Su Dağıtım Sistemi için SCADA Sistem Haberleşmesi Planlaması Planning SCADA System Communication for Water Distribution System

Transkript

1 Su Dağıtım Sistemi için SCADA Sistem Haberleşmesi Planlaması Planning SCADA System Communication for Water Distribution System Serdar GÜNDOĞDU 1 Özge ŞAHİN 2 1 Dokuz Eylül Üniversitesi 2 Dokuz Eylül Üniversitesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü Buca-İZMİR Buca-İZMİR 1 e-posta: serdar81_35@hotmail.com 2 e-posta: ozge.sahin@deu.edu.tr Özet Son yıllarda, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemleri, otomatik kontrol ve bilgi aktarımı için önemli teknolojik yapılar haline gelmiştir. Bu sistemler, su dağıtım sistemi gibi pek çok endüstriyel işlevin yanında, nükleer füzyon gibi bazı deneysel tesislerde de kullanılmaktadır. SCADA sisteminde üç ana bileşen vardır. Bu bileşenler; merkezde bulunan ana istasyon, uzak terminal birimleri(rtu lar) ve ana istasyon ile RTU lar arasındaki haberleşme ortamlarıdır. Sistemde RTU lar ile merkezi birleştiren ve köprü görevi yapan haberleşme yapısının verimi çok önemlidir. SCADA sistemleri için seçilmiş olan haberleşme yapısı ve yöntemleri, bazı parametrelere bağlıdır. Bu yüzden SCADA sistem donanımları farklı haberleşme yöntemleri ile uyumlu çalışmalıdır. Yapılan bu çalışmada SCADA haberleşme yöntemleri, haberleşme için gerekli teknikler, standartlar ve haberleşme protokolleri ele alınmıştır. Ayrıca, temel bir su dağıtım sistemi için kurulacak SCADA sisteminin iletişim planlaması yapılmıştır. Anahtar sözcükler: SCADA sistemi, RTU, modülasyon, Çoğullama, Protokol, Trafik, Telsiz Abstract In recent years, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems have been important technological structures for automatic control and information transfer. These systems are used not only in most industrial processes as water distribution systems, but also in some experimental facilities such as nuclear fusion. There are three major components in a SCADA system. These components are the master station, the remote terminal units (RTUs), and the communication media between the master station and the RTUs. The efficiency of communication architecture between master station and the RTUs are very important. Selected communication architecture and methods depend on some parameters. Therefore, SCADA system equipments have to be in accordance with various communication methods. In this study, an overview of SCADA communication methods, required techniques, standards and protocols for communication are considered. In addition, communication system design of SCADA for a water distribution system is planned. 1.GİRİŞ SCADA sistemlerin üç ana bileşeni vardır: RTU lar, merkez istasyonlar ve haberleşme ortamları[1]. SCADA sistemi izleme, danışma, kontrol ve veri toplama işlevlerini yerine getirir. Danışma ve uzaktan kontrol işlevi, belli bir cihazı veya tesisi uzaktan kontrol edebilmek, bunların verilen kontrol komutuna göre çalışmasını sağlayabilmek ve davranışlarının kontrol komutları doğrultusunda olup olmadığını doğrulayabilmektir. Danışmanlı kontrol sistemi, bir iletişim kanalı üzerinden çoğullama tekniği kullanılarak, uzak ve geniş coğrafi bölgeye yayılmış olan çok sayıda cihaz ve tesisin sistem operatörü (işletmeci) tarafından işletilmesi olarak tanımlanır. SCADA sistemleri kullanılarak uygulama yazılımı geliştirmek için protokollerin 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 [2 3]. SCADA sistemlerinde kullanılabilecek birçok iletişim ortam vardır (Şekil 1). Aşağıda belirtilen iletişim ortamlara ek olarak web tabanlı kontrol sistemleri de gelişmektedir [4]. Gerilim Hatları, Fiber Optik, Metalik Kablolu Özel Hatlar, Kiralanmış PTT Telefon Hatları ve Kablolu TV Hatları, Kablosuz haberleşme, Mikrodalga, Uydu RF iletişimi, Analog ve Sayısal Telsiz RF iletişimi, GSM-Data Call ve GPRS RF iletişimi.

