ANASAYFA | ÖNSÖZ | BÖLÜM1 | BÖLÜM2 | BÖLÜM3 | BÖLÜM4 | BÖLÜM5 | BÖLÜM6 | BÖLÜM7 | BÖLÜM8 | BÖLÜM9 | BÖLÜM10 | BÖLÜM11 | BÖLÜM12 | BÖLÜM13 | EKLER | KISALTMALAR | BİZ KİMİZ |

BÖLÜM 2

SCADA SİSTEMİNİN UZAKTAN BİLGİ TOPLAMA VE DENETLEME ÜNİTESİ

2.1 RTU'NUN TANIMI
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 GÖREVLERİ


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

2.2.1 BİLGİ TOPLAMA VE DEPOLAMA


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.

2.2.2 KONTROL ve KUMANDA


Bu görev de, ilk görev gibi RTU' da sağlıklı ve kesinlikle yapılması gereken bir başka önemli görevdir. Elektrik tesislerinde uzaktan kumandalı olarak bir kesiciyi, bir ayırıcıyı açmak kapatmak regülasyon amacıyla trafoların sekonder kademelerini değiştirmek vb. kumandalar RTU tarafından gerçekleştirilir.
2.2.3 İZLEME (MONITORING)
RTU' nun bu görevi ise, bütün yukarıda belirtilen görevlerin doğru yerine getirildiğinde ilişkin bölge operatörüne kanıt olarak görüntü sunmasıdır. Bu, diğer iki görev kadar önemli olmamakla birlikte, tali merkez seviyesinde böyle bir işleve de zamanla gereksinim duyulmuştur. Böylece tali merkezden diğer tali merkezlere bilgi göndermek, kontrol işareti göndermek, programlama yapmak bilgisayar teknolojisinin hızla gelişmesi ile birlikte mümkün hale gelmiştir. Burada RTU; aldığı bilgileri, yapılan kumandaların sonuçlarını sadece Kontrol Merkezine bildirmek ve bünyesinde isteğe bağlı olarak depolamakla birlikte, aynı zamanda sınırlı bir veri tabanı yapısına sahip yerleşik veya protatif bir gösterim bilgisayarına da bildirmektedir. Bilgisayar yapısında yazıcı ve çizici gibi donanımlar da kullanmak mümkündür.
2.2.4 ARIZA YERİNİN TESPİTİ
RTU' nun bütün bu görevlerine ek olarak, tesis için oldukça önem taşıyan bir başka görevi daha vardır. Bu özellik genellikle birçok SCADA sisteminde olmayan bir özelliktir. Bu görevi yerine getirmek için RTU kendi bünyesinde; Arıza Arabirim Modülü ve buna bağlı bulunan Arıza Akımı Algılayıcı Modülleri bulunmaktadır. Bu modüller sayesinde arıza algılanmakta ve RTU' ya bildirilmektedir. RTU' da kontrol merkezinden gelen bilgiler ışığında arızanın izolasyonu için gerekli komutları Arıza Akımı Algılama Modüllerine gönderir ve arıza izolasyonu tamamlanmış olur.
Klasik yöntemlerle arıza yerinin bulunmasının ve izolasyonunun saatlerle ölçülebilecek bir zaman aldığı bilinmektedir. Bunun yerine SCADA sisteminin getirdiği ve RTU' nun görevleri arasında bulunan yöntemle arızalar; saniyelerle ölçülecek bir sürede tespit edilmekte ve izole edilmektedir.
2.3 RTU'NUN SİSTEM İÇİNDEKİ YERİ
RTU' nun; fiziksel olarak üzerinden bilgi toplayabileceği, gerektiğinde kumanda edebileceği giriş ve çıkış noktaları vardır. Bir SCADA sisteminde bir veya birkaç kontrol sistemi olabilirken aynı sistemde RTU sayısı 100'lerce olabilmektedir. Bu nedenlerle RTU' lar sistemin taşınabilirliği, güvenilebilirliği ve özellikle maliyeti gibi önemli öğelerin doğrudan besleyicisi olmaktadır. RTU' ların küçük boyutta olması ve kullanılacak bölgelerin doğal koşullarına dayanabilecek şekilde üretilmesi çok önemlidir.
RTU' lar tali merkezden en fazla 3-4 m2'lik yer kaplayacak boyutlarda ve 1,5-2 m yüksekliğe sahip panolara yerleştirilir. Tali merkez boyutları ile karşılaştırıldığında bu ölçü oldukça normaldir. Eğer bir sistemin kontrolü için mevcut cihazlardan daha büyük cihazlar kullanılıyorsa; hem maliyet hem de taşınabilirlik açısından kurulan sistemin önemli dezavantaja sahip olacağı açıktır.
2.4 RTU'NUN ANA BÖLÜMLERİ
Belirtilen görevleri yerine getirmek için RTU' nun 6 ana bölümü bulunmaktadır.
Bu bölümleri şöyle sıralayabiliriz;
1) İletişim Ünitesi
2) Ana İşlem Ünitesi (CPU)
3) Giriş Çıkış İzolasyon Ünitesi
4) Kullanıcı Arabirimi Ünitesi
5) Test Ünitesi
6) Güç Kaynağı Ünitesi

2.4.1 İLETİŞİM ÜNİTESİ


Bu ünite RTU ile iletişim ortamı arasında bir köprü rolü oynar ve iletişimden sorumlu bölümdür. Bu iletişim ortamı birden fazla olabilir. Günümüzde, bu ortamlar üzerine kurulu bir takım iletişim standartları ve bu standartların oluşturduğu iletişim protokolleri vardır. İletişim ünitesi Kontrol Merkezinden gelen ve bu protokoller dahilinde oluşturulmuş komutları değerlendirerek, gerekli işlemleri ana işlemciyle temasa geçerek başlatır. Bu işlemlerin sonunda da uygun cevapları aynı protokoller çerçevesinde düzenleyerek Kontrol Merkezi yönünde iletişim ortamına yollar. RTU AKM arasındaki iletişim, uzun mesafe olduğu için seri iletişimdir.
Yeterli bir iletişim performansı için İletişim Ünitesinde olması gereken özellikler;
a) İletişim kanallarında oluşacak gürültüye karşı, RTU' nun korunmuş olması. Bunun için gelen iletişim sinyalinin toprağı ile ünite toprağının farklı olması.
b) Başka RTU' larla ya da Kontrol Merkezleri ile haberleşmeyi sağlayacak birden fazla kanal yapısı.
c) Kanalda kullanılabilecek çeşitli iletişim ortamlarının ve protokollerinin desteklenmesi
d) Hata bulucu ve hata giderici yapıya sahip olması. Sinyalin hatalı gelebileceği olasılığı nedeniyle farkedilir ölçüde düzeltme yapabilecek bir yazılım yapısı.
e) Kanalın gürültü seviyesini devamlı kontrol eden bir donanım yapısı
f) RTU "Mesajı Yolla (Transmit)" konumundan belli bir süre sonra "Mesajı Al (Receive)" konumuna geçmez ise RTU' nun kendini otomatik olarak kanaldan ayırma özelliği (Anti-streaming)'in desteklenmesi.

2.4.2 MERKEZİ İŞLEM BİRİMİ (MİB) (CPU-CENTRAL PROCESSING UNIT)


Bu ünite, tüm RTU' nun beyni durumundadır. Diğer ünitelerde varlığı tartışılabilen ya da hiç gerekmeyen Mikroişlemci Tabanlı Mimari bu kısımda bir zorunluluktur. RTU' nun ulaşabildiği tüm noktalarla ilgili bilgilerin bulunduğu bir veritabanını saklayan hafıza birimi de bu mimari içindedir.
Bu ünitenin görevleri birkaç maddede özetlenebilir;
a) Her türlü analog ve durum işaretlerini ve alarm bilgilerini Giriş-Çıkış-İzolasyon Ünitesi'nden toplamak ayıklayıp süzmek, gereksizleri elemek (önişleme),
b) Kontrol işlemleri için gerekli sinyalleri aynı üniteye göndermek,
c) Kontrol merkezinden geleni İletişim Ünitesinin aldığı ve tercüme ettiği komutlara ve sorgulamalara cevap vermek,
d) Mevcut veritabanındaki bilgilerin ışığında olayları oluş sırasına göre rapor etmek.

2.4.3 GİRİŞ-ÇIKIŞ/İZOLASYON ÜNİTESİ


Birçok RTU' da Giriş-Çıkış ve İzolasyon üniteleri içiçe geçmiş durumda bulunmaktadır ve genellikle beraber incelenmektedir. Bulunduğu merkezdeki olumsuz çevre şartlarına karşı RTU' nun korunması görevini üstlenir. Bulunduğu yerdeki tüm analog ve durum değişkenleri ile analog ve sayısal çıkışlar bu birim tarafından alınır, gerekli izolasyonlar bu birimde yapılır. İzolasyon optik ve mekanik olmak üzere iki çeşittir. Çoğu RTU' da her iki seviyede de izolasyon güvenlik açısından mevcuttur.
2.4.4 KULLANICI ARABİRİMİ ÜNİTESİ
RTU' nun bulunduğu istasyon bilgilerinin sadece Kontrol Merkezinde kullanıcıya sunulması düşüncesi yıllarca korunmuş olmasına rağmen modern birçok RTU' da kullanıcı arabirimine gerek duyulduğu anlaşılmıştır. İstasyon seviyesinde otomatik ya da manuel olarak yapılacak işlemlerden, durum bilgilerinden orada bulunan operatörün de haberdar olması için istasyonda bir bilgisayar ile yazıcı ve çizicinin bulunması kaçınılmaz olmuştur. Sadece merkeze ilişkin bir veri tabanına yönelik bir gösterim işlevi RTU' nun kendisi tarafından yapılmaktadır.

2.4.5 TEST ÜNİTESİ


SCADA, RTU' nun fonksiyonlarını yerine getirip getirmediğini Test Ünitesi vasıtası ile gerçek zamanlı olarak izler. RTU' nun bütün üniteleri bu ünite tarafından test edilerek arıza olup olmadığı ve arızalı üniteler varsa tespit edilir. Arıza halinde gerektiğinde RTU' nun diğer RTU' ları etkilemeyecek biçimde iletişim kanalından izole edilme görevi de yine bu ünite tarafından yerine getirilir. İletişim kanalından izole edilme işinin İngilizce deyimi "Anti-streaming"dir.
2.4.6 GÜÇ KAYNAĞI ÜNİTESİ
RTU' nun güç kaynağı genellikle bulunduğu merkezde hazır bulunan 48V veya 125V DC kaynaklardır. Bunların bakımsız Akü-redresör kaynağı olması tercih edilir. Güç kaynağı ünitesinin RTU' da sağlıklı çalışması için RTU toprağı ile bulunduğu merkezin toprağının birbirlerinden ayrı olması gerekir. Bu güç kaynağı ünitesi RTU' nun tüm diğer ünitelerini beslemektedir. Ayrıca merkezde yedekte kullanılmak üzere standartlar dahilinde belirlenmiş 250V AC ve 24V DC kaynak vardır.
BÖLÜM1----------ANA SAYFA----------BÖLÜM3