دورة في السكادا و انظمة الاتصالات

مقدمة

بسم الله الرحمن الرحيم, ان شاء الله هذه الدورة سستحدث عن المفهوم الخاص بانظمة السكادا SCADA, تعريفها و مفهومها و مكوناتها, و سيتم شرح بعض المفاهيم المتعلقة بالشبكات الحاسوبية و المستخدمة بشكل واسع في انظمة السكادا, كما سيتم التعرض بشكل مختصر الى تعريف بعض انظمة السكادا المشهورة بهدف تعميق المفهوم, و كما سنلاحظ اختلاف بسيط في المسميات و المصطلحات, الا ان المفاهيم واحدة, اي ان التعمق في احد الانظمة سيسهل بشكل كبير العمل على انظمة اخرى, كما سيتم التركيز على اشهر انظمة الاتصالات الخاصة بالمصانع مثل PROFIBUS و MODBUS بحيث يتم توضيح كيفية عمل هذه الانظمة و اهميتها, و ما هي الفروقات بينها.
في هذه الدورة حاولت وضع المعلومات المهمة و التي تساعدنا في حياتنا العملية بعيدا عن طرح كم كبير من المعلومات التي قد لا تكون ذات فائدة مباشرة, و انما التركيز على المفاهيم التي من الضروري التعامل معها, و نتمنى ان تكون هذه الدورة جزء من الجهد المبذول في هذا المنتدى الرائع لتوفير دورات مجانية في جميع مجالات التحكم الالي.

برنامج هذه الدورة سيشمل:
الفصل الاول: انطمة ال SCADA.
الفصل الثاني: مقدمة عن شبكات الحاسوب.
الفصل الثالث: الهاردوير الخاص بانظمة السكادا.
الفصل الرابع: السوفت وير الخاص بانظمة السكادا.
الفصل الخامس: Siemens TIA.
الفصل السادس: ABB SCADA.
الفصل السابع: Citect
الفصل الثامن: الاتصالات التسلسلية Serial Communication.
الفصل التاسع: PROFIBUS.
الفصل العاشر: MODBUS.
الفصل الحادي عشر: CANBUS.
الفصل الثاني عشر: Devicenet
الفصل الثالث عشر: HART Protocol.
الفصل الرابع عشر: مقارنة بين انظمة الاتصالات المختلفة.

الفصل الاول: انظمة ال SCADA

انظمة ال SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition System), اي انطمة مراقبة التحكم و نظام اكتساب البيانات, هي انظمة خاصة بعمليات التحكم في المصانع بمختلف مجالاتها, صناعات التنجيم, الاسمنت, الاسمدة, محطات توليد الطاقة, و الصناعات المختلفة.
ان منشات هذه المصانع قد تكون كبيرة جدا, و بينها مسافات بعيدة, و لذلك كان لا بد من نظام يسهل عملية الاتصال بين هذه المنشات, بالاضافة الى العدد الكبير من الحساسات و الاجهزة و العمليات الصناعية التي لا بد من مراقبتها, و جمع البيانات الخاصة بها لتحليلها.
ان ال PLC يعتبر هو الخيار الاول في انظمة التحكم الصناعي, و بالتالي للتحكم بالحساسات و الاجهزة المختلفة لا بد من عمل توصيل Interfacing بين هذه الاجهزة و ال PLC. في الانظمة البسيطة و التي تحتوي على عدد قليل من المداخل و المخارج من الممكن عمل هذه التوصيلات و ارسالها الى منطقة مركزية, اما اذا كان عددها كبيرا جدا قيتم توزيع وحدات خاصة يطلق عليها IOs(input output unit), توزع في ارجاء المصنع و يتم توصيل كل مجموعة من الحساسات و الاجهزة القريبة منها اليها, و بعد ذلك يتم توصيل هذه الوحدات الى وحدة المعالجة المركزية CPU(Central Processing Unit) الخاصة بال PLC. ويتم ذلك من خلال ما يسمى بال Field Bus مثل PROFIBUS و MODBUS , و سنتعرض لهم بالتفصيل في فصول لاحقة ان شاء الله.
هذ النظام يسمى DCS (Distributed Control System) كما يبين الشكل, و من ثم يتم ربط البيانات بحاسوب مركزي.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 77324850

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 77324850

ميزات نظام ال PLC/DCS SCADA هي:
- يمكن للحاسوب تخزين و حفظ كمية كبيرة من البيانات.
- بمكن عرض البيانات باي طريقة يرغب بها المستخدم.
- يمكن شبك الاف الحساسات الى النظام.
- يمكن للعامل للمستخدم Operator التفاعل مع البيانات بكل يسر و سهولة.
- يمكن التعامل مع مختلف انواع البيانات.
- يمكن التعامل مع البيانات من اي مكان و ليس من موقع واحد فقط.

اما المساوىء فهي:
- النظام معقد بعض الشيء.
- يتطلب مهارات اعلى من المشغل Operator للتعامل مع النظام.
- بالرغم من التعامل مع الاف الحساسات الا ان هناك الكثير من الاسلاك ليتم التعامل معها.
- يمكن للمستخدم العامل الوصول فقط الى مستوى ال PLC على الشبكة.

مع تطور العلم و الصناعة, ظهرت الحاجة ظهرت الحاجة الى انظمة اصغر و اذكى, حساسات صممت لتعمل مع ال PLC و DCS, و تحتوي على معالج Microprocessor بداخلها هذه الاجهزة يطلق عليها: IEDs (Intelligent Electronic Devices) , يتم شبك هذه الاجهزة مباشرة الى الناقل Fieldbus مباشرة, و من ثم الى ال PLC و من ثم الى الحاسوب كما هو مبين في الشكل:

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 44289225

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 44289225

يبين الشكل التالي حساس ضغط يمكن شبكه من خلال ال PROFIBUS و يحتوي على معالج بداخله:

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 90513141

ميزات نظام العمل مع ال IED:
- يتطلب عدد اقل من الاسلاك.
- يمكن للمستخدم العامل الوصول الى مستوى الحساس في الشبكة.
- يمكن للبيانات القادمة من الجهاز ان تحتوي على الرقم المتسلسل Serial Number, قيمة القراءة, وجود اعطال, كذلك يمكن عمل معايرة Calibration من ال DCS.
- يتم تركيب هذه الاجهزة من خلال قابس Plug, و لذلك فان فكها و تركيبها سهل جدا و لا يتطلب شبك اسلاك.
- اجهزة اصغر تتطلب مكانا اصغر.

مساوىء هذا النظام:
- يعتبر هذا النظام اكثر تعقيدا, و يتطلب تدريبا اكثر للمستخدمين.
- يكون ثمن هذه الاجهزة غاليا بالعادة.
- تعتمد هذه الاجهزة على الاتصالات بشكل كبير.

الهاردوير الخاص بانظمة السكادا

انظمة السكادا تتكون من مجموعة من الوحدات الطرفية البعيدة : RTU(Remote Terminal Unit), و التي تقوم بجمع البيانات من المنشاة و اعادتها الى المحطة الرئيسية Master station, عن طريق نظام الاتصالات, المحطة الرئيسية Master station تعرض البيانات المكتسبة Acquired data من المنشاة الى المشغل Operator ليقوم بوظائف التحكم من بعد.
ان دقة توصيل البيانات بتوقيت متزامن مع المستجدات التي تحدث و الانذارات Alarms يمكن المستخدم من ادارة المصنع بشكل فعال و امن, و بتكلفة اقل بكثير من انظمة التحكم القديمة.

في انظمة السكادا هناك خمسة مستويات من التسلسلات الهرمية:
- مستوى الحساسات و الاجهزة على خط الاتصال Field level.
- الوحدات الطرفية البعيدة RTUs.
- نظام الاتصالات.
- المحطة الرئيسية Master Station.
- نظام الحاسوب الخاص بمعالجة البيانات.

تمثل ال RTU الواجهة للحساسات الرقمية و التشابهية الموجودة في الاماكن البعيدة من المنشاة.
اما نظام الاتصالات فيمثل همزة الوصل بين المحطة الرئيسية و الوحدات البعيدة, من الممكن ان يكون هذا النظام سلك, او الياف ضوئية, خط تلفون, موجات ميكروويف, موجات راديو, او حتى من الممكن ان يكون ساتلايت.و لذلك يتم استخدام عدة قواعد Protocol و انظمة لاكتشاف الاخطاء من اجل النقل الفعال و الكفاءة العالية.
تقوم المحطة الرئيسية Master Station بجمع البيانات من الوحدات الطرفية البعيدة RTUs, و غالبا ما توفر للمشغل المعلومات اللازمة ليقوم بعملية التحكم, اما في الانظمة الكبيرة جدا, فان هناك محطات فرعية تقوم بجمع البيانات الى المحطة الرئيسية.

من المتطلبات الاساسية في النظام ايضا ما يطلق عليه بمؤقت كلب الحراسة Watch dog Timer للتاكد من ان البرنامج الخاص بال RTU يعمل بشكل دوري, تعمل ال RTU بشكل دوري على تصفير زمن ال Watch dog, اذا لم يتم ذلك خلال فترة محددة من الزمن يعمل ال Watch dog Timer على ارسال حالة انذار ( و من الممكن عمل Trip ل CPU).

السوفت وير الخاص بانظمة السكادا

يمكن تقسيم السوفتوير الخاص بانظمة السكادا الى نوعين: مفتوح الملكية و خاص الملكية, الانظمة خاصة الملكية هي الانظمة التي تقوم الشركات بتصميمها للتعامل مع منتجاتها, ميزة هذه الانظمة التوافق التام مع المنتجات و سهولة الاستخدام, الا ان الاعتماد الكامل على المورد هو المشكلة في هذه الانظمة. مثل انظمة Siemens و ABB و التي سنتعرض لها بشكل تعريفي في الفصول القادمة ان شاء الله.
Citect و Wonderware هي احد الانظمة المجانية المتوافرة في سوق السكادا اليوم, بعض البرامج الان توفر حزمة متكاملة من الانظمة المساعدة, و ان شاء الله سنتعرض ل Citect بشكل بسيط في فصول لاحقة, و الهدف من هذه الدورة هو التعريف بانظمة السكادا, اما التعمق في البرامج الخاصة بها فبحاجة الى دورات منفصلة.

يمثل الشكل التالي المكونات الاساية لنظام السكادا:

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 37688898

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 37688898

الخصائص الاساسية لنظام السكادا:
- يمثل واجهة للمستخدمUser Interface .
- يعرض الرسوم الغرافيكية Graphic Display.
- الانذارات Alarms.
- Trends.
- واجهة ال RTUs و ال PLC.
- التدرجية.
- الشبكات.
- الخطوط الاحتياطية Redundancy.

انظمة السكادا و شبكات الحاسوب المحلية

شبكات الحاسوب المحلية تتعلق بمشاركة البيانات و المعلومات, لشبك جميع العقد Nodes على انظمة السكادا لا بد من وسيلة نقل لشبكها من خلالها, ان طريقة الشبك يطلق عليها هيكلة الشبكة Network Topology, يجب ان يكون من السهل على جميع العقد الوصول الى المعلومات دون التاثير على المرسل.
تعتبر ال LAN وسيلة للاتصالات بين الحواسيب, المحطات الرئيسية, السيرفرات, و الوحدات الطرفية, و التي يشار لها غالبا بالمضيفHost ,تسمح ال LAN بمشاركة الاجهزة لاكثر من مستخدم, مع الصلاحية الكاملة لدخول السيرفرات على الشبكة, يعتبر ال Ethernet الاكثر شيوعا و استخداما في الشبكات المحلية, و ان شاء الله سنتعض لمفهومه و مفهوم شبكات الحاسوب بشكل اكبر في الفصل القادم.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 58100801

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 58100801

الفصل الاول على ملف PDF على الرابط التالي:

[url]http://www.4shared.com/document/eU-JmPrl/SCADA_1.html [/url]

الفصل الثاني: مقدمة عن شبكات الحاسوب

الهف من هذا الفصل تعريف الاخوة ببعض المفاهيم التي نتعرض لها في انظمة السكادا و الاتصالات الخاصة بشبكات الحاسوب, بحيث يكون لديهم القدرة على التواصل معنا في بقية فصول الدورة, و ان يكون لديهم خبرة في المصطلحات المستخدمة في انظمة التحكم الالي.

مفاهيم اساسية:
شبكة الحاسوب: مجموعة من الحواسيب و الاجهزة الموصولة من خلال نظام اتصالات بين المستخدمين, بحيث يسمح لهم بتبادل البيانات و الموارد على الشبكة.
السيرفر Server: هو الجهاز الرئيسي و الذي يوفر خدمات للاجهزة الاخرى, و الذي يحتوي على برنامج يتعامل مع اجهزة اخرى يطلق عليها العميل Client.
العميل Client: هو الجهاز او البرنامج الذي يوفر الواجهة الرسومية للمستخدم Graphical Interface, و ينفذ الاوامر التي يتلقاها من السيرفر.
نظام السيرفر-العميل Client-Server Model: علاقة بين مجموعة من الحواسيب داخل شبكة بحيث ان احد البرامج العميل (Client) ينفذ الطلب المرسل اليه من السيرفر.

انواع شبكات الحاسوب:
الشبكة المحلية Local Area Network(LAN): هي شبكة من الحواسيب التي يمكنها ان تتشارك البيانات و الموارد ضمن منطقة جغرافية صغيرة مثل مبنى او مجموعة من المباني.
الشبكة الواسعة Wide Area Network(WAN): هي شبكة من الحواسيب التي يمكنها ان تتشارك البيانات و الموارد ضمن منطقة جغرافية واسعة مثل مجموعة من المدن او المنشات البعيدة عن بعضها.

الشبكة المحلية Local Area Network(LAN)

ان الشبكات المحلية تعتبر وسيلة للاتصال بين مجموعة من الحواسيب, يمكن التواصل بين الاجهزة المختلفة و ال LAN من خلال ما يسمى العقد Nodes, و هي اي نقطة يمكن من خلالها ان يتصل اي جهاز مع الشبكة بحيث يعطى عنوانا مميزا. و الذي يتم من خلاله مخاطبة الاجهزة و ارسال الطلبات اليها.
تنتقل البيانات داخل شبكة ال LAN بسرعة كبيرة جدا, و هنا نتعرض الى مفهوم تدفق السرعة Bandwidth, و هو كمية البيانات المتدفقة خلال الزمن, و يعبر عنه غالبا ب:
Mbps: millions of bits per second مليون بت في الثانية.

تحتاج ال LAN غالبا الى برنامج و قواعد للتعامل مع الرسائل التي تنتقل من المستخدمين عبر الشبكة, تسمى مجموعة القواعد التي تحكم هذه الانتقالات بالبروتوكول Protocol.

هيكليات الشبكات Networks Topology

الطريقة التي تشبك بها العقد داخل الشبكة تسمى هيكلية الشبكة, و اهم هذه الهيكليات هي:

1) هيكلية الخط Bus Topology

في هذه الطريقة يتم شبك كل عقدة على خط مشترك Bus, يوفر هذا الخط عصب الاتصال في الشبكة, تنتقل البيانات عبر هذا الخط Bus الى جميع العقد, عن طريق ما يسمى بالبث الموزع Broadcast, و لذلك فان الرسائل تصل الى كل العقد.
عندما تصل الرسالة الى نهاية الخط يعمل منهي كهربائي Electrical Terminator على امتصاص الرسالة لمنعها من الانعكاس الى كيبل الخط مرة اخرى, و بالتالي التداخل مع رساءل اخرى.
و لذلك من الضروري جدا انهاء Termination كل نهاية للكيبل, كذلك لا بد ان يكون هناك مسافة جيدة بين العقد لمنع التداخل بين الاشارات. اما اذا كانت المسافة كبيرة جدا فلا بد من وسيلة لعمل تضخيم Amplification للاشارة بالاعتماد على المسافة و و الفترة التزامنية للارسال simultaneous.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 56296638

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 56296638

فوائد هيكلية الخط:
1- تستخدم هذه الطريقة اقل قدر من الكوابل مقارنة مع الهيكليات الاخرى, كما انها تعتبر الهيكلية الاسهل في التنظيم.
2- ان العقد مرتبطة الى الخط بحيث يمكن اضافة او ازالة عقد جديدة بسهولة دون التاثير على بقية العقد.
3- سهولة التنظيم و مرونته.
4- يعتبر البث الموزع Broadcasting ميزة بالنسبة للانظمة التي يرسل فيها مرسل واحد الرئيسي Master الى مجموعة من المستلمين Slaves.
5- يمكن عمل خطوط احتياطية Redundancy.
يعتبر هذا النظام الاكثر انتشارا في انظمة السكادا في مختلف المنشات و المصانع.

مساوىء هذا النظام:
1- من الممكن ان يكون هناك مشكلة في نظام الحماية Security و ذلك ان جميع العقد قادرة على رؤية الرسائل.
2- من الصعب تتبع الاخطاء Faults troubleshooting لان العطل من الممكن ان يكون على اي مكان على طول الخط.
3- لا يوجد الية لتبليغ المرسل ان الرسائل تم ايصالها, لانه يتم امتصاصها في اخر الخط.
4- من الممكن ان يحصل حمل كثير Loading على الخط, بما انه الاداة الوحيدة لنقل البيانات.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 61640648

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 61640648

2) هيكلية النجمة Star Topology:
تتم هذه الطريقة بشبك مجموعة من العقد الى جهاز رئيسي مركزي, من الممكن ان يكون هذا الجهاز هاب Hub, اي فقط جهاز مركزي يستخدم كنقطة لتجمع التوصيلات. او قد يكون هذا الجهاز حاسوب مركزي يستخدم لتخزين الملفات.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 24330054

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 24330054

مزايا هيكلية النجمة:
1- عملية تتبع الاعطال سهلة.
2- من السهل اضافة و حذف العقد و ترتيب الكوابل.
3- فشل عقدة معينة عن العمل لا يؤثر على باقي العقد.
4- ان الهاب Hub الرئيسي معزول مما يسمح بمراقبة الحركة Traffic داخل الشبكة.
مساوىء هيكلية النجمة:
1- اذا حصل فشل في الهاب Hub ستتعطل الشبكة كلها, و هذا ما لا يسمح به في شبكات المصانع.
2- تتطلب الكثير من الكوابل, و بما ان شبكات المصانع قد تمتد المنشات فيها على مسافات بعيدة, و لاهمية عدم حصول تشويش Distortion على الاشارة Signal, فان هذه الهيكلية غير مناسبة للاستخدام في شبكات المصانع.

3) هيكلية الحلقة Ring Topology:
تتميز هذه الهيكلية بان الرسائل يتم انهائها عقدة بعقدة بترتيب ثابت, و كمثال عليها نظام نقطة-نقطة Point-Point, تكون العقد على شكل حلقة مغلقة بحيث ان العقدة الابتدائية هي الاخيرة في استلام البيانات.

ميزات هيكلية الحلقة:
1- تستخدم اقل قدر من الكوابل.
2- لا تتطلب جهاز مركزي.
3- يمكن التعرف على استلام الرسائل acknowledged بشكل الي.
4- يمكن لكل عقدة ان تعيد توليد الاشارة.

مساوىء نظام الحلقة:
1- اذا فشلت عقدة عن العمل, فان النظام كله سينهار, و هو الامر الغير مسموح به في المصانع.
2- من الصعب عملية تتبع الاعطال Troubleshooting و ذلك لان الاتصالات تتم بانجاه واحد فقط.
3- من الصعب اضافة او حذف العقد, بل انه سيوقف عمل الشبكة.
4- هناك تحديد للمسافة بين العقد.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 76262232

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 76262232

نظام الوصول الى البيانات Media Access Methods

نظام الوصول الى البيانات يعنى بالطريقة التي تتم فيها تنظيم الحركة traffic داخل الشبكة, اي العقد له الاولوية بارسال الرسائل, و ماذا يحدث اذا حصل تصادم بين البيانات؟ هذه النقاط هي التي تحدد كفاءة الشبكة.

هناك العديد من الطرق, و سوف نتعرض الى ما يلي:
1) نظام التوصيل Connection System:الاساس هو نظام التوصيل الذي ياتي اولا يخدم اولا First-come-first-served, و هو يعمل بطريقة مشابهة للاتصالات بين البشر, فنحن نستمع قبل ان نتكلم.
اذا تكلم اثنان معا في نفس الوقت فسيدرك الاثنان انهما يجب ان يتوقفا, و من ثم يقومان بالتكلم فيما بعد, و هذا هو المبدا الذي يقوم عليه (CSMA/CD), يتم في هذا النظام تحسس العقد التي ترغب في ارسال رسالة, و في حال حدوث تصادم فان جميع العقد ستتوقف عن الارسال لمدة معينة و من ثم تعيد الارسال.

2) الترميز العابر Token passing:
في هذا النظام يتم ارسال البيانات من خلال ما يعرف بالترميز Token و هي مجموعة من البيانات, حسب تسلسل معين, عندما يصل الترميز الى عقدة ما يمكنها دخول الشبكة و الارسال لمدة زمنية محددة, قبل ان تقوم بارسال هذا الترميز الى عقدة اخرى.
يضمن هذا النظام لكل عقدة الدخول الى الشبكة و الارسال لمدة زمنية معينة, عادة ما تكون بالملي, و هذا بالخلاف مع النظام السابق حيث تتطال كل عقدة بحقها في الارسال, و تنجح تلك التي ارسلت اولا.

الايثرنت Ethernet

الايثرنت تستخدم النظام CSMA/CD, و بالتالي يوجد هناك القليل من تباطؤ في النظام اذا تم تحميله, اما اذا تم تحميله بشكل كبير فان النظام سيفشل, تستخدم الايثرنت بشكل واسع بسبب رخص ثمن المعدات المستخدمة فيها, حيث لا يساوي ثمنها 10 % من ثمن معدات الترميز العابر Token Ring.
في الايثرنت لا يمكن وضع اولوية للرسائل المهمة, كما شرحنا سابقا,و معنى ذلك ان الانذار Alarm من ناحية و الرسائل غير المهمة من ناحية اخرى يتم ارسالها بنفس الاولوية, على الرغم من هذه المساوىء الا انها تستخدم في العمليات الصناعية بشكل واسع.

انواع الايثرنت:
1)10BASE-2:
كواكسيال كيبل رفيع (قطره 0.25 انش), 10 Mbps, كيبل احادي, يمتد لمسافة 200 متر.
2) 10BASE-5
كواكسيال كيبل ثخين (قطره 0.5 انش), 10 Mbps, كيبل احادي, يمتد لمسافة 500 متر.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 74681735

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 74681735

3) 10BASE-T
كيبل مجدول غيرمحمي unscreened twisted pair,القطر من 0.4 الى 0.6 , السرعة 10 Mbps, كيبل ثنائي.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 80507471

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 90245236

4) 10BASE-F:
كيبل الياف ضوئية Optical Fiber.

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 20818218

موضوع اكثر من رائع وكنت ابحث عنه منذ فتره
خاصة موضوع استخدام شبكات الحاسوب فى التطبيقات الصناعية لانه موضوع غير مطروق كثيرا
وجزاك الله خيرا على هذا المجهود الرائع

بروتوكول TCP\IP

حزمة أنظمة الانترنت هي بنية تصميمية تحدد مجموعة من الأنظمة المستخدمة للاتصال في الشبكات الحاسوبية. تقوم عليها شبكة الإنترنت العالمية حيث تؤمن التوافقية في ارتباط الشبكات المختلفة في ارجاء العالم مع بعضها البعض.

تسمى أحيانا بحزمة النظمTCP/IPوهو مختصر ل transmission control protocol/internet protocol وهي عبارة مجموعة بروتوكولات مرتبطة مع بعضها وتعمل معا.
للحزمة مايقابلها في نظام OSI. الفرق بين الإثنين يكمن في كون الأولى اخترعت لحل مشكلة واقعية في الاتصالات، أما OSI فهو نظري أكثر منه تطبيقي.

وكغيره من بروتوكولات الاتصال، فإن TCP/IP مؤلف من طبقات:طبقة IP هي المسؤولة عن نقل رزم البيانات من حاسب لآخر، حيث يقوم بروتوكول IP بإرسال كل رزمة بناءً على عنوان وجهة المعطيات المؤلف من أربعة بايتات، أو مايعرف برقم IP. وتقوم الهيئات المسؤولة عن الإنترنت بتعيين مجالات من هذه الأرقام لمختلف الشركات، وتقوم هذه الشركات بتعيين مجموعة من أرقامها لمختلف الأقسام.

مميزات برتوكول TCP/IP:
• ليس تابعا أو مملوكاً من قبل شركة أو جمعية كما أقرت جمعية الإنترنت بكاملها استخدامه.
• يوجد فيه العديد من الخدمات لتوصيل أنظمة تشغيل غير متشابهة منها والتي تستخدم (Application Program Interface(APT والذي يجعل الاتصال بين حاسب وأخر لا يعتمد على نظام التشغيل المطبق في أي من الحاسبين
• بنية قياسية لا يتعلق بنوع ا لحاسب وتدعم تقنية الخادم المستخدم.
• إمكانية الدخول للإنترنت وبالتالي الوصول إلى قاعدة بيانات ضخمة حيث يعتبر هذا البروتوكول هو البنية الأساسية لشبكة الإنترنت.

طبقــات بــروتـوكــول (TCP/IP):
الطبقات عبارة عن مجموعة من التوصيات التي تستخدم عند تصميم بينة الشبكة و تعتمد كل المصانع عند تصميم عتاد الشبكات على هذه الطبقات للقيام بامرين وهما :
- إتصال كل طبقة مع الاخرى.
- إعتماد كل طبقة على الطبقات الأخرى بدون ان يكون هناك تعامل حقيقي مع طريقة عمل كل طبقة .

ولتوضيح الطبقات عبارة عن مجموعة من البروتوكولات الموجوده في عددة مستويات كل طبقة تقوم بخدمة ما تقدمها للطبقة التي فوقها وتتطلب هي الخدمة من الطبقه التي تحتها.
و البروتوكول TCP/IP مكون من اربع طبقات وهي :
• Application
• Transport
• Internet
• Network Interface

وكل طبقه تتكون من عدد برتوكولات وتقوم بعمل محدد لخدمة الحواسيب في الشبكة وتمكينها من الإتصال عبر الشبكة .

ويبدأ الترتيب في الطبقات من تحت إلى أعلى وتكون طبقة Network Interface هي أول طبقة تتعامل مع الشبكة إذ تتلخص مهمتها في معرفة البنية المستخدمة في الشبكة هل هي Ethernet او Token-Ring.

اما طبقة Internet فهي مسؤولة عن عنونة الرزم من البيانات بواسطة IP.
وطبقة Transport فهي المسؤولة عن وصول الرزم المرسلة بواسطة طبقة Internet وتستخدم إما بروتوكول TCP او UDP.

وتبقى طبقة Application هي الطبقة المسؤولة عن التأكد من الترميز المرسل عبر الشبكة يستخدم نفس الأبجدية فمعظم الحواسيب تستخدم الترميز ,ASCII ولكن يوجد بعض الحواسيب التي تستخدم الترميز EBCDIC لأجهزة IBM, و أيضا هذه الطبقة مسؤولة عن البرامج المستخدمة في التعامل عبر الشبكة مثل البريد الأكتروني وبرامج قواعد البيانات.
إذا كما نلاحظ أن كل طبقة تقوم بخدمة مختلفة عن الأخرى وتقوم بعمل مهم يخدم مهمة الإرسال.

مكونات البروتوكول TCP/IP:
1) البروتوكول TCP Transmission Control Protocol
كما نعلم أن البرتوكول TCP/IP مكون من بروتوكولات مختلفة كل منها له عمل أو خدمة يقدمها من أجل الإرسال عبر الشبكة وأول بروتوكول هو TCP وهو عبارة عن برتوكول يتحقق من وصول الإرسال Connection-based ويحتاج إلى أنشاء جلسة عمل قبل أرسال البيانات بين الحواسيب, كما يتأكد من أن جميع الرزم التي أرسلت قد تم إستقبالها من الجهاز الاخر وإذا لم تصل هذه الرزم يقوم TCP بإرسالها مره ثانية فاذا تم الإستلام يأخذ شهادة مصادقة ويقوم بإرسال الدفعه التالية, و هكذا.
كما يتفق الحاسبان على الطريقة الأصلح لتحديد كمية البيانات التي سوف يتم إرسالها في وقت واحد وعلى أرقام المصادقة التي سيتم إرسالها عند استلام البيانات وما هو الوقت المناسب لقطع الإتصال ... هذا ما يسمى إنشاء جلسة عمل, وكما ترى فإن هذا البروتوكول قد يسبب حملا زائدا عند إرسال كمية كبيرة من البيانات.

2) البروتوكول UDP User Datagram Protocol
أما البرتوكول الثاني فهو UDP وهذا البرتوكول هو من نوع Noconnection-Based بمعنى الإتصال غير الموثق وهو لا ينشئ جلسة عمل بين الحواسيب أثناء الاتصال وهو لا يضمن وصول البينات مثل ما ارسلت به وهو عكس TCP, ولكن هذا البرتوكول له مميزات تجعل من المستحب إستخدامه في بعض الحالات مثل إرسال بيانات جماعية عامة,و الحاجة إلى السرعة.وتكمن سرعته في عدم حاجته إلى التحقق من دقه الإرسال, كما يستخدم في نقل الوسائط المتعدده مثل الصوت و اليفديو لانها لا تحتاج إلى دقه الوصول. ونستطيع أن نقول أن هذا البروتوكول ذو فاعلية كبيرة وسريع الأداء.
من أهم الاسباب التي أدت إلى إنشاء البروتوكول UDP أن الإرسال عبر هذا البروتوكول لا يتطلب إلا القليل من الحمل و الوقت إذ أن رزمة UDP لا تحتوي على كل المعطيات التي ذكرت مع البروتوكول TCP لمراقبة الإرسال .. لذلك سمى بروتوكول الإتصال غير الموثق.

3) البروتوكول IP Internet Protocol
وهو يعد من أهم البروتوكولات لوجود عنصر العنونة الذي يستخدمه لإعطاء كل حاسب على الشبكة رقما خاصا به ويسمى عنوان انترنت IP Address وهو عنوان متفرد ليس له شبيه في النطاق الشبكي ويتميز IP بميزتين مهمتين وهي التوجيه و شطر الرزم و إعاده الرزم فالتوجيه يقوم بفحص العنوان الموجود على الرزمه ويعطيه تصريح تجول في أرجاء الشبكة وهذا التصريح له مده محددة فإذا انتهت هذه الفترة الزمنية ذابت تلك الرزمه ولم تعد تسبب إزدحام داخل الشبكة.

4) البروتوكول ICMP Internet Control Message Protocol
وهو مسؤول عن رسائل الاخطاء التي تتعلق بتامين وصول IP ويحتوي على رسائل من اشهرها التي تاتي مع الاداة Ping وهي رسالة EchoReqest و Echo Reply

5) البروتوكول ARP Address Resolution Protocol
يقوم هذا البروتوكول بعمل مهم جدا وهو وصف وإرشاد خدمة IP عن العنوان الفيزيائي للعنوان المطلوب, اذ يقوم IP عند إستلام طلب الإتصال بحاسب ما بالتوجه الى خدمة ARP يعمل البروتوكول ARP بالبحث عن العنوان في ذاكرته فإذا وجده و كان العنوان لحاسب في شبكة بعيدة يقوم ARP بتوجيه IP إلى عنوان الموجه Router ثم يقوم هذا الموجه بتسليم الطلب ل ARP حتى يبحث عن العنوان الفيزيايئ لرقم ال IP.
يتعرف هذا البروتوكول على العنوان الفيزيايئ للحواسيب من خلال رقم كرت الشبكة, إذ ان كل كرت يصنع من المصانع المختللفة يكون له رقم فريد, فيحتفظ ARP بهذه الارقام في ذاكرته التي تشبه قاعدة البيانات لجميع الارقام الخاصة في محيط الشبكة ،، و يعتبرهذا البروتوكول من أدوت الفحص التي تستخدم في مراقبة الشبكة وتحديد بعض المشاكل .

OSI Model

- هى مراحل تكون البيانات وتحركها من ال source device (الجهاز المرسل) إلى destination source ال ( الجهاز المستقبل ).

مع بدء التوسع فى مجال الشبكات تم الاجماع على أهمية التوحيد ووضع أساسات يعمل عليها كل من يريد التطوير فى مجال الشبكات حتى يكون هناك ما يسمى بال Standardization فتم تقسيم مراحل تخاطب أى جهازين الى سبع مراحل نظريه وهى ما تم تسميتها بال OSI MODELS .

من المهم فهم هذا النظام لانه مستخدم في جميع انظمة الاتصالات الخطية Bus Systems.
ماهى مميزات ال OSI :
1- انها توفر توحيد قياس ثابت يستخدمه مطورو أجهزة الهاردوير للشبكات .
2- توفر لمطورى برامج السوفت وير التركيز على طبقة واحدة والتى سيعمل عليها البرنامج أو اذا كان سيعمل على عدة طبقات مختلفة حسب الوظيفة التى سيقوم بها .
3- تجعل عملية تطوير كل ما هو متعلق بالشبكات سريعة .

وظائف ال OSI Layers :
1) تستخدم فى حل المشاكل Troubleshooting
فمثلا مهندس الشبكات الناجح هو من يقوم باتباع هذه الطبقات فى حل المشاكل التى قد يوجهها فى شبكته بأن يبدأ ال troubleshooting من ال physical layer ثم الصعود الى أعلى, وذلك يوفر عليه مجهود كبير قد يستغرقه مهندس أخر يعمل بعشوائيه للوصول لسبب المشكله.
2) معرفة كيفية تكون البيانات وما هو شكلها فى كل مرحلة Encapsulations

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 15615249

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 15615249

طبقات ال OSI Model:
1- الطبقة الفيزيائية Physical Layer
- هى المرحلة المادية أو المحسوسة وهى تمثل كل من كروت الشبكة والمودم والكابلات المستخدمة فى الشبكة, وهى التى يتم فيها تحويل البيانات إلى إشارات كهربائية ووضعها على الكابلات ويقوم بذلك كل من كرت الشبكة أو المودم.
والمكونات التى تعمل فى هذة الطبقة هي الكابلات وال HUB وال Repeaters, فما هى إلا وسيط لنقل البيانات ولاتقوم بأى تعديل على البيانات أو عمل إضافات عليها.
وتكون البيانات فى هذه المرحلة على شكل Bits أو نبضات كهربائيه.

2- طبقة ربط البيانات Data Link Layer
وتم تقسيمها إلى Logical Link Control )LLC)
ويتم فيها تحويل ال Bits إلى Bytes ثم تحويلها الى Frames, يتحدد نوع وحجم ال Frame حسب ال Logical Network Topology والمقصود بها طريقة تخاطب الأجهزه هل تستخدم ال Token ring مثلا أم الطريقة الشائعه star.
Media Access Control) MAC)
يتم فى هذه المرحلة وضع ال Mac Address الخاص بكرت الشبكة وهو متفرد ولا يتكرر فى أى جهاز إلى ال Frame, وأيضا بحث طريقة وضع البيانات على الكابل, حيث ان هناك طريقتان: CSMA/CD أو CSMA/CA, وبإختصار دون الدخول فى التفاصيل هى الطريقه التى تستخدم لوضع البيانات على الكابل بطريقه لاتتعارض مع وضع جهاز اخر فى نفس الوقت.
بعض البروتوكولات التى تعمل فى هذة المرحلة
• LAN protocols: 802.2 (LLC), 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), 802.11 (Wireless)
• WAN protocols: HDLC, PPP, Frame Relay, ISDN, ATM

3- طبقة الشبكات Network Layer
وهى المرحلة التى يتم فيها توفير ال Logical Address وهو ال IP ووضعه فى ال Packets أو حزمة البيانات وهنا يتم إضافة ال IP الخاص بالجهاز المرسل والجهاز الاخر المرسل اليه, وايضا يتم تحديد المسار المستخدم لنقل البيانات وهى ما تسمى بال Routing طبقا للبروتوكول المستخدم بين الموجهات فى الشبكة.
وهذه بعض البروتوكولات المستخدمه فى هذه المرحله:
• IP
• IPX
• AppleTalk
• DECNE
4- طبقة النقل Transport Layer
فى هذه المرحلة يتم تحديد إذا كان نوع التواصل Reliable connection-oriented)) أو (unreliable connectionless communications).
Reliable connection-oriented)) وهو التواصل الذى يتطلب الرد من كلا الطرفين من حيث ما اذا كانت البيانات قد تم نقلها بشكل صحيح متكامل أم لا, وهو ما يتطلب ال acknowledgment أي ان الجهاز المستقبل يبلغ المرسل بانه قد تسلم البيانات هى كامله أم لا, ومن الامثلة على ذلك هو بروتوكول TCP/IP.
unreliable (connectionless) communications وهو التواصل الذى لا يتطلب الرد من كلا الطرفين وهو مايستخدم فى حالة الارسال الجماعى Broadcast ولايطلب الرد من المستقبلين.
5- طبقة الجلسات Session Layer
هذه الطبقة هى المسئولة عن الحفاظ على sessions أو الطرق المفتوحه من التواصل فى وقت واحد, بمعنى أكثر للتوضيح أنت مثلا تعمل على الماسنجر وتتحدث مع صديق وفى نفس الوقت تقوم بعمل داونلود وايضا تتصفح باللاكسبلورر كل ذلك فى نفس الوقت هذة الطبقة هى المسئولة عن الحفاظ على ال session المفتوحه لكل تطبيق على حدة فى نفس الوقت.

6. طبقة العروض Presentation Layer
وهى المرحلة التى يتم فيها تحديد نوع وطبيعة البيانات المرسله هل هى **** او صور أو ملفات مضغوطه أم ملفات صوت و صوره وهل هى مشفره أم لا, من الامثلة على ذلك:
• JPEG, BMP, TIFF, PICT
• MPEG, WMV, AVI
• ASCII, EBCDIC
• MIDI, WAV

7- طبقة التطبيقات Application Layer
وهى مرحلة التطبيقات المستخدمه وطريقة تواصل المستخدم مع الجهاز أو ال user interface مثل المتصفح أو الماسنجر أو برنامج يقوم بعمل داونلود أو اى برنامج تستخدمه ويقوم بعمل تفاعل مع الشبكه ويتم هنا تحديد نوع البروتوكول حسب البرنامج والبروتوكول الذى يعمل عليه مثل:
• HTTP
• Telnet
• FTP
• TFTP
• SNMP

اجهزة التوصيل في الشبكات

من المعروف ان شبكات ال LAN محدودة المسافة, و لذلك تستخدم العديد من الاجهزة لزيادة هذه المسافة و للتحكم بالشبكة, و التي غالبا ما نراها في انظمة السكادا.

المكرر Repeaters:
تتعرَّض الإشارة أثناء عملية الإرسال للتشويش والتشويه عبر خطوط النقل، مما ولَّد الحاجة إلى تصميم جهاز يدعى المكرِّر (repeater) يستخدم لإنعاش الإشارة المرسلة عبر الشبكة، بحيث تبقى قوية عند وصولها إلى محطات العمل المستقبِلة لها. ويوجد نوعان من هذه المكرِّرات: تواصلي (analog) يضخِّم الإشارة وحسب، ورقمي (digital) يعيد بناء الإشارة لتصبح قريبة جداً من الأصلية.

الموزِّع الشبكي (hub):
تتصل أجهزة الكمبيوتر في معظم أنواع الشبكات المحلية- عدا شبكات إيثرنت التي تستخدم كوابل محورية (coaxial cables)- بجهاز يقوم بدور نقطة وصل مركزية بين أجهزة الشبكة، وهو يدعى الموزع الشبكي (hub)، ووظيفته هي ربط قِطِع الشبكة (segments) ببعضها.

ومن أنواع الموزِّعات:
• الموزِّع المنفعِل (passive hub): يمرر هذا النوع الإشارات الواردة من القطع (segments) المختلفة للشبكة، وتستطيع جميع الأجهزة الموصولة معه استقبال حزم (packets) المعلومات المارة عبره.
•الموزِّع الفاعل (active hub): يحوي هذا الموزِّع أجزاء إلكترونية تعيد توليد (regenerate) الإشارات المارة في الشبكة. وتكمن فائدته في زيادة معوِّلية الشبكة، والسماح بمسافات أكبر بين أجهزتها. ويوجد منه نوع محسَّن يُدعى الموزع الشبكي الذكي (intelligent hub).

المبدل Switch:
المبدل Switch هو جهاز من أدوات الشبكة يحتوى على عدد من المداخل Ports, بعض هذه المحولات تحتوى على 24 بورت وبعضها يحتوى على 12 مدخل ، والبعض أكثر من ذلك ، وكل بورت يتصل به جهاز واحد أى أن السويتش الذى عدد المداخل فيه 24 يستطيع ان نصل به 24 جهاز بين أجهزة عادية أو خوادم servers.
يقوم المبدل بتوزيع السرعة أو الBandwidth بين أجهزة الشبكة , كل جهاز يحتوي بداخله على كرت شبكة, وكل كرت شبكة يحتوي على رقم لا يمكن أن يتغير أبدا وهو MAC Address , وكذلك لا يمكن ان يتكرر ابدا, فاذا كان لديك 20 جهازمثلا على الشبكة, و اراد جهاز رقم 1 بارسال رسالة الى جهاز رقم 20 , يقوم جهاز رقم 1 بارسال الرسالة الى جميع الاجهزة وهذه الطريقة تسمى Broadcast أو البث المباشر حيث يعمل جهاز المبدل على وضع عنوان كرت الشبكة للجهاز رقم 1 في جدول لديه اسمه MAC address TABLE, فإذا استجاب الجهاز رقم 20 يأخد عنوان كرت الشبكة الخاص بالجهاز رقم 20 ويضعه في نفس الجدول.

فإذا أراد جهاز رقم 1 إرسال رسالة إلى جهاز رقم 20 مرة أخرى يتم إرسالها بطريقة سريعة جدا بدون ان يحدث تزاحم للشبكة لأن الاجهزة سبق وأن سجلت في الجدول.
كل الاجهزة على هذه الشبكة تعمل بنفس الطريقة حتى يملأ الجدول بجميع عناوين الاجهزة. وبهذه الطريقة يكون الاتصال لديك سريع جدا ولا يكون لديك مجال التصادمات collision domains.

يقسم المبدل مجال التصادمات لكل جهاز له مجال تصادم خاص به وبذلك لا يتصادم مع جهاز أخر.

الجسر Bridge:
يعمل هذا الجهاز على ربط شبكتي LAN ببعضهما بحيث يعملان كشبكة واحدة, ينشيء هذا الجهاز جدول توجية routing table يتضمن العناوين الفعلية للاجهزة, يحدد هذا الجدول الوجهة الصحيحة للرسالة المارة فيها. كما يستخدم هذا الجهاز في الحد من تدفق البيانات عبر الشبكة وازدحامها بالرسائل

انواع اجهزة ال bridge :-
Transparent Bridge
سريع جدا في نقل ال data لانة لا يقوم بعملية CRC وهي عملية تاكد خلو البيانت من الاخطاء,كما انه رخيص الثمن.
Mixed Media Bridge
يعمل على التاكد من خلو البيانات من الاخطاء عن طريق CRC ولذلك فهو امن, ويتميز ببطء نقل البيانت بعض الشيء ولكنة المفضل في الاستخدام.

Local Bridge
بيربط بين شبكتين واحدة في غرفة مثلا مع شبكة في غرفة اخرى ( غرفة-مع-غرفة).
Remote Bridge
بيربط بين شبكة في مبنى مع شبكة في مبنى اخر (مبنى-مع-مبنى).

الموجه Router:
يقوم جهاز الموجه بإرسال وتوجيه الحزم الإليكترونية Packets إلى اجهزة الاستقبال وتعد مهمته الأساسية هي تحديد الطريق السليم الذي ستعبر منه هذه الحزم لجهة المستقبل, يحتوي جهاز الموجه على سوفت وير مخصص لهذه العملية بجانب مزايا وخدمات اخرى.
يقوم الراوتر بتوصيل شبكتين او اكثر غير متقاربتين او متقاربتين (مثل على ذلك شبكة في امريكا وشبكة في مصر) مع بعضهم البعض وذلك من خلال معرفة المسار الذي يؤدي إلى الموجه الاخر وذلك من خلال عدة موجهات اخرى!

يوجد نوعان من الموجهات:
1- موجه يعرف ويحدد المسارات التي سوف يتخذها للوصول للطرف الاأخر.
2- موجه يقوم بإرسال الحزم إلى المسار القادم مباشرة بدون تحديد مسار أفضل
بالطبع هناك مسارات افضل من الاخرى (اي اقصر او توفر وقتاً) فإذا قلنا ان هناك بيننا وبين دولة فرنسا 50 موجه كلاً واصلين تلو الاخر (وهذا ما يحدث في الحقيقة) كلاً من هذه الموجهات موجود في مدن عدة منها اقرب ومنها ابعد - يقوم الموجه لدينا بالتحدث مع الموجه الذي يليه وبالتالي يرسل للذي يليه وهكذا حتى يحدد اقرب طريق (وهذه طريقة واحدة من عدة طرق) وبهذا يحدد اي مسار افضل واذا كان هناك مسار مشغول يمكن ان يتجنبه عن طريق مسار اخر.

البوابة Gateway:
يعتبر هذا الجهاز من اذكى اجهزة ربط الشبكات ويعمل في كل مستويات OSI Model وهو جهاز لا يعرفة الكثير ولكن استخداماتة في غاية الاهمية هو جهاز يربط بين شبكتين مختلفتين كليا حيث يعمل هو كمترجم او وسيط بين الشبكتين.
ملحوظة هامة :-
تعد بوابة الاتصال جهازا او برنامجا يتم من خلالها وصل شبكتين تستخدمان بروتوكولات مختلفة وفيما يلي اكثر انواع بوابات الاتصال شيوعا.
وعموما ينقسم ال Gateway الى قسمين:-
1- البوابة الخارجية External Gateway:
يربط بين شبكات مختلفة كليا في البنية مثل ربط شبكة كمبيوتر بشبكة موبيل بشبكة تليفونات ارضية (مثل تقنية Voice over IP).

2- البوابة الداخلية Internal Gateway:
مثل الحواسيب التي تربط الشبكة الداخلية لمزودي خدمات الانترنت Internet Service Provider.

و بذلك نكون انتهينا من هذا الفصل, و ان شاء الله نكون غطينا الاجهزة و البروتوكولات المستخدمة في انظمة السكادا و التي نسمع عنها دائما, و نتمكن ان نتعامل معها.

الفصل الثاني على ملف PDF

على الرابط التالي:

[url]http://www.4shared.com/document/uXgGyOF-/SCADA_2.html [/url]

جزاكم الله خيرا على هذه الدوره الممتازه والتى تحتوى الكثير من المعلومات المفيده فى نظام ال

SCADA

_________________
I am so far behind, I think i am first

شكرا لك يا اخى وجزاك الله خيرا
ولكن الرابط يبدو ان به مشكلة
لا اجد هذا الملف بالرابط
شكرا

eheshame كتب:: شكرا لك يا اخى وجزاك الله خيرا
ولكن الرابط يبدو ان به مشكلة
لا اجد هذا الملف بالرابط
شكرا

اخي الكريم

لا مشكلة بالرابط

فقط اضغط على Skip address على يمين الشاشة و ستظهر لك الرابطة

الفصل الثالث: الهاردوير الخاص باتظمة السكادا

سيتم في هذا الفصل التعرض الى ما يلي:
• وحدات المعالجة المركزية.
• المداخل التشابهية.
• المخارج التشابهية.
• مداخل العدادات.
• المداخل الرقمية.
• المخارج الرقمية.
• واجهات الاتصال.
• مزودات الطاقة.
• الكوابل المستخدمة في الاتصال.