2 Asenkron iletimde veriler, iletim ortamına gönderilirken başlarına başlama biti sonlarına da durdurma biti koyularak gönderilir. Terminal veya aralıklı bilgi paketleri gönderme türünden uygulamalarda böyle bir yöntem idealdir. Bu, hızlı senkronizasyonun istendiği yerlerde, kısa mesajlar için avantajdır. Senkron iletimde, başlama ve durdurma bitleri kullanılmaz. Karakterler birbiri ardına bloklar halinde gönderilirler. Senkronizasyonu kurmak uzun bir zaman periyodu gerektirdiğinden kısa mesajlar için dezavantajdır. Şekil 1: Tipik SCADA sistem haberleşme mimarisi SCADA haberleşme mimarisi aşağıda belirtilen etkenlere göre belirlenmektedir [5]. Sistemde kullanılacak RTU'ların sayısı, RTU ya bağlı birimler ve bu birimlere ulaşım hızı, RTU ların yerleşimi, Elde bulunan haberleşme kolaylıkları, Ulaşılabilecek haberleşme teknikleri ve araçları. 2.HABERLEŞME TEKNİKLERİ Veri elde etmede ve kontrol sırasında kullanılan iletişimin hızı SCADA sistemini önemli ölçüde etkilemektedir. Buna bağlı olarak kontrol merkezindeki kullanıcı arabirimleri ve uygulama yazılımları da etkilenmektedir. 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 hızlı iletilememesi halinde bir anlamı yoktur. SCADA sisteminin en yüksek başarı düzeyi ile uygulanması iletişim sistemine bağlıdır. SCADA'nın başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için güvenilir, maliyeti düşük ve gerekli tüm fonksiyonlara sahip, her türlü ortamda çalışabilen bir iletişim sistemine sahip olması gerekir. SCADA sisteminde veri iletişiminde kullanılan modemler kendi karakteristiklerine göre sınıflandırılırlar: Mesafe (Kısa menzil, ses sınıfı, geniş bant), Hat tipi (Dial up, kiralık, RF, mikrodalga vb.), Modülasyon (QAM, FSK, PSK, vb.), Çalışma şekli (Simplex, Half duplex, Duplex), Senkronizasyon (Senkron, Asenkron), Veri oranı. Sistemin çalışma şekli ve senkronizasyon veri iletişiminde önemlidir. Simplex haberleşme şeklinde sistemdeki tüm birimler alma ve gönderme işlemlerini tek bir frekans üzerinden; duplex haberleşme de ise farklı frekanslar üzerinden yaparlar. 2.1.İletişimde kullanılan temel modülasyonlar Veri iletmede en iyi tasarım, önemli ölçüde modülasyon tekniğine bağlıdır. Bazı modülasyon teknikleri, diğerlerinden daha yüksek iletim hızlarına izin verir ve tüm teknikler, maksimum veri hızlarını ve hata oranlarını doğrudan etkiler. Genlik, frekans kaydırmalı anahtarlama ve faz kaydırmalı anahtarlama modülasyonları tekniği olarak en çok kullanılan sayısal modülasyon yöntemleridir. FSK ve PSK, ikili sistemin 1 0 (mark-space) durumlarını frekansa veya faza modüle ederek sayısal iletişimi sağlarlar. En basit ikili iletişim metodu olan FSK, düşük performanslı ve verimli olup asenkron veri iletişimde kullanılır. ASK, elektronik uygulaması nispeten basit olsa bile pratik kullanım açısından fazla tercih edilmez. GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) sayısal veri iletiminde bant genişliğini azaltarak, kanal artırımını sağlayan ve sınırlı bant genişliğinin etkin kullanıldığı ikili iletişim metodudur. SCADA sisteminde kullanılan haberleşme ortamlarından olan GSM ve ikinci nesil sayısal telsiz