تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

تُعتبر الأتمتة الصناعية أمراً بالغ الأهمية في الصناعات الضخمة، مثل: صناعة السيارات، والطاقة، والأسمنت، وغيرها من الصناعات، فهي تزيد الكفاءة التشغيلية وجودة المنتج، وتساهم في تحسين الأمان في مكان العمل، تعدُّ الدقة والكفاءة من الأمور الأساسية في العمليات الصناعية، وبدون أنظمة التحكم الفعّالة، قد تتحول العمليات الصناعية إلى فوضى كبيرة.

يُعتبر نظام التحكُّم الإشرافي وتحصيل البيانات (Supervisory Control and Data Acquisition) أو اختصاراً (SCADA) نوعاً من أنواع أنظمة التحكُّم المُصمّمة لجمع البيانات من المعدات والآلات الصناعية، فهو يراقب أنظمة التحكُّم الصناعية (Industrial Control System)، ويؤمن للمشرفين الصناعيين نظرةً كاملةً للبيانات حول حالة التشغيل.

يراقب المشرفون مخرجات معلومات النظام في غرفة التحكُّم من خلال واجهة مستخدمٍ رسومية، ويعدُّ هذا التكامل بين الأتمتة والمراقبة البشرية أمرًا أساسيًا للحفاظ على الكفاءة التشغيلية والسلامة. ^[1]

ما هو نظام التحكم سكادا؟

هو مزيجٌ من الأجهزة والبرامج التي تمكّن من أتمتة العمليات الصناعية من خلال الالتقاط الآني لقيم بيانات تكنولوجيا التشغيل (Operation technology). وهو يستخدم بشكلٍ أساسي للتحكُّم في العمليات الصناعية المنتشرة على مناطق جغرافية كبيرة ومراقبتها. يربط نظام SCADA الحسّاسات التي تراقب المعدات، مثل: الحسّاسات التي تراقب المحركات، والمضخات، والصمامات بخادم (Server) في الموقع أو عن بعد.

يُمكّن نظام SCADA المؤسسات من التحكُّم في العمليات محليًا أو في المواقع البعيدة، ويُمكّن المؤسسة من اكتساب وتحليل وعرض البيانات آنياً، ويسمح بالتفاعل المباشر مع الأجهزة الدقيقة، مثل: الحسّاسات، والصمّامات، والمضخات، والمحركات، ويُمكّن المؤسسة من تسجيل الأحداث وأرشفتها للرجوع إليها في المستقبل، وإنشاء التقارير.

أنظمة SCADA تساعد المُشغّل على مراقبة العملية الصناعية لاكتشاف الأخطاء، والتدخُّل للإصلاح في الوقت المناسب، وبحسب مكونات نظام التحكُّم المُستخدم SCADA، يمكن رؤية حالة العمليات الصناعية من محطة عمل المُشغّل المطلّة على الموقع الصناعي، أو من واجهة المُستخدم البشرية (HMI) الموجودة بجوار الآلات مباشرة، أو حتى من منزل الموظف. ^[1]

ما هي المكونات والميزات المشتركة لجميع أنظمة الـ SCADA؟

تتكون جميع أنظمة SCADA من عدة مكوناتٍ أساسية: ^[2]

1- الأجهزة الحقلية الميدانية (The Field Devices)

تُعتبر عناصر إدخالٍ أساسية، مثل: الحسّاسات، والصمّامات، والمحركات التي تجمع البيانات من العملية التي تتمُّ مراقبتها أو التحكُّم فيه، وهي تشارك بشكلٍ مباشرٍ في التشغيل، ويتمُّ التحكُّم فيها ومراقبتها بواسطة المُتحكّمات الميدانية.

2- المُتحكّمات الحقلية الميدانية (The Filed Controllers)

تعتبر عناصر أساسية لأنظمة الـ SCADA، حيث تسمح لمشغلي غرفة التحكُّم بعرض بيانات العملية الصناعية، وإصدار الأوامر، وهي تعالج البيانات باستخدام الخوارزميات لاتخاذ قرارات العمليات الصناعية الميدانية. وهناك نوعان من المُتحكّمات الميدانية:

النوع الأول: هو الوحدات التحكّمية الطرفية عن بعد (RTUs)، والتي تجمع البيانات من الحسّاسات المتوزّعة في جميع أرجاء المصنع، وتنقلها إلى محطة التحكُّم الرئيسية.

النوع الثاني: هي وحدات التحكُّم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، والتي تتصل مع المحركات للتحكُّم في العمليات، وتشكل صلة الربط بين المراقبة والتنفيذ.

3- الكمبيوتر الإشرافي (Supervisor computer)

هو الكمبيوتر الرئيسي الذي يشرف على عملية أنظمة (SCADA) بأكملها، حيث يقوم بجمع البيانات من الأجهزة الحقلية، ويؤمن الأوامر إلى المتحكّمات في الحقل، ويعمل كقائدٍ للعملية التحكُّمية.

4- شاشات المراقبة والتشغيل (HMI)

توضع فيها واجهات رسومية تتيح للمشغلين عرض البيانات الآنية من وحدات التحكُّم الطرفية (RTU)، وإجراء التعديلات اللازمة على إعدادات المُتحكّم.

5- تجهيزات البنية التحتية للاتصالات (Communication infrastructure)

تتضمن الأنظمة التي تتيح التواصل بين الأجهزة الميدانية والمُتحكّمات، والتي يمكن أن تكون سلكيةً أو لاسلكية.

6- أجهزة أمان الشبكة (SCADA Network Security)

يتعرض أمن شبكات SCADA للتدقيق بسبب التهديد من الهجمات الإلكترونية وحرب الإنترنت، وهي موضوعٌ مهمٌّ جداً للعديد من الشركات الكبيرة والحكومات.

ما هي البنية الهيكلية الهندسية لنظام سكادا؟

تتكون بنية نظام SCADA من عدة طبقات، حيث تلعب كل طبقةٍ دورًا حاسمًا في الأداء العام وكفاءة النظام. فيما يلي تفصيل للمستويات الخمس المميزة: ^[2]

1- المستوى الأول: الأجهزة الحقلية الميدانية

تشكّل هذه الطبقة الأساس لنظام سكادا، وتتكون من الحسّاسات والمُشغّلات التي تتوزع في المعمل أو الميدان. تجمع الحسّاسات أنواعًا مختلفةً من البيانات من البيئة أو العملية الصناعية، مثل: درجة الحرارة، أو الضغط، أو معدل التدفُّق. بينما تقوم المُشغّلات بتنفيذ إجراءاتٍ بناءً على الأوامر الواردة، مثل: فتح أو إغلاق الصمّامات أو بدء تشغيل المحركات.

2- المستوى الثاني: المُتحكّمات الحقلية الميدانية

وتتضمن المُتحكّمات التي توضع في موقع العملية الصناعية، مثل: وحدات التحكُّم الطرفية عن بعد (RTUs)، والمُتحكّمات المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تتصل هذه الأجهزة مباشرةً مع الحسّاسات والمُشغّلات، وهي تجمع البيانات من الحسّاسات، وترسل أوامر التحكُّم إلى المُشغّلات، وتلعب دوراً رئيسياً في المعالجة الأولية للبيانات، وفي الحسابات السريعة، وفي الاستجابة المؤتمتة لمتغيرات الأجهزة الحقلية (الميدانية).

3- المستوى الثالث: أجهزة الإشراف الميدانية (Local Supervisory)

تجمع المعلومات من المُتحكّمات الميدانية وتنظمها، وتؤمن عقدة تحكُّمٍ ومراقبة أكثر مركزية. تعتبر هذه الطبقة مسؤولةً عن عمليات الحساب والمعالجة المعقّدة جداً، واتخاذ القرار بناءً على المعلومات التي تمّ تنظيمها، ويمكن أن تصدر أوامر محددة إلى المُتحكّمات الحقلية الميدانية.

4- المستوى الرابع: التحكُّم في الإنتاج (Production control)

يتضمن هذا المستوى شبكةً من العديد من أنظمة الإشراف المحلية. يتمُّ تجميع البيانات من هذه الأنظمة، وإدارة العمليات على نطاقٍ أوسع. تركز هذه الطبقة على إنشاء التقارير والرؤى الحيوية للتحكُّم في الإنتاج، وتحليل الكفاءة، واتخاذ القرارات الاستراتيجية.

5- المستوى الخامس: محطة المراقبة الرئيسية

هي قمة الهيكلية في نظام سكادا، وهذه المحطة تحتوي نظام الحاسوب الذي يدير جميع العمليات التي تجري في نظام سكادا. تعتبر محطة المراقبة بمثابة المحور المركزي لجمع المعلومات، والتحكُّم في العمليات، وتحليل النظام، واتخاذ القرارات على مستوى عالي.

تضمن هذه المحطة التشغيل السهل والشامل لنظام سكادا كاملاً، مما يعطي المُشغّلين القدرة على المراقبة الشاملة لحالة النظام التحكُّمي، والتمكُّن من اتخاذ القرارات المبنية على المعلومات الشاملة، وذلك من أجل إدارة العملية الصناعية بشكلٍ صحيح. ^[2]

يتمُّ تصميم كل مستوى من مستويات الهيكل البنيوي لنظام سكادا لكي تعمل معًا بسهولة، ولضمان وصول المعلومات والبيانات بكفاءة، وللحصول على الاستجابة السريعة للتغييرات في بيئة المعمل، وللحصول على التحكُّم الفعّال في النظام الصناعي كاملاً.

يسمح هذا الهيكل الهرمي بالتحكُّم المحلي على المستويات الأدنى، والإشراف المركزي على المستويات الأعلى، مما يجعل أنظمة سكادا متعددة الاستخدامات، وذات فعاليةٍ عالية في إدارة العمليات الصناعية المُعقّدة. ^[3]