DEĞİŞKEN DEBİLİ SİSTEMLER VE POMPALARA YOLVERME METODLARI


DEĞİŞKEN DEBİLİ SİSTEMLER
Çok çeşitli nedenlerden ötürü, kullanıcılar genellikle aşırı büyük motorlar satın alırlar. Proseslerde gerçekleştirilen testlerde ve uygulamalarda, büyük seçilen motorların nominal yüklerinin sadece yüzde 50-60 oranlarında çalıştığı gözlenmiştir. Kayıplar ve enerji sarfiyatı gibi diğer dezavantajlarının yanında bir motorun nominal yükünün altında çalıştırılması verimsizlik olarak tanımlanır. Çok düşük yükte çalışan motorların daha küçük boyutlu motorlarla değiştirilmesi sistem verimliliğini arttırır.
Hydraulic Institute tarafından yapılan bir araştırmada gelişmiş ülkelerde tüketilen enerjinin % 20 si pompalar tarafından tüketilmektedir. İyi bir sistem dizaynı ve uygun pompalar kullanılarak pompaların tükettiği enerjinin % 30 azaltılabileceği aynı yayında belirtilmektedir. Bizlerin görevi pompaların enerji tüketimini en az düzeye getirmek ve enerji tüketiminin çevreye etkilerinin azaltılmasına katkıda bulunmaktır.
Pompa seçiminde ilerideki ihtiyaçları da göz önüne almak için pompa debisinin %25, basma yüksekliğinin %10 arttırılarak sipariş edilmesi yaygın bir uygulamadır. Bu uygulama ile pompalar en iyi verim noktalarından uzaklarda çalıştırılmakta, debi fazla geldiği için de vana kısılarak debiyi ayarlamak mecburiyeti doğmaktadır.
Frekans konvertörleri ile yakın zamanlarda güç elektroniğindeki gelişmelerle enerji kayıpları azaltılıp fiyatları izafi olarak ucuzladığı için pompaların değişken devirli olarak kullanılması yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu uygulamada devir sayısını azaltmak ve arttırmakta mümkün olduğundan pompa seçiminde ilerideki ihtiyaçları göz önüne almak için büyük debili pompa seçmektense kullanma şartlarına uygun pompa seçilerek sistem karakteristiğini değiştirmeden konvertör yardımıyla dönme sayısı ayarlanan elektrik motoru ile tahrik edilen pompalarla istenen debinin sağlanması mümkün olmuştur.

DEĞİŞKEN DEBİ ELDE ETME USULLERİ
• Pompayı ihtiyaç olunca çalıştırmak. (Kesintili Çalıştırma)
• Sistemi bir depodan besleyerek pompayı depo seviyesine göre bir zaman saati vasıtasıyla veya elle kesintili çalıştırmak.
• Pompayı devamlı çalıştırarak akışkanın bir bölümünü depoya geri döndürmek. (by-pass)
• Pompa çıkışındaki debi kontrol vanası ile sistem karakteristiğini değiştirerek debiyi ayarlamak.
• Sabit devirli elektrik motoru ile pompa arasına hidrolik veya elektriki kavrama koyarak pompa devrini debi veya basınç ihtiyacına göre ayarlamak.
• Çalışan pompa sayısını değiştirmek. (paralel pompalar)
• Normal asenkron motorun frekans değiştirici yardımı ile uygulanan gerilim ve frekansı değiştirerek
pompanın sistem gereksinimini karşılayacak devirde dönmesini sağlamak.

Pompalarda debi değişimi çeşitli yöntemlerle sağlanabilir. Kontrol vanası, by-pas vanası, çalışan pompa sayısının değiştirilmesi, pompaların kesintili çalıştırılması gibi pompa dışı yöntemlerin yanında; pompa performansını değiştiren değişken devirli pompa kullanımı gelmektedir. Frekans konvertörleri devir sayısı ayarlanabilen veya değişken güçlü motorlarla tahrik edilen pompalarda, değişken debi sağlanması için olduğu gibi teknolojik mecburiyetler dolayısı ile de kullanılır. Eğer değişken debi ve basınç (pompa ve fan uygulaması) altında çalışılması gerekiyor ve bu itibarla yüksek güçlü motor tercih edilmesi gerekiyorsa frekans konvertörü (hız kontrol sürücüleri) kullanılması hem motorun korunması, hem de işletme koşullarına sağlanan kontrol kolaylığı açısından temel gereklilik olmuştur. Hız kontrol cihazları, üst sınır motor tork değerini %400’e kadar arttırabilirler ve hızlanma-yavaşlama periyotlarında tam bir kontrol sağlarlar.

STATİK BASMA YÜKSEKLİĞİ DEĞİŞİMİNİN HIZ KONTROLUNA ETKİLERİ
Statik basma yüksekliğinin hız kontroluna etkisini değerlendirebilmek için aynı pompanın üç değişik sistemde statik basma yüksekliğinin 0-60-100 m. olarak değiştirerek aynı debi ve basma yüksekliğinde (Q=250 m3/h, Hm=100 m.) çalışmakta olduğunu varsayalım. Diğer bir deyişle statik basma yüksekliği, toplam basma yüksekliğinin % 0 ile %100 arasında değişsin.
Bir pompanın çalışma noktası pompa karakteristiği ile sistem karakteristiğinin kesişme noktasıdır. Değişik statik basma yüksekleri için (Hs=0 Hs=60 Hs=100) sistemlerin ve pompanın karakteristiğini birlikte düşünelim. Bu eğriler Q=250 m3/h ve Hm=100 m. noktasında kesişmektedir. Pompanın devir sayısını % 20 azalttığımızda:
Statik basma yüksekliğinin bulunmadığı Hs=0 durumunda pompanın maksimum verim eğrisi sistem karakteristiği ile üst üste geldiği için pompa daima en iyi verim noktasında (%84) verimle çalışacak ve pompa debisi Q=200 m3/h ve basma yüksekliği Hm=65 m olacaktır.
Devir sayısı %80 ve Hs=60 durumunda pompa debisi 150 m3/h ve basma yüksekliği Hm=75 m olmakta fakat pompa verimi %75 e düşmektedir.
Sürtünme kayıplarının bulunmadığı Hs=100 durumunda ise pompa çalıştığı halde hiç su basamamakta ve adeta bir su ısıtıcısı gibi çalışmaktadır. Statik basma yüksekliğinin fazla olduğu sistemlerde devir sayısının azaltılması sırasında böyle duruma düşmemek için dikkatli olunmalıdır. Böyle çalışma pompanın ciddi bir hasar görmesine sebep olabilir.

SİSTEM DEBİSİNİN KARAKTERİ
Sistem gereksinimleri çok çeşitli olabilmektedir. Örneğin, bir sistem sabit ve devamlı bir debi isterken, bir diğeri iki sınır değer arasında devamlı değişen bir debi veya başka bir sistem sabit veya değişken debili ve kesintili bir işletme isteyebilir. Bu sistemlerin kombinasyonları da söz konusu olabilir. Her bir sistem kendi içinde değerlendirilmeli ve ona göre çözüm aranmalıdır. Bir sistem için uygun olan çözüm bir başkası için uygun olmayabilir.
Debi kontrolünün en çok kullanılan yöntemi vana ile kısma yapıp sürtünme kayıplarını arttırarak sistem karakteristiğini değiştirmek suretiyle istenen debiyi sağlamaktır.
Diğer bir yol ise pompanın devrini azaltarak benzeşim kuralları gereğince pompa karakteristiğini değiştirerek sistem karakteristiği ile kesim noktasını ayarlamaktır. Örneğin pompa %80 hızda çalıştırıldığında karakteristiğin kesim noktası sistem eğrisini 200 m3/h ve Hm=65 m noktasında keser.
Sabit devirli pompanın 250 ve 200 m3/h te çektikleri güçler 82,87 ve 76,3 kW tır. Elektrik motorunun verimini %92 olarak kabul edersek şebekeden çekilen güç 90,07 ve 82,93 kW olacaktır.
Halbuki devir düşürülerek yapılan ayar sonucu 200 m3/h debide mil gücü belirgin bir biçimde azalacaktır.
(43,35 kW) . % 80 hızda motor ve sürücü veriminin %88 olduğunu göz önüne alarak tüketilen enerji 82,93 kW’tan 48,22 kW düşecektir ki bu vana ile kısmaya gore % 41,85 azalmaya tekabül etmektedir.
İşler maalesef her zaman bu kadar kârlı ve basit değildir. Frekans değişimi ile debi kontrolü, basma yüksekliğinin tamamen sürtünmelerden oluştuğu sistemlerde başarı ile kullanıldığı halde statik basma yüksekliği payının artmasıyla olay daha karmaşık hale gelmektedir.
Değişken devirli pompalarda konvertörlerin tam yükteki kayıpları % 2-6 arasındadır. Devir sayısı azaltılınca yüklerde büyük ölçüde azalacağından hem elektrik motorunun hem de frekans değiştiricinin verimleri azalmaktadır.
Değişken devirli pompaya karar vermeden önce aşağıdaki hususların hatırlanması yerinde olur.
Sabit devirli pompalar en iyi verim noktalarından uzakta çalıştırıldığında verimi düşük olur. Eğer çalışma noktası en iyi verim noktasından uzakta değilse sistem veriminiz iyi olacak ve pompaj probleminiz ekonomik olarak sabit devirli pompalarla çözülmüş olacaktır. Sürtünme kayıplarının az olduğu sistemlerde, debisi Q olan bir pompa yerine Q/2 debili iki pompa size hem Q/2 de hem de Q debisinde maksimum verimde çalışma olanağı verecektir. Seçimde pompa sayısının çoğaltılması, kesintili çalışma, depolama yöntemleri de göz önüne alınmalıdır. Burada paralel pompalar kullanılmalı ve birine takılacak frekans konvertörü ile debi değişimi sağlanarak, diğer pompalar softstarter yardımıyla sürülerek istenen debi sağlanmalıdır.
Değişken devirli pompalar, debinin az olması istendiği sürece, basma yüksekliğinde azalma meydana geldiği için sistem veriminde iyileşme sağlar.
Seçim yapılırken daima “sabit devirli pompalarla bu problem çözülebilir mi? “sorusu göz önünde tutulmalıdır.
Toplam basma yüksekliğinde statik basma yüksekliği payının çok olduğu durumlarda verimli bir debi kontrolü paralel pompalar kullanarak sağlanır. Debi değişken değil ise teknolojik mecburiyet olmadıkça en iyi çözüm en iyi verim bölgesinde çalışan sabit devirli pompadır ve bu pompalarda softstarter kullanımı en uygunudur.
Bugünlerde pompaların seçiminde ömür boyu maliyet göz önüne alınmaktadır. Satınalma kararı verilirken aşağıdaki hususların göz önüne alınması tavsiye edilmektedir.
• Yatırım maliyeti (pompa-sistem-borular-yardımcı servisler)
• Montaj ve işletmeye alma maliyeti.
• Enerji maliyeti.
• İşletme maliyeti.
• Bakım-onarım maliyeti.
• Arıza süresinde üretim kaybı maliyeti.
• Çevresel maliyet. (pompalanan akışkanın yaratacağı çevresel zararı onarım maliyeti)
• Ömrü biten pompanın söküm ve atım maliyeti.

FREKANS KONVERTÖRLERİ
Sürücüler motorları tasarruflu çalıştırmak için değil, iyi kontrol edebilmek için tasarlanmışlardır. Normal bir AC motoru, sabit yükle, sabit bir kondansatör gurubuyla kompanze edebilmeniz mümkünken, sürücülü durumda sürücünün kendi handikapları yüzünden kompanze etmek zorlaşır. Bir defa sürücü anahtarlama yapan bir cihazdır bu nedenle bol bol harmonik üretir. Bunun için seçilecek sürücüde mutlaka (genelde opsiyon olarak sunulur) harmonik ve EMC filtrelerin olmasına dikkat edilmelidir.
Hemen her sürücüde büyük alüminyum soğutucular ve fanlar görürsünüz, bunlar ısıya dönüşen kayıp enerjiyi devreden uzaklaştırmak içindir. Ayrıca her sürücü güç faktörü kolaylıkla düzeltilebilecek motoru, daha karmaşık sistemlerle çözülebilecek duruma sokar. 0.9 cos φ değeri bile bir sürücü için iyi bir değerdir. Güç faktörü 1’e yakın bir değerde istenirse girişte kompanzasyon yapmak uygun olacaktır. Elektronikçiler Power factor correction denen konuyla uzun süredir uğraşılmaktadır. Bu sistem sürücü ve benzeri cihazlarda güç katsayısının kötüleşmesini önlemektedir. Dolayısıyla güç faktörünün düşük olduğu durumlarda ilave olarak kompanzasyon yapmak kaçınılmazdır.
Özetle sürücüde temel üç tür kayıp vardır.
1. Açma kaybı
2. Kapama kaybı
3. İletim kaybı
Sürücüler bir motoru kalkış ve duruş anında yapılan yumuşak kalkış haricinde daha tasarruflu hale getirmezler, kontrolünü kolaylaştırırlar. Kontrol kolaylığı haricinde işletme yöntemi nedeniyle basınç, debi, hız, kontrolü özelliğinden dolayı bir tasarruf sağlıyorsa sağlanacak ilave tasarruf budur. Direkt tork kontrolü, yükteki değişimlere çok hızlı bir şekilde tepki verir ve prosesi her hız seviyesinde korurlar. Yük yükseklidiğinde ya da düştüğünde, hız kontrol cihazı çok hızlı bir şekilde, hızla ilişkili olarak torku karşılaştırır ve otomatik olarak olması gereken seviyeye getirir.
Eğer basınç kontrolü ve devir kontrolü yapmayacaksanız konvertöre gerek yok softstarter işinizi görecektir. Pompalar daimi hızda çalışarak işi bitince duracaksa frekans konvertörü pahalı bir çözümdür. Eğer pompanız çok ise kontrol kartı ile ya da gelişmiş bir frekans konvertörü yardımı ile tek pompayı, sıralı olarak diğer pompaları soft starterlerle çalıştırarak eşit yaşlanma yapılabilir. Softstarter gerilim kırpma mantığı ile çalıştığı için kalkış esnasında motor gücünü düşürür, sürücüler ise frekans ayarı yaptığı için gücü pek fazla etkilemez. Her ikisi de kalkış ve duruş esnasında düşük akım çekildiğinden tasarruf aynıdır.

Yol Verme Yöntemleri ve Kalkış Akımları
Yol Verme Tipi --------------------------------------Kalkış akımı (Tam Yük Akımının (FLA) %’si)
Frekans Konvertörü ile Yol Verme -------------------%100
Softstarter ile Yol Verme---------------------------------%100-250
Yıldız-Üçgen Yol Verme----------------------------------%150-450
Oto-trafo ile Yol Verme-----------------------------------%400-500
Kısmi sargı ile Yol Verme-------------------------------%400-500
Doğrudan Yol Verme-------------------------------------%600-800

Sürücüler motorların gerilim veya akımı ile oynamazlar, frekans ile kontrol ederler bu yüzden motorlar zarar görmez tam tersine faydası görülür. Çünkü diğer yol verme yöntemlerinde birden hızlanamaz ve şebekeden 1,5 – 8 katı arasında fazla akım çeker ve bu motor sargılarına zarar verir, zamanla sargılar aşınır ve yanar.


HIZ DEĞİŞİM FORMÜLÜ
Hız (d/d) = Frekans (Hertz) x 120/Kutup sayısı

Frekans ----------2 kutuplu motorlar ------------4 kutuplu motorlar
50 Hz ----------------------3000 d/dk-------------------------1500 d/dk
45 Hz ----------------------2700 d/dk-------------------------1350 d/dk
40 Hz ----------------------2400 d/dk-------------------------1200 d/dk
35 Hz ----------------------2100 d/dk-------------------------1050 d/dk
30 Hz ----------------------1800 d/dk--------------------------900 d/dk
25 Hz ----------------------1500 d/dk--------------------------750 d/dk

Fan Hızındaki Değişimin Etkileri aşağıdaki gibi gerçekleşmektedir.
Akış; hızla doğru orantılı olarak değişir Debi2=Debi1x(RPM2/RPM1)
Basınç; hızın karesine göre değişir Basınç2=Basınç1x(RPM2/RPM1)²
Güç; hızın 3.kuvvetine göre değişir Güç2=Güç1x(RPM2/RPM1)³

Formülü ise;

P1 / P2 = (n1 / n2)³

Örnek 1; Yuvarlak rakamlar kullanacağım!
100kW, 1000 d/dk olan bir motor, yıldız üçgende 1000 devirde döner ve 100 kW enerji harcar diyelim.
Siz bunu frekans konvertörü ile 900 devirde çalıştırdığınızda 73kW enerji harcayacaktır.
Formülde yerine koyarsak bu değerleri:

100 / P2 = (1000 / 900)³
100 / P2 = (1.11)³
P2 = 100 / 1,37
P2 = 73 kW
Sonuç olarak 100 kW bir motor, 900 devirde 73 kW enerji harcayacacak, bu sayede %27’lik tasarruf sağlanmış olacaktır.

Örnek 2; Başka bir örnek verecek olursak;
Frekans: 50 Hz -- Basınç: 5,0 bar -- Debi: 400 lt/sn -- Tüketilen güç: 300 kW/h
Frekans: 40 Hz -- Basınç: 3,2 bar -- Debi: 320 lt/sn -- Tüketilen güç: 150 kW/h
Şebekenin 5000 m³ suya ihtiyaç olduğunu düşünürsek;
50 Hz’de 400 lt/sn ile 3,5 saatte 1050 kWh enerji harcayarak ihtiyacı karşılarken,
40 Hz’de 320 lt/sn ile 4,3 saatte 651 kWh enerji harcayarak ihtiyaç karşılanmış olacaktır.
Kaba bir ifadeyle akışı yüzde 20 azaltmak, gücü yüzde 50 düşürmektedir.

Örnek 3; 132 kw'lık bir pompa motoru sabit Hm değerlerinde ve sabit debide çalışmaktadır. Konvertör bağlanırsa ne kadarlık bir verim elde edilir, bunu nasıl hesaplayabiliriz.
Çok kaba tabirle devirde %10'luk bir azalma, enerji tüketiminde %27 kadar bir tasarruf sağlıyor.
Bu hesaplar yükün karakteristiğine de bağlı. Fan uygulaması mı yoksa pompa uygulaması mı? Mekanik kısmın devir-yük eğrisini inceleyerek hangi devirlerde ne kadar güç ihtiyacı olduğunu çıkarabilirsiniz.
Biz küçük güçler için konsinye bir cihazla sürücüsüz ve sürücü ile %90 devirde çalıştırıp iki ölçümü kıyaslıyoruz. Sonra çıkan sonuca göre sürücüyü ya da soft starteri kalıcı olarak monte ediyoruz.
Büyük güçler için tabi bunu yapmak nispeten zor.
Bir de günde kaç defa durup-kalkış yapmasına da bağlı tabii ki.
Verim hesabına baktığımızda, neticede şebekeden yinede 132 kw. enerji çekilecektir, ama; yol verme esnasındaki darbeleri önleyecektir. Sadece bu özellik kullanılacaksa softstarter işinizi görebilir. Fan, pompa gibi yüklerde devirde %30’luk artışın, 100% güç artışına denk geldiği de bir gerçektir. Bu hem motora, pompaya hem de sürücüye zarar verebilmektedir.
Bu itibarla, 300 dakikada dolabilecek bir depo pompa devri azaltılınca anlık güçte düşüşe neden olacak ancak daha çok süre çalışarak dolacak yani akımı az çekecek ama daha çok çalışacağından dolayı toplam çekilen güç yine aynı olacaktır. Bu tür uygulamalarda softstarter kullanımı daha uygun bir seçim olacaktır. Ancak fan ve pompa uygulamalarında hız, momentin küpü ile orantılıdır. Yani hız düşünce kazanç çok daha fazladır. Çeşitli pompa ve fan uygulamalarında akışı düzenlemek için hala ilkel metotlarla kısık vana ayarı yapılmaktadır. Sadece düşük hız gerektiren durumlarda motorların tam hızda çalıştırılması, tamamıyla savurganlıktır. Hız kontrol sürücüleri optimal hız ve kontrol hassasiyeti ile önemli boyutlarda enerji tasarrufu yapılmasına olanak sağlar.

Örnek 4; Uygulamalı bir örnekte,
Sistem pompa istasyonu öncesindeki depodan gelen suyun, pompalar vasıtasıyla şebekeye verilmesi esasına dayanmaktadır. Toplama kuyularından isale hattı ile depoya getirilen su, her biri 315 KW gücünde 380 V. Enerjiyle çalışan 7 adet asenkron motora akuple (Q=420 lt/sn. Hm= 50 mSS. +/- %10 ) pompalar ve elektrikli kelebek vanalardan geçerek şebekeye verilmektedir.
Pompa istasyonunun enerjisi kendisine ait 2*1250 KVA TR postasına ait TR binasından karşılanmakta olup, transformatör AG çıkışındaki ana panoda, iç ihtiyaç şubeleri çıkışlarından başka bir sistemi çalıştırmak üzere pompa binasında bulunan 2 adet (yedekli) frekans konvertörü panosu ile 7 adet soft starter panosuna aynı güçte 9 adet müstakil çıkış sağlanmıştır. Çalışma prensibi olarak hız kontrolünü sağlayacak ekipman frekans konvertörü olup, softstarterlar yumuşak duruş ve kalkış için motorlara bağlanmıştır. Frekans konvertörlerinden biri yedek olup, devredeki konvertörün herhangi bir nedenle arızalanıp devre dışı olduğu takdirde devreye girecektir. Frekans konvertörü 7 adet motordan herhangi birine alınabilmekte, 0-50 Hz arasında frekansı değiştirerek motor devrini 0-1500 d/dk arasında tutarak büyük oranda enerji tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca sistem 400 V AC enerji ile beslendiğinden yüksek gerilimden doğacak çeşitli manevra güçlükleri, frekans konvertörü ile softstarterin PLC üzerinden PC ile haberleşme kolaylığı ayrıca yüksek gerilimdeki malzeme temin ve montajı gibi zorluklar aşılmıştır.
Pompa istasyonu PLC ile bilgisayara bağlanmış sonucunda tam otomasyon sağlanarak sistem prosesi bilgisayar monitöründen izlenmekte hem PC üzerinden hem de konvertör ve softstarter panolar üzerinden kumanda ve kontrol ile parametrelerin girilebilmesi set edilerek değiştirilebilmesi sağlanmıştır.
Sistemin çalışmasında ana parametre basınç olup, bilgisayara set edilen basınç değerini sağlamak üzere ilk önce frekans konvertörü kendisine bağlı motoru devreye almakta, devir 1500 d/dk ulaştığında basıncı istenilen değere getiremediği takdirde, soft starter üzerinden sabit devirli ikinci motoru devreye almaktadır. Örneğin konvertöre bağlı motor 25 Hz de 750 d/dk ile sabit devirli motor 50 Hz de 1500 d/dk hızla gerekli basıncı sağlayamadığı takdirde konvertöre bağlı motor devrini arttırmaya devam ederek 1500 d/dk ya ulaşır. Eğer şebeke basıncı set basıncına ulaşmamışsa, ikinci soft starter üzerinden sabit devirle üçüncü motoru çalıştırarak kendi devrini aşağıya çekmektedir. Şebeke basıncının düşmesi halinde (suya ihtiyacın azalması) kendiliğinden sabit devirli motorları devreden çıkarmaktadır. Eğer depo seviyesi, gece gündüz farklılığı gibi sebeplerle basıncın değişmesi isteniyorsa bilgisayar otomatik olarak girilen sınırları içerisinde set değerini değiştirmektedir.
Frekans konvertörleri seçilirken, en son teknolojiyi sağlayan IGBT (yalıtılmış kapılı bipolar transistör) tüm güç yarı iletkenleri ile harmonik bozulma (distorsiyon) yüzdeleri ile elektro manyetik kirliliği en alt düzeye indiren filtrelere haiz olanlar tercih edilmiştir. Sistemde pompa ve motorların eşit yaşlanmasını temin için bilgisayara girilecek çalışma saatleri ile motorların dönüşümlü olarak konvertörle çalışması sağlanmalıdır.
Frekans konvertörüyle sürülen 315kW bir motorda fan ve pompa için verilen devirdeki değişim, debide lineer, basınçta karesi ile orantılı, güçte küpü ile orantılı teoremi bire bir doğru.
315kW motor 1470rpm de 1600m3/h basmakta ve 305 kW çekmekte idi. 1300rpm'e çekince 1400m3/h bastı ve 225kW güç çekti. Buradan hesap yapınca yılda 75.000 TL enerji tasarrufu hesapladık ve 315kW sürücü kendini yaklaşık 5-6 ayda amorti eder duruma geldi. Diğer motorlar softstarterler vasıtasıyla çalıştığından kalkış-duruş anındaki tasarruflar ve mekanik faydaları ortalama %7 tasarruf sağlamış oldu.

YUMUŞAK YOLVERİCİLER (SOFT STARTERLER)
Motor kalkışı sırasındaki ani deşarjı azaltmak için yıldız-üçgen, kısmi sargı, oto-trafo ve elektronik kontrollü yol vericiler yaygın olarak kullanılır. Bu yol vericilerin hepsi gücü motora sabit frekansta iletir ve bu nedenle motora uygulanan gerilim kontrol edilerek akım belli bir sınır içinde tutulmalıdır. Yıldız-üçgen, kısmi sargı ve oto-trafo yol vericiler gerilimi düşürmek için özel elektrik bağlantıları kullanırlar. Elektronik yol vericileri ise gerilimi düşürmek için SCR’ler kullanırlar. Motorun hızlanmak için belli bir torka ulaşması ge¬rekir ve bunun için yeterli gerilime ihtiyaç vardır. Bu nedenle gerilim düşür¬me ancak belli bir sınıra kadar mümkündür. Mümkün olan en fazla gerilim düşürme ile bile motor kalkış sırasında iki ya da dört kez tam yük amperi (FLA) çeker. Buna ek olarak yıldız-üçgen yol verme ile ilişkili hızlı ivmelenme kayış ve diğer güç aktarma elemanlarında aşınmaya neden olur.
Direk yolvermede motorlar doğrudan başlatıldıkları zaman, motorun nominal akımının 8 katı değerinde çok yüksek bir sargı akımı oluşabilir. Bu akım, önlenemez bir şekilde kaynak iletkenlerini, kaynak sistemini ve seri bağlı şalt tesisini yükleyebilir. Ayrıca, direk yolvermede zaman aşırı derecede bir dönme momenti oluşur. Bu sarsıntı sürülen motora baskı yapmakla kalmaz aynı zamanda makine mekaniklerini yükler. Örneğin öncelikli güç ileten kısımları (V kayışı, dişliler, vb)
Bu başlama akımını azaltmak için önceden yıldız-üçgen kombinasyonları kullanılıyordu. Yıldız-üçgen devresinde, motor akımı üçgen bağlantıya göre üçte bir akım değerindedir. Motorun nominal dönme momenti değerine nominal akım değerinde ulaşmasını sağlamak için, belirli bir kurma zamanı sonrasında, yıldızdan üçgene anahtarlama gerekir. Bu kaynak sistemini etkileyen akım piklerine sebebiyet verir. Ayrıca, sürücüyü aşırı derecede yükleyen dönme momenti pikleri de vardır. Bu etkileri önlemek için soft starterleri kullanmak daha duyarlı bir davranıştır. Terminal gerilimi sürekli artırılarak, motor dönüşü sarsıntısız olarak ivmelendirilir. Motorda olduğu gibi kaynak sistemi en uygun yolla çalıştırılır. Yani soft starterler paradan kazandırır, motoru korur (ömrünü uzatır), kurulum masraflarından kazandırır ve azalan başlama akımına bağlı olarak daha az yer kaplayan kaynak iletkenlerini önerir.

SOFT STARTERLERİN ÇALIŞMASI
Tristörler kullanılarak bir faz açısındaki kesme gerilim kontrolü gerçeklenir. Bu faz kontrolü, motor terminal geriliminin kurulabilir başlangıç değerinden sistem kaynak gerilimine yükseltilmesine olanak sağlar. Sonuçta ilgili başlama akımı ve dönme momenti sürme şartlarına en uygun olarak ayarlanabilir. Yıldız-üçgen kombinasyonlarına göre, bu çözüm sadece daha küçük yük besleyici büyüklüğü avantajını önermez, ayrıca, sadece üç motor çıkışının kurulmasına öncülük eder. Daha önce vurgulandığı gibi, üçgenden daha yüksek bir anahtarlama oluşmadığında dönme momenti ve akımda aşırılılık oluşmaz. Sonuçta kaynak sistemi ve motor korunmuş olur.
Soft starter, motor ile şebeke arasına direkt bağlanır. Motor akımı ve gerilimi soft starter tarafından kontrol edilir. Soft starter motorun devreye girmesi sırasında şebeke voltajını, %30 değerinden başlayarak %100 değerine kadar, kontrol ederek motora tatbik eder. Soft starter voltajı küçüldükçe motor voltajı şebeke voltajına yaklaşır. Motorun devreden çıkarılması durumunda şebeke voltajını %100 değerinden %30 değerine kadar kontrol ederek şebekeden ayrılmasını sağlar.
Motora soft starter ile yol vermede ilk önce şebeke geriliminin %30’u uygulanır, bu sırada motor şebekeden fazla akım çekecektir. Motorun nominal akım bilgisi mikro işlemciye daha önceden girilmiş olacağından, mikro işlemci motor voltajını yükseltecektir.
Motorun momenti (Tork) ; Md = k x U olduğundan voltajın zamana bağlı olarak yükselmesi ile motorun torku da yavaş yavaş yükselecek ve motor dönmeye başlayacaktır. Motor voltajı şebeke voltajına eşit olduğundan motor nominal hıza ulaşacaktır. Böylece motor şebekeye ve işlemcilere darbe yapmadan devreye girecektir. Bu olayın tersinde motor yumuşak duruş yapacaktır.
Ani duruş ve kalkışlar olmadığından koç darbesi, aşırı akım, mekanik kilitleme ve pompa su yük etkilerinden kurtularak motorun ve pompanın ömrü uzamış olacaktır.

SOFT STARTERLERİN AYARLANMASI
Soft starterler temelde en az üç olası kurulum önerir.
Bunlar; sistem gerilimini yüzdesi olarak başlangıç başlama gerilimi veya – saniye cinsinden başlama tırmanma zamanı veya – durma iniş zamanı. Başlatma gerilimi, kurulu başlama tırmanma zamanı içinde nominal motor gerilimine yükseldiği değerdir. Bağlı motor pürüzsüz ve hızlı bir şekilde tam hıza ulaşır. Durma iniş zamanı, nominal motor geriliminin kapama gerilim değerine (kurulu başlatma gerilimi ile genelde aynıdır) kapanma komutu verildiğinde düşürüldüğü zamandır.
Softstarter seçimi ve nerelerde kullanılacağına ilişkin örnekler frekans konvertörü örnekleri içinde detaylı olarak geçmektedir. Şimdi burada softstarter bağlanmış bulunan, direkt depoyu besleyen 55 kW gücünde bir dalgıç pompalı kuyudaki değişikliklere göz atalım.
Bilindiği üzere şamandra ile depolara çalışan kuyularımızda pompalar sıklıkla durma ve kalkma gerçekleştirmektedir. Kuyumuza takılan soft starter cihazının yumuşak kalkış ve durdurma özelliğinden dolayı önceki çalışma düzeninde dalgıç pompa üzerinde meydana gelen koç darbeleri dolayısıyla pompa deformasyonu ile yatak parçalanmaları önlenmiş olmaktadır.
Sistemdeki gerilim dalgalanmaları daha iyi gözlenebilmekte gerektiği takdirde aşırı gerilim yükselmesi ya da düşmelerinde cihaz pompayı devre dışı yapmaktadır.
Cihaz üzerinde aşırı akım açtırma değerleri ile arıza parametrelerinin set edilebilme imkânı dolayısıyla sistemin daha iyi gözlenerek kontrol altında tutulması sağlanmaktadır.
Yapılan endeks takibi neticesinde soft starter sistemi, kalkış-duruş anındaki kontrolü ve aşırı akım korumaları nedeniyle eski çalışma düzenine nazaran %7 oranında enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Pazartesi, Kasım 16, 2009 tarihinde Şener İşleyen tarafından kaydedilmiştir , | 0 Yorum »

SCADA SİSTEMLERİ (2)


SCADA SİSTEMLERİ (İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi)

Bölüm 1

SCADA Sisteminin İncelenmesi

1.1 SCADA'nın Tanımı

SCADA adı "Supervisory and Data Acquisition" kelimelerinin ilk harflerinden oluşmuştur. Türkçe'ye "İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sistemi" olarak çevrilebilir. SCADA sistemi izleme, danışma, kontrol ve veri toplama işlevlerini yerine getirir. Bu sistemin uzaklık veya mesafe kavramını da çalıştırdığı kabul edilir.
Danışma ve Uzaktan Kontrol İşlevi
Belli bir cihazı veya tesisi uzaktan kontrol edebilmek, bunların verilen kontrol komutuna göre çalışmasını sağlayabilmek ve davranışlarının kontrol komutları doğrultusunda olup olmadığını doğrulayabilmektir. Uzaklık Kavramı
Uzaklık için genel kriter; kontrol bölgesi ile kontrol edilen cihaz arasındaki mesafenin telli kontrol kullanmaya elverişli olup olmadığı veya pratik olmadığı uzaklıktır.
Danışmanlı Kontrol Sistemi
Bir iletişim kanalı üzerinden, multiplexing tekniği kullanılarak uzak ve geniş coğrafi bölgeye yayılmış olan, çok sayıda cihaz ve tesisin sistem operatörü (işletmeci) tarafından, danışma ve kontrolünü sağlayan sistem, danışmanlı kontrol sistemi olarak tanımlanır. SCADA sistemleri kullanılarak uygulama yazılımı geliştirmek için protokollerin tanımlanması ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri, SCADA'nın işletmedeki bilgi omurgası olma görevini yapması için birbirleri ile iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenmesi gerektiğinde kullanılacak bilgi blokları veri bilgi tabanı tanımlanması aşamasında gerçekleştirilir.
SCADA sistemleri; sistem operatörlerine, merkezi bir kontrol noktasından geniş bir coğrafi alana petrol ve gaz alanları, boru sistemleri, su şebekeleri, termik ve hidrolik enerji üretim sistemleri ile iletim ve dağıtım tesisleri gibi alanlarda vanaları, kesicileri, ayırıcıları, anahtarları uzaktan açıp kapama, ayar noktalarını değiştirme, alarmları görüntüleme, ölçü bilgilerini toplama işlevlerini güvenilir, emniyetli ve ekonomik olarak yerine getirme avantajı sunmaktadır.

1.2 SCADA Sisteminin Uygulama Alanları
SCADA sisteminin 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 sisteminin 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
Kısaca bir tesiste, ölçüm yapılacak yerlerin alanı km2 ile ölçülüyor ve km'lerce uzakta ise, basit komutlar ve görüntülemelerle kontrol edilebilecekse ve iyi bir işletme için, sık, düzenli ve hızlı cevap süreleri gerekli ise SCADA sistemi uygulanabilir.

1.3 SCADA Sisteminin İşlevleri
SCADA sisteminin işlevleri;
1. İzleme (Monitoring) İşlevleri (Olay ve Alarm İşlem)
2. Kontrol İşlevleri
3. Veri Toplama
4. Verilerin Kaydı ve Saklanması
olarak dört grupta toplanabilir.
1. İzleme (Monitoring) İşlevleri
-Durum Denetimi
-Eşik ve Limit Değer Denetimi (analog ölçümler)
-Olay ve alarmların rapor edilmesi, gruplandırılması, sınıflandırılması
-Trend denetimi
2. Kontrol İşlevleri
-Kontrol edilecek cihazların tek tek kontrolü (ayırıcı ve kesicilerin uzaktan açılıp kapatılması, trafo değiştirici kontrolü, vb)
-Regülatörlere veya rölelere kontrol işaretleri gönderilmesi
3. Veri Toplama
-Analog ölçümler (akım, gerilim, aktif ve reaktif güçler, yağ ve sargı sıcaklıkları, kademe değiştirici konumu vb.)
-Durum ölçümleri (kesici ve ayırıcıların açık kapalı konumları, röle kontak konumları vb.)
-Enerji ölçümleri (sayaç çıkışlarından alınan birim enerji işaretlerinin sayılması)
4. Verilerin Kaydı ve Saklanması
Danışma Kontrol ve Veri Toplama işlevlerinden elde edilen veriler isteğe bağlı olarak kaydedilip saklanır.

Bölüm 2

SCADA Sisteminin Uzaktan Bilgi Toplama Ve Denetleme Ünitesi

2.1 RTU'nun Tanımı
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. RTU'lar gelişen teknoloji ile birlikte bir çok aşamadan geçmişlerdir. İlk zamanlarda kontrol sistemlerinde kullanılan RTU'lar mikroişlemcisizdi. Mikroişlemcisiz RTU'lar sadece ölçüm yaparak, bu ölçüm bilgilerini merkeze bildirerek merkezden gelen komutlar doğrultusunda işlem görürlerdi. Bu tür RTU'lar ile oluşturulan SCADA sistemlerinde bir çok olumsuzluklar ortaya çıkmaktaydı. Alarm durumlarında ve diğer bütün işlemlerin merkezi denetim sistemi üzerinde yapılmasından dolayı ortaya çıkan problemler şu şekilde sıralanabilir:
a) Merkezin devre dışı kaldığı ya da RTU'ların iletişiminin kesildiği durumlarda oluşacak sorunlara müdahale edilmemekte ve sonuç olarak da sistemin iletişimi aksamaktadır.
b) Alarm durumlarında merkezin alarm kararı verip RTU'ya komut göndermesi belli bir süre almaktadır. Bu da, anında müdahale edilmesi gereken durumlarda sakıncalara yol açmaktadır.
c) Akıllı olmayan RTU'lar ile oluşturulan SCADA sisteminin çalışabilmesi için merkezin sürekli olarak RTU'lar ile iletişim halinde olması gerekmektedir. Ancak bu sayede merkez, denetlenen cihazlar hakkında bilgi sahibi olup istenilen işlemleri yerine getirebilir. Bu durumda çok yoğun iletişim trafiğinin yaşandığı SCADA sistemlerinde özel bir iletişim hattının bulunması gerekir.
d) Mikroişlemcisiz RTU'lar kullanıcının özel gereksinimlerinin bulunduğu ya da karmaşık kontrol algoritmalarının uygulandığı durumlarda yetersiz kalmaktadır.
e) Tüm SCADA sisteminin yükü merkez bilgisayarı üzerinde olacağından, çok hızlı, yüksek işlem gücü olan, pahalı bilgisayarlar kullanmak gerekmektedir. Bu da ekonomik yük getirmektedir.
İşlemcili RTU'lar, tüm olumsuz durumları değerlendirerek alarm uyarıları üretebilir ve bu durumlarda ne yapılacağına anında kendileri karar vererek yerinde müdahale edebilir. Aynı zamanda işlemcili RTU'lar kullanıcının özel isteklerini yerine getirecek şekilde programlanabilir, böylece denetleyici cihazların kullanıcı gereksinimlerini karşılayacak şekilde çalışması sağlanmış olur. Bu esnada diğer işlemcili RTU'larla haberleşerek işlemlerin yerine getirilmesi sağlanmış olur. Birbirleri arasındaki iletişimi sağlarken aynı zamanda merkezi birim tarafından sürekli gözetlenerek sistemin tümünün denetlenmesine izin verirler.
İşlemcili RTU'ların endüstrideki avantajları;
a) Mikroişlemcili RTU'lar en karmaşık kontrol yöntemlerinin dahi uygulanmasını sağlarlar.
b) Mikroişlemcili RTU' ar kendi başlarına karar verebildikleri için, çoğu zaman merkez birimine gerek duymadan uygulamanın devamı için gerekli işlemleri yerine getirirler. Bu da toplam sistem performansını önemli ölçüde artırır ve tepki süresini azaltır. Böylece kalıcı ya da ölümle sonuçlanabilecek hasar durumlara acil müdahale edilebildiği için tüm sistemin güvenilirliği saptanır.
c) Mikroişlemcili RTU' lar normalde kullanılan pek çok elektromekanik ya da mekanik cihazın işlevini üstlenmektedir. Mekanik cihazlar, uzun kullanım süreleri sonucunda aşınmakta verimleri düşmekte ve güvenilirlikleri azalmaktadır. Tamamıyla elektronik yapıdaki RTU ise hassasiyetinde hiçbir değişiklik olmadan daha uzun süre çalışabilmektedir.
d) Mikroişlemcili RTU' lar kendi başlarına karar verebildikleri için merkez bilgisayarın yapabileceği pek çok işi de üstlenmiş olur. Bu genel sistem güvenilirliğini artırmaktadır. Merkez birimin durması veya iletişimin kesilmesi durumunda akıllı RTU hiç durmadan görevini icra etmekte ve gerekli işlevleri yerine getirmektedir.
e) Merkezin İşlem Yükünün RTU' lara dağıtılması sonucunda, merkezin RTU' lar ile sık iletişim kurma gereksinimi kalmayacak, iletişim trafiği hafifleyecek, iletişim ortamı daha verimli kılınacaktır.

2.2 RTU'nun Görevleri
Temel görevleri değişmemek kaydıyla gelişen istekler karşısında geliştirilmektedir.
1) Bilgi Toplama ve Depolama
2) Gerekli Kumandaları Gerçekleştirmek
Bu iki görev değişmeyen temel özelliklerindendir. Bir RTU' nun kontrol fonksiyonları kısıtlı olabilir, ancak yukarıdaki özelliklerinden vazgeçilemez. RTU' nun bu iki özelliğini birleştirilmesi ile oluşan bir diğer görevi daha vardır.
RTU' nun görevleri tekrar sıralanacak olursa;
1) Bilgi Toplama ve Depolama
2) Kontrol ve Kumanda
3) İzleme (Monitoring)
4) Arıza Yeri Tespiti ve İzolasyonu

RTU- Bilgi toplama ve denetleme biriminin temel işlevi olarak doğru ve zamanında yapması gereken en önemli görevidir. RTU' lar tali merkezlerde analog değerler, alarm ve durum bilgilerini ve sayaç değerlerini toplar. Böylece bağlı oldukları tali merkezlerin ve ait oldukları ana merkezin ihtiyacı olan tüm bilgileri toplayarak otomasyonun ilk prensibini gerçekleştirmiş olurlar. Toplanan bu bilgileri kendi üzerindeki hafızalarında saklarlar. Bu bilgiler; MTU kendilerini sorgulayıncaya kadar veya ayarlanan belli süreler için saklanır. Bilgi toplama işini kendilerine verilen periyodik aralıklarla veya ayarlandıkları değerlerden sapmalar olduğunda yeni değerleri kaydetmek şeklinde yerine getirirler. RTU' lar bilgilerin toplanmasını ve gönderilmesini RS-232 veya RS-485 seri formatta çalışan cihazlarla yapmaktadır. Bu, SCADA fonksiyonelliğini arttırmakta, fakat sahadaki lokal veri transferini basitleştirmektedir. RTU topladığı değerleri isterse bir ön işlemden geçirebilir. Ön işlem; bilgilerin kullanıcı tanımlı hale getirilmesi olayıdır. Yani analog bir bilgi sayısal bilgiye çevrildikten sonra RTU' da oluşturulmuş bir veri tabanı vasıtasıyla, o değere ait sınır değerlerle karşılaştırmaya veya matematiksel bir hesaplamaya tabi tutulur. Bu işlemlerden sonra o bilginin kontrol merkezine gönderilmeye değer bir bilgi olup olmadığı ortaya çıkar. Böylelikle sadece önemli bilgiler gönderilir ve iletişim kanalı meşgul edilmez. Bilgi alındıktan ve gerekliyse işlemden geçirildikten sonra, ya o anda kontrol merkezine gönderilir ya da daha sonra gönderilmek üzere RTU' da depolanır. Depolanan bu bilgiler RTU' da oluşturulmuş veri tabanı kütüğüne "oluş sırasına göre" kaydedilir. Oluş sırasına göre kayıt; beklenmedik durumlarda farklı zaman ve bölgelerde oluşan hızlı durum değişikliklerinin tek bir zaman ekseni üzerine kaydıdır. Hata sonrası analizlerde ve gerçek zaman içinde operatörün gerekli manevrayı yapmasında kullanılır. Bu şekilde bir depolama işlemi sayesinde bir gün içinde hangi olayın, tam olarak, ne zaman ve kaç defa gerçekleştirildiği Kontrol Merkezi tarafından rahatlıkla izlenebilmektedir. Bu SCADA gibi gerçek zamanlı bir sistemde mutlaka bulunması gereken bir özelliktir.

Bölüm 3

SCADA Sisteminin Kontrol Merkezi

3.1 Tanım
İngilizce yaygın olarak kullanılan adı Master Terminal Unit Türkçe'ye 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.
Kontrol Merkezi geniş bir coğrafyaya yayılmış tesislerin, bilgisayar esaslı bir yapıyla uzaktan kontrol edildiği, izlendiği ve yönetildiği yer olarak tanımlanabilir. Kontrol Merkezi genelde SCADA sistemlerinin ve kontrol edilecek tesislerin merkezi bir yerine kurulur.
Kontrol Merkezi, sistem güvenilirliğinden sorumludur. Yetki verilmeksizin açma ve kapama işlemi yapılamaz. Bunun sonucunda merkez; bakım için dağıtım birimlerinin hizmetten çekilmesi, işleme modelinde değişiklikler yapmak, dağıtım sisteminde arıza durumunda ortaya çıkan sorunların çözümü için gereken bütün açma-kapama işlemlerine müsaade eder ve bunları denetler.
Kontrol Merkezi, yüklerin izlenmesinden sorumludur ve bunların kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalması için, ya uygun otomatik cihazları devreye almak suretiyle ya da işletme programını değiştirmek suretiyle önlemleri almak zorundadır.
Dağıtım sisteminde arıza olması durumunda kontrol merkezi sorunları gidermek ve mümkün olan en kısa sürede normale dönüşü sağlamak zorundadır. Bir yandan dağıtım donanımının devre dışı kalması stratejisini hesaba katarak, kritik durumların ortaya çıkarılmasına imkan verecek çağdaş izleme yöntemleri kullanılmalı, diğer yandan arızaların anında yerlerinin tespitine imkan verilmelidir. Kontrol merkezinde özellikle tüketim miktarları, dağıtım donanımının kullanım sayıları ve arızalar hakkında istatistikler tutulması çok önemlidir. Bu istatistikler daha sonra geçmişteki işletme planlamasında aynı zamanda sistem planlamasında kullanılır.
İstatistiklerin yapılması; nicelik ve nitelik bakımından verilerin toplanmasını, ileride kullanılmak üzere bu verilerin kayıtlara geçirilmesini, planlama ve bilgisayar donanımı gereksinimlerine uyarlanmış hesaplama yöntemlerini kullanmayı gerektirmektedir.
SCADA sisteminde geniş bir alana yayılmış RTU' ların koordineli çalışması, RTU' lardan gelen bilgilerin yorumlanması, kullanıcıya sunulması ayrıca kullanıcıların isteklerini RTU' lara ileterek merkezi kumandanın sağlanması işlevlerini SCADA sisteminde ana kontrol merkezi yerine getirir.
Merkezi bilgisayar
RTU' lardan periyodik olarak gelen verileri, sistem üzerinden alınan ikazları, istenilen verileri düzenli olarak saklar. Merkezi yazılım bu bilgileri değerlendirerek kontrol eder. SCADA sistemlerinde merkezi bilgisayar vasıtasıyla RTU' lardan ve sistemin diğer elemanlarından toplanan bilgiler gerek duyulan hallerde her türlü raporlar çıktı olarak kullanıcının sistemine sunulur. Merkezi sistemde denetlenen sistemin akış diyagramının ekran üzerinde görüntülenmesi sağlanır. Dolayısıyla operatör tüm sistemi ekran üzerinde gözlemleyerek sistem takibi yapabilir. Sistemin çalışması açısından RTU' lardan gelen alarm ve arıza uyarıları çok önemli olduğundan merkezi yazılım bu durumları görsel ve sesli olarak operatöre bildirir.
Merkezi sistem birimi; yöneticilerin, işletme operatörlerini, bakım elemanlarını ve tüm işletim sistemini gerçek zamanlı görsel olarak izleyebildikleri fiziksel çevredir. Kontrol merkezinde merkezi bilgisayardan başka bulunan ara birimleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:
Bilgisayar Terminalleri
Birçok kullanıcıya çalışma imkanı veren bu terminaller operatörlerin sistemi takip edebilmelerini sağlar. Sistemin kontrolü için gerekli bilgilerin girilmesi veya değiştirilebilmesi mümkün olabilmektedir.
Bilgisayar Ekranları: Ekranlar ile dinamik işletme noktasının (kesici, ayırıcı, motor, vana, ölçü noktası) sürekli gözlenmesi sağlanır.
Yazıcılar
İşletmeye ve sisteme ait tüm durum ve arıza hallerini raporlama imkanı sağlar.

3.2 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

3.3 Kontrol Merkezinin Sistem İçindeki Yeri
Kontrol Merkezi için sistemde, SCADA sisteminin büyüklüğüne göre, ayrı bir mekan olmalıdır. Bu ayrı kontrol merkezinden; tüm SCADA sistemine kumanda edilir, gerekli bilgiler toplanır, uygun bir veri tabanı programı ile bilgiler depolanır, gelen veriler ve alarmlar, analiz programları ile yorumlanır, veriler üzerinde işlem yapılır, bunların yazılım programları vasıtasıyla görüntülenmesi ve yazıcı çıktıları alınabilir. Kontrol Merkezleri, SCADA sistemi içinde bir tane olabileceği gibi, sistemin büyüklüğüne göre bir kaç tane de olabilir. Hatta çok büyük sistemlerde ana kontrol merkezinin altında ALT-KONTROL MERKEZLERİ de bulunabilir.

3.4 Kontrol Merkezi Mimarisi
Kontrol Merkezleri;
1. Sistem bilgisayarı,
2. Kullanıcı arabirimleri insan makina ara birimleri (MMI), operatör ara birimi de denir.
3. Veri toplama giriş-çıkış birimleri (front-end bilgisayarları)
4. Mimik diyagram ya da ekran projeksiyon sistemleri
5. Yazıcılar çiziciler
6. Veri depolama birimleri
7. Kesintisiz güç kaynakları
8. Zaman ayar sistemi
9. Yerel iletişim ağı
10. İzole, yükseltilmiş tabanlı kumanda odası veya odaları gibi bileşenlerden oluşur.

3.4.1 Sistem Bilgisayarları
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.
Giriş Birimi: Merkezi işlem birimine dış birimlerden verilerin gelmesini sağlar. Bu birimin kontrol ettiği birimler şunlardır:
a) Klavye: Yazıların girilmesi için kullanılır.
b) Grafiksel Giriş Birimi: Mouse, digitizer, scanner gibi şekil ve benzeri şeyleri bilgisayara aktarılmasında kullanılır.
c) Haberleşme Birimleri: Bilgisayarın diğer bilgisayarlarla iletişim kurmasını sağlar. Bu iletişim genellikle MODEM ya da veri ağlarıyla (LAN, WAN gibi) saplanır.
d) Depolama Birimleri gelen verileri ya da bilgisayarda çalışan programları depolamak için kullanılır. Bu birimler sabit disk, manyetik teyp gibi birimlerdir.
Çıkış Birimi: Verilerin dış dünyadaki birimlere ulaşmasını sağlar. Örneğin ekrandaki bir bilginin yazıcıya aktarılması için bu birim kullanılır. Çıkış birimine bağlı olan birkaç birim şöyle sıralanabilir.
a) Yazıcılar; raporlar, alarmlar gibi bilgilerin kağıt üzerine aktarılmasını sağlar.
b) Çiziciler
c) Depolama birimleri: Yedekleme ve depolama amacıyla kullanılır.
d) Grafiksel Gösterim Birimleri: Verilerin kullanıcıya gösterilmesinde kullanılır. (Monitör, Ekran Projeksiyon makinaları, mapboard'lar)

3.4.1.1 Bilgisayar İşletim Sistemi
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.

3.4.1.2 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 sınıflandırabiliriz.

3.4.1.3 Kontrol Merkezi Bilgisayarı Yazılım Programları
Elektrik dağıtım sistemlerinin işletilmesi ve yönetilmesinde otomasyonun bulunmadığı ülkemizde, özellikle büyük şehirlerde, dağıtım otomasyonu ve SCADA sistemlerinin kurulması kaçınılmaz olmuştur. Bilgisayar yazılım ve donanım teknolojilerindeki gelişmeler otomasyon sistemlerinin tasarımını da etkilemekte, bu tür otomasyon işlevlerini ekonomik ve teknik açıdan mümkün kılmaktadır.
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.
Müşteri / hizmetli (client / server) mimarisi çok süreçli dağıtım sistemlerde yaygınca kullanılan bir mimaridir. Açık sistem yaklaşımının öngördüğü biçimde başka sistemlerden alınan parçaların asıl sisteme eklenebilmesi bu mimari sayesinde gerçekleştirilebilir. Entegre edilmesi düşünülen modül sistem katmanlarından kendi düzeyinde olan birine müşteri olur. İletişim protokollerinde olduğu gibi her katman, altındaki katmanın hizmetlerini kullanır. Kendi üstündeki katmana hizmet verir. Her katman ayrıca alt katmanlardan oluşabilir.
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. Yazılım mühendisliğinin amacı kaliteli yazılım üretmektir. 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.

3.4.1.4 Bilgisayar Yazılım Programları Yazılım Kalitesi
Yazılım kalitesini belirleyen iç ve dış etkenler şunlardır:
1) Geliştirilebilirlik: Teknolojideki değişimlere, yeni isteklere karşı açık olmasıdır.
2) Doğruluk: Yazılımın bütün istekleri doğru olarak yerine getirebilmesidir.
3) Anormal Durumlara Karşı Koyabilme: Yazılımdan beklenen durumlar dışında, tanımlı olmayan durumlarda, istenmeyen (sisteme zarar verebilecek) tepkiler vermemesidir.
4) Uyumluluk: Yazılımın başka yazılımlarla kolay entegre olabilmesi, başka sistemlerle (yazılım ya da donanım) beraber çalışabilmesi.
5) Yeniden Kullanılabilir Olma: Yazılımın ya da onu oluşturan parçaların başka amaçlarla kullanılabilmesi ve yeni uygulamalara destek verebilmesidir.
6) Verimlilik: Programın kaynakları verimli kullanması (CPU, bellek, disk gibi) ve performansının yüksek olmasıdır.
7) Taşınabilir Olma: Programın farklı yazılım ya da donanım ortamında çalışabilir olması; yani sistemde kullanılan makineden, ek birimlerden ve işletim sistemlerinden bağımsız olabilmesidir.
8) Doğrulanabilirlilik: Programı test edebilmek ve hataları bulabilmek için test programlarının yazılmış ya da test yöntemlerinin tanımlanmış olmasıdır.
9) Modüler Olma: Programın birbirinden bağımsız küçük modüllerden oluşmasıdır.
10) Okunabilir Olma: Program dökümünün yeterince açık ve anlaşılır olmasıdır.
11) Öğrenme ve Kullanma Kolaylığı: Programı kullanacak olan kişilerin programın iç yapısını bilmesine gerek duymadan öğrenebilmesi ve kullanabilmesidir. Gerektiğinde kullanıcıyı uyaracak ve istedikleri bilgileri sağlayacak yardım fonksiyonlarına sahip olmasıdır.
Yazılım mühendisleri kaliteli yazılım çıkarırken bu unsurlara dikkat etmelidirler. Alıcının da yazılımdan sadece istenilen fonksiyonları yerine getirmesini değil, bu kalite unsurlarını da sağlamasını beklemelidir. Görünürde aynı işi yapan (hatta aynı performansa sahip olan) iki programdan, bu unsurlar gözönüne alındığında, biri diğerinden çok farklı olabilir. Çok karmaşık olan yazılım sistemlerinde kaliteye ulaşmak için aşağıdaki unsurların gözönüne alınması genel bir çözüm sağlar:
1) Standartlara uyma,
2) Açık sistemler geliştirme,
3) Tasarıma gereken önemi verme,
4) Standartlaşmış yüksek düzeyli diller kullanma,
5) Nesneye dayalı tasarım tekniklerine ve programlama dillerini kullanma.

3.4.1.5 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. Modern SCADA merkezlerinde irili ufaklı yüzlerce program aynı anda ya da isteğe bağlı olarak değişik zamanlarda çalışabilir. Programların çoğu değişik programlarla (veri tabanı) iletişim halindedir.
Genelde 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, pencere sistemi)
10) Eğitim, test simülasyon ve hata bulma programları
11) Yerleştirme ve kurma programları
12) Diğer araçlar (derleyiciler gibi)
1) Veri Toplama Sistemi
a) Veri Tarama Sistemi: RTU' dan bilgi taramak, veri tabanına ve diğer ilgili birimlere iletmekle yükümlüdür. RTU' dan nasıl tarama yapılacağı bu sistem içindeki tarama programlarında tanımlıdır ve değişebilir olmalıdır. Tarama sıklığı veri tarama sistemi içinde önemli bir kavramdır. Analog ve sayısal veriler için farklı olabilir. Günümüzde bütün verilerin birkaç saniye aralıkla yenilenmesi mümkündür. Tarama için farklı teknikler kullanılabilir. Bazı tekniklerde gözlenen noktada bir değişim varsa veri alma işlemi gerçekleşir. Hatta değişim hızına göre veri alma işlemi sıklığı artırılıp azaltılır. Verilerin alarm yaratıp yaratmaması, RTU' dan yapılıp istasyona kesme olarak gelebileceği gibi, merkezde de alarm yaratabilir.
b) Olay Dizisi Bilgisi Alma, İletişim İstatistikleri: Gerektiğinde milisaniye düzeyinde bilgi almayı sağlar. Olaylar arası öncelik sırasını gösterir. Veri toplama sistemi, toplanan verilerin doğruluğu üzerinde istatistikler yapılabilir ve RTU' larla olan iletişimin güvenilirliği hakkında rapor çıkarılabilir. Bu raporlar ışığında iletişim teknolojisi değiştirilir ya da geliştirilir.
2) Veri Tabanı
a) SCADA gerçek zaman verileri
b) SCADA' ya ait statik veriler
c) Kontrol merkezi konfigürasyonu ile ilgili veri tabanı
d) Yazılımlara ait diğer veri tabanları
SCADA gerçek zaman verileri: RTU' lardan elde edilen ve zaman bilgisi taşıyan verilerin tutulduğu veri tabanıdır. Her taramada yenilenir. Verilerin çokluğu zamanla artar ve erişim hızının yüksek olması beklenir. Her gözetleme noktasına ait şu veriler bu veri tabanında tutulur:
• Noktanın görüntüleneceği renk
• Noktanın durumu
• Varsa sınırları
• Denetlenebilir olup olmadığı
• Zaman grafiğinin çizilip çizilemeyeceği
• Gerçek, hesaplanmış ya da varsayılan bir değer olduğu
• Ölçülen ya da elle girilen bir değer olduğu
Farklı uygulama programları ile uyumlu olabilmesi için veri tabanının standartlara uygun olması gerekir. Veri tabanı yönetimi SQL gibi standart erişim yollarına açık olmalıdır. İlişkisel veri tabanı kullanımı uygun olmakla beraber günümüzde nesneye dayalı veri tabanı sistemleri ilişkisel veri tabanı sistemlerinin yerini almaktadır. Veri tabanı işlemlerini yapacak CPU' nun diğerlerinden ayrı olması ve diğer birimlere veri tabanı hizmeti vermesi öngörülür, hem bu veri tabanı yöneticisinin hızı hem de diğer programların hızı açısından önemlidir.
SCADA statik veri tabanı: SCADA sistemi ile ilgili konfigürasyon verilerini tutar. Bunlar şu verilerdir:
• Eleman adresleri
• RTU işletim tipi
• İstasyon şemaları
• Network bilgisi, bağlantı bilgisi
• Elemanlara ait istatistik bilgiler
Bu veri tabanı statik olmakla beraber güç sisteminde olacak değişiklikler karşısında güncelleştirilebilir olmalıdır.
3) Kullanıcı Arabirimi
Sistem gözetleme ve kontrolün esas yapıldığı noktadır. Veri tabanı ve veri toplama sistemi ile iletişim kurarak verileri görüntüler ve kullanıcının komutlarını SCADA' ya iletir. Kullanıcı arabiriminin özellikleri şunlar olmalıdır:
• Sistem şemalarını kolayca görüntüleme
• Herhangi bir noktanın bütün verilerini görüntüleyebilme ve üzerinde yazabilme
• Sisteme yeni veri noktaları ekleyebilme
• Zoom (yakından görüntü), pan (kaydırma) gibi grafik görüntüleme tekniklerine sahip olma
• Ekran üzerinden başka programları çağırabilme
• Bağlantı (network) bilgisini şemalar üzerinde gösterebilme
• Çeşitli düzey ve detaylarda şema görüntüsü verebilme
• Öğrenme kullanma kolaylığı
• Güvenlik için erişim sınırlaması (şifreli seçim)
• Modern ve MMI sistemlerini tüm grafik ekranları üzerinde çok pencereli ortamlar aracılığı ile çok iyi bir kullanıcı arabirimi oluşturmaktadır.
4) Yerel Giriş Çıkış
• Yerel RTU' yu tarama ve yerel denetim
• Çıkış denetim sinyalleri yaratma (kalemli azıcılar, ölçüm cihazları, göstergeler)
• Mapboard için sinyal oluşturma
• Yerel saat ve frekans bilgisini elde etme
5) Rapor Çıkarma, Sebep Gösterme
SCADA, gerçek zaman veri tabanı kullanarak geçmişe dönük ya da güncel veriler hakkında istatistiksel raporlar çıkarır. Olay dizisi verilerinden de faydalanarak sebep gösterir ve hata yerini bulur. Çıktıları yazıcı ile ya da ekrandan verebilir.
6) Uygulama Programları
SCADA programları gerçek zaman verilerine ve başka verilere dayanarak sistem bakımı, onarım ve gelişimi için kullanılan programlardır. GIS (Geopraphic Information System: Coğrafi Bilgi Sistemi) örnek olarak verilebilir.
7) Konfigürasyon Araçları
Sistemin ilk kuruluşundan ve sistemin değişmesi durumunda verilerin doğru noktalardan doğru aralıklarla görüntülenmesi için konulan parametrelerin girilmesi amacıyla kullanılır. Bu programların kolay kullanılabilir olması ve hata yapmaya karşı korumalı olmaları gerekir. Sistemdeki değişiklikler fonksiyon değişimi gerektirmediği sürece yeniden programlama gerekmektedir.
8) Donanım Yönetim Programları
İşletim Sistemi
Çeşitli işletim sistemleri kullanılabilmekle beraber SCADA siteminin dağıtılmış işlevlerden oluşan yapısı çok görevli (multitasking) işletim sistemlerinin kullanımını gerektirir. SCADA sistemleri için UNIX iyi bir adaydır. Ayrıca standart işletim sisteminin seçimi farklı firmalardan alınacak ürünlerin birlikte çalıştırılmasına olanak tanır.
Network Sistemi
Süreçler arası veri alışverişini ve ek birimlerle çeşitli noktalardan erişim olanağı tanır. Network sisteminde standartlara uyumun faydaları:
1. Tek bir firmaya bağlı kalmama
2. Kaliteli ürünler
3. Fiyatların düşmesi
4. Uyumlu ürünler
Network sisteminde standartlar ISO' nun 7 katmanlı OSI sistemi üzerinde standartlaştırılmıştır.
Pencere Sistemi
Bir pencere kütüphanesinden ve işletim sistemi ile birlikte çalışan pencere yöneticisinden oluşur. Grafik ekran üzerinde açılan dörtgen alanlar pencere olarak adlandırılır. Pencere sistemleri menü, tuş gibi grafiksel giriş araçlarının eklenmesine de imkan verirler. X-windows pencere sistemleri içinde en çok kullanılandır:
1. Donanım marka ve modelinden bağımsızdır.
2. Nesneye dayalıdır.
3. Olay güdümlü bir sistemdir.
4. Network tabanlıdır. Yaygındır. Açık bir sistemdir.
5. X-Windows uygulamaları taşınabilir.
9) Kurma ve Yerleştirme Programları
Sistemin ilk kuruluşunda program kodlarını disk alanı içinde uygun yerlere yerleştirmek ve ilk çalışma alanını yaratmak, veri tabanının ilk durumunu hazırlamakla görevlidir.
10) Eğitim, Test ve Simülasyon Programları
Kullanıcıların yetiştirilmesi, sistemin çalışırlığının kontrolü amacıyla, genellikle SCADA' ya bağlı olmadan çalışan programlardır. Simülasyon programları RTU ve diğer SCADA elemanlarını simüle ederek eğitim programlarına yardım eder.

3.4.2. Kontrol Merkezi Kullanıcı (Operatör) Arabirim
(İnsan Makine Arabirimi- İMA / Man Machine Interface- MMI)
Kullanıcı Arabirimi
SCADA sistemi ile operatör arasındaki ilişkiyi kuran temel birimlerden biridir. 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
Günümüz teknolojisinde kullanılmamaktadır. 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 içi en uygun konfigürasyon budur.

3.4.2.1 Kullanıcı Arabiriminde Bulunan Cihazlar
Kullanıcı arabiriminde olması gereken başlıca cihazlar şunlardır;
1) Monitörler
2) Klavyeler
3) Fare (Mouse)
4) Yazıcılar ve çiziciler
1) Monitörler
Görüntüleme birimleridir. Son yıllarda oldukça kaliteli monitörler geliştirilmiştir. Bunlar yüksek çözünürlüğe sahip, SCADA sistemleri için uygun boyutlarda (17-19 inch veya daha büyük), düşük radyasyon yayan monitörlerdir.
2) Klavyeler
Genel ve SCADA uygulamalarına özel klavyeler olmak üzere ikiye ayırabiliriz. Genel klavyeler; standart Q ve F klavyelerdir. Genel amaçlı bilgisayarlara özel tuşlar içeren klavyelerdir.
Fonksiyonel Klavyeler; Üzerinde SCADA sisteminde kullanılan bazı özel tuşlar içeren istasyonda çalışan yazılım programlarına özel klavyelerdir. Bu tür klavyelerde beklenilmeyen operasyonlar önlenmiştir. Yazılım programının işlemleri bir fonksiyon tuşuna bağlanarak komut vermek hızlı ve kolay hale getirilmiştir. Ancak; günümüz teknolojisi ile geliştirilen programların klavye bağımlılığı ortadan kaldırılmıştır. Bütün operasyonlar fare ile yapılabilmektedir.
3) Fare
Üzerinde iki veya üç (istasyonlar için üç) tuş bulunan ve ekrandaki kursörün hareket ettirilmesinde kullanılan aletlerdir. Ekrandaki mönülerden madde seçme ve programlara değişik komutların gönderilmesinde kullanılır.
4) Yazıcılar ve Çiziciler
Çeşitli rapor dosyalarını ve grafik bilgilerini kağıda aktarmak amacıyla kullanılır.

3.4.2.2 Kullanıcı Arabirimi İşlevleri
1) SCADA sistemi yazılım programlarının kullanılması
2) Görüntüleme ve SCADA kapsamındaki kontrol edilen ve bilgi toplanan cihazların ekranda izlenmesi, bu cihazlara komut göndererek durumlarındaki değişikliklerin ekrandan izlenmesi
3) Alarm üretme, alarm seviyelerinin ayarlanması ve analog değerlerin çeşitli seviyelerde ayarlanabilmesi,
4) SCADA sisteminde kullanılan elemanlar hakkındaki detaylı bilgilendirme (bakım tarihleri, markası, üzerindeki arıza durumlarının izlenmesi, karakteristik değerlerinin bilinmesi, SCADA kontrolünde olup olmadığı vb.)
5) Bağlantı bilgilerinin görüntülenmesi ve yük analizi sonuçlarının ekrana işlenmesi gibi çeşitli network analizlerinin sonuçlarının verilmesi,
6) Alarmları ve bilgileri oluş sırasına göre kaydetme ve listeleme, kullanıcının gerçekleştirdiği işlemleri kayıt etme ve raporlama,
7) SCADA kartları ve programları ile ilgili raporlar,
8) Başka analiz programlarının çağrılması ve bu programların kendi raporlarını üretmesi,
9) Güvenlik kontrolünün çeşitli şifreleme yöntemleri ile sağlanması, yetkili olmayanların kullanımına izin verilmemesi,
10) Kullanıcı vasıtası ile veri girilmesi ve böylece sisteme bağlı olmayan nesneler için, kullanıcının telefon veya başka yollarla aldığı bilgileri işlemesine olanak tanıma.

3.4.2.3 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 denetleyicilerden;
Yazıcı Denetleyicisi: Yazıcıları kontrol eden veri transferi sağlayan seri veya paralele 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: RTU denetleyicileri Haberleşme ünitelerini kullanarak veri transferi sağlarlar.
SCSI Denetleyicisi: Seri paralel portlarda her denetleyici sadece bir üniteyi kontrol edebilmekteydi. Fakat teknolojinin gelişmesiyle yaygınlaşan 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

3.4.2.4 Yazıcılar ve Çiziciler
Çeşitli rapor dosyalarını ve grafik bilgilerini kağıda aktarmak amacıyla kullanılır.

3.4.2.5 Kontrol Merkezi Veri Depolama Birimleri
Depolama Birimleri; SCADA sisteminin veri ve alarm bilgileri ile bilgisayar programlarının depolandığı yerdir. Bu depolama birimleri aşağıdakilerden biri veya birkaçı olabilir.
1) Hareketli Kafalı Diskler,
2) Sabit Kafalı Diskler,
3) Floppy Diskler,
4) Değiştirilebilen Sabit Diskler,
5) Optik Diskler
6) Manyeto - Optik Diskler.
1) Hareketli Kafalı Diskler
En tanınan depolama birimleridir. Yüksek erişim hızları vardır (5-80 milisaniye). Bu nedenle hızlı veri transferi yapabilirler. Yüksek depolama kapasitesine sahiptirler (20 Gbyte ve üzeri). Kullanım süreleri ve güvenilirlikleri floppy disklere göre daha fazladır.
2) Sabit Kafalı Diskler
Oldukça eski teknolojiye sahiptir. Fakat çok hızlı erişim sağlayabilmektedirler. Ancak depolama kapasiteleri hareketli kafalı disklere göre daha azdır.
3) Floppy Diskler
Taşınabilir depolama birimleridir. Fakat depolama kapasiteleri azdır (1,44 Mybte ve üzeri) genellikle PC tabanlı bilgisayarlarda çok yaygın olarak kullanılır. Güvenilirlikleri, hızları ve kullanım süreleri azdır.
4) Değiştirilebilen Sabit Diskler
Bu tür diskler hareketli kafalı disklerle aynıdır. En önemli özellikleri floppy diskler gibi taşınabilir ve değiştirilebilir olmalarıdır.
5) Optik Diskler
Optik diskler oldukça yüksek veri depolama kapasitesine sahip depolama birimleridir. Boyutları genel olarak 5,25 inch çapında bir daire kadardır. Yüksek erişim hızları vardır. Manyetik ortamlardan kesinlikle etkilenmezler. En büyük dezavantajları sadece okunabilir olmalarıdır.
6) Manyeto - Optik Diskler
Optik Disklere göre en büyük avantajları tekrar yazılabilir olmalarıdır. Veri depolama kapasiteleri oldukça yüksek olan depolama birimleridir.

3.4.2.5.1 Yedekleme Birimleri
Yedekleme birimleri veri depolama birimlerinde oluşacak hatalara veya bozukluklara karşı verilerin yedeklenmesi için kullanılır. Kullanılacak veri yedekleme birimleri şunlar olabilir;
1) Teyp Ünitesi (0,5 inch)
2) V8 Teyp Ünitesi
3) Yazılabilir optik diskler
1) Teyp Ünitesi: Düşük hızlarda çalışır. 100 Mbyte' ın üzerinde veri depolama kapasitesi vardır.
2) V8 Teyp Ünitesi: Yüksek kapasiteli veri depolama özelliği vardır (1 Gbyte). Yüksek veri hızı sağar.
3) Yazılabilen Optik Diskler: Yazılabilen optik diskler; az yer kapladıkları, güvenilir oldukları ve yüksek veri depolama gücüne sahip oldukları için, yedekleme birimi olarak kullanıma oldukça uygundur.

3.4.2.6 Kontrol Merkezi Veri İletişim Ağı
Kontrol merkezinde bilgisayarlar arasında veri paylaşımını, program paylaşımını sağlamak ve çok sayıda bilgisayarı ve farklı özelliklerde bilgisayarları, büyük hızlarda veri iletişimini 1-100 Mbyte/saniye gibi sağlamak için Yerel iletişim ağları oluşturulur.
Bu yerel iletişim ağları (Local Area Network- LAN) aynı zamanda ek ünitelerin de paylaşımını sağlamaktadır.
Yerel iletişim ağları üzerinden bilgisayarlar Ring, Yıldız veya Düz veriyolu şeklinde bağlanabilirler.

3.4.2.7 Kontrol Merkezi Mimik Diyagram veya Ekran Projeksiyon Sistemleri
Ekran projeksiyon sistemi SCADA sisteminde kontrol edilecek sistemin büyüklüğüne bağlı olarak isteğe bağlı olarak kullanılır. Yani kullanılması zorunlu değildir. Sistem veri işleme sitemine bağlı bir kullanıcı arabirimi ile kumanda edilir. Kontrol edilen geniş bir coğrafik alana yayılmış sistemin genel görünüşünü kullanıcılara sağlar. Sürekli gösterim alanı 4x2 m. ve 1x1 m.2lik ekranlardan oluşabilir.
İşletme mühendisi tarafından kumanda merkezi üst kademe yöneticilerine çabuk bilgi vermek ve kullanıcılara özet bilgi vermek için kullanılır. Bu nedenle sistem açık ve izlenmesi kolay olmalıdır. Kontrol merkezlerinde yeri, kullanıcıların bilgisayar sistemlerini kullanma pozisyonlarını bozmaksızın, ekran projeksiyon sistemini rahat görmesini sağlayacak şekilde seçilmelidir.

3.4.2.8 Kontrol Merkezi Zaman Ayar Sistemi
Zaman ayar sistemi kontrol merkezinin standart zamanını doğru olarak görüntülemek ve RTU' ların senkronizasyonu ile tarih atanmasını sağlamak için kullanılır.
Kumanda merkezine yerleştirilmiş saatin 10 (-7) dan daha büyük bir nispi sapması olmamalıdır. Zaman ayar sistemi şunları içermelidir;
" 6 haneli bir sayısal gösterim cihazı; saatler, dakikalar, saniyeler,
" Zamanı yeniden ayarlama cihazı
" Bilgisayara standart zamanı vermek için arabirim

3.4.2.9 Kontrol Merkezi Kesintisiz Güç Kaynağı
Kontrol merkezi; bilgisayar ve çevre donanımlarına kesintisiz akım sağlayacak bir kesintisiz AC ve DC güç kaynağı bulunmalıdır.
Kesintisiz AC güç kaynağı şu bileşenlerden oluşabilir:
• 2 doğrultucu, normal olarak 220 V 50 Hz tek fazlı veya 380 V 50 Hz 3 fazlı kaynaktan beslenebilir.
• Doğrultucuların veya bunların beslemelerinin arızalanması durumunda bir saat kapasiteli bir akü bataryası,
• Aküyle beslenen iki dönüştürücü. İki dönüştürücü ya paralel olarak yarım yükte ya da normal/yedek modunda çalışacaklardır. Bunlar birbiriyle ve AC ana besleme sistemiyle senkronize çalışmalıdır.
Doğrultucular ya yarım yükte paralel olarak ya da normal/yedek modunda çalışabilir. Her bir doğrultucu tek başına tesislerin tamamını besleyebilmeli ve aküden geri beslemeye karşı korunmalıdır.
Her bir dönüştürücü de tesislerin tamamını tek başına besleyebilmelidir.
Besleme kaynağı kesintisiz olmaksızın sürekli çalışacak durumda olmalıdır. Kaynağın ciddi arızalanması durumunda, kullanıcı devreleri kesintisiz olarak AC ana kaynaktan, bir by-pass düzeni ile beslenebilir olmalıdır.

3.4.2.10 İzole, Yükseltilmiş Tabanlı Kumanda Odası
Kontrol merkezi kumanda odası, tüm önemli bilgisayar ve elektronik cihazların çalıştırıldığı yerlerde olduğu gibi, statik elektriğe karşı, izole yükseltilmiş bir tabanla zeminden ayrılmalıdır.Bu odalar her bir gözetim ünitesi tarafından sağlanan enformasyonun, normal olarak oturan, orta boylu bir teknik görevli tarafından kumanda masasından kolaylıkla görülecek şekilde tasarlanmalıdır.
Aydınlatma, kullanıcıların gözlerini yormayacak ve ekranların parlamasına neden olmayacak şekilde projelendirilmelidir.
Odaların iklimlendirilmesi ve ses yapan cihazlara karşı ses yalıtımının yapılması insan sağlığı bilgisayarların güvenliği açısından gereklidir.

Bölüm 4

Kontrol Üniteleri

4.1 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 insanın çalışma ortamında emniyet ve konforun sağlan-masıdır.
Yirminci yüzyılın başlarında kimya endüstrisinde baş döndürücü üretimin ana hedefi, düşük işletme masrafları ve az yatırım ile bu işi büyük hızda başarmak idi. Diğer örnek ise, otomobil sanayiinden verilebilir. Transfer hatlarında üretilen standart otomobiller, seri mamul olarak da pazar tarafından kabul edilip müşteri buluyordu. Böyle bir imalat şekli ile üretim artırılmıştı; ancak üretimde esneklikten söz edilemezdi, o zamanlar amaç, sadece talebi karşılamaktan ibaretti.
50'li ve 60'lı yıllarda modern otomasyon tekniği çok büyük gelişmeler gösterdi. Otomasyon merkezi proses bilgisayarları yapıldı. Kimya, maden, demir-çelik, çimento gibi endüstrilerde çok gelişmiş otomasyon projeleri gerçekleştirildi. Ancak yapılan bütün çalışmalar bütün üretim hacimleri ve tek bir imalat için uygundu.
Bugün, standart seri ürünler, eskiden olduğu gibi, müşteri bulamıyorlar, çünkü pazarı ve ürünü müşteri belirliyor. Üreticinin görevi ise, bu pazara olan talebe göre, o ürünü üretmek şeklinde. Bu tarihi gelişim ile, geride bırakılan yılların durumunu kısaca özetleyebiliriz. Burada yapılan hata, seri imalatın, pazarın isteğine göre belirlenememiş olmasıdır.
Çağımızın modern otomasyon sistemleri ile bugün üretim tekniğinde bir kavram değişimi yaşanmıştır. Pazardan gelen talep; yani ürün tipini müşterinin belirlemesi ve bunun sonucu olarak üreticinin müşterinin isteğine göre üretmesi, en iyi kalitede ve ekonomik olarak rekabet edebilecek şekilde pazara sunma zorunluluğunu da beraberinde getirdi. Bugün artık, endüstriyel üretimin ekonomikliği, yüksek sayılarda üretmek veya kapasiteyi yakalamak ile tanımlanamamaktadır. Hatasız ve hızlı üretim ile birlikte başarı, ürünlerin teknik kalitesi, pazar beklentisine uyum ve üretim tekniğinin esnekliği ile yorumlanmaktadır.
Türkiye'de endüstriyel otomasyon ile ilgili çalışmalar gerçek anlamda 80'li yılların başında başlamıştır. Bu tarihten önce de makine ve tesis bazında bazı otomasyon sistemlerinin mühendisliği ile birlikte yurt dışından ithal edildiğini biliyoruz. Bu uygulamalar, çimento, demir, çelik, cam, tekstil, naylon, ambalaj, gıda vb. sanayi dallarında yapılmıştır.Bazı uygulamaların ise modernizasyon amacıyla gerçeklendiğini görüyoruz. Birçok sektörde kapasite artışları bu şekilde sağlanmıştır.
Endüstriyel otomasyon mühendisliği, elektrik, makine ve otomasyonu yapılacak sektör mühendisliği dalıyla oldukça yoğun bilgi ve birikimi gerektiren zor daldır. Olaya sadece elektrik mühendisliği yönünden bile bakılsa, karşımıza, genel hareket noktası şalt, tesis ve enstrümantasyon mühendisliği ile birlikte, kontrol bilgisayar ve elektronik mühendisliğini de kapsayan kombine ve özel bir mühendislik olarak çıkmaktadır. Endüstriyel otomasyon, sadece bir satın-alma ve satış olayı değil, arakasında ağır ve sürekli yenilenen, ileri teknoloji olan bir daldır.
Endüstriyel otomasyon sistemleri ve enstrümantasyon cihazlarının diğer önemli bir üstünlüğü de sahip oldukları karşılıklı haberleşme özelliğidir. En başta yapılan yerel otomasyonlar artık yeterli kalmayıp, iletişim sistemleri üzerinden haberleşilerek, komplike otomasyon çözümleri üretebilmektedir. Burada en önemli nokta, sistem entegrasyonudur. Sistem entegrasyonu, endüstriyel otomasyonda kullanılan tüm donanımın haberleşme özelliği ile bunun yazılım üzerinden gerçekleştirilmesi ve sistemin uyum içinde çalışabilmesidir.
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.
Serbest programlanabilen otomasyon cihazlarının endüstride seçilen proseslerin kumanda ve kontrolü için kullanılabilmesi, bu sistemlerde kullanılan programlama dilinin özelliklerine ve yönetmeliklerine uymak ve bu dilin sembolik yapısını, teorik bilgilerle birlikte prosese uygulayabilme hakimiyetindedir.
Her kumanda, bir otomasyon ve bir de proses kısmından oluşur. Otomasyon kısmı, kumanda kısmının "aklı"dır. Kumandanın proses kısmı ise, bir malzemenin, enerjinin ya da bilginin, nitelik ve nicelik olarak değişimini ya da taşınmasını hedef olarak alır ve bunun teknik akışını kapsar. Bu olaya bir örnek üretim prosesleridir. Aşağıdaki şekilde bir PLC uygulayıcısının sembolize edebileceği bir kumanda sisteminin tipik yapısı görülmektedir. Şekilde oluşturulmuş olan otomasyon yapısı itibari ile yerel bir çözümü kapsamaktadır. Bu nedenle bu tip bir otomasyon çözümlerine "yerel"çözüm" denir.
Kumanda sistemi değişik "eleman"lardan meydana gelir. Bu elemanlar; kullanım düzeni, otomasyon cihazı, ayar elemanları, ölçü düzeni ve proses kısmıdır. Bunlar değişik fonksiyonları yerine getirirler.
Bu üniteler, kontrol sisteminde tek veya entegre bir işlem istasyonu olarak, diğer programlanabilir Elektronik üniteler ve ekipmanlar ile haberleşme ağı üzerinden iletişim kurarak kullanılır.
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 denetimini sağlarlar. Genel bir kontrol modülü yapısı şu elemanlardan oluşur.
Güç Kartı
Kontrol modülünün ve I/O kartlarının güç gereksinimini sağlar.

Bölüm 5

SCADA Sistemleriyle Kontrol

5.1 Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme
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
• Elle 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.
Harici cihaz arabirimi (external device interface EDI) sayesinde kontrol edilen sistemlerde, fiziksel olarak tüm çevre birimlerinin SCADA programıyla iletişimi sağlanırken sistemin otomatik kontrole ve gözetlenmesi için gerekli dinamik bilgiler konsol edilir güncellenir.
SCADA programları dinamik veri değişimi (dinamik data exchange, DDE) özelliği sayesinde Windows95, Windows NT, OS/ gibi güçlü, gerçek zamanlı, çok işlemlidir.
İnsan makine iletişimi ve Windows özelliği taşıyan işletim sistemlerine dayandırılır. Böyle bir sistemle, kullanım kolaylığına ilave olarak işletmenin tüm işlev ve çalışmalarını bir çok ekranda görebilme imkanı sağlanır.

5.2 SCADA Yazılımlarında Ekran Tipleri
SCADA sistemlerinde insan makine iletişimi, kontrol sistemini ve işletmenin değişik durumlarını ve hallerini farklı ekran tipleri ile izlenmesi sağlanır.SCADA sisteminin uygulanacak işletme veya prosese göre ekran tipleri de değişik olabilmektedir.
Genel Görünüm Ekranları: Bu ekranlarda objeler ve nesneler, işletme bölümüne bağlı olarak gruplar halinde ekranlara getirilir. Genel yerleşim dağılımı standartlaştırılır. Operatör veya kullanıcı görmek istediği objeyi örneğin; kesiciyi, ayırıcıyı, motoru vb. tamamen kendisi belirler.
İşletme Ekranları: Tamamen ardışık işlem basamakları, ölçüm noktaları ile tanımlanmış ve belirli uygulamalara dayalı olarak dinamik haldeki çalışan işletme durum ekranlarıdır.
Grup Ekranları: Bir grupta bulunan farklı nesneler hakkında daha detaylı bilgileri ekrana yansıtırlar.
Obje veya Nesne Ekranları: Nesneler hakkındaki mevcut olan tüm bilgiler bu ekranlara yansıtılır. Kontrol sisteminde tanımlanmış bulunana tüm nesneler, SCADA sisteminin doğal sonucu olarak otomatik biçimde operatörlere sunulur.
Eğri veya Trend Ekranları: Bu ekranların işlevi değişkenlere bağlı olarak tarihsel verileri göstermektir. Trendlerin zamanları bilgisayardan istenen değere göre değişir.
Rapor Ekranları: Kontrol edilen sisteme bağlı olarak işletmeye ait bilgi ve verileri tablolar halinde gösteren ekranlardır. Raporların çıktıları isteğe bağlı olarak belli bir zamanda ya da herhangi bir durumun sonucunda alınabilir.
Reçete Ekranları: Daha çok process otomasyonunda işletmeye ait ve üretimi yapılan ürüne ait bilgi ve verilerin tablolar şeklinde alındığı ekranlardır. Bu ekranlar vasıtasıyla yapılan ürünlerin gerekli olan parametre değişiklikleri rahatlıkla yapılır.
SCADA sistemlerinde ekranlar, operatörlerin ve kullanıcıların gereksinim duyduğu bilgilerin en kısa zamanda bulunabileceği ve ulaşabileceği şekilde dizayn edilir. Bu dizayn daha çok kontrol edilecek sistemin yapısına göre düzenle nesneyi aynı anda, birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir.

5.3 Elle Kontrol
Operatörün kontrol sistemine girerek parametreleri, ayar noktalarını değiştirmesi veya elle kumandayı üstlenip otomatik kontrol fonksiyonlarını aşarak sistemin direkt denetimini sağlama imkanı verir. Kontrol sistemi birçok operatörün ve çalışma noktasının aynı çalışma birimine bağlanmasını sağlar. Ayrıca aynı obje veya nesneyi aynı anda birden fazla operatörün etkilemesini önlemek için bir denetim mekanizmasına sahip olunması gerekir. Buna ilaveten bir nesne veya işlem hakkındaki bilgilerin tüm çalışma noktalarından elde edilmesi gerekir. Sonuç olarak istenen işlem tipine bağlı olarak operasyon direkt olarak gerçekleştirilebilir.

5.4 Arıza ve Durum İhbarları
Kontrol üniteleri ya da programlanabilir kontrolörler, işletmeye ait durumlar ile makine ve enstrüman bazında arıza ihbarları ve sistem arıza ihbarları arasında ayırım yapar. İşletmeye ait olaylar, işletim değişkenleri ve hesaplanmış değişkenler istendiği sürece oluşan durum değişkenleridir. Olaylar sürekli olarak operatörler ve bakım elemanları tarafından onarılması gereken durumlardır.
Kontrol sistemine ait arızalar ise sistemde kendiliğinden ortaya çıkan durum değişiklikleridir. Bu arızalar sisteme ait herhangi bir ünitede veya haberleşme ağında olabilir.
Arıza ihbar ve çalışma durumları, operatör istasyonlarını, iletişim ağı yoluyla rapor edilmekte ve bilgiler kronolojik sırada saklanır. Arıza ihbar statülü objeler ekranlarda kırmızı renkte temsil edilir ve onaylanıncaya kadar yanıp söner.

5.5 Şifre Sistemi ile Korunma
Kontrol sisteminin yazılım kısmına ve yetki verilen kişilerin müdahalelerde bulunması için şifre sistemi ile koruma sağlanır. Şifre ile şu fonksiyonlar yerine getirilir.
• Buton kumanda emniyeti
• Belirlenen kişi sayısı kadar şifreleme imkanı
• Aynı seviyedeki kişilere sisteme müdahale imkanı verilmesi

Bölüm 6

SCADA'nın İletişim Sistemi

6.1 Tanım
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.
Bunlar ileriki bölümlerde anlatılacaktır.

6.2. SCADA Sisteminde İletişimin Önemi
SCADA sisteminde sistemin işlemesi için iletişim hayati bir öneme sahiptir. İletişim kanallarının veri elde edilmesi ve kontrolündeki hızı önemli ölçüde SCADA sistemini etkilemektedir. Buna bağlı olarak Kontrol Merkezindeki kullanıcı arabirimi ve uygulama yazılımları da etkilenir. Kontrol Merkezinde ve RTU' larda ulaşılan önemli teknik gelişimlerin faydalı olabilmesi için, iletişimin de aynı oranda gelişim göstermesi gereklidir. Yoksa büyük hızda ve miktarda toplanan verilerin hızla iletilememesi halinde bir anlamı yoktur. SCADA sisteminin en yüksek başarı düzeyi ile uygulanması iletişim sistemine bağlıdır. SCADA' nın başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için;
a) Güvenilir
b) Maliyeti düşük
c) Gerekli tüm fonksiyonlara sahip
d) Her türlü ortamda çalışabilen
bir iletişim sistemine sahip olmalıdır.

6.3 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)

6.4 İletişim Mimarisi
İletişim mimarisi aşağıda belirtilen etkenlere göre belirlenmektedir:
1) Sistemde kullanılacak RTU' ların sayısı
2) RTU' ya bağlı birimler ve bu birimlere ulaşım hızı
3) RTU' ların yerleşimi
4) Elde bulunan haberleşme kolaylıkları
5) Ulaşılabilecek haberleşme teknikleri ve araçları
Yukarıdaki etkene de bağlı olarak Kontrol Merkezleri - AKM ve Bilgi Toplama ve Denetleme Birimleri - RTU arasındaki bağlantı mimarisi aşağıdaki şekillerde olabilir.

6.5 İletişim Ağı
SCADA sisteminin hız performansını etkileyen en önemli kısmı iletişim ağıdır. Kontrollü yapılan sistemlerin çeşitli otomasyon seviyelerinde birbirine bağlanan birimler arasındaki veri transferi ve güncelleştirilmesini içeren tüm işlemler iletişim ağları üzerinden yapılır. Bu nedenle SCADA uygulamalarında haberleşmenin önemi çok büyüktür. Dağıtılmış denetim sistemlerinde RTU' ların birbirine bağlanması farklı biçimde olabilir. SCADA sistemlerinde kullanılan en genel ağ bağlantıları yıldız ve halka şeklinde gerçekleştirilir.

Bölüm 7

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

7.1 Gerilim Hatları
Power Line Carrier - PLC gerilim hatları üzerinden haberleşmeyi sağlayan bir tekniktir. PLC haberleşmesi için kullanılan cihazlar bağlaştırıcı elemanları ile gerilim hattına bağlanır. Bu cihazlar bilgi sinyalini module ederek hatta enjekte ederler. Alıcı ise bilgiyi taşıyan frekansı filtreleyerek alır ve demodule 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 kalacağı için sadece bazı özel amaçlar için kullanılır.

7.2 Kiralanmış Hatlar
Genel amaçlı telefon hatları her ülkede bulunmaktadır. Ülkemizde bu iş PTT tarafından yürütülmektedir. PTT 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.
PTT iki tip hat sağlayabilmektedir:
a) Kiralanmış PTT Hattı (Leased Line): Bu hat kullanıcı için özel olarak ayrılmıştır. Her an kullanıma hazırdır.
b) Otomatik aramalı PTT 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 PTT ile paylaşılmıştır.
b) Arızaların onarılması uzun zaman alabilir.
c) Zamanla maliyetlerde artış olabilir.
d) Bazı yerlerde kiralık hat sayısını arttırmak mümkün olmayabilir.

7.3 Radyo Frekansında İletişim
SCADA uygulamalarında çeşitli radyo frekansı haberleşme teknikleri kullanılabilir. Burada yalnız SCADA için geliştirilmiş veya bu alanda çok kullanılan tekniklerden bahsedilecektir. Bahsedilecek teknikler aşağıdadır;
a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi
b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System)
c) Trunk Radyolar
d) Spread Spectrum Radyolar
e) Uydu Haberleşmesi
a) Noktadan Noktaya Mikrodalga İletişimi: Bu teknikte birbirini gören kuleler inşa edilir. Kulelerin üzerinde mikrodalgayı "beam" haline getirmek için çanak antenler takılır. 500 MHz.'in üzerinde çalışan verici ve alıcılar kullanılır. Haberleşme noktadan noktaya olduğu gibi ek yatırımlarla tek noktadan çok noktaya yapılabilir. Verici ve alıcıların güçleri miliwatt seviyesinden 5 Watt seviyesine kadardır.
b) Çok Adresli Sistemler (Multiple Address System): Özellikle SCADA uygulamaları için geliştirilmiş bir tekniktir. Birden fazla uzak birimden bilgi toplanması işlevi temel alınarak geliştirilmiştir. Bu yüzden merkezdeki anten her tarafa yayın yapabilir. Uzak birimleri antenleri ise merkeze doğru çevrilidir, bu yönde sinyal gönderilir ve alırlar. Bu yapıdaki bir haberleşme ortamı için iki frekans gerekir. Birinci frekansı merkez kullanır. Adres belirterek uzak birimlere komutlarını gönderir. 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.
c) Trunk Radyolar: Trank radyo haberleşme sistemleri telefon teknolojisine benzer bir teknolojiye sahiptir. Telefonda olduğu gibi iki birim haberleşmek istediğinde "Trunk Kontrol Merkezi" bir haberleşme linki kurar. Haberleşme bittiğinde link serbest bırakılır. Tipik bir trunk radyo ağı 5 ila 20 arasında kanal kullanır. Bu haberleşmenin kullanıldığı durumlarda haberleşecek birimler gruplar haline getirilir. Her bir grubun kullandığı bir frekans vardır. Trunk radyolar bilgi haberleşmesinin yanında ses haberleşmesi de gerçekleştirilebilirler.
d) 'Spread Spectrum' Radyolar: 'Spread Spectrum' iletişim ilk olarak askeri amaçlar için geliştirilmiştir. Geliştirilme amacı gönderilen ve alınan mesajların başkaları tarafından alınmasını engellemektir. 'Spectrum' bir sinyalin frekans ekseninde gösterimine denmektedir. Bir sread Spectrum sistemde bilgi geniş bir frekans bandına dağıtılır. Sinyal geniş bir banda dağıldığı için diğer alıcı radyolar tarafından gürültü gibi algılanır. Belli bir gürültü yok etme metodu olduğu için bunu almazlar.
Radyo Frekansında İletişimin Avantajları
a) İletişim için yeterli band sağlar.
b) Dağıtım sistemindeki arızalardan etkilenmez.
c) Yüksek güvenlik sağlar.
Radyo Frekansında İletişimin Dezavantajları:
a) Lisans gerektirir (Spread Spectrum hariç).
b) Mikrodalga haberleşmede, iki kule arasında sonradan kurulan binalar ve yetişen ağaçlara sorun çıkarır.
c) Tekrarlayıcılar (repeater) maliyeti artırabilir.
e) Uydu İletimi: Son yıllarda SCADA uygulamalarında uydu haberleşmesi de kullanılmaya başlanmıştır. 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.
Avantajları
a) Yeterli band genişliği sağlar.
b) Arıza yapma oranı düşüktür.
Dezavantajları
a) Uydu göndermek masraflıdır.
b) Haberleşme için yeryüzündeki büyük yer istasyonları kurmak gerekir.
c) Haberleşmede yaklaşık yarım saniyelik bir gecikme olur.

7.4 Özel Hatlarla İletişim
7.4.1 Metalik Kablo
Metalik kablo çok bilinen ve kullanılan bir tekniktir. İleri teknoloji gerektirmez. Ülkemizde de üretilmektedir. 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 kaynaklanmaktadır. Gürültüden etkilenmeyi en aza indirgemek için ekranlı, twisted pair tip kablolar kullanılabilir. Bu kabloların iyi topraklanması gerekir. Sadece başlarda toprakla yetmez belli aralıklarda topraklanmalıdır.

7.4.2 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 iki çeşit optik kablo vardır.
1) Plastik Fiber: Sinyali zayıflatma oranı yüksektir (1000 db/km). 50-100 m. gibi kısa mesafe haberleşmeler için kullanılır.
2) Cam Fiber: Sinyali zayıflatma oranı çok düşüktür. Uzun mesafelerle haberleşme yapılabilir. Kullanılan cam tabakaların yapısına göre üçe ayrılır:
a) Step Index: 100 / 140 mikron
b) Graded Index: 50/125, 62.5/125 mikron
c) Single Mod: 8-9/125 mikron
Avantajları
a) Elektromanyetik ortamlardan etkilenmez,
b) Geniş bir bant sağlar,
c) Yıldırımdan etkilenmez,
d) Lisans gerektirmez,
e) Kablolar arasında etkileşim (cross talk) olmaz,
f) İletken değil yalıtkan kısa devre durumlarında yangın gibi problemlere yol açmaz, iletken kablo döşeme kurallarına tabii değildir,
g) Boyutları küçüktür,
h) Yeraltına döşendiğinde kablonun ömrü uzar.
i) Çok düşük ve frekansla değişmeyen sinyal zayıflaması,
j) Fiziksel boyutları küçük ve hafif,
k) Düşük tesis ve çalıştırma maliyetidir.
Dezavantajları
a) Ortalama olarak her 50 km'de tekrarlayıcı (repeater) gerektirir.
b) Özel verici ve alıcılar gerektirir.
c) Özel konnektörler gerektirir. Bu konnektörlerin takılması için eğitim görmüş insanlara ihtiyaç vardır.
d) Kısa mesafeli uygulamalarda ekonomik değil,
e) İyi korunmadıkları ya da gerektiğinden fazla büküldükleri takdirde kolayca kırılabilirler.
Nükleer partiküller dozaja bağlı olarak fiberi koyulaştırır ve zayıflamasını artırarak kullanılmaz hale getirir.

Bölüm 8

Üretim Hattı ve SCADA

Günümüzün rekabet ortamında artık işletmeler üretimlerini yaparken mümkün olduğunca az maliyetle, daha çok üretim yapmak zorunda kalmaktadırlar. Bunu sağlarken de kaliteden taviz verilmemesi gerekmektedir. Üretim hatlarının SCADA sistemleri ile kontrol edilip gözlenmesi, işletmelere, kurulu bulunan tesislerden maksimum verimlilik ile yaralanma imkanı tanımakta, yöneticilerin işletmeye ve üretime tam anlamıyla hakimiyetleri pekiştirilmektedir.

8.1 Üretim Hattından Toplanacak Bilgilerin Tespit Edilmesi
Optimum sistemin ortaya çıkabilmesi amacıyla üretim hattından toplanacak bilgilerin SCADA sisteminden beklenen faydalar ve işletme ve sürecin özellikleri dikkate alınarak belirlenmesi gerekmektedir.
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 gerekli akım ölümleri 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.

8.2 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 haberleş-mesine 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.
Bazı durumlarda bir kontrol cihazı ile birden fazla şekilde haberleşme yapılabilmektedir. Bu durumda SCADA sistemi ihtiyaçları ve fiyat/performans gibi kriterler göz önüne alınarak seçim yapılmalıdır.

8.3 Bir 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 haberleşilmektedir.
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 parametre ve reçetelerin SCADA sisteminde girilmesi.
8.4 SCADA Sisteminin Sağlayacağı Faydalar
Üretim hattının tam anlamı ile denetimi sayesinde;
• Üretim hattından alınacak olan veriler sayesinde sistemin üretimini arttırmak mümkün olabilecektir.
• Üretim hattının enerji harcamaları, duruş ve arıza sürelerinin ve süreçte harcanan yan maddelerin tespiti ile kesin maliyetin hesaplanması mümkün olabilecektir.
• Bazı üretim kollarında üretim ile ilgili bilgilerin uzun süreli olarak saklanması gerekmektedir. Bu işlem SCADA sistemi ile yerine getirilmektedir.
• Arıza ve olağan dışı durumlarda bir hat veya bölümdeki üretimlerin diğer hatlara kaydırılması ve bunun sonuçlarının, daha önce toplanan verilere dayanılarak tahmin edilip gözlenmesi mümkün olacaktır.
• Üretim planlanırken üretim hatlarının kapasiteleri ve verimlilikleri göz önünde bulundurulabileceğinden daha optimum üretim planlaması mümkün olacaktır.
• Üretim hattında oluşabilecek problemler anında tespit edileceğinden, probleme gerekli kişilerin müdahalesi vakit geçirilmeden sağlanabilecektir.
• Üretim hattındaki makinelerin çalışma süresi varsayılan sistem tarafından tespit edileceğinden bakım yönetim programlarının daha sağlıklı ve gerçekçi kullanılması gerçekleşecektir.
• MRP sisteminin en büyük ihtiyaçlarından bir tanesi, üretim hattı ile yeterince irtibatlandırılmamış olmalarıdır. SCADA sistemleri sayesinde MRP sistemleri sağlıklı bir şekilde fabrika sahasından bilgi edinerek gerekli işlemleri gerçekleştirme imkanına sahip olacaktır.

Bölüm 9

Günümüzde SCADA Sistemleri

İşletmeler modern bir SCADA yazılımdan sırasıyla;
• Kullanım kolaylığı
• İletişim kolaylığı
• Yaygın işletim sistemleri üzerinde koşması
• Diğer veritabanı uygulamaları ile entegrasyon
• Yüksek verimlilik
• Düşük maliyet
beklemektedir.
SCADA, üretimi kolaylaştırmak için bir araç olduğu için kolay geliştirilebilir ve üretim programında yapılan değişiklikleri kolay uygulanabilir olmalıdır. İşletmelerin günlük giderlerinin yüksek olması ve zaman dolayısıyla da değişikliklerin çabuk gerçekleştirilebilir olması bu tür yazılımların kullanımlarının tercih nedenleri arasındadır.
Kolay ve hızlı kullanım mühendisliği, SCADA sistemlerinde;
• Dinamik grafik çizim araçları
• Çizim kütüphaneleri
• Görüntü izleme
• Uygulama yazılımı birleştirme
fonksiyonlarını kullanarak gerçekleştirilmektedir. Dinamik grafik çizim araçları kullanılarak izlenmesi istenen süreç gerçeğe çok yakın bir şekilde canlandırılabilmekte ve alarmlar çarpıcı hale getirilebilmektedirler. SCADA yazılımları kendi bünyelerinde bulunan çekirdek yazılımları kullanılarak grafiklerle birlikte hareket, boyutlandırma, yanıp sönme ve doldurma, boşaltma gibi operatörlerin dikkatini çekip kullanım kolaylığı sunabilecek özellikleri içermektedirler. Operatörlerin görmesini kolaylaştıracak değişik renk, boyut ve şekillerde alarm hazırlamak ve alarm durumunda alınacak acil tedbirleri ekranda göstermek mümkün olmaktadır. Klasik denetleyicilerle olduğu gibi modern SCADA sistemlerini kullanım sırasında da elle kontrol yapabilmek için grafik tetikleyicileri olarak adlandırılan yazılım parçaları kullanılmaktadır.
SCADA yazılımlarının ana amaçlarından biri işletmedeki süreçlerin gözlenmesi olduğundan süreçlerin mümkün olduğu kadar gerçeğe yakın gözlenmesi gerekmektedir. Öbek kütüphanelerinde daha önce tanımlanmış objeler ve süreç resimleri kullanıcının değişik uygulamalarda oluşturduğu grafikler ve her uygulama için kullanılacak objelerin biriktirildiği sepet kütüphaneleri sürecin grafiksel gösterimini kolaylaştırmaktadır. Nesnel tabanlı tasarım esası ile geliştirilmiş yazılımlarda gereken elemanları seçip özelliklerini tek tek topluca değiştirmeniz mümkün olmaktadır. Sepet kütüphanesine bir uygulama için gerekli tüm saha ekipmanlarını toplayıp herbirine gerekli giriş çıkış noktaları ile ilişkilendirip yazılıma yerleştirirken, işlenmemiş kaç adet elemanın kaldığını görmek, böylece de yazılım geliştirme sürecini izlemek mümkün olmaktadır.
Büyük bir fabrikanın tüm süreçlerinin grafiksel gösterimi katmanlar halinde saklanmak zorundadır. Bu katmanlar kullanıcının özelliği ve görmek istediği bilgilere göre ortaya çıkartılabilmektedir. Yakınsaklaştırma fonksiyonları kullanılarak daha önce tanımlanmış katmanlar arasında kolaylıkla hareket ederek istenilen detaydaki bilgiye ulaşmak mümkün olabilmektedir. SCADA sistemleri kullanarak uygulama yazılımı geliştirmek için iletişim protokollerinin ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri SCADA' nın işletmedeki bilgi omurgası görevini yapması için birbiriyle iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Veri tabanında süreç değişkenlerine tekabül eden her bir bilgi etiket, kapı veya nokta olarak tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenmesi gerektiğinde kullanılacak işlem blokları veri tabanı tanımlaması fazında gerçekleştirilir.
SCADA sürecin gözlemlenmesi kadar süreç değişkenlerinin sürekli veya tanımlanmış olaylara karşı gelen zamanlarda kaydedilmesini sağlar. Tarihi verileri toplama ve gösterim fonksiyonları içerisinde olay tetiklemeli veri toplama özelliği günümüzdeki SCADA sistemlerinin üstün özelliklerinden biridir. Bazı tanımlanmış durumların kaydedilmesi tüm verilerin kaydedilip bunların arasından tanımlanmış durumları arama zorluğunu ortadan kaldırmaktadır. Süreç değişkenleri ya zamanın ya da birbirlerinin fonksiyonu olarak grafiksel veya tablolar halinde gösterilebilirler. İyi bir SCADA yazılımından beklenen sahada olan olayların bir hata zamanı eklenmeden kaydedilmesidir. Özellikle hızlı süreçlerde varsa hata zamanının göreceli olarak çok küçük olması gerekmektedir. SCADA sistemleri süreç değişkenlerini sürekli olarak gözleyip bu değişkenlerin istenmeyen değerlere ulaşması durumunda operatörü uyarmak üzere geliştirilmiş alarm yapısına sahiptirler. Alarmlar basit listeler halinde tanımlandığı gibi önem sırasına göre sınıflandırılmış olarak veya grafik içinde gösterilebilirler.
SCADA sistemleri fabrikadaki değişik vardiyalarda yapılmış üretim sonuçlarına sürecin belirli değişkenlerini, olayların sonuçlarını istek üzerine veya olaylar gerçekleştikçe veya peryodik olarak raporlarlar. Bu raporları işletmenin istediği herhangi bir düzende hazırlamak mümkündür.
SCADA sistemleri kullanılarak üretime dair reçeteler uygulamaya koyulurlar. Reçeteler grafiklerle ilişiklendirilip operatörün reçetelere kolay erişimi ve gerekiyorsa bu reçetelerde değişiklik yapması mümkün olur. Operatörlerin reçeteleri başlatması veya değiştirmesi istenmeyen durumlarda ise SCADA programında yazılan reçetelerin uygulama esnasında otomatik olarak çağrılabilmesi mümkündür.
SCADA uygulamalarında yazılımın değişik kullanıcılar tarafından değişik şekillerde kullanılmasını sağlayan yetki ve güvenlik mekanizması kodlar kullanılarak sağlanır. Genellikle SCADA paketlerinde kullanıcı kolaylığı sağlayan ve SCADA operasyonlarını içeren bir denetleme lisanı bulunmaktadır.
Günümüzde üretim, Girişim Organizasyonları yapısında örgütlenmiş, fabrikalar arası işbirliğini amaçlayan, sipariş üzerine ve tam zamanlı bir nitelik kazanmaktadır. Bu yapılanmanın içinde SCADA sistemleri organizasyonlar arası iletişimi sağlayan bilgi yolu görevini;
a) Sanal Dosya Arabirimleri
b) Uygulama Programları Arabirimleri
c) Dinamik Veri Değişimi
d) SQL bağlantısı araçlarını kullanarak yerine getirmektedirler.
Sanal Dosya Arabirimleri, SCADA ile diğer uygulamalar arasında format dönüşümü olmadan veri değişimine izin vermektedir. Uygulama Programları Arabirimleri uygulama modüllerinden SCADA' ya ulaşmak için gerekli arabirim yazılmalıdır. Dinamik veri değişimi bağımsız yazılımların birbiriyle veri değiştirebilmesini sağlamakta ve bu özelliğe sahip SCADA programlarının entegrasyonu daha kolay olmaktadır. SQL bağlantılı tanımlanan noktaların veri tabanına geçirilmesi ve veri tabanından sorgulanmasını sağlamaktadırlar.
SCADA sistemleri fabrikalarda tüm fabrikayı kapsayacak veya fabrikanın bir bölümünü kapsayacak şekilde SCADA istasyonlarının sürekli veri alışverişleri yapmasını sağlamaktadırlar. Fabrika bilgi ağıyla birbirlerine bağlı olan SCADA istasyonları, SCADA Gözlem Paketleri ve Yönetim Gözlem noktaları tüm otomasyon sistemleri ve saha ekipmanları birlikte çalışmaktadırlar. Kritik süreçlerde iki SCADA istasyonu birbirine paralel olarak tanımlanıp biri devre dışı bırakıldığında diğeri çalışmaya ve süreci denetlemeye devam eder.
SCADA yazılım paketleri, Windows NT'nin bilgisayar işletim sistemi olarak yaygın kabul görmesinden sonra ağırlıklı olarak NT işletim sisteminin özelliklerini kullanarak geliştirilmeye başlandı. Bu paketlerle çoklu işlem yapabilme kapasitesi, çekirdek modül, olay tetiklemeli veri değişimi, etkin hafıza kullanımı ve olay zircirlerine hızlı tepki kabiliyetleri bulunmaktadır. Kullanılacak SCADA yazılımlarının performansını incelemek için yazılımın
• Görüntü performansına
• Kayıt performansına
• Alarm performansına
• Yedekli çalıştırma ve bilgi ağlarına (Network) bağlanma performansına
bakmak gerekmektedir. Uzak mesafelerden aldığı tepkilere işlemleme hızı da SCADA yazılımlarının etkin olarak kullanılıp kullanılmayacağı konusunda karar verebilmek için önemli bir parametredir.

Bölüm 10

SCADA Sisteminin Yararları ve SCADA Simülasyonu

Sistemin arızaların sıklığı ve süreleri, büyük ölçüde sisteme uygun dağıtım otomasyonunun kurulamamasından ve sistemin çalışma karakteristiklerinin her an izlenememesinden kaynaklanmaktadır.Bunun için sistem hakkındaki bilgilerin (ısı, nem, frekans, ağırlık, sayı, elemanlarının durumları…) toplandığı, gözlemlendiği, uzaktan kumanda edildiği (açma, kapama, kurma), arıza algılamanın yapılabildiği otomasyon sistemlerine gerek duyulmaktadır. Bu bilgilerin operatörlere bir kullanıcı ara birim yazılımı ile sağlanabildiği SCADA sistemleri kullanılmaktadır. Günümüzde kontrol sistemleri veri tabanlı kontrol ve gözetleme yazılım paketleri içermektedir. Bu sayede sistemde dağıtılmış halde bulunan enstrüman ve kontrol elemanlarından sürekli biriken veriler elde edilerek denetim imkanına sahip olunmaktadır. Bu yapılanma neticesinde de "temiz" bir sistem ortaya çıkmaktadır. Kontrol merkezindeki operatör ekranları vasıtasıyla, tesisin işletimi kontrol edilip otomatik yürütülürken, operatörle de bilgisayarda gerekli kontrol ve kumanda imkanına da sahip olurlar. Sistemin işletilmesinde salt insan çabası yetersiz kalmaktadır. Sistemde meydana gelecek olayların tespit edilmesi klasik yöntemler ile mümkün olamamaktadır. Sistemin daha etkin işletilmesi için, daha güvenilir, daha ekonomik işletme için bilgisayar otomasyonuna gereksinimi vardır. Bunun için sistem kontrol ve izleme yazılımları gerçekleştirilmiştir. Kontrol merkezinde bulunan bu bilgisayarlar yazılımları sayesinde işletmenin önemli noktalarının izlenmesi sağlanmaktadır. Ayrıca bilgisayar ekranları vasıtasıyla gözlemlenen sistemin şebeke operatörlerine de hızlı ve doğru vermesine imkan verir. İşletmenin bilgisayarla izlenmesi ve kontrolü, dağıtılmış halde bulunan veri toplama donanım elemanlarıyla gerekli iletişim, iletişim ağı yardımıyla sağlanarak ve toplanan veriler değerlendirilerek merkezi bilgisayar yazılımı ile sistemin izlenmesi sağlanabilir. Sistemin bilgisayar ortamında gözlenmesi ile sistemin kontrolu ve kumandası daha esnek bir hale gelmektedir. Örneğin, sistem büyümeleri karşısında kurulma koordinasyonu daha kolay yapılabilecektir. Yazılım sayesinde operatörler bilgisayar ekranında ki sistem diyagramından sistemi uzaktan kumanda edebilecektir. Arızaların algılanması yerlerinin tespiti ve arızaların giderilmesi yine uzaktan kumandalı olarak belli bir merkezden yapılabilecektir. Sistemle ilgili alarm sinyalleri operatörleri uyaracak şekilde oluşturulması ve görüntülenmesi gerçekleştirilebilecektir. Çeşitli veriler tarih ve zaman olarak (arıza şekli, arıza yeri) veri tabanı şeklinde saklanabilir böylelikle kişilere bağlı kalmaksızın sistem hakkında toplanan verilere dayalı ayrıntılı bilgi edinilmesi sağlanabilecektir.
Herhangi bir tesiste olabilecek olan otomatik kontrol sistemlerinin kullanıcılar tarafından tek bir ekran üzerinden yönlendirilebilmesi çok arzu edilen bir durumdur. Bu sayede kullanıcıların sistemlerini yönetmeleri için, sistemin bulunduğu yere gitme zorunluluğu ortadan kalkmış ve kontrol müdahalelerini bulundukları yerde bilgisayarlar üzerinden vererek büyük kolaylıklar sağlanmış olur.
SCADA simülasyonu, basitçe, bilgisayarların, giriş-çıkış portlarına takılan arabirimler (Interfaces) sayesinde sisteme gönderilen ya da sistemden alınan işaretlere göre sistemin davranışının, görsel olarak dışarıdan gözlenmesidir.
Burada da, herhangi bir tesiste olabilecek olan bir sistemin otomatik ve manuel çalışmasını, oluşabilecek arızaların sistemin akışını nasıl etkilediğini gösteren görsel bir bilgisayar programı ile "Sistem Simülasyonu" sunulmaktadır.
Bu program bir simülasyon olduğundan dolayı, işleyen sistemden bilgi okuma ya da sisteme bilgi gönderme olanağı yoktur. Eğer bu program gerçek bir sisteme uyarlanmak istenirse, yazılacak birkaç bilgi okuma ve bilgi gönderme alt programı ve gerekli ara birim donanımları eklenmesi yeterli olacaktır.

Bölüm 11

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.
Ülkemizde bu teknolojinin kullanımı çok eskilere dayanmamakla birlikte günümüzde giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu da yakın bir gelecekte kontrol sistemlerinin daha basit, güvenilir ve verimli çalışmasını sağlayacaktır.

Salı, Kasım 03, 2009 tarihinde Şener İşleyen tarafından kaydedilmiştir , | 0 Yorum »