T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İÇME SUYU ÜRETİM TESİSLERİNDE, KLOR ÖLÇÜMLERİNİN
SCADA SİSTEMİNE TAŞINMASINDA GPRS HABERLEŞME
YÖNTEMİNİN UYGULANMASI
YUSUF ONUR KARAKAYA
YÜKSEK LİSANS TEZİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
YÜKSEK LİSANS PROGRAMI
DANIŞMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERSEN KURU
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İÇME SUYU ÜRETİM TESİSLERİNDE, KLOR ÖLÇÜMLERİNİN
SCADA SİSTEMİNE TAŞINMASINDA GPRS HABERLEŞME
YÖNTEMİNİN UYGULANMASI
Yusuf Onur KARAKAYA tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı’nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Tez Danışmanı
Dr. Öğr. Üyesi Ersen KURU Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Dr. Öğr. Üyesi Ersen KURU
Düzce Üniversitesi _____________________
Prof. Dr. Ali ÖZTÜRK
Düzce Üniversitesi _____________________
Prof. Dr. Erdal BEKİROĞLU
Bolu İzzet Baysal Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
16 Temmuz 2020
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Dr. Öğr. Üyesi Ersen KURU’ya en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Bu çalışma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen sevgili eşim Çağla’ya ve bana her daim varlığıyla ilham veren oğlum Kıvanç Bora’ya, işyeri amirlerime ve değerli dostum Feyyaz ÇAM’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİL LİSTESİ ... vii
KISALTMALAR ... viii
SİMGELER ... ix
ÖZET ... x
ABSTRACT ... xi
1.
GİRİŞ ... 1
2.
GPRS HABERLEŞME AĞININ KURULMASI ... 3
2.1.SERVER-CLIENT(İSTEMCİ-SUNUCU)MİMARİSİ ... 3
2.1.1. Klor Analizörü Sinyal Çıkış Parametresinin Ayarlanması ... 3
2.1.2. Klor Sinyalinin PLC Bağlantısı ... 5
2.1.3. PLC ve Gprs Modemin Haberleşmesi ... 6
2.1.4. Tasarlanan Haberleşme Şeması ... 6
3.
PLC’LER ARASI VERİ TRANSFERİ ... 8
3.1.UZAKNOKTADAKİPLCİÇERİSİNDEKİYAZILIMIN OLUŞTURULMASI ... 8
3.1.1. Klor Sinyali Ham Değeri İçin Uzak noktadaki PLC İçerisinde Bir Tag Oluşturulması ... 8
3.1.2. Uzak Noktadaki (İstemci Noktadaki) PLC İçerisinde, Hata, Çalışıyor ve Programlama Modları İçin Tag Adresleri Oluşturulması ... 9
3.2.MERKEZPLCİÇERİSİNDEKİYAZILIMINOLUŞTURULMASI ... 11
3.2.1. Ham Değerin Merkez PLC Tarafından Uzak noktadaki PLC’den Okunması ... 11
3.2.2. Ham Değerin Ölçeklendirilerek Anlamlandırılması... 13
3.2.3. PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC Tarafından Uzak noktadaki PLC İçerisinden Okunması ... 14
3.3.SCADASAYFALARININTASARLANMASI ... 15
3.3.1. SCADA Tag Adreslerinin Tanımlanması ... 15
3.3.2. Geçmişe Yönelik Veri Takibi (Trend) ... 16
3.3.3. SCADA Sayfalarının Tasarımı ... 17
3.3.3.1. Klor Takibi İçin Tasarlanan SCADA Ekranı ...17
3.3.3.2. PLC Durum Bilgileri İçin Tasarlanan SCADA Sayfası ...18
4.
BULGULAR VE TARTIŞMA ... 20
4.1.MESAJKOMUTLARIOKUNMASIKLIĞININ(FREKANS)PLCDÖNGÜ SÜRESİNEETKİSİ... 20
4.1.1. Her Bir Client (İstemci)’den Bir Analog Veri Transferinde Merkezdeki PLC’nin Döngü Süresi ... 20
4.1.2. Tasarlanan Sistemin Tam Kapasiteyle Çalışması Durumunda Merkezdeki PLC’nin Döngü Süresi ... 21
4.2.1.1. Client (İstemci) Modem Data (Veri) Kartı Kapasitesinin Aşılması ...22
4.2.1.2. Server (Sunucu) Modem Data (Veri) Kartı Kapasitesinin Aşılması ...23
4.2.2. İnternet Kesilmelerinin Veri Transferine Etkisi ... 23
4.2.3. Modem Anteninin Uzatılmasının Veri Transferine Etkisi ... 23
4.2.4. Klor Ölçüm Analizöründe Yaşanan Arızaların Veri Transferine Etkisi 23 4.2.4.1. Analizörün Sağlıklı Çalışmaması ...23
4.2.4.2. PLC İle Klor Analizörü Arasındaki Haberleşmedeki Sorunlar ...24
5.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 25
6.
KAYNAKLAR ... 27
7.
EKLER ... 30
7.1.EK1:GPRSMODEMİNGENELTANITIMI ... 30
7.1.1. Modemin Ön Yüzü ... 30
7.1.1.1. Güç Ledi ...30
7.1.1.2. Alarm Ledi ...30
7.1.1.3. VPN Aktif Ledi ...31
7.1.1.4. LTE 4G Ledi ...31
7.1.2. Modemin Arka Yüzü ... 31
7.2.EK2:KABLOSUZHABERLEŞMEYÖNTEMLERİ ... 32
7.2.1. Kablosuz İletişim ... 32 7.2.1.1. Wifi ...32 7.2.1.2. Bluetooth ...32 7.2.1.3. Zigbee...32 7.2.1.4. Radyo Frekans (RF) ...33 7.2.1.5. Gsm/Gprs ...33
7.2.2. GPRS Haberleşme Yönteminde Sistem Güvenliği ... 34
7.2.3. VPN... 34
7.2.3.1. Uçtan Uca VPN’ler ...34
7.2.3.2. Uzak Erişim VPN’ler (Remote Access VPN) ...34
7.2.3.3. Güvenlik Duvarı VPN’ler (Firewall VPN) ...34
7.2.3.4. Kullanıcıdan Kullanıcıya VPN (User to User VPN) ...35
7.2.4. Sertifikasyon ... 35
7.2.5. Kontrol Sistemi Bileşenleri ... 35
7.2.5.1. PLC (Programmable Logic Controller) ...35
7.2.5.2. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ...35
7.2.5.3. OPC (Ole For Process Control) ...36
7.3.EK3:GPRSMODEMDATABASE(VERİTABANI)VE SERTİFİKALARINOLUŞTURULMASI ... 36
7.3.1. Database (Veri tabanı) ve Sertifikaların Oluşturulması ... 36
7.3.1.1. Database (Veri tabanı) Oluşturulması ...37
7.3.1.2. Root’un (Çatının) Oluşturulması ...37
7.3.1.3. Server (Sunucu) Modem İçin Sertifika Oluşturulması ...37
7.3.1.4. Client (İstemci) Modemler İçin Sertifika Oluşturulması ...37
7.3.2. Sertifika Dosyaların Dışa Aktarılması ... 37
7.4.EK4:GPRSMODEMHABERLEŞMEAYARLARI ... 38
7.4.1. Modem IP’sinin Ayarlanması ... 38
7.4.2. 4G İnternet Ayarlarının Yapılması ... 38
7.4.3. Modeme Sertifika Dosyasının Yüklenmesi ... 38
7.4.4. Modem Open VPN Server (Sunucu) Ayarlarının Yapılması ... 38
7.4.5. 4G Modem Open VPN Client (İstemci) Ayarları ... 38
7.5.EK5:BİLDİRİKABULYAZISI ... 39
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Klor Analizörü. ... 4
Şekil 2.2. Bağlantı Şeması. ... 4
Şekil 2.3. PLC ve Analog Giriş Kartı. ... 5
Şekil 2.4. Analog Giriş Kartı Sinyal Bağlantı Şeması. ... 6
Şekil 2.5. Haberleşme Şeması. ... 7
Şekil 3.1. Kart Konfigürasyonu. ... 9
Şekil 3.2. Analog Sinyal Ham Değeri. ... 9
Şekil 3.3. GSV Komutu. ... 10
Şekil 3.4. BTD Komutu. ... 10
Şekil 3.5. Ham Değerin Uzak Noktadaki PLC’den Okunması. ... 12
Şekil 3.6. LIM Fonksiyonu. ... 12
Şekil 3.7. Zamanlayıcı Komutu (Timer). ... 13
Şekil 3.8. Ölçeklendirme. ... 14
Şekil 3.9. Uzak noktadaki PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC’ye Transferi. ... 14
Şekil 3.10. BTD Komutu İstemci Noktasındaki PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC’ye Transferi. ... 15
Şekil 3.11. Klor Sinyali SCADA Tag Adresi. ... 16
Şekil 3.12. Sinyallerin Kaydedilmesi. ... 16
Şekil 3.13. Grafiklerin Çizdirilmesi. ... 17
Şekil 3.14. SCADA Sayfası. ... 18
Şekil 3.15. PLC Durum Bilgileri SCADA Sayfası. ... 19
Şekil 4.1. Merkez PLC Döngü Süresi. ... 21
Şekil 4.2. Merkez PLC Tam Kapasite Durumu Döngü Süresi. ... 22
Şekil 7.1. Modem Ön Yüzü. ... 30
Şekil 7.2. Cihazın Arka Yüzü. ... 31
KISALTMALAR
Bit Binary Digit
BTD Bit Field Distribute
CPT Compute
Gprs General Packet Radio Service
Gsm Global System For Mobile Communications
GSV Gate State Value
IP Internet Protocol
LIM Limit
LTE Long Term Evolution
MOV Move