sistemlerinden olan TETRAPOL (Fransız PMR üreticisi olan MATRA tarafından ortaya atılmış), GMSK modülasyon yöntemi üzerine kurulmuştur. QPSK sisteminde, saniyede gönderilen bit sayısı, aynı bilgiyi göndermek için PSK da gerekli bit oranının yarısıdır. Bunun sonucu, iletim bant genişliği yarıya inecektir. Fakat hata olasılığı artacaktır. İşaret gücü arttırarak aynı performansı arttırmak mümkündür. SCADA iletişim aracı olarak kullanılan ikinci nesil sayısal telsiz sistemlerinden olan TETRA, π/4-dqpsk modülasyon yöntemini kullanmaktadırlar [6]. 2.2.Çoğullama Çoğullama yöntemlerin arasında en basit ve açık yol FDMA yöntemidir. FDMA ile frekans spektrumu, frekans uzayında birbiri üzerine taşmayan bölmelere ayrılır. Bu yöntem genelde analog sistemlerde kullanılır. FDMA en eski ve en önemli olan radyo vericilerinin aynı spektrumda veri göndermesini sağlayan sistemdir. Mobil telefonlarda, TETRAPOL ve APCO 25 telsiz sistemlerinde kullanılır. TDMA yönteminde spektrum, zaman uzayında bölümlere ayrılmaktadır. TETRA telsiz sistemlerinde bu teknik kullanılmaktadır. TDMA erişim tekniği bireysel kanal ihtiyacı olan kullanıcı yoğunluğunun fazla olduğu sistemlerde kullanılmaktadır. TDMA yöntemini

3 kullanan TETRA sisteminin, FDMA erişim tekniğinin kullanılan başka bir sistemle aynı kapsama alanına erişebilmesi için 1,5 2 kat daha fazla baz istasyonu gerekmektedir. CDMA yönteminde ise, tüm kullanıcılar aynı frekans bandını kullanırlar ve aynı anda iletim yaparlar. CDMA, 3G-GSM dağınık frekans spektrum tekniğidir. 2.3.Veri yapısı SCADA merkezi ile RTU lar arası veri iletişimi yaparken seri mesajların kullanımına ihtiyaç duyulur. Bütün mesajlar üç temel yapıdan oluşur (Şekil 2). Verici, alıcı ve RTU adresleri arasında senkronizasyonu sağlayan mesaj kurulumu bölümü, Kodlu verileri alıcı kısmında çözümlemek ve onları uygun bir biçimde kullanmak için bilgi bölümü, Bilginin güvenliğini kontrol etmek ve mesajı sonlandırma işini yapacak mesaj bitirme bölümü. işlemleri, kontrol adresi ise donanım ve setpoint için denetleme işini yerine getirmektedir. Setpoint RTU tarafından kabul edilen değerdir. Merkezden gelen bilgiler RTU lar tarafından değerlendirildikten sonra bir araştırma mesajı (checkback message) üretilir ve merkeze gönderilir. Araştırma mesajını alan merkez RTU lara bir uygulama mesajı (execute message) gönderir. Veri alışverişi istenilen işlemin yapıldığını gösteren bir işaretin merkeze iletilmesi ile son bulur [7]. Merkezden RTU lara veri akışlarında kullanılan planlamaya benzer bir planlama RTU lardan merkeze bilgi aktarımı sırasında da kullanılır (Şekil 4). Şekil 4: RTU-Merkez veri alışverişi Şekil 2: Tipik asenkron mesaj biçimi Bu örnekte mesajlaşma verimi 12/32 veya % 37,5 dir. Buradaki hesap, bilgi mesajında bulunan 12 bitin toplam mesajlaşma için harcanan 32 bite oranıdır. 3.MERKEZ-RTU VERİ ALIŞVERİŞİ SCADA merkezinden RTU lara iletilen bilgiler genelde cihaz kontrol, ayarlanacak setpoint kontrol veya büyük miktarda veri iletimi içindir. Şekil 3: Merkez-RTU veri alışverişi Sistemin veri alışverişi sırasındaki karşılaştığı problemler veya alıcılar tarafından alınan kötü sinyallere karşı ek bir güvenlik gereklidir. Merkezden RTU lara veri akışı belirli bir planlama çerçevesinde yapılır. Bu aşamalar, Şekil 3 de mesaj kurulumu ve mesaj bitirme alanları haricinde gösterilmektedir. Fonksiyon kodu RTU tarafından yapılması gereken Fonksiyon kodu RTU tarafından transfer edilen veri tiplerini belirlemektedir. Veri tanımlama bölümü SCADA merkezinin istediği tip ve miktardaki veriyi tanımlar. RTU tarafından iletilen güncel her bir mesaj aynı zamanda RTU nun buffer bölgesinde tutulur. Eğer SCADA merkezi RTU dan gönderilen mesajları düzgün alamazsa, bu özellik sayesinde yeniden iletim isteğine geçer. Aksi halde veri kaybolur. SCADA merkezleri ile RTU'lar arasında veri transferlerinde üç tip veri kullanılır: Güncel veriler (current data), oluştuğu anda verilerin sabit bir kopyasını barındırmada kullanılan kayıtlı veriler (data snapshot), ve durum değişikliğinden sonraki veriler (data by exception reporting). 4.STANDARTLAR VE HABERLEŞME PROTOKOLLERİ SCADA sistemi içerisinde iletişim yollarına dağıtılmış kontrol sistem öğeleri ve uzak terminal birimlerinin haberleşebilmeleri belirli standartlar ve iletişim protokolleri sayesinde gerçekleşir. Veri iletişim protokolleri kontrol merkezleri arasında, kontrol merkezi ile RTU'lar arasında ve RTU'ların birbirleri arasında yapılan iletişimin binary veri veya mesaj yapısını belirleyen kurallar setidir. İletişimde farklı protokoller kullanılabilir. Kullanılacak birden fazla port sayesinde kontrol merkezinin birden fazla RTU yla, RTU'ların birden fazla kontrol merkezi ile haberleşmesi mümkündür. Ayrıca bu portların aynı iletişim protokolünü kullanması şart değildir. İki portta, iki farklı iletişim protokolü kullanılabilir. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, birbiri ile iletişim kuracak bir MTU (merkezde bulunan RTU) ile RTU

4 arasında aynı protokolün kullanılmasının zorunlu olmasıdır. algoritmalardan oluşan bu çok katmanlı yapıdır. Birçok standart kuruluşunun (IEEE, IEC vs.) çeşitli amaçlar, uygulamalar ve ortamlar için geliştirdiği/önerdiği iletişim protokol setleri OSI referans modelinin özüne uygundur. IEC iletişim protokolleri, kontrol merkezleri arası iletişimi ve kontrol merkezleri ile RTU lar arasındaki iletişimi düzenlemekte olan bir protokoldür. SCADA sistemlerinde kullanılan bazı temel protokoller aşağıda özetlenmiştir: IEC (T101), iki sistem arasında temel tele-kontrol mesajlarını göndermeye yarayan bir haberleşme profilidir. Seri iletişim için kullanılan bu protokolde iletim katmanı ve uygulama katmanı mesaj biçimini belirtir[8-9]. Şekil 5: SCADA bileşenleri arasında iletişim İyi bir iletişim protokolü, gönderilen mesajların alıcıya tam ve doğru olarak ulaştığını garanti edebilmeli, fiziksel ortamdaki gürültülerden dolayı mesaj bozulmaları olduğunda ilgili mesajları tekrar göndererek istenilen işlevi tekrar sağlayabilmelidir. Katmansız protokoller, noktadan noktaya veya noktadan birkaç noktaya iletişimde kullanılmaya uygundur. Ayrıca özel bir ortam için geliştirilmişlerdir, hata tespiti yoktur, tüm fonksiyonlar tek bir yazılım ve donanımla yapılmaya çalışılmıştır. Bunlar bir iletişim protokolü için dezavantajdır. Katmalı protokoller yukarıda belirtilen dezavantajları gidermektedir. Bu protokollerde uygulama yazılımlarına teknik sınırlama ya da iletişim ağından dolayı sınırlamalar gelmez. SCADA bileşenleri arasında genel bir haberleşme şeması Şekil 5 de gösterilmiştir. ISO komiteleri, ağ iletişimini bir standarda oturtmak için OSI (Open System Interconnection) modeli denilen bir standart geliştirilmiştir. Model ağları yedi katmanda incelenmektedir. OSI modeli, protokoller arasındaki uyumluluğu ve farklı ağlar arasındaki geçişi kolaylıkla sağlar. Bu yüzden birçok kullanıcı ISO/OSI modelini kullanmak istemektedir. Oldukça yaygın olarak kullanılan TCP/IP protokolü OSI standartlarına uymamaktadır, fakat bir standart haline gelmiştir. Veri iletişim protokolleri, tarafından tanımlanan OSI modeline uygun ve SCADA uygulamaları için özel olarak tasarlanmış esnek ve güvenilir bir protokol olması gerekir. Ancak; ISO/OSI modeli veri iletişim protokolü ile ilgili 7 katmandan oluşan teorik bir referans modelidir. Şu anda OSI modeline tamamen uygun bir protokol seti mevcut değildir. Buradan hareketle, herhangi bir ağ yapısında haberleşme amaçlı kullanılan iletişim protokol setleri, temel haberleşme işlevlerini sağlayabilmek için en azından fiziksel, veri bağı ve uygulama katmanı algoritmalarına ve çoklukla buna ek olarak taşıma ve ağ katmanları protokollerine de sahiptir. OSI referans modelinin temeli, her bir katmanı farklı görev ve sorumluluğa sahip DNP3 (Distributed Network Protokol), proses otomasyon sitemlerinde kullanılan bileşenler arasında iletişimi sağlayan bir protokoldür. Daha çok elektrik ve su şirketlerinde kullanılır. Endüstride kullanışı çok yaygın değildir, fakat teknik olarak mümkündür. Kullanıcı verileri için çoğullama, hata kontrolü, iletim kontrolü, veriyi parçalarına ayırma gibi özellikleri vardır. Son zamanlarda birçok modern modem DNP3 mesajlarını TCP/IP üzerinden taşımaktadır. HDLC (High Level Data Link Control), temelde noktadan noktaya haberleşmeler için kullanılan OSI 2 katmanında yer alan bir iletişim protokolüdür. Temel fonksiyonları; fiziksel ortamın kullanılabilir olup olmadığını denetlemek, doğru alıcının veriyi alıp işleme koyduğunu doğrulamak ve verinin hatasız bir şekilde hedefe ulaşıp ulaşmadığını denetlemek olarak açıklanabilir. Bu protokol modern Ethernet protokolünün öncüsüdür. Genelde proses kontrol sistemleri için kullanılan MODBUS yavaş işleyen bir protokoldür. MODBUS Master/Slave mantığı üzerine kurulmuş olup, her bir master 247 slave izin verebilmektedir. Protokol, yedi fonksiyon içerir: Çıkış kontrol komutları, Girişlerin okunması için giriş kontrol komutları, Bir veya daha fazla tutulu kayıtlı bilginin okunması ve yazılması için kayıtçı (register) kontrol komutları, Arıza teşhis testleri ve raporları, Program fonksiyonları, Tarama kontrol fonksiyonları, Reset. Profibus protokolü jeton geçirme (token pass-floating master) tabanlıdır. Profibus in 3 farklı tipi vardır: Fieldbus mesajlaşma verileri (FMS): Genel veri elde etme sistemlerinde kullanılır. Dağıtılmış çevrebirimleri (DP): Haberleşme hızının önemli olduğu yerlerde kullanılır.

5 Proses otomasyonu (PA): Yüksek güvenilirlik ve güvenli haberleşmenin gerektiği yerlerde kullanılır. Genel olarak kabul edilmiş protokoller kullanarak maliyetin azaltılması SCADA sisteminin kurulmasını kolaylaştırır. Bir SCADA iletişim protokolünden beklenen özellikler aşağıda sıralanmıştır. İletişim ortamından bağımsız olmalıdır. Elde bulunan ortamlarda çalışabilmelidir. Yüksek düzey fonksiyonları karşılayabilmeli, konfigürasyonu değişken mesajları ve yüksek hızdaki iletişimi sağlayabilmelidir. Firma bağımlı olmamalıdır. Tanınmış temel standartları içermelidir. ISO/OSI standartlarına uygun olmalıdır. Asenkron bayt tabanlı olmalıdır. Geniş olarak veri nesnelerini desteklemelidir. Hatasız veri iletimi için kodlama tekniklerini içermelidir. Veri gönderirken azami hız sağlanmalıdır. Geniş adresleme yeteneği olmalıdır. Farklı alarm düzeyleri tanımlanabilmelidir. Sisteme ait yapılandırma önerilebilmelidir. Tam tanımlı ve detaylı bilgi verilebilmelidir. Sistem test edilebilmelidir. Yukarıda açıklanan şartları sağlayan protokoller, tüm çabaların yeni teknolojiler geliştirmeye yöneltilmesini, yeni teknolojilere hızlı uyum sağlanabilmesini ve satış maliyetlerinin azalmasını sağlayacaktır. 5.SU DAĞITIM SCADA SİSTEMİ İÇİN İLETİŞİM PLANLAMASI Bu bölümde, örnek olarak bir su dağıtım sistemi ele alınmış ve bu sistemin kurulacak SCADA sı için haberleşme alt yapıları tasarlanmaya çalışılmıştır. SCADA sistemi dağıtılmış bir yapıya uygulanmıştır. Derin kuyuların, depoların ve pompa istasyonların izlenebilmesi ve denetlenebilmesi için her bir istasyona birer RTU düşünülmüştür. İstasyonlara konulan RTU sayısı toplamda 150 dir. İstasyonların bazıları birbirine çok yakın olduğu gibi, bazıları birbirine çok uzaktır. Sistem için önermekte olduğumuz haberleşme yöntemi APCO 25 adı verilen sayısal telsiz sistemidir. Bu sistemin seçilme nedeni, diğer sayısal telsiz sistemlerine göre avantajlarının fazla olmasıdır. Her bir istasyonda bulunan uzak terminal birimlerinin SCADA merkezi ile haberleşmesin, sayısal telsiz yöntemi ile yapılması planlanmış olup telsiz sisteminin kapsama alanı dışında kalan bölümler için ise kablolu haberleşme ve GPRS haberleşmesi düşünülmüştür. Ayrıca RTU(lar)-RTU(lar) arasında haberleşmenin gerekli olduğu yerlerde, istasyonlar arasında yatay haberleşmelerin kurulması gerekmektedir. Sayısal telsiz sistemleri için kurulacak sitelerin maliyetleri yüksektir. İlk kuruluş aşamasında pahalı bir yöntem olmasına karşı uzun vadede avantajlı bir sistemdir. Telsiz sistemi için kurulacak sitelerin yerleri çok önemlidir. Bu yerlerin seçimi iletişim verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Telsiz sisteminin kurulması maliyetli, buna karşın sistemde kullanılacak frekansların yıllık kiralama ücretleri düşüktür. Bu yöntemin başka bir avantajı, telsiz alt yapıları sisteme ait olduğu için iletişimde yaşanılan problemlerin çözümü daha kolay olup başka bir firmaya bağımlılık yoktur. Telsiz sistemler için en büyük problem, farklı kaynaklardan gelen bozucu işaretlerdir. Eğer RTU lara yakın yerlerde, kullanılan frekansa yakın bir frekansla çalışan ve güçlü yayın yapan bir yapı varsa iletişimde problem yaşanabilir. Bu durumda kullanılan frekans, değiştirilerek problem çözülebilir. Haberleşmede trafik (erlang) hesabı önemlidir. Ele alınan sistemde telsiz kullanılacak RTU sayısı 120 dir. Bu sistem için gerekli bazı temel değerler Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1: Telsiz haberleşmesi için trafik hesabı Telsiz sistemi için parametreler Değerler Toplam RTU sayısı 120 Site sayısı 8 Site başına düşen RTU sayısı 15 Meşgul olasılığı 2 % Toplam gerekli telsiz sayısı 2*8 (site) Toplam trafik (erlang) 1,6824 Bu hesaplamalar sonucunda, sistem için gerekli site sayısı 8 olup site başına düşecek telsiz sayısı 2 dir. 2 sayısı aynı zamanda kiralanması gereken minimum frekans sayısıdır. Seçilen meşgul olasılığı %2 dir. Uydu sistemleri, SCADA için seçilebilecek en hızlı ve en sorunsuz haberleşme yöntemidir. Diğer haberleşme yöntemlerine göre verimin en yüksek olduğu sistemlerdir. SCADA iletişiminde kullanılabilecek temel yöntemlerden birisi de GPRS sistemidir. GPRS, GSM firmalarının alt yapıları kullanılarak oluşturulan bir yapıdır. GPRS sisteminde ücretlendirme, çağrı süresine göre olmayıp aktarılan veri miktarına göre yapılır. GSM-Data Call modunda bu ücretlendirme çağrı süresi üzerinden yapılmaktadır. SCADA haberleşmesi için GPRS seçimi, GSM-Data Call seçimine göre daha avantajlıdır. Tablo 2 de su dağıtım sistemi için düşünülen iletişim yöntemlerinin karşılaştırılması gösterilmiştir( + arttıkça avantaj artar). Uydu, GPRS ve GSM haberleşme sistemlerinin veri aktarım oranları telsiz sistemine göre daha iyidir. Buna karşın iletişim planlaması yapılan su dağıtım sistemi için seçilen telsiz sistemi veri aktarım oranı açısından yeterlidir. Uydu, GSM ve GPRS sistemleri için verilecek yıllık faturalar, telsiz sistemine göre daha fazladır. Bu sistemlerin alt yapılarının başka firmalara ait olması ayrı bir

6 dezavantajdır. Su dağıtım sisteminin iletişim seçiminin telsiz şeklinde önerilmesi bu nedenlere dayanmaktadır. RTU modemleri, sistemde kullanılacak haberleşme türlerine paralel olarak belirlenmektedir. Su dağıtım SCADA sında IEC protokolleri kullanılır ve yeterlidir. Bunun yanında kullanılması düşünülen enerji analizörlerinden gelecek akım ve gerilim bilgileri ortak bir protokolle alınabilir. RTU ve enerji analizörünün her ikisi de bu protokolü (örneğin MODBUS) desteklemek zorundadır. Tablo 2: Su dağıtım sistemi için RF iletişim yöntemlerinin karşılaştırılması Parametreler Telsiz GPRS Uydu GSM Veri aktarım oranı İlk kuruluş maliyeti Yıllık maliyeti Dışarı bağımlılık SCADA İletişim seçimi SONUÇ Bu çalışmada, SCADA sistem haberleşmesinde kullanılacak iletişim teknikleri ve yöntemleri, haberleşme mimarisinin kuruluş şartları, verilerin iletim şekilleri ve yapıları, uzak terminal birimleri ile merkezler arasındaki veri alışveriş biçimleri, iletişim seçimlerine göre modem yapıları, haberleşmeyi büyük ölçüde etkileyecek protokolleri ve standartları ele alınmıştır. SCADA sistemlerinin iletişim seçimine, belirli faktörlere bakılarak karar verilmektedir. Haberleşme seçimi yaparken dikkat edilmesi gereken temel özellikler bir örnek üzerinden anlatılmaya çalışılmıştır. Bu örnek, bir su dağıtım sistemi için düşünülen SCADA sisteminin haberleşmesi olmuştur. Sistemde bulunan RTU noktaları, kurulacak SCADA merkezine uzak ve dağıtılmış yapılarda olduğu belirtilmiştir. Bu tür bir uygulamada haberleşme seçimi RF sinyalleri ile yapılan türden olmalı yönünde görüş bildirilmiştir. Telsiz sistemlerinde kullanılan veri aktarım oranlarının, uydu ve GSM yöntemlerine göre düşük olup su dağıtım sistemleri için yeterli olduğu verilmiştir. Bu sistemlerin ilk kuruluşlarının site kurma maliyetleri nedeniyle pahalı olmalarına karşı uzun vadede avantajlı bir sistem olduğu açıklanmıştır. Diğer haberleşme yöntemleri gibi yıllık işletme masrafları yüksek değildir. Kurulan sistemin SCADA işletmesine ait olduğu bakım ve onarım işlerinin daha rahat yapılmakta olacağını dışarı bağımlılığının az olduğu anlatılmıştır. Bu açıklamalar ışığında, su dağıtım SCADA sı için önerilen yöntemin telsiz sistemi olduğu görülmüştür. Son olarak su dağıtım sistemleri için ihtiyaç duyulan temel haberleşme protokolleri verilmiştir. Haberleşme işlemlerinin yapılabilmesi için yönteme uygun modemlere gerek olduğu anlatılmıştır. Telsiz seçiminin yapılmasıyla birlikte iletişim için gerekli güvenlik önlemleri üzerinde çalışılmaktadır. Kullanılacak sayısal telsizlerin, önceki SCADA da kullanılan analog telsizlerle uyumu planlanmaktadır. Kaynakça [1] McDonald, J.D, ``Developing and Defining Basic SCADA System Concepts'', Rural Electric Power Conference: B3/1 - B3/5, 1993 (IEEE). [2] Berçin N., SCADA Sistemlerinin İncelenmesi ve O.G. Elektrik Dağıtım Tesislerinde Uygulanması, İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Haziran [3] Topak H., Bilgisayarlı Veri Toplama ve Veri Kontrol, Mersin Üniversitesi. [4] Wei-Fu Chang, Yu-Chi Wu and Chui-Wen Chiu, Development of a Web-Based Remote Load Supervision and Control System, International Journal of Electrical Power&Energy Systems, Vol. 28, Issue 6, July p [5] Gaushell Dennis J. and Block Wayne R., ``SCADA Communication Techniques and Standarts'', IEEE Computer Application in Power, 6(3):45-50, [6] Ertekin Ö., Telsiz Haberleşme Sistemleri, Aselsan Dergisi. [7] Gaushell Dennis J. and Darlington Henry T., Supervisory Control and Data Acquisition, Proceedings of the IEEE, Vol. 75, 1987, p [8] Clarke G.-Reynders, D., Practical Modern SCADA Protocol, IDC Technologies, Great Britain, [9] Ward M. P., An Architectural Framework For Describing Supervisory Control and Data Acquisition Systems, Naval Postgraduate School-California, Thesis, September 2004.