وحدات المعالجة المركزية

وحدات المعالجة المركية هي غالبا الدماغ المفكر و المسؤول عن المنطق logic الخاص بالمصنع, بما يشمل العمليات الحسابية و المنطقية, و هي غالبا معالجات المتوفر منها حاليا من 32-64 بت, و وصلت سرعتها الى 96 MHz, و حجم الذاكرة 8 MB-32 MB, يمثل الشكل التالي ال CPU الخاصة بانظمة ABB.

كما تجتوي هذه المعالجات في الغالب على مداخل خاصة بالاتصالات Communication ports, مثل:
- مدخل ال COM.
- مدخل ال RS 232.
- مدخل ال RS 485.
- مدخل ال Ethernet.

و التي سيتم شرحها في فصول لاحقة, تعتبر هذه المداخل واجهة من اجل توصيل ادوات خاصة بتتبع الاعطال, و تعتبر واجهة للمحطة الرئيسية للتشغيل Operator Station, كما يمكن استخدامها في بعض الاحيان للتوصيل مع وحدات المداخل و المخارج.

دائما ما يوجد على هذه الوحدات LEDs خاصة بالاخطاء و الانذارات التي من الممكن ان تحصل في النظام, بالاضافة الى تعطل ال CPU او فشل البطارية الخاصة بها.
من المفترض ان يكون النظام محتويا على UPS خاص بتزويد الطاقة في حال انقطاع التيار الكهربائي حماية للاشخاص و الالات, في حالة الانظمة الصغيرة يمكن الاعتماد على البطارية الخاصة بال CPU و لكن يجب التاكد من صلاحيتها بشكل دوري.

وحدات المداخل التشابهية Analogue Input Units

تتكون هذه الوحدات من خمس مكونات رئيسية:
- Multiplexer المدخل.
- مضخم اشارة المدخل Amplifier.
- دائرة الكبح Hold Circuit.
- المحول من اشارة تشابهية الى اشارة رقمية.
- واجهة الناقل Bus Interface و دائرة المؤقت.

يوضح الشكل التالي مخططا لاحدى وحدات المداخل التشابهية:

Multiplexer المدخل:
هو جهاز يعمل كواجهة تحويل بين عدة مداخل تشابهية (عادة 16 مدخل) الى المخارج بحيث يتم تفعيل كل مدخل حسب تتابع معين. عادة ما يذهب المخرج الى محول A/D لالغاء الحاجة الى محول خاص لكل مدخل.

المضخم Amplifier:
للتمكن من قراءة الاشارة القادمة من المداخل التشابهية لا بد من تضخيمها للحصول على الدقة اللازمة, بعض الكروت تحتوي على مضخمات داخلية, فيما يسمح بعضها الاخر للمستخدم في اختيار المدى Gain للتضخيم من خلال Software معين.

دائرة الكبح Hold Circuit:
اغلب محولات A/D تحتاج الى زمن ثابت للتحويل يطلق عليه زمن الانطلاق Aperture Time, و ذلك بسبب الحسابات التي تتم داخل المحول, اذا تغيرت الاشارة خلال هذا الزمن فلا بد من دائرة لتثبيت القيمة الداخلة الى المحول خلال زمن كافي ليقوم بعملية التحويل.

المحول من اشارة تشابهية الى اشارة رقمية A/D Converter:
و هو اهم اداة داخل الوحدة, و هو يعمل على التحويل من اشارة تشابهية الى رقمية للتعامل معها من خلال وحدة المعالجة المركزية CPU, و لذلك فعند التعامل مع اشارات تشابهية لا حاجة لتحويلها الى رقمية, لان وحدات المداخل التشابهية تقوم بذلك من تلقاء نفسها.

واجهة الناقل Bus Interface و دائرة المؤقت:
واجهة الناقل توفر الالية التي يتم من خلالها نقل البيانات عبر الكرت الى ذاكرة الحاسوب, و لارسال اي اعدادات مثل قيمة المدى Gain Chanel, او اي اوامر اخرى الى الكرت. من الممكن ان تكون الواجهة Interface 32,64 Bit, و يجب ان تكون متوافقة مع وحدة المعالجة المركزية.

طرق الشبك:
من الضروري عند التعامل مع وحدات مداخل التشابهية الحذر عند شبك الكوابل الخاصة بالحساسات او الاجهزة المشابهة (التي يتم التعامل معها من خلال الاشارة مثل بلف التحكم Control Valve). و الا فستظهر مجموعة من الاخطاء سواء في الجهاز او في دقة القياس.
هناك طريقتين لربط الاجهزة و الحساسات الى وحدات المداخل التشايهية, قبل التعرض اليهما لا بد من الاخذ بعين الاعتبار الملاحظات التالية:
- كل الاشارات يتم قياسها نسبة الى الارضي الخاص بالكرت التشابهي, AGND و الذي هو عبارة عن 0 V.
- HI و LO يشيران الى مدخل الاشارة التشابهية, حيث ان LO هو مرجعية الاشارة, اما ال HI فهو قيمة الاشارة, اما Esn فتمثل قيمة الاشارة (VHIn-VLOn), و n هو رقم المدخل Channel المشبوكة عليه الاشارة, اي ان الاشارات التشابهية بحاجة الى سلكين ليتم ربطها.
- AMP LO هو المدخل المرجعي للمضخم الفرقي الخاص بالكرت, و هو يختلف عن AGND, و لكن من الممكن ربطهما معا.
- بسبب مقاومة اطراف التوصيل, فان الارضي عند مصدر الاشارة البعيد يكون على فرق جهد مختلف عن الارضي AGND, و هذا ما يطلق عليه فولتية الوضع المشترك Common Mode Voltage Vcm, في الحالة المثالية فان Vcm تكون صفر, و لكن ذلك لا ينطبق على الحياة الواقعية, و لذلك فان فولتية الكرت هي Es+Vcm.

اولا: المداخل الفردية:
هذا النوع من الكروت يتم شبك سلك واحد فقط على كل مدخل, و هو المصدر HI, فيما يتم شبك ما اطراف ال LO الى المشترك Common و يتم شبكها الى AGND, هذا النوع من التوصيل يعاني من مشكلة Common Mode Voltage, و هو حساس بشكل كبير الى الضجيج Noise, و هو غير مناسب للتوصيلات التي تتجاوز ال 0.5 M. اما ميزات هذه الطريقة فتتمثل في انها تسمح باستخدام اكبر عدد من المداخل, و سهلة التوصيل.

ثانيا: المداخل الفرقية:
تمثل المداخل الفرقية الحصانة الامثل ضد الضجيج Noise, و يجب ايضا استخدام هذا النظام عند شبك الحساسات و الاجهزة البعيدة عن بعضها, و التي لا يمكن ان نشبكها على نفس الارضي, في هذه الطريقة يتم توصيل الفولتية المرجعية المشتركة الخاصة بكل قناة الى الطرف السالب للمضخم كما هو مبين في الشكل, و بالتالي يتم طرح ال Vcmn الفردية في كل قراءة, اي انه بغض النظر عن الاشارة المؤثرة على القيمة الحقيقية فانه سيتم طرحها, و تبقى القيمة الحقيقية للاشارة.
الا ان هذا النظام يحتوي على عدد اقل من المداخل channels و يتطلب تعقيدا اكبر في شبك الاسلاك.

جزاكم الله خيرا على الشرح الرائع

_________________
I am so far behind, I think i am first

بعض الامثلة على وحدات المداخل التشابهية:

- الوحدات ذات ال 8 مداخل ABB AI801, و التي يمكن شبك اشارات 4-20mA, او 0-20 mA. وذذلك حسب الاطراف التي تشبك عليها, فمثلا هناك 3 اطراف A,B,C. C المرجعي Return, فلو شبكت على A فيجب ان تكون اشارة الحساس من 4-20 mA, اما اذا شبكت على B فيجب ان تكون اشارة الحساس من 0-20 mA, و هكذا.
- الوحدات ذات ال 8 مداخل ABB AI810, يمكن شبك اشارات من 4-20 mA, او من 0-20 mA, او من 0-10 V, او من 2-10 V.
- الوحدات ذات ال 4 مداخل AI 820, يمكن شبك اشارات من -20 – 20 mA, او من 4-20 mA, او من 0-20 mA. او ما يطلق عليخ اشارات TTL من 0-5 V, او من 1-5 V, او من -10 – 10 V.
- بعض الحساسات مثل ال Thermocouple تعمل على تغيير الظاهرة الفيزيائية و هي الحرارة الى مقاومة كهربائية, و للحصول على الاشارة المناسبة لا بد من ما يطلق عليه بكرت ال Converter, او استخدام الوحدات ذات ال 8 مداخل ABB AI825, و التي من الممكن ان تشبك عليها ال Thermocouple مباشرة, او ال Pt 100.
ان هذه بعض الامثلة على وحدات المداخل التشابهية المتوافرة, و من الضروري ان نعرف ان اغلب الشركات الخاصة بالاوتوميشن تعمل بنفس الطريقة, فهي توفر مجموعة من الانواع لمخنلف التطبيقات, فيجب الانتباه الى توع الاشارة التي يتم شبكها.

وحدات المخارج التشابهية

كما هو الحال في وحدات المداخل التشابهية, يتوفر عدد كبير من الخيارت فيما يتعلق بوحدات المخارج التشابهية, هذه الاشارات من الممكن ان تكون متحكمة ببلف التحكم Control Valve او مخمد السيرفو Servo Damper او البلف التناظري Proportional Valve.

و كما يبين الشكل السابق فان هذه الوحدات تعمل بشكل مشابه لوحدات المداخل التشابهية, حيث تتعرض الاشارة الرقمية القادمة من وحدة المعالجة المركزية الى التحويل الى اشارة تشابهية يتم تضخيمها بالاضافة الى وجود Buffer لحفظ الاشارة.

جزاكم الله خيرا اخى الكريم على الدوره الرائعه

_________________
I am so far behind, I think i am first

جزاكم الله خيرا ..........كان نفسى ابدأ دوره من الاول والحمد لله ربنا حققلى امنيتى .........معك حتى النهايه ........وجزاكم الله خيرا المهندس عبد المصلح

وحدات المداخل الرقمية

من الامثلة على المداخل الرقمية عدد كبير من الحساسات التي تعمل كمبدلات Switches و التي تعطي اشارة 0 او 1, مثل مبدلات الضغط و التدفق و المستوى, فمثلا من الممكن استخدام حساسي مستوى من نوع المبدلات لمعرفة ما اذا كان خزان قد وصل الى حده الاقصى او حده الادنى.
كما ان اشارات المرجعية feedback تعتبر كذلك من الامثلة على مثل هذه الاشارات, مثل اشارة رقمية من كونتاكتر تشير فعليا الا انه قد اغلق, او اشارة من Limit Switch عدد اثنين موضوعان على بلف لمعرفة ما اذا كان البلف قد اغلق فعليا او فتح.
توفر معظم الكروت الخاصة بوحدات المداخل الرقمية من 8, 16 الى 32 مدخل لكل كرت, يجب الانتباه الى مصدر الطاقة Power Supply الخاصة بهذه الكروت, و التي غالبا ما تكون 24 V DC, و يتم عادة استخدام المرحلات Relays, للتحويل من ال 220 V AC الى 24 V DC.
عادة ما يستخدم العزل الضوئي Optical Isolation على كل من المداخل الرقمية, و ذلك حماية لهذه الوحدات من خطر دائرة القصر short circuit, فما يحصل على الحساس المربوط لا يؤثر على الوحدة, فاذا حصل عطل في احدى المداخل فمن الضروري ان لا يؤثر على المداخل الاخرى او على CPU

من الممكن شبك الوحدات اما Source او Sink كما هو مبين في الشكل, لاحظ دائما ان ال Source هو الذي يعطي الطاقة للحساس و يربط فيه ال V+ بمصدر الفولتية 24 V DC و يربط ال COM مع الحساسات.
اما ال Sink فياخذ طاقته من الحساس و يربط ال COM مع 0 V DC.

وحدات المداخل الرقمية التراكمية

وحدات المداخل الرقمية التراكمية او العدادات, تستخدم هذه الوحدات في حالة وجود نبضات Pulses على المدخل مثل الانكودر, فعندما تكون كمية النبضات التي يعطيها بعض انواع الانكودر هي 15 الف نبضة في الثانية, فقد لا يتمكن المدخل الرقمي من الوصول الى التردد المناسب للاشارة, و لذلك لا بد من استخدام مثل هذه الوحدات الخاصة.

كما يبين الشكل التالي احد كروت العدادت السريعة من سيمنز:

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 22031574

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 22031574

وحدات المخارج الرقمية

تستخدم المخارج الرقمية Digital Outputs لاعطاء الاوامر من النظام الى كويل الكونتاكتر مثلا ليعمل من خلاله المحرك, او الى بلف ليفتح او يغلق.

من الممكن استخدام احد الخيارات التالية في التعامل مع المخارج الرقمية:
- مبدلات الترياك Triac Switches.
- الريليهات.
- Transistor Transistor Logic.

من الشائع استخدام الترياك, و عادة ما يربط فايرستور و هو عنصر الكتروني متغير المقاومة على المخرج لحماية الكرت من التغيرات الكهربائية, حيث ان الترياك لا يمكن تشغيله او اطفاؤه بالكامل, بل ان له قيمة مقاومة قد تكون قليلة جدا او عالية جدا, و لذلك بالرغم من ان الترياك مطفا الا انه قد يمرر تيارات متسربة Leakage Current عالية. لذلك يجب الانتباه الى المدة التي يكون فيها الترياك في وضع الاطفاء بحيث لا تدمر التيارات الكرت.

كما يبين الشكل من الممكن استخدام الريليهات لضمان عدم تجاوز التيار الحد المسموح به, و بالذات التيارات الحثية, كما تستخدم الفيوزات ايضا لحماية الكرت, و الذي عادة ما يساوي 60 % من عدد المخارج مضروبا في التيار المسموح به في كل مخرج.
فمثل لو كان لدينا كرت يسمح للمخرج الواحد ب 2A, وعدد المخارج هو 8, فان التيار الاقصى سيساوي:
60%( 8 * 2) = 9.6 A.
ان تجاوز هذا الحد سيؤدي الى ارتفاع حرارة الكرت و قد يؤدي الى تلفه.

يجب الانتباه ايضا الى ال Sinking و Sourcing, ففي حالة ال Sinking فان الوحدة تحصل على التيار الخاص بها من مصدر فولتية خارجي, و في حالة ال Sourcing فان الوحدة تحصل على التيار من المخرج الرقمي.

عند الشبك مع احمال حثية فمن الافضل ربط Fly wheeling Diode لانظمة ال DC, و الذي غالبا ما نراه على السلينويد Solenoid, او ربط مكثف و مقاومة بالنسبة لانظمة ال AC, و ذلك لحماية الكرت من الارتفاع المفاجىء بالفولتية Spike كما تبين الاشكال:

واجهات الاتصال

تعتبر واجهات الاتصال Communication Interface احد اهم قطع الهاردوير في نظام السكادا, فهي التي يتم من خلالها عمل اتصال بين وحدات المداخل و المخارج الموزعة Distributed و بين ال CPU.
من الامثلة على هذه الوحدات و التي سيت شرح الانظمة المستخدمة لها في فصول لاحقة:
- RS-232/RS-442/RS-485.
- خطوط الهاتف Dialup telephone lines.
- المايكرويف Microwave/MUX.
- الساتلايت Satellite.
- PROFIBUS.

يبين الشكل التالي واجهة اتصال PROFIBUS من شركة سيمنز:

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 96565768

دورة في السكادا و انظمة الاتصالات 96565768

جزاكم الله خيرا على الشرح الممتاز واعانك الله على اتمام الدوره

_________________
I am so far behind, I think i am first

» دورة في انظمة السكادا iFIX
» سؤال عن السكادا
» كيفية نقل برنامج السكادا من جهاز كمبيوتر الى اخر ؟؟؟؟؟
» موسوعة كتب الاتصالات Communications
» منحة وزارة الاتصالات