی را تامین می‌نماید. این بسته نرم‌افزاری اطلاعات تبادل‌شده را وارسی و درصورت تشخیص اصلیت و درستی آنها، اجازه انتقال را به آنها می‌دهد. در واقع یک نرم‌افزار فیلتری است که تنها داده‌هائی را که با اطلاعات از پیش تعریف شده آن مطابقت دارد، از خود عبود می‌دهد.

 مودم‌ها  Modems

مودم یک وسیله تبدیل‌کننده داده‌های دیجیتال به پروتکل سریال است. این وسیله معمولا جهت انتقال اطلاعات از طریق خط تلفن استفاده می‌شود. مودم‌ها بطور متداول کار ارتباط بین واحدهای راه دور (لوازم و سنسورهای نصب‌شده در نواحی دورتر از تجهیزات کنترلی) با  PLCرا انجام می‌دهند.

نقاط دستیابی از دور Remote Access Points

لوازم مجزای دستیابی از راه دور به سامانه ICS هستند که می‌توان از طریق آنها سامانه را کنترل و الگوبندی نمود. نمونه بارز این وسایل می‌تواند PDA باشد که یک دستیار دیجیتال شخصی است. به وسیله این دستیار شخصی و از طریق اتصال به شبکه LAN می‌توان به سامانه مرتبط شده و اطلاعات را به آن وارد یا از آن دریافت نمود. این وسیله می‌تواند حتی یک لپ‌تاب و یک مودم متصل به شبکه باشد تا از طریق آن به ICS دسترسی پیدا نمود. بدیهی‌ست که شخص موردنظر که وارد سامانه می‌شود باید دارای کد امنیتی مجاز باشد و هر کسی قادر به ورود نخواهد بود.

سامانه‌های کنترل نظارتی و اکتساب داده‌ها SCADA

سامانه‌های کنترل نظارتی برای مرکزیت بخشیدن به کنترل لوازم پراکنده یک تاسیسات صنعتی استفاده می‌شود. این سامانه‌ها در تاسیساتی چون شبکه آبرسانی، جمع‌آوری فاضلاب، خطوط نفت و گاز طبیعی، انتقال و توزیع برق، تاسیسات فرآوری صنعتی، معادن، خدمات انتقال مسافر ریلی و غیر ریلی و در بسیاری دیگر از موارد بکار گرفته می‌شود.

در نمای کلی سخت‌افزار و نرم‌افزار سامانه SCADA اطلاعات لازم از تجهیزات واسط مثل PLC یا HMI یا مستقیما از لوازم تحت نظارت از طرق مختلف با سیم یا بی‌سیم جمع‌آوری و پردازش نموده و مطابق دستورالعمل از پیش‌تعیین‌شده فرامین لازم جهت انجام کار را صادر می‌نماید. این سامانه همچنین کار نمایش فرایند در حال انجام را بصورت سمعی و بصری به عهده دارد.

شاید بهتر باشد قبل از ادامه مطلب مثال ساده‌ای از نحوه عملکرد سامانه را مطرح نمایم. فرض کنید یک سیگنال High Pressure فشار بالا در قسمت بالائی یک مبدل تحت فشار مربوط به یک تاسیسات صنعتی بکار افتاده و خطر ترکیدن مخزن را گزارش داده است. از آنجا که سیگنال‌های ورودی سامانه SCADA طبقه‌بندی شده‌اند و این سیگنال در ردیف بالای اولویت‌ها قرار دارد، سامانه به محض دریافت آن واکنش نشان می‌دهد. واکنش سامانه وابسته به این است که سناریوی تعریف‌شده برای این حادثه چه باشد. ولی حداقل این‌ست که ابتدا آژیرهای محلی به صدا درآیند تا پرسنل حاضر در محل، از وقوع انفجار احتمالی باخبر شوند. سپس فرمان راه‌اندازی آژیرهای محلی صادر می‌شود و همزمان گزارش خطر بر روی مانیتورینگ سامانه منعکس شده و اپراتور اتاق فرمان از آن مطلع می‌شود. در اینجا دو احتمال وجود دارد. یا تصمیم‌گیری به عهده اپراتور گذاشته شده که وی بلافاصله باید واکنش نشان داده و تدابیر را معمول نماید (در تاسیسات کوچک) یا اینکه سامانه باید بطور خودکار عمل نماید و فرامین پیش‌گیرنده را صادر نماید. یکی از این فرامین، کاهش فشار ورودی یا قطع موقت آن از طریق شیر کنترل ورودی تغذیه‌کننده مخزن و باز‌نمودن شیر تخلیه بالای مخزن باشد. سپس این فرمان به فوریت صادر و عکس‌العمل فرایندی آن برای چندین بار مورد وارسی قرار داده می‌شود. البته این فقط یک مثال بود و سناریوها همه فرضی و در واقعیت واکنش‌ها به چنین حادثه‌ای بسیار فراتر از این خواهد بود.

همانگونه که گفته شد سامانه SCADA دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار دارد که بخش سخت‌افزار آن بطور معمول یک MTU نصب شده در اطاق فرمان مرکزی، تجهیزات مخابراتی (تجهیزات رادیوئی، تجهیزات ارتباط با ماهواره‌ها، خطوط تلفن و کابل‌های رابط) و مقاریر متنابهی تجهیزات گسترده در مناطق تحت پوشش مثل سامانه PLC یا RTU که سنسورهای محلی و فعال‌کننده‌ها Actuators را تحت پوشش دارند و تجهیزات نمایش اطلاعات که می‌توانند نمایشگرهای تصویری (مانیتورینگ‌) یا میمیک دیاگرام‌ها و تابلوهای نمایش LED در اطاق فرمان یا در محل فرایند باشند.

شکل ۰۱

شبکه عمومی سامانه کنترل نظارتی و احتساب داده‌ها

در شکل بالا نمونه عمومی یک سامانه SCADA و لوازم متصل به آن نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود مرکزیت با HMI است و سایر لوازم کنترلی همچون ایستگاه کار مهندسی EWS و داده‌نویس Data Historian و نیز خدمت‌رسان فرمان Control Server در کنار آن قرار دارند که همگی از طریق شبکه LAN به همدیگر متصل و به مسیرهای ارتباطی منتهی می‌گردند. Communication Routers ارتباطات سامانه می‌تواند ازطریق خط تلفن استیجاری از شرکت‌های سرویس‌دهنده تلفن، از مسیر خطوط انتقال برق، ازطریق امواج رادیوئی یا ازطریق ارتباط ماهواره‌ای صورت گیرد. در مسیرهای نزدیک اینکار از طریق مستقیم و بوسیله کابل‌های معمولی یا فیبر نوری می‌تواند انجام شود. در هر حال سامانه، اطلاعات خود را از هر کدام از روش‌های گفته‌شده گرفته، پردازش نموده و کار لازم را بر روی آنها باتوجه به سناریوی تعریف‌شده (سبب و اثر Cause & Effect) به انجام می‌رساند. در مورد سبب و اثر در آینده و بخصوص در مورد واکنش سامانه به عملکرد سنسورهای آتش و گاز بیشتر خواهیم گفت و فعلا به آن نمی‌پردازیم تا رشته سخن از دست نرود.

در طرف دیگر که تجهیزات صنعتی قرار دارند و ممکن است کیلومترها دورتر از اطاق فرمان که محل استقرار سامانه است، قرار داشته باشند، مثلا در تاسیسات برق‌رسانی، این تجهیزات می‌تواند چندین نیروگاه تولید برق و پست‌های توزیع را شامل شود که در سراسر کشور پراکنده‌اند و هماهنگی بین آنها مستلزم ایجاد شبکه‌های انتقال اطلاعات پیچیده است. ولی در ابعاد کوچک‌تر این تجهیزات ممکن است متعلق به یک پالایشگاه باشد که در مجاورت ساختمان کنترل و در فاصله کمی از آن قرار دارد. در این صورت تجهیزات محلی شاید محدود شوند به تجهیزات کنترل فرایندی Process Controlling (سنسورها و فعال‌سازهای موجود در خط تولید محصول)، تجهیزات قطع فرایند در حالت اضطراری ESD ، سنسورها و فعال‌سازهای محافظت در برابر آتش‌سوزی، سنسورها و فعال‌سازهای مراقبت از نشت گاز و سنسورها و فعال‌سازهای بخش کنترل تردد. این تجهیزات می‌توانند خود در شبکه‌های محلی قرار داشته باشند ولی در هر صورت اطلاعات هر کدام از تجهیزات باید به هر طریق ممکن به سامانه مرکزی انتقال داده شود. در اشکال زیر نمونه ارتباطات سامانه SCADA نمایش داده شده است. در فصل بعد مطالب بیشتری در این خصوص خواهیم داشت و به سامانه DCS خواهیم پرداخت. تا ماهنامه آینده شما را به خداوند بزرگ می‌سپارم.

شکل ۰۲

 

ماهنامه مهندسی حریق