OPC Ole for Process Control
PLC Programmable Logic Controller
RF Radio Frequency
SCADA Süpervisory Control And Data Acquisition VPN Virtual Private Network
SİMGELER
GB Gigabyte
GHz GigaHertz
kbps Kilo bit per second
mA Miliamper
mg/l Miligram litre oranı
ÖZET
İÇME SUYU ÜRETİM TESİSLERİNDE, KLOR ÖLÇÜMLERİNİN
SCADA SİSTEMİNE TAŞINMASINDA GPRS HABERLEŞME
YÖNTEMİNİN UYGULANMASI
Yusuf Onur KARAKAYA Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
Danışman: Dr Öğr. Üyesi Ersen KURU Temmuz 2020, 39 sayfa
Bu çalışma, bir içme suyu üretim tesisinde, merkezi SCADA sisteminden uzak ve dağınık mesafelerde bulunan klor ölçüm sonuçlarını, kablosuz bir yöntemle merkeze taşınması ihtiyacıyla gerçekleştirilmiştir. Klor ölçüm sonuçlarını merkez SCADA’ya aktarmak için yöntem olarak GPRS haberleşme seçilmiştir. Tesiste tecrübe edilen RF haberleşme yerine GPRS haberleşme yönteminin uygulanmasında, lokasyonların merkeze uzaklığı ve engebeli ortam koşulları nedeniyle etkili olmuştur. Modemler arasında sunucu-istemci haberleşme mimarisi tasarlanmıştır. Analizör verileri lokal PLC’lere alınarak istemci görevi üstlenen GPRS modem ile internete çıkarılmış, merkez noktadaki sunucu modem aracılığıyla da merkezi PLC’ye ve oradan da SCADA’ya taşınmıştır. SCADA içerisinde tasarlanan grafik sayfaları ile operatörlerin verileri hem anlık hem de geçmişe yönelik takip etmesi ve hızlı aksiyon alması sağlanmıştır. Çalışma sonucunda veri transferini olumsuz yönde etkileyen unsurlar da incelenmiştir. İnternette yaşanan kesintilerin, arızaların (modem, PLC, analizör ve kablo arızaları) GPRS haberleşmesini olumsuz yönde etkilediği görülmüştür. İncelemeler sonucunda, veri transferi için yazılmış PLC lojikleri arasında yer alan mesaj komutlarının sayısının ve çağrılma sıklıklarının, PLC döngü süresini etkilediği ve bu durumun da veri transferini dolaylı yoldan veri transferini etkilediği gözlemlenmiştir. Hızı ve internetin çektiği dünyanın her yerinden veri aktarılabilir olması, olumlu yanı olarak belirtilebilir. Haberleşmenin sürekliliği için internetin kesintisizliğine ve GSM şirketine bağlı kalınması sebebiyle, veri akışındaki kesintilerin önem arz etmediği proseslerde uygulanabilir olduğu, kritik prosesler için (özellikle ekipman kontrolünde) güvenilir bir haberleşme yöntemi olmadığı kanaatine varılmıştır.
ABSTRACT
APPLICATION OF GPRS COMMUNICATION METHOD FOR
TRANSFERRING CHLORINE MEASUREMENTS TO SCADA
SYSTEM IN POTABLE WATER PRODUCTION PLANT
Yusuf Onur KARAKAYA Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Electric Electronical Engineering
Master’s Thesis
Supervisor: Assoc. Dr. Lecturer Ersen KURU July 2020, 39 pages
This study was carried out in a potable water production facility with the need to transfer chlorine measurement results, which are located at distant and scattered distances from the central SCADA system to the center by a wireless method. GPRS communication was used as the method to transfer chlorine measurement results to the central SCADA. It was effective in the application of GPRS communication method instead of RF communication experienced in the facility due to the distance of the locations to the center and rough ambient conditions. The chlorine analyzer data was taken to the local PLCs and brought to the internet via GPRS modem, which acts as a client, and moved to the central PLC and then to SCADA via the server modem at the center. Graphic pages were designed in SCADA that operators are able to follow the data both instantly and retrospectively to take action fast. As a result of the study, the factors that adversely affect data transfer were also examined. Internet interruptions, failures (modem, PLC, analyzer and cable failures) were found to negatively affect GPRS communication. As a result of the examinations, it has been observed that the number of message commands and frequency of calls which are among the PLC logics written for data transfer, affect the PLC cycle time and this situation affects data transfer indirectly. The fact that it is fast and data can be transferred from anywhere in the world attracted by the internet can be stated as its positive side. Due to the continuity of the internet for the continuity of the communication and the GSM company, it was concluded that it is applicable in processes that interruptions in data flow are not important, and it is not a reliable communication method for critical processes (especially in equipment control).
1. GİRİŞ
Günümüz dünyasında veriye ulaşmak ve uygun bir şekilde değerlendirmek çok boyutlu bir hal almıştır. İnsanoğlunun karakterinde, bilgiye erişmek ve o bilgiyi yorumlayarak çıkarımlarda bulunmak, süzgeçten geçirip hayatını bilgiye göre şekillendirmek her zaman olmuştur.
Endüstriyel sistemlerde veriyi doğru ölçmek kadar o veriyi takip edebilmek ve yorumlamak, prosesin kalitesi ve sürekliliği açısından önem teşkil eder. Genel olarak veriler, ölçüm noktasına yerleştirilen sensör ile algılanır ve sensörün almış olduğu veri transmitter adı verilen cihaza iletilir. Türkçe anlamı dönüştürücü olan transmitterin görevi, sensörden alınan basınç, sıcaklık, akış, seviye, titreşim gibi verileri belirli standartlara çevirmektir. Endüstriyel standartlar arasında 4-20 mA (Miliamper), 0-20 mA (Miliamper), 0-10 V (Volt) gibi birimler yer almaktadır.
Bu çalışmada, birden fazla lokasyonda anlık ölçüm yapabilen klor analizörleri analog sinyallerinin, merkezde bulunan PLC’ye kablosuz transferi gerçekleştirildi. Kablosuz veri transferinde Gprs haberleşme yöntemi kullanıldı. Tasarlanan SCADA sayfası ile, verilerin anlık takibi sağlandı. Benzer çalışmaları şu şekilde sıralayabiliriz.
Y. Güngör, tez çalışmasında, DC motorun hız ve moment kontrolünde Gprs haberleşme yöntemi uygulamıştır. Çalışmasında, internet tabanlı C# programlama dilinde SCADA sistemi tasarlamış ve uzaktan kontrol uygulaması gerçekleştirmiştir [1].
İ. U. Duran, tez çalışmasında, bir otonom aracın bilgilerini Gps modülü ile internet aracılığıyla sunucuya aktarmış ve bu aracın konumunu sunucu üzerinden takip etme, aynı zamanda araca hedef pozisyon girerek kumanda edebilme üzerine çalışmıştır. Bu çalışmasında mikrodenetleyici kullanmıştır [2].
E. Topuz, herhangi bir sisteme kolayca adapte edilebilen, gprs haberleşme yöntemi ile verilerin internet sayfasına aktarılmasını sağlayan ve sms atma özelliği taşıyan bir sistem tasarlamıştır [3].
F. Korkmaz, çalışmasını, elektriksel işaretlerin GPRS teknolojisi ile internetten takip edilebilen tek yönlü sistem tasarımı gerçekleştirerek, verileri GPRS modem vasıtasıyla
internet üzerinden belirlenen değerin aşılması durumunda kullanıcılara sms ile bilgi mesajı gönderme üzerine yürütmüştür. İnternette görüntüleme işlemlerini PHP programlama ile yapmıştır [4].
N. Aşıkkutlu, uzaktan yönetilebilen bir cihazın (multikopter) gsm teknolojisiyle kontrol edilebilmesi üzerinde çalışmıştır. Mikrodenetleyici olarak ardiuno kullanmıştır [5]. K. Demir, pic mikrodenetleyicisi kullanarak mobil telefon üzerinden bir PLC’nin analog verilerinin kontrolünü gerçekleştirmiştir. Bu çalışmada PLC ile haberleşme yöntemi olarak Radyo Frekans ( RF) yöntemini kullanmıştır [6].
M. Demir, fabrikanın dağınık noktalarındaki elektrik, su ve doğalgaz sayaçlarından okunan verileri, rs232’den gprs çeviriciler kullanarak merkez gprs modeme, oradan da direkt merkezi SCADA’ya özel bir yazılım ile aktarmıştır [7].
M. Balcılar, gps bilgileri ile konumunu aktaran bir araç takip sistemi kurmuştur. Mikrodenetleyici olarak msp430, C programlama dili kullanmış ve sistem ara yüzünü ise Delphi uygulaması ile tasarlamıştır [8].
M. Kılınç, web ortamı aracılığıyla, internet üzerinden uzaktaki bir bilgisayara bağlı kontrol kartı üzerindeki programlanmış PIC entegresi ile sıcaklık değerlerinin okunması, ortam durum bilgisinin alınması çalışmalarını yapmıştır. Mikrodenetleyici olarak Pic kullanmıştır [9].
Gprs haberleşme, tıp alanında da çözüm yöntemi olarak kullanılmıştır. Bir hastanın EKG verileri anlık olarak internete, oradan da web ara yüzü ile mobil bir cihaza aktarılarak doktorun anlık takip edebilmesine imkan tanınmıştır [10].
Kablosuz iletişim yöntemlerinden RF haberleşme metoduyla bir otomobilin kontrolü gerçekleştirilmiştir. Bu sistemde, bir bilgisayar kullanılarak aracın verilerinin takip edilebilmesi ve komut gönderilebilmesi uygulaması hayata geçirilmiştir [11].
Bu çalışma, bir içme suyu üretim tesisinde, merkezi SCADA sisteminden uzak ve dağınık mesafelerdeki analog sinyaller, kablosuz bir yöntemle merkeze taşınması ihtiyacıyla gerçekleştirilmiştir. Analog sinyalleri merkezdeki SCADA’ya aktarmak için yöntem olarak GPRS haberleşme seçilmiştir. Tesiste tecrübe edilen RF haberleşme yerine GPRS haberleşme yönteminin uygulanmasında, lokasyonların merkeze uzaklığı ve engebeli ortam koşulları nedeniyle etkili olmuştur. Modemler arasında sunucu-istemci haberleşme mimarisi tasarlanmıştır.
2. GPRS HABERLEŞME AĞININ KURULMASI
Bu bölümde, Gprs modemlerin haberleşmesi için gerekli istemci ve sunucu haberleşme ağı tasarlanmıştır. Gprs modem ile ilgili parametre ve konfigürasyon çalışmaları kullanıcı dokümanına göre yapılmıştır [12]. GPRS modem ile ilgili genel tanıtım ve konfigürasyon ile ilgili detaylı bilgilere EKLER bölümünde yer verilmiştir.
2.1. SERVER-CLIENT (İSTEMCİ-SUNUCU) MİMARİSİ
Türkçe karşılığı istemci ve sunucudur. İstemci-sunucu sistemleri "karar destek" ve iş akışı otomasyonu" gibi katma değerler sağlayarak temel bilgi işlem fonksiyonlarını yerine getiren donanım alt yapısının verimliliğini artırmayı amaçlar. Genel olarak bir veya birden fazla sistemin belirli bir işi gerçekleştirmek için ortak çalışması olarak tanımlanır. Bu ortamda, kullanıcı belirli bir işi talep eder, istemci ve sunucular bu talebe karşılık verirler [13]. Bir istemci, işlem yapabilmek için sunucudan bilgi talep eder, sunucu gerekli işlemleri yapar ve sonuçları istemciye gönderir ve işlem son bulur. Yapılacak işe göre sunucu ve istemci yer değiştirebilir [13].
Endüstriyel sistemlerde istemci-sunucu mimarisinin tercih edilmesinin başlıca nedenleri, farklı platformlardaki uygulamalara ve bilgilere ulaşımın hızlı ve kolay olması, düşük maliyetli olması ve geliştirilebilir olmaları olarak sıralanabilir [13]. Bu çalışmada Gprs modemler arasındaki haberleşme istemci-sunucu mimarisi şeklinde kurulmaktadır. Merkez noktada yer alan modem sunucu, dağınık noktalardaki modemler ise istemci olarak tasarlanmıştır.
2.1.1. Klor Analizörü Sinyal Çıkış Parametresinin Ayarlanması
Farklı noktalarda ölçüm yapmakta olan klor analizörlerin ölçüm sonuçları Şekil 2.1’deki gibi anlık olarak cihaz ekranında izlenebilmektedir. Cihazların, numune suyu çerisinde ölçtüğü klor değerini bir takip veya kontrol noktasına (Bu bir merkezi işlemci birimi de olabilir) çıkış olarak gönderebilme özelliği bulunmaktadır. Cihaz, çıkışını 4-20 mA ile ölçeklendirmektedir. Parametre ayarı yapılarak, cihazın 4 mA için 0 mg/l; 20 mA için ise 5 mg/l çıkış vermesi ayarlanmıştır. Bu düzenlemeye range (ölçek) ayarı denilmektedir.
Bu ayardan sonra cihaz, ölçüm sonucuna göre bu oranda çıkış verecektir. Bu işlemin amacı, anlık ölçüm sonuçlarını çıkış olarak farklı bir noktaya taşıyabilmek ve bunu yorumlamaktır. Klor analizörü olarak, saha şartlarına uygun, 4-20 mA analog çıkış özelliği olan serbest klor analizörü Hach 17 model analizör seçilmiştir. Tüm ayarlar, besleme ve sinyal kablo giriş bağlantıları kullanım manualine (kılavuzuna) göre yapılmıştır [14].
Şekil 2.1. Klor Analizörü.
Şekil 2.2 ile cihazın bağlantı şemasında belirtilen, çıkışın alındığı noktaya ölçü aleti bağlanmıştır ve ekranda okunan değerin 0 ile 5 mg ölçeğe göre oranı, 4 ile 20 mA oranına eşit olacak şekilde akım okunmuştur.
2.1.2. Klor Sinyalinin PLC Bağlantısı
Klor analizöründen alınan sinyaller, 4-20 mA sinyal kabloları ile PLC paneline taşınarak ilgili sinyal Şekil 2.3 ile gösterildiği gibi PLC’nin harici analog girişine aktarılmıştır. Analizörün ölçmüş olduğu numunenin sonucunu yansıtan akım çıkışı, PLC’ye ait 4-20 mA giriş özellikli kanalına analog sinyal kablosu ile bağlanmıştır. Bu akım değerinin anlamlandırılması için, PLC programında ölçeklendirme yapılmıştır. PLC programında gerçekleştirilen ölçeklendirme ile birlikte, scada ekranına sunulmak üzere sistemi takip eden ve dozlama işlemini bu sonuca göre ayarlayan operatör için 0 ile 5 mg/l arasında değişen anlamlı bir değer elde edilmiştir.
Şekil 2.3. PLC ve Analog Giriş Kartı.
Çalışma içerisinde kullanılan sunucu ve istemci lokasyonlarındaki PLC’lerin tamamı, Şekil 2.3 ile gösterilen Allen Bradley PLC ailesine ait kompakt bir PLC’dir. Analog giriş kartı özelliği bulunmadığından, istemci lokasyonlarındaki PLC’ler içerisine klor verilerini aktarabilmek amacıyla her birisine bir adet 8 kanallı harici bir analog giriş kartı eklenmiştir. Kompakt PLC, modeldir. Bu PLC, kendi üzerinde yer alan 16’şar adet dijital giriş ve çıkış kanalları sayesinde maliyet açısından oldukça uygundur. İstemci noktalardaki klor sinyalleri, Şekil 2.4 ile gösterilen bağlantı şemasına uygun olacak şekilde kartların ilk kanallarına bağlanmıştır.
Şekil 2.4. Analog Giriş Kartı Sinyal Bağlantı Şeması.
2.1.3. PLC ve Gprs Modemin Haberleşmesi
Klor analizörünün analog çıkışı ile PLC analog giriş kanalı arasında sinyal kablo bağlantısı yapılmıştır. PLC’ye girilen akım verisi, PLC programında anlamlandırılarak operatörün takibi için gerekli mg/l birimine çevrilmiştir. PLC’nin bu veriyi merkez noktaya taşıyabilmesi için Gprs haberleşme cihazı ile konuşması, haberleşmesi gerekmektedir. Bunun için, Gprs modemin LAN portu ile PLC’nin Ethernet portu arasına CAT6 tip kablo bağlanmıştır. Ethernet kablo bağlantısı ile sadece haberleşme altyapısının zemini oluşturulmuş olup, PLC içerisindeki klor sinyalinin internete aktarılabilmesi için modem ara yüzünde konfigürasyonlar yapılmıştır. Modemlerin her birinde IP düzenlemesi yapılıp, istemci-sunucu yapısı oluşturulmuştur. Sertifika dosyalarının tasarımı da gerçekleştirilmiştir.
2.1.4. Tasarlanan Haberleşme Şeması
Klor analizöründen çıkış olarak alınan sinyal, analizörün yanına konulan mini PLC’ye bağlanmıştır. Tasarlanmış haberleşme kurgusuna göre; istemci olarak konfigüre edilmiş gprs modemi, klor sinyalini internete çıkaracaktır, sunucu gprs modemi ise tüm istemci modemleri görebileceğinden bu veriye ulaşabilmektedir. Merkez PLC, uzak noktadaki PLC’lerin tamamından verileri özel komutlar aracılığıyla okuyabilmektedir. Merkez PLC, içme suyu SCADA’sı ile haberleşebildiğinden, bu veriler bir SCADA sayfası oluşturularak operatörlerin takibine sunulmaktadır. Şekil 2.5 ile gösterilen kurgu üzerine haberleşme şeması oluşturulmuştur.
3. PLC’LER ARASI VERİ TRANSFERİ
Veri transferi için gerçekleştirilecek yazılım çalışmaları öncesinde, istemci ve sunucu noktasındaki PLC’ler için projeler oluşturulmuştur. Proje oluşturulması ve lojiklerin yazım çalışmaları, Allen Bradley CompactLogix 5370 Controllers kullanıcı kılavuzuna ve göre yapılmıştır [15].
3.1. UZAK NOKTADAKİ PLC İÇERİSİNDEKİ YAZILIMIN
OLUŞTURULMASI
İstemci olarak tasarlanmış PLC, klor analizöründen alınan 4-20 mA sinyalini ham değer olarak işlemek ile sorumludur. İstemci noktadaki PLC’nin fonksiyonu, analog sinyali klor analizöründen almak ve okumaktır. Dağınık noktalarda yer alan tüm PLC’ler tarafından alınan klor sinyalleri için tag adresleri tanımlanmıştır ve tüm sinyaller istemci noktadaki PLC içerisinde ham değer olarak adreslendirilmiştir.
İstemci noktadaki PLC’lerin bir diğer görevi ise, kendi durum bilgilerini özel komutlar ile kendi içlerinde oluşturulacak adreslerde göstermektir. Durum bilgileri PLC içerisinden BTD ve GSV komutları kullanılarak; hata, çalışıyor ve uzak mod olarak çağrılmıştır. Bu bilgiler, merkez PLC tarafından transfer edilmiş ve merkezde bulunan SCADA’ya aktarılmış olan klor sinyalleri gibi operatörün takibine sunulmuştur.
3.1.1. Klor Sinyali Ham Değeri İçin Uzak noktadaki PLC İçerisinde Bir Tag Oluşturulması
Ham değer, 4-20 mA değerine karşılık, analog giriş kartının üretmiş olduğu işaretli tamsayıyı (Integer) ifade etmektedir. 20 mA değerle karşılık bu kartın her bir kanalı maksimum 32.767 sayısı kadar değer üretebilmektedir. Bu değerin altında ölçeklendirme yapmak programcının tercihine bağlıdır. Raw değer, şekil 3.1 ile gösterildiği gibi bu çalışmada 10.000 olarak belirlenmiştir. 4 mA değerine karşılık gelecek raw değer 0, 20 mA değerine karşılık gelecek raw değer ise 10.000 olarak konfigürasyon yapılmıştır. Bu durum, sensör kablosu kopuk ise veya kartın kanalına 0 mA gibi bir değer geldiğinde, PLC programında karttan okunan değerin -2500 raw değer olması anlamı taşımaktadır.
Şekil 3.1. Kart Konfigürasyonu.
Şekil 3.1 ile görüleceği üzere, PLC denetleyici birimi, harici olarak ilave edilen kartın kanalından 100 milisaniyede bir numune almakta ve bu değeri okuyarak ham değer olarak yoruma sunmaktadır. PLC programında ise bu ham değer, real formatlı bir tag adresine atanarak PLC programında isimlendirilmiştir. Şekil 3.2 ile gösterimi yapıldığı üzere, ham değer, PLC programında ‘MOV’ komutu kullanılarak CHLORINE_LIMAN1 isimli gerçek veri formatlı bir tag adresine transfer edilmiştir.
Şekil 3.2. Analog Sinyal Ham Değeri.
3.1.2. Uzak Noktadaki (İstemci Noktadaki) PLC İçerisinde, Hata, Çalışıyor ve Programlama Modları İçin Tag Adresleri Oluşturulması
Dağınık noktalara yerleştirilmiş klor analizörleri sinyalleri, uzak noktadaki PLC analog giriş kanallarına alınmış ve PLC programında ham değer olarak okunmuştur. İstemci noktadaki kontrolörden PLC durum bilgisi, Çalışıyor Bilgisi ve Programlama Mod bilgileri alınarak merkez noktadan takip edilmesi sistem emniyetini arttırmıştır.
özelliği, PLC’nin fault (hata), program (programlama modu), run (çalışıyor) modlarının bilgilerini tamsayı ile ifade ederek bir tag adresine yazmaktır. Bunun için, ilk aşama PLC lojiğinde PLC_Status isimli bir array(dizi) oluşturulmuştur. Array, birden fazla elemanı olan ve bu elemanları tamsayı, gerçek sayı veya bir fonksiyon olarak tanımlanabilen değişkenlere verilen isimdir. PLC programlamada, bir array tanımlama ile çok sayıda değişken hızlıca tanımlanabilir. Programcılığı rahatlatan bir uygulama olarak bilinmektedir. Şekil 3.3 ile gösterildiği üzere, GSV komutu ile elde edilmiş olan PLC mod bilgisi, PLC_Status isimli array’e transfer edilmiştir ve Şekil 3.4 ile gösterildiği üzere bu bilgi, arrayin ikinci elemanına BTD komutuyla transfer edilmiştir. Bu sayede merkez noktadaki PLC’nin bu veriyi okuması ve SCADA ekranına yazdırılması çalışmasının ön çalışması gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3.3. GSV Komutu.
BTD komutuyla ortaya çıkarılan PLC_Status[1] isimli array elemanı bir tamsayıdır. Bu tamsayı değeri 5 iken PLC fault durumunda olduğunu gösterir. Run, yani çalışıyor bilgisini ifade edecek sayı ise 6 iken, PLC’nin program modda olduğunu ifade eden sayı 7’dir. Bu bilgiler Allen Bradley PLC programlamak için kullanılan Studio 5000 yazılımının yardım bölümünde açıklanmaktadır.
3.2. MERKEZ PLC İÇERİSİNDEKİ YAZILIMIN OLUŞTURULMASI
Kurulan haberleşme yapısında, merkez noktadaki PLC, dağınık noktalardaki istemcilerden klor sinyallerini transfer etmek ile görevlendirilmiştir. Tüm noktalardan okunan ham klor sinyalleri, merkez PLC içerisinde oluşturulmuş tag adreslerine yazdırılmıştır. Bu adreslerin tamamı, tasarlanan SCADA sayfasında gösterimi sağlanarak operatörün anlık takibine sunulmuştur. Operatör, ekranda değişen klor ölçüm sonuçlarına karşılık, eğer dozajı arttırma ihtiyacı belirirse bunu tasarlanan sayfa sayesinde yapabilecektir.
Tasarlanan ikinci bir SCADA sayfasıyla da PLC durum bilgileri operatörün takibine sunulmuştur. Bu sayfada, sunucu PLC’nin ve istemci PLC’lerin tamamı için PLC durum bilgileri ekrana yansıtılmıştır. Operatör, tasarlanan bu sayfa sayesinde, dağınık noktalardaki PLC’lerden alınacak hata bilgilerine karşılık bakım ekiplerini ilgili bölgeye yönlendirebilecektir.
3.2.1. Ham Değerin Merkez PLC Tarafından Uzak noktadaki PLC’den Okunması
Birbirleri ile haberleşebilen ve aynı networkte yer alan ve sunucu-istemci GPRS modem bölgelerinde görevlendirilmiş PLC’ler arasında veri transferi gerçekleştirilmiştir. Veri transferi için PLC’ler içerisinde lojikler oluşturulmuştur. Oluşturulan lojiklerde veriler mesaj komutları ile transfer edilmiştir. Bu özel komut sayesinde, merkez konumundaki PLC içerisine yazılan mesaj komutları aracılığıyla, uzak noktadaki PLC’lerden klor sinyalleri transfer edilmiştir.
Şekil 3.5 ile gösterilen bir mesaj komutudur. Merkez PLC içerisinde yazılan bu komut ile birlikte, uzak noktada bulunan PLC içerisinden klor analizöründen PLC girişine akım bilgisi olarak girilen ve daha sonra PLC içerisinde ham değer olarak çevrilen sinyali transfer edilmiştir. Şekil 3.5 içerisinde gösterilen, CHLORINE_LIMAN1 isimli adres, uzak noktadaki PLC içerisinde tanımlanmıştır. CHLORINE_LIMAN1_IN_RAW isimli adres ise merkez PLC içerisindeki yeni adı olarak verilmiştir.
Şekil 3.5. Ham Değerin Uzak Noktadaki PLC’den Okunması.
Şekil 3.6 ile gösterileceği üzere, mesaj komutlarının çağrılma şartlarına mesaj komutlarını farklı zaman dilimlerinde çağırabilmek veya okuyabilmek amacıyla LIM fonksiyonu konulmuştur.
Şekil 3.6. LIM Fonksiyonu.
LIM fonksiyonu lojik içerisinde, mesaj komutlarının her bir döngüde çağrılmasını engelleyen, sadece belirli zaman dilimlerinde çağrılmasını sağlayan bir ön şart olarak kullanılmıştır. Ön şart, düşük ve yüksek limit olarak belirlenen zaman dilimleri aralıkları olarak sınıflandırılmıştır. Birimler milisaniye mertebesindendir. Şekil 3.6 ile gösterilen LIM fonksiyonu, 1 no’lu uzak noktadaki PLC’nin taşımış olduğu klor sinyalinin merkez PLC tarafından okunacağı zaman dilimini belirlemek amacıyla kullanılmıştır. Zamanlayıcı (Timer) fonksiyonu ile birlikte kullanılan limit fonksiyonlarının aktif olacağı zaman dilimlerinin periyodik olarak aktif olabilmesi, zamanlayıcı tasarlanırken belirlenir. Şekil 3.7 ile gösterilen zamanlayıcı komutunun preset fonksiyonu bu işe yaramaktadır. Burada belirlenen 11000 milisaniye (11 saniye) süresi boyunca zamanlayıcının çalışacağı ve bu süre sonunda tekrar başa dönüleceği, sayma işleminin sonsuz döngü boyunca süreceği anlamına gelmektedir. Zamanlayıcının anlık zaman değeri, accum fonksiyonu ile gösterilir ve LIM komutunda kullanılan bu fonksiyon, önemli rol üstlenmektedir.
Şekil 3.7. Zamanlayıcı Komutu (Timer).
Zamanlayıcının accum değeri anlık değer olarak nitelendirilebilir. Bu değer, LIM komutunda belirlenen düşük ve yüksek limitler aralığında iken dijital çıkış vermektedir. Bunun anlamı, mesaj komutunun çalışması, klor sinyalinin ham değerinin ilgili süre boyunca (Bu süre 1 saniye aralığı olarak belirlenmiştir) uzak noktadaki PLC üzerinden okunacağı anlamına gelmektedir. Periyot 11 saniye olarak belirlendiğinden, kalan 10 saniye boyunca bu komut PLC lojiğinde ön şartı aktif olmayacağından taranmayacaktır ve klor sinyali 10 saniye boyunca değişmemektedir. Bu süre, proses gereği ihtiyaç duyulmadığından programlayıcının insiyatifiyle belirlenmiştir. Çok sayıda mesaj komutu kullanılması ve aynı anda çalışması, PLC döngü süresini uzatabilmektedir. Bu durumun önüne geçmek için, klor sinyalleri istemci noktalarındaki PLC’ler içerisinden 11 saniye içerisinde 1’er saniye arayla çağrılmıştır. Transfer edilen sinyaller merkez PLC içerisine daha sonra ölçeklendirilmek üzere ham değer olarak alınmıştır.
3.2.2. Ham Değerin Ölçeklendirilerek Anlamlandırılması
Karta alınan ham sinyalden anlamlı bir değer elde etmek amacıyla merkez PLC içerisinde ölçeklendirme işlemi gerçekleştirilmiştir. Klor analizöründen analog giriş kartına 4 mA (miliamper) değerini alınmasıyla karttan ham değer olarak 0 tamsayısı okunurken, 20 mA (miliamper) gibi bir akım karşılığında ise 10.000 tamsayısı okunur. Bu sayılar, proses açısından SCADA ekranıyla sistemi takip etmekte olan operatör için bir anlam ifade etmediğinden PLC içerisinde ölçeklendirme yapılmıştır. Şekil 3.8 ile belirtilen ölçeklendirilmiş anlamlı değer, OUT_SCL_VALUE olarak adlandırılmıştır. Maksimum ham değer 10.000, maksimum range (ölçek) bilgisi 5 mg/l olarak sabit sayı tanımlanır. Ölçeklendirme işlemi için PLC lojiklerinde CPT komutu kullanılmıştır. Elde edilen sonuç, 0 ile 5 mg/l arasında bir klor değeridir ve bu değer operatör tarafından SCADA ekranında yorumlanabilir. SCADA sayesinde bu veriler kaydedilebilmektedir. Geçmişe yönelik kayıt altına alınmıştır. Ölçülen klor proses koşullarında azalma eğrisinde ise dozaj operatör tarafından arttırabilmekte, artma eğrisinde ise azaltabilmektedir.
Şekil 3.8. Ölçeklendirme.
3.2.3. PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC Tarafından Uzak noktadaki PLC İçerisinden Okunması
Merkez PLC içerisinde yazılan mesaj komutları sayesinde noktalardaki PLC’ler içerisinden klor sinyalleri transfer edilmiştir. Klor sinyallerine ilave olarak, her bir PLC’ye ait durum bilgileri (Çalışıyor, hata ve uzak mod bilgileri) de bu noktalardaki PLC’leri SCADA sayfasından operatörlerin takip edebilmesi ve olumsuz durumlarda hızlıca aksiyon alabilmesi amacıyla transfer edilmiştir.
Şekil 3.9. Uzak noktadaki PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC’ye Transferi. Şekil 3.9 ile gösterilen mesaj komutu lojiği sayesinde, bir istemci noktasındaki PLC içerisindeki PLC durum bilgisi, yine aynı isimlendirilmiş dizinin birinci elemanına transfer edilmiştir (PLC_Status[0]). Oluşturulan dizilerin her bir elemanının veri tipi tamsayı olarak tasarlanmıştır. Merkez PLC üzerinde transfer edilen veri, Şekil 3.10 ile gösterildiği üzere BTD komutu ile yine aynı isimli dizinin ikinci elemanına transfer edilmiştir.
Şekil 3.10. BTD Komutu İstemci Noktasındaki PLC Durum Bilgilerinin Merkez PLC’ye Transferi.
Dijital durum bilgileri, analog sinyaller gibi her bir PLC’den birer saniye arayla okunmaktadır.
3.3. SCADA SAYFALARININ TASARLANMASI
Merkez PLC içerisine, mesaj komutlarının okuma fonksiyonları kullanılarak transfer edilen klor sinyalleri ve PLC durum bilgilerinin, operatör tarafından takip edilebilmesi için SCADA sayfası tasarlanmıştır. Geçmişe yönelik veri analizi için trendler oluşturulmuştur. Trendler sayesinde, klor değerlerinin zamanla azalması veya artması durumlarına karşın operatörün merkez noktadaki dozajını arttırması ve azaltması aksiyonlarını alması sağlanmıştır.
3.3.1. SCADA Tag Adreslerinin Tanımlanması
SCADA içerisine tanımlanmış sinyaller için adreslemeler yapılmıştır. PLC içerisinde ölçeklendirilmiş klor sinyalleri, SCADA içerisine de yine benzer isimler kullanılarak Oluşturulan adresler, PLC içerisindeki adresleri temsil etmektedir. Şekil 3.11 ile gösterildiği üzere SCADA içerisindeki isimler, PLC içerisindeki isimler ile eşleştirilerek SCADA adresleme işlemleri yapılmıştır.
Şekil 3.11. Klor Sinyali SCADA Tag Adresi.
3.3.2. Geçmişe Yönelik Veri Takibi (Trend)
Klor dozajının, tasarlanan SCADA sayfasında anlık olarak takibinin yanı sıra, geçmiş verilerin analizi için trendler oluşturulmuştur. Kaydedilecek klor sinyalleri belirlenmiştir (Şekil 3.12).
Şekil 3.12. Sinyallerin Kaydedilmesi.
Kayıt altına alınan sinyaller için SCADA üzerinde grafikler (trend) tasarlanarak operatör için geçmişe yönelik takip olanağı sağlanmıştır. Şekil 3.13 trend örneğinde veriler geçmişe yönelik incelenmiştir. Veriler, 15 gün geriye kadar tutulabilir. Geçmişe yönelik veri incelemesi yapılabileceği gibi, anlık olarak verinin sonucu yine trend sayfasında izlenebilir. Şekil 3.13 trend örneği incelendiğinde, 6 saatlik dilim içerisinde sistemdeki klorun azalma eğilimi gösterdiği görülüştür. Proses gereği operatör tarafından klor dozajı arttırılarak (merkez noktadaki dozaj pompasının frekansı arttırılarak) grafiğin yeniden
yükselmesi sağlanabilir.
Şekil 3.13. Grafiklerin Çizdirilmesi.
3.3.3. SCADA Sayfalarının Tasarımı
Tüm noktalardan merkez PLC’ye transfer edilen klor değerlerinin anlık takip edilebilmesi için SCADA üzerinde sayfa tasarımları yapılmıştır. Klor sinyallerinin anlık olarak takip edilebilmesi için tasarlanan sayfanın yanı sıra, PLC durum bilgilerinin de takip edilebilmesi için bir sayfa tasarlanmış ve PLC’lerin çalışma ve hata durumlarının takibi de sağlanmıştır.
3.3.3.1. Klor Takibi İçin Tasarlanan SCADA Ekranı
Şekil 3.14 ile gösterilen SCADA ekranının tasarımı sayesinde operatör, tüm noktalardan gelen verileri izleyebilecektir. Bu veriler anlık olarak operatöre takibin yanında, geçmişe yönelik izleme imkanı da sağlamaktadır.
Şekil 3.14. SCADA Sayfası.
Tasarlanan SCADA sayfasında, merkeze taşınan klor ölçüm sonuçları anlık olarak izlenebilmektedir. Operatör ekranına ölçeklendirme gereği 0 ile 5 mg/l arasında değişen ölçüm sonuçları aktarılmıştır.
3.3.3.2. PLC Durum Bilgileri İçin Tasarlanan SCADA Sayfası
Uzak noktalardaki PLC’lerin sağlığının takibi için de ayrı bir SCADA sayfası oluşturulmuştur. Şekil 3.15 ile gösterilen SCADA sayfasında tüm PLC durum bilgilerinin anlık olarak takip edebilme olanağı sağlanmıştır.
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
Gprs haberleşme yöntemi ile internet üzerinden gerçekleştirilen veri transferinde 4G haberleşme hızı ve internet her ne kadar iş kolaylaştırıcı ve önemli bir faktör ise, bazı durumlarda veri transferinde aksamalar yaşanması muhtemeldir. Transfer için kullanılan mesaj komutları, veri transfer hızını ve PLC döngü süresini de etkileyebilmektedir. PLC’ye analog 4-20 miliamper analog sinyal gönderen klor analizörü ile PLC arasındaki veri akışında yaşanabilecek problemler, veri transferini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Modem içerisindeki data (veri) kartının kapasitesi de transfer için önemli bir faktördür.Verilerin merkez noktaya internet üzerinden transferinde güvenlik konusunda bazı testler yapılmış ve sertifikasyon ile VPN güvenlik tünelinin yeterli ve güvenilir bir metot olduğu görülmüştür.
4.1. MESAJ KOMUTLARI OKUNMA SIKLIĞININ (FREKANS) PLC DÖNGÜ SÜRESİNE ETKİSİ
Uzak noktadaki PLC’ler tarafından toplanan analog sinyallerin (klor sinyalleri) merkez noktadaki merkez PLC tarafından okunması işlemleri sırasında mesaj komutlarının read fonksiyonları kullanılmıştır. Mesaj komutları, merkez PLC içerisine yazılmıştır. Merkez PLC içerisine yazılan bu komutlarının çağrılma sıklığı arttırıldığında merkez PLC’nin döngü süresinin arttığı gözlenmiştir. Döngüdeki uzama, erişilemeyen uzak noktadaki PLC’ye ait analog verinin çağrıldığı mesaj komutunun tetikleneceği süreyi belirleyen LIM fonksiyonunun düşük ve yüksek limit değerleri arasındaki fark arttıkça artmaktadır. Döngü süresinin artması, geniş haberleşme ağına ve çok sayıda giriş çıkış birimine sahip sistemler için istenmeyen durumdur. Bu çalışmadaki giriş çıkış birimi sayısı ve haberleşme trafiği çok yoğun olmadığından, mesaj komutlarının çağrılma sıklığını arttırmak, verilerin SCADA sayfasından takibinde aksamalara yol açmamıştır.
4.1.1. Her Bir Client (İstemci)’den Bir Analog Veri Transferinde Merkezdeki PLC’nin Döngü Süresi
Mevcut sistemde merkez PLC’nin döngü süresi Şekil 4.1 ile gösterilmiştir. Döngü süresi 3400 mikrosaniye ile 4680 mikrosaniye bandında gezindiği gözlenmiştir.
Şekil 4.1. Merkez PLC Döngü Süresi.
4.1.2. Tasarlanan Sistemin Tam Kapasiteyle Çalışması Durumunda Merkezdeki PLC’nin Döngü Süresi
Her bir client PLC’den bir adet analog veri merkez noktaya transfer edilmektedir. Her bir istemci lokasyonundaki PLC’ye ait sekiz kanallı analog giriş kartı bulunduğundan, tam performans çalışma dizaynında her bir noktadan sekiz veri transferiyle test amaçlı sekiz katına çıkarılmıştır. Bu durumda merkez PLC’nin döngü süresinde de belirgin bir artış yaşanmıştır. Şekil 4.2’de görüleceği üzere PLC döngü süresinin 4375 mikrosaniye ile 5625 mikrosaniye bandında gezindiği görülmüştür. Tam kapasiteli çalışmada kapasite aşılması sebebiyle veri transferinin olumsuz etkilenmemesi için tüm modemlerin veri taşıma kapasitelerinin de sekiz kat artırılması gerektiği sonucuna varılmıştır.
Şekil 4.2. Merkez PLC Tam Kapasite Durumu Döngü Süresi.
4.2. ÇEŞİTLİ ARIZA DURUMLARININ VERİ TRANSFERİNE ETKİSİ
4.2.1. Data (Veri) Kartı Kapasitesinin Aşılması
Data (veri) kartlarının her birisi aylık 5 gigabyte (GB) veri transferi yapabilmektedir. Kapasite aşım durumlarında merkez noktaya veriler aktarılamadığı gözlenmiştir.
4.2.1.1. Client (İstemci) Modem Data (Veri) Kartı Kapasitesinin Aşılması
Client (İstemci) modemlerin kapasitesi aylık 5 gigabyte veri transferine izin vermektedir ve kapasitenin aşılması durumunda veri akışının sağlanamadığı gözlenmiştir. Bilgisayar ölçü birimi çevriminde 5 GB değeri 42.949.672.960 bit değeri ile eşdeğerdir. PLC içerisindeki transferi yapılacak klor analog sinyali ise 16 bitlik bir tamsayı olduğundan her bir transferi esnasında 42.949.672.960 bit veri harcanacağı anlamına gelir.
Çalışmanın ilk safhalarında, test aşamaları sırasında limit aşımı durumu ile karşılaşılmıştır. Yaşanan problemli durumda, PLC lojiklerindeki veri transfer fonksiyonu olarak nitelendirdiğimiz mesaj komutlarının çağrılmalarına sınırlandırma getirilmemiş ve her bir mesaj komutu, her bir PLC döngüsünde bir defa çağrılmıştır. Bunun anlamı, her bir döngüde merkez noktaya veri transferinin gerçekleştiğidir. Ortalama PLC döngü süresi 250 mikrosaniye olarak ölçülmüştür. Bu sonuç, ölçülen sinyalin 1 milisaniye içerisinde 4 defa transfer edilmesi anlamı taşımasıdır, 16 bit değerindeki verinin bu frekansta transferi, 1 gün içerisinde 5.529.600.000 bit verinin transfer edilmesidir. Bu
hesap içerisine PLC durum bilgilerinin transferinin de eklenmesi bu rakamı ikiye katlayacaktır. 4.gün içerisinde veri transferi sınırı aşılmıştır ve veriler merkez noktaya transfer edilememiştir. Proses şartları gereği, klor sinyallerinin merkez noktaya her bir döngüde transfer edilmesine gerek bulunmadığından transfer periyodu 1 saniye olacak şekilde düzenlenmiş ve veri paketi aşımı sorunu ortadan kaldırılmıştır.
4.2.1.2. Server (Sunucu) Modem Data (Veri) Kartı Kapasitesinin Aşılması
Sunucu modem veri kartının aylık transfer limiti aylık 5 GB boyutundayken, bu limit değeri kısa bir süre sonra aşılmıştır. Bu limit aşıldığında sahadaki tüm istemci modemler arasında haberleşme kopmuş ve hiçbir veri transfer edilememiştir. Sunucu modem, tüm istemci modemler ile anlık haberleştiğinden, aylık transfer limitinin en az, hepsinin toplamı kadar olması gerekmektedir. Dolayısıyla merkezdeki modemin transfer limiti de 50 GB olacak şekilde revize edilerek karşılaşılan bu sorun giderilmiştir.
4.2.2. İnternet Kesilmelerinin Veri Transferine Etkisi
Veri transferi sırasında, internetin anlık veya uzun süreli kesilmesi sebebiyle haberleşme aksamıştır. Uzak noktalardaki şebeke kaynaklı kesintilerde, o noktadan merkeze veri alınamamıştır. Bu gibi durumlarda, merkez PLC içerisinde yazılan mesaj komutları, uzak noktada bulunan PLC içerisindeki klor sinyaline erişememiş ve SCADA’ya taşınan verilerde kayıplar yaşanmıştır.
4.2.3. Modem Anteninin Uzatılmasının Veri Transferine Etkisi
Verileri PLC içerisinden alarak, internet aracılığıyla uzak noktaya transferini sağlayan modemlerde internet kalitesi zayıf kalabilmektedir. İnternet kalitesi, modem ara yüzünden takip edilebilmektedir. İnternet kalitesinin arttırılabilmesi amacıyla tüm modemlere harici antenler takılmıştır ve internet kalitesinin yükseldiği, kesintilerin azaldığı saptanmıştır.
4.2.4. Klor Ölçüm Analizöründe Yaşanan Arızaların Veri Transferine Etkisi
Klor analizörü çıkışından PLC’ye aktarılması gereken 4-20 mA (miliamper) analog verinin çeşitli nedenlerden aktarılamaması neticesinde veri transferi gerçekleşebilir fakat bu veriler sağlıksız olarak nitelendirilebilir.
4.2.4.1. Analizörün Sağlıklı Çalışmaması
teknik sorunlar, numunedeki sonuçların sağlıksız olmasına sebep olmakta ve merkez noktaya gönderilen verilerin gerçekçi veriler olmasını engellemektedir. Bu durumun önüne, periyodik solüsyon bakımı ve cihaz analog çıkış kartı kontrolüyle geçilir.
4.2.4.2. PLC İle Klor Analizörü Arasındaki Haberleşmedeki Sorunlar
Klor analizörünün ölçmüş olduğu değerler, analizörün analog çıkış kartı ile PLC’nin analog giriş kartına bağlıdır. Bu bağlantıda oluşabilecek herhangi bir problemde (klemens gevşemesi veya kablonun kopması gibi) merkez noktaya 0 miliamper değerine karşılık olarak eksi 1.25 mg/l değeri transfer edilmektedir. Bu durum ile karşılaşılmıştır.
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu çalışmada, dağınık noktalarda yer alan depolardaki klor dozajlarının merkezi SCADA üzerinden takip edilebilmesi amacıyla kablosuz veri transferi gerçekleştirilmiştir. Veri transfer yöntemi olarak GPRS kullanılmıştır. Kablosuz veri transferi yöntemlerinden birisi olan GPRS haberleşme yönteminde bazı çıkarımlar elde edilmiştir. Bu maddeler aşağıda sıralanmıştır.
1. Endüstriyel bir tesiste GPRS haberleşme yöntemi ile uzak noktalardan merkeze kablosuz veri transferi yapılabileceği, SCADA ara yüzü kullanılarak verilerin hem anlık takibinin yapılabileceği hem de kaydedilip geçmişe yönelik analiz yapılabileceği sonucuna varılmıştır.
2. Endüstriyel bir tesiste kablosuz haberleşme yöntemleri arasında yer alan GPRS ve RF haberleşme yöntemleri seçiminde özellikle mesafeler on kilometreler hatta yüz kilometreler ile belirtiliyor ise, RF haberleşme yöntemi yerine GPRS haberleşme yöntemi uygulanabilir. GPRS haberleşme yöntemi ile dünyanın her bir noktasından istenilen noktaya güvenli bir şekilde veri transferi gerçekleştirilebilir olduğu sonucuna varılmıştır. Burada önemli etkenler internet ve GSM şebekesinin varlığıdır. Veri akışının sağlıklı olabilmesi için internet ve GSM operatörünün varlığı zorunluluğu, GPRS haberleşme yönteminin dezavantajı olduğu gözlemine ve kanaatine varılmıştır.
3. RF haberleşme yöntemi uygulanan bir başka tesis ile kıyas yapıldığında, alıcı ve verici arasına herhangi bir parazit girmediği sürece (bina, araç, sinyal kırıcı gibi) veri akışının kesintisiz olduğu söylenebilir. GPRS haberleşmedeki veri akışı, bazı noktalardaki GSM operatöründen kaynaklı internette yaşanan kısa süreli kesintiler nedeniyle kesintiler yaşandığı görülmüştür. Bu gözlemlere dayanarak, RF haberleşmeye göre mesafe sınırı bulunmayan GPRS haberleşmede veri transferinin GSM operatörüne ve internete bağlı olması sebebiyle daha kırılgan olduğu saptanmıştır.
4. Çeşitli sebeplerden (internet veya GMS operatör arızaları gibi) veri transferinde kesintiler yaşandığından, GPRS haberleşme yönteminin uzak noktadaki bir
ekipmanın (örneğin bir vananın veya motoru) kontrolü için uygulanabilir bir haberleşme yöntemi olmadığı sonucu çıkarılmıştır. Çok kritik olmayan, bir süreliğine yaşanabilecek kesintilerin kompanze edilebildiği prosesler için ideal bir uygulama olduğu görüşüne varılmıştır.
5. Haberleşme amaçlı yazılan PLC lojikleri arasındaki mesaj komutlarının sayısı arttırıldığında PLC döngü süresinin uzadığı görülmüştür. Mesaj komutlarının çağrılma sıklıkları arttırıldığında ise yine döngü süresi uzadığı görüşmüştür. Daha yoğun proseslerde PLC giriş ve çıkış birimleri, lojikler ve senaryolar çok fazla olacağından PLC’nin bir döngü içerisinde görevi yani döngü süresi uzun olur. Bu özellikteki tesislerde, kablosuz veya kablolu haberleşme için fazla sayıda mesaj komutu kullanılmak durumunda kalınır ise, mesaj komutlarının çağrılma sıklıkları azaltılarak PLC döngü süresinin uzamasının önüne geçilmelidir. İkincil önlem olarak, her bir mesaj komutunu farklı periyotlarda çağrılmasıyla PLC döngü süresinin uzamasının önüne geçiren bir önlem olarak uygulanmalıdır.
6. Tasarlanan GPRS haberleşme ağı, sertifika programlarında yapılacak güncelleme ile yeni sistemler eklenerek geliştirilebilir. PLC giriş çıkış birimleri arttırılarak merkez noktada takip edilebilir. GPRS haberleşme sistemlerinin gelişmeye açık sistemler olduğu sonucuna varılmıştır
6. KAYNAKLAR
[1] Y. Güngör, “İnternet ve gprs tabanlı scada sistemi ile dc motorun hız ve moment kontrolü”, Yüksek lisans tezi, Elektrik Eğitimi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2010.
[2] İ. Duran, “Gprs ile internet üzerinden insansız gözlem aracı kontrolü”, Yüksek lisans tezi, Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2013.
[3] E. Topuz, “Uzaktan veri haberleşmesinde server ve gprs ile dinamik olarak çift yönlü haberleşen sistem tasarımını gerçekleştirme”, Yüksek lisans tezi, Elektrik-Elektrionik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Bolu, Türkiye, 2018.
[4] F. Korkmaz, “İnternet ve gprs kullanılarak, elektriksel işaretlerin uzaktan takip edilmesi”, Yüksek lisans tezi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2014.
[5] N. Aşıkkutlu, “Gsm-gprs tabanlı cihaz kontrol yazılımı”, Yüksek lisans tezi, Bilgisayar Mühendisliği, Maltepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2013.
[6] K. Demir, “Plc ile kontrol edilen endüstriyel bir sistemin cep telefonu ile uzaktan kontrolü”, Yüksek lisans tezi, Elektrik Eğitimi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2010.
[7] M. Demir, “Elektrik sayaçlarının gprs ile uzaktan okunması”, Yüksek lisans tezi, Elektrik Eğitimi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, 2006.
[8] M. Balcılar, “Gsm üzerinden pc tabanlı araç izleme sistemi tasarımı ve yapımı”, Yüksek lisans tezi, Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi, Bilişim Enstitüsü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2010.
[9] M. Kılınç, “Uzaktan erişimli sı̇stem odası kontrolü”, Yüksek lisans tezi, Mekatronik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bozok Üniversitesi, Yozgat, Türkiye, 2012.
[10] A. Hussein ve O. Erdem, “Tıbbi verilerin GPRS ile gerçek zamanlı izlenmesi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C Tasarım ve Teknoloji, c. 1, sayı 3, ss. 93–101, 2013.
[11] Y. Daşdemir ve N. İnanç, Kablosuz Veri İletişimi ile Sistemlerin Uzaktan Kontrolü ve Bir Uygulama, Içinde TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011, s. (264-269).
[12] Weidmuller. (2020, 4 Mart). [Online]. Erişim: https://catalog.weidmueller.com/procat/Product.jsp?page=Product&productId=([ 2535970000]).
10, sayı 10, ss. 79–86, Nis. 2014,
[14] L. Hach. (2019, 5 Şubat). [Online]. Erişim: https://tr.hach.com/cl17-serbest-klor-analizoru/product downloads?id=24930440238
[15] R. Automation. (2019, 3 Mayıs). [Online]. Erişim: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/17 69-um021_-en-p.pdf.
[16] H. B. Gökgündüz, “Radyo Frekans (RF) yöntemi ile araç tanıma ve kontrol sistemlerinin tasarımı ve geliştirilmesi”, Yüksek lisans tezi, Elektronik ve Bilgisayar Sistemleri Eğitimi Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2008.
[17] Roltek Teknoloji. (2020, 14 Şubat). [Online]. Erişim: https://www.roltek.com.tr/blog/kablosuz-plc-haberlesmesi-nasil-yapilir/.
[18] I. Teknoloji. (2019, 10 Mayıs). [Online]. Erişim: http://www.infoteknoloji.com/2010/10/wi-fi-nedirkablosuz-internet.html.
[19] O. Bal, “Mikroişlemcilerin bluetooth üzerinden güvenli haberleşmesinin gerçekleşmesi”, Lisans tezi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Elektronik Mühendisliği, Elektrik-Elektronik Fakültesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
[20] A. Tomar. (2019, 8 Mayıs). [Online]. Erişim: https://www.cs.odu.edu/~cs752/papers/zigbee-001.pdf.
[21] RF Teknoloji. (2012), “RF Haberleşme Nedir”. http://rfteknoloji.com.tr/anasayfa/itemlist/tag/kablosuz veri iletimi.
[22] F. Ertürk, “Microcontroller based tracking system”, Yüksek lisans tezi, Bilgisayar Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Haliç Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2008. [23] E. Pesen, “Otomotiv endüstrilerinde kullanılan sensörler için Gprs üzerinden veri toplama sistemi tasarımı uygulaması”, Yüksek lisans tezi, Elektronik-Elektronik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye, 2010.
[24] F. Demir, “Güvenli veri iletiminde kullanılan Vpn tiplerinin uygulaması ve performans analizi”, Yüksek lisans tezi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2010. [25] Z. Yüksel, “Ağ güvenliği ve güvenlik duvarında Vpn ve Nat uygulamaları”,
Yüksek lisans tezi, Elektronik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2007.
[26] A. Kafalı, “Plc ve scada tabanlı sıvı boya dozajlama sisteminin gerçekleştirilmesi ve performansının incelenmesi”, Yüksek lisans tezi, Mekatronik Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Necmettin Erbakan Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2019. [27] A. Özer, “Endüstriyel sistemlerde Plc ve Scada uygulaması”, Yüksek lisans tezi,
Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2016.
[28] F. Becerikli, “Plc ve scada sistemlerinde katı ve sıvıların tartım hassasiyetinin arttırılması ve dozajlanması”, Yüksek lisans tezi, Makina Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, Türkiye, 2013.
[29] C. Şahin, “Dağınık Opc sistemlerinin internet üzerinden denetlenmesi”, Yüksek lisans tezi, Elektrik Eğitimi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye, 2007.
[30] O. Foundation. (2020, 1 Ocak). [Online]. Erişim: https://opcfoundation.org/about/opc-foundation/history/.
[31] R. Automation. (2019, 3 Ocak). [Online]. Erişim: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/gr/linx -gr001_-en-e.pdf.
7. EKLER
7.1. EK 1: GPRS MODEMİN GENEL TANITIMI
Cihaz beslemesi dokümanda belirtildiği gibi 24V dc olarak ayarlanmalı ve kurulmalıdır. Cihazın durum bilgilerinin ne ifade ettiğini tanımak, modem konfigürasyonunu gerçekleştirmeyi daha da kolaylaştırmaktadır. Aynı zamanda herhangi bir arızada ledlerin durumları yönlendirici olmaktadır.
7.1.1. Modemin Ön Yüzü
Cihazın ön yüzünde portlar, ledler ve besleme girişi bulunmaktadır. Cihaz ledleri arasında en önemlileri, Şekil 7.1‘de belirtildiği üzere güç, alarm, VPN aktif ve LTE 4G aktif ledleridir.
Şekil 7.1. Modem Ön Yüzü. 7.1.1.1. Güç Ledi
Güç ledinin dört farklı durumu fardır. İlk durum yanmamasıdır. Bu durum, cihazda enerji yok anlamı taşımaktadır. Sürekli yeşil yanıyor ise cihazda enerji vardır ve çalışmaktadır anlamındadır. Yarım saniye yeşil yanıp sönmekte ise eğer, cihazın açılmakta olduğunu ifade eder. Eğer saniyenin dörtte biri kadar zaman diliminde yanmakta ve sönmekteyse eğer bu durum, cihaz fabrika ayarlarına dönüyor anlamı taşımaktadır.
7.1.1.2. Alarm Ledi
Bu led, modem ile ilgili herhangi bir hata söz konusu ise bilgi vermektedir. Sarı renkle yandığı zaman modemde bir problem var anlamı taşır.
7.1.1.3. VPN Aktif Ledi
Bu led, cihaz içerisinde VPN güvenliğinin sağlandığı durumda turuncu renk sabit yanarak her şeyin yoluna gittiği bilgisini vermektedir. VPN üzerinden veri transferi yapıldığı sırada LTE 4G ledi ile birlikte hızlı bir şekilde yanıp sönmektedir. Eğer led yanmıyor ise bu durum, VPN ayarlarının yapılmadığı anlamı taşımaktadır. Led yarım saniye boyunca yanıp sönmekte ise, oluşturulan VPN ayarlarında problemler olmasını ifade etmektedir. 7.1.1.4. LTE 4G Ledi
Bu led, yanmıyor ise 4G ayarları yapılmamış anlamı taşır. Yarım saniye boyunca turuncu renk yanıyor ve sönüyor ise bu durum, sim kartın takılı olmadığı ya da okunamadığı anlamı taşımaktadır. Ledin turuncu ve sabit yanması ise sim kart takılı ve okunuyor, 4G ayarları yapılı fakat internete çıkılamıyor durumunu ifade etmektedir. İdeal durumda, yani 4G haberleşmesinde problem yokken bu led yeşil renk sabit yanar. Haberleşme sırasında ise VPN aktif ledi ile birlikte yanıp sönme işlemi gerçekleştirir.
7.1.2. Modemin Arka Yüzü
Cihazın ön yüzünde haberleşmeye dair ledler, cihaz ile veri transferinin yapılacağı portlar ve besleme girişi bulunurken, Şekil 7.2‘de 1 no’lu bölüm ile gösterildiği üzere arka yüzünde ise 3G veya 4G data (veri) kartlarının takılabileceği soket bulunmaktadır. Data (veