Demiryollarında Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme (SCADA)

3591
Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme

Bu yazımızda kullanıldığı ağ üzerinde bulunan tüm sistemleri gözetleyebilen, müdahale edebilen ve kayıt altına alan SCADA sistemlerinden, demiryollarında kullanılan SCADA sistemlerini inceleyeceğiz.

Demiryollarında elektrikli ulaşımın yapıldığı bölgelerde kurulan SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) veri tabanlı kontrol gözetleme sistemi sayesinde güzergahta bulunan tüm donanımların (trafolar, postalar, seksiyonerler vb.) kumanda ve kontrolünden yatırım planlamasına çevre kontrol ünitelerinden yardımcı işletmelere kadar bütün birimlerin kontrolü ve gözetlenmesi sağlanabilir. Sistem SCADA; kontrol odası, sistemin planlanması, dokümantasyon, servis ve programlama üniteleri, dedektör ve enstrümantasyon, elektrik panoları, programlanabilir elektronik kontrol üniteleri ve haberleşme kısımlarından oluşmaktadır.

sunucu
Verilerin kaydedildiği panolardan bir görünüm

 1. SCADA Sisteminin Yapısı

Bu sistem bir dizi elektronik kontrol üniteleri, endüstriyel bilgisayarlar, istasyonlar, uygulama yazılımları ve haberleşme bölümlerini içermektedir. Kontrol odasında bilgisayar ağı, bilgisayar destekli veri tabanlı kontrol ve gözetleme (SCADA) paketi, insan makine iletişimini sağlayan bilgisayarlar, işletme fonksiyonlarını yerine getirecek yazılımlar, gerekiyorsa hattı gösteren duvar mimik pano, arazi, trafolar ve postalarla hızlı ve sağlıklı haberleşmeyi sağlayan kayıtlı iletişim sistemi, arıza ve operasyonları kaydeden yazıcı cihaz mevcuttur.

Programlanabilir elektronik kontrol üniteleri kontrol alt birimlerine, işletme ünitelerine, çalışma sahasına ait enstrümantasyon ve detektörlere bağlanarak gerekli bilgi alışverişini sağlarlar. Bu üniteler (PLC‟ler, RTU‟lar) aynı zamanda elektronik kilitleme, koruma ve benzeri donanımlarla bağlanarak motor kontrol merkezlerine (MMC) entegre edilmektedir. Programlanabilir elektronik kontrol üniteleri, biriken bilgi ve verileri bir yandan SCADA sistemine iletirken bir yandan da işletme fonksiyonlarını yerine getirmek için yazılım programı gereğince lojik ve denetim kontrolünü sağlar.

veri alma sistemi
verilerin kaydedildiği panonun veri alma sistemi

2. SCADA Sisteminin Çalışması

SCADA sistemi endüstriyel bilgisayarlar ve istasyonlar için tasarlanmış bir gerçek zaman (real-time), çok-görevli (multi-tasking) denetim yazılım paketi olup birçok uygulamanın ihtiyaçlarını aynı anda karşılamaktadır. Yüksek düzey operatör iş istasyonları veya bilgisayarlara uyarlanacak SCADA paketleri, haberleşme sistemi vasıtası ile kontrol panolarına yerleştirilmiş programlanabilir elektronik kontrol ünitelerine bağlanmakta ve gerekli veri alışverişini yapmaktadır.

SCADA sisteminin çalışma prensibi
SCADA sisteminin çalışma prensibi

2.1. Modern Kontrol Sistemleri

Modern bir kontrol sistemi; fonksiyonel ve yapısal uyuma imkân verecek şekilde modüler, esnek ve dağıtılmış bir kontrol sağlamalıdır. Fonksiyonel uyum; sistemin lojik, ayarlama ve denetleme kontrolü işlevlerini kapsamaktadır. Yapısal uyum ise işletmenin en küçük kontrol birimlerinden, kontrol odalarını ileri operatör istasyonlarına ve çevre gözetleme sistemlerine kadar genişletilebilen bir sistem olabilme özelliğini taşır. Modern kontrol sistemlerinin yapısı artık çok güçlü bir veri tabanlı kontrol ve gözetleme sistemi yazılım paketi çevresinde kurulmaktadır. Birçok bilgisayar veya  istasyona yüklenen bu paket vasıtası ile tüm bilgiler kontrol edilerek tesisin komple işletimini, tesise dağılmış bulunan sensör, enstrüman ve programlanabilir elektronik kontrol ünitelerinde sürekli olarak biriken veriler elde edilerek tüm bilgiler denetim imkânına sahip olunmaktadır.

İşletmeye ait veri ve bilgi tabanının tamamı kontrol panolarına yerleştirilmiş programlanabilir elektronik kontrolörlerde toplanmaktadır. Bu kontrol üniteleri, lojik ve denetimsel kontrol için bir bilgi işlem modülü ve hatta mini bilgisayar olarak da kullanılmaktadır. Böylece kontrol panolarının her biri işletmenin bir bölümünün kontrolü ile ilgili tüm fonksiyonlarını yerine getirebilmektedir. Bu sayede kontrol sistemi, sistemin fiziksel sınırlarıyla belirlenmek yerine, tüm işletme gereksinimlerine göre yapılandırılabilir. Bu yapılanmanın neticesi olarak yüksek uyum derecesinde temiz bir sistem ortaya çıkmaktadır. Kontrol odasındaki operatör ekranları manuel kumanda ve gerçek zaman düşümleri ile ilgili olan bilgileri içeren ve tüm tesise ait veri tabanına ulaşacaktır. Öte yandan tesisin işletimi kontrol ederek, otomatik olarak yürüten operatör, bilgisayardan istasyonlardaki, bazı parametreleri değiştirebileceğinden veya sürekli taranan kontrol sistemi olgularının listelerini oluşturabilecektir.

2.2. Sistemin Planlanması

Değişik tesisler veya işletmeler için bir kontrol sistemi tasarlanırken genellikle iki ana prensip göz önüne alınır.

Modüler Yapı: Ana ve yardımcı tesisleri kontrol eden sistemin üniteleri iç içe olmalarına rağmen fiziksel olarak ayırt edilebilmeli ve bu temelde tanımlanmalıdır. Sistemin yapısı, üst ve alt kademe yapılandırmaları ile herhangi bir zamanda ihtiyaç duyulan genişletmeye imkân vermelidir.

Uygulama Esnekliği: Sistem, gerekli programlanabilir kontrol ünitelerinin ve SCADA paketlerinin tamamını kullanabilme esnekliğini içermelidir. Kontrol sisteminin yapılanması, aynı zamanda işletme organizasyonunun ve yönetim stratejisinin bir yansıması olmalıdır.

3. SCADA Sistemi Üniteleri

Bu ünitelerde aşağıdaki üç çeşit donanım mevcuttur:

  •  SCADA Sistemi Yol Boyu Sinyal Donanımları
  •  SCADA Sistemi Araç Üstü Donanımlar
  • SCADA Sistemi Araç Merkez Donanımları

3.1. SCADA Sistemi Yol Boyu Sinyal Donanımları

Dedektörler ve Enstümantasyon: Saha çevre ve işletmeye ait verilerin toplandığı SCADA sisteminin en alt kademesidir. Fiziksel çevrenin bilgileri bu seviyede elektrik işaretine çevrilerek SCADA sistemine girer. SCADA sisteminden alınan komutlar, bu seviyede ve elektrik işaretinden fiziksel büyüklüklere çevrilerek gerçek dünyada istenen hareketler (seksiyonerlerin açılıp-kapanması, motorların start-stop edilmesi vb.) gerçekleştirilir. Sistemin planlanması ve yazılım kısmı tüm sistemin yaklaşık % 30 ila % 50’sini oluşturmaktadır.

3.2. SCADA Sistemi Araç Üstü Donanımları

Saha Cihaz ve Enstrümanları: Saha ve enstrüman cihazları genellikle kontrol sisteminin sıfır seviyesini oluşturur. Bunlar fiziksel ve elektronik iletişim cihazları olup işletme için gerekli lokal denetleyiciler ve göstergelerdir. Veri tabanına ait tüm bilgilerin toplanacağı detektörler ve enstrümantasyon, elektrik veya elektronik giriş/çıkış sinyalleri üretir. Tüm enstrümantasyon cihazları, işletme gereksinimlerine göre düzenlenmelidir. Donanımların mühendisliği, tasarım işleri, çalıştırılması ve devreye alınması çok fazla tecrübe, zaman ve hassaslık gerektirmektedir. Mekanik tesisat, mekanik malzemeyi temin edenler tarafından yapılmasına karşın elektrik tesisatı kontrol sistemi satıcısının montaj ekibi tarafından yapılmalıdır.

3.3. SCADA Sistemi Araç Merkez Donanımları

Kontrol Odası: Kontrol odası; yöneticilerin, işletme operatörlerinin ve bakım elemanlarının, ergonomik görüntü olanaklarıyla tüm işletim sisteminin gerçek zamanlı görsel yaklaşımına sahip olabildikleri fiziksel çevredir. Genellikle bilgisayar terminalleri, yazıcılar, mimik pano, lambalar ve sirenler ile entegre edilmektedir. Kullanıcı ara birimleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.

kontrol odası
Kontrol odasından bir görünüm
  • Bilgisayar Terminalleri: Birçok kullanıcıya çalışma imkânı veren bu terminaller, operatörlerin sistemi gözleyebilmelerini sağlar. Sistemin kontrolü için gerekli bilgilerin yetkili kılınanlar tarafından girilmesi veya değiştirilmesi, şifre ile mümkün olabilmektedir.
  • Bilgisayar Ekranları: Renkli yüksek çözünürlüğe sahip, ergonomik yapıdaki ekranlar ile dinamik işletme noktası ( trafo, motor, kontrol noktaları, ölçü noktaları…) ve mimiklerin sürekli gözlenmesi sağlanmaktadır.
  • Yazıcılar: İşletmeye ve sisteme ait tüm parametreleri, durum ve arıza hâllerini raporlama imkânı sağlar.
  • Kontrol Panoları: Programlanabilir elektronik kontrol ünitelerini içeren bu panolar; sinyal lambaları, sirenler ve pano mimiklerini içerir.

Ekranlar vasıtası ile mevcut mimikler, klavyeler ve benzeri araçlar ile sistem arasında etkileşim sağlanır. Kontrol odasının ergonomik yapıda, uygun aydınlatılmış, yeterli havalandırma sistemine sahip, gürültüden uzak bir merkez olması, operatörlerin işletmenin kontrolünü sağlarken meydana gelen arıza hatalarının oluşması esnasında hızlı müdahalelerini sağlayan çok önemli etkendir.

Kaynaklar

  1. Reliance SCADA, 2015
  2. SIMATIC SCADA Systems, Siemens
  3. Inductive Automation, 2017
  4. Raylı Sistemler Teknolojisi, Tren Koruma ve Kontrol Sistemleri, MEGEP ,2014

Paylaşır mısınız?
Muhammet Kaya
Raylı Sistemler Mühendisliği - Raylı Sistemler Derneği Teknoloji Direktörü

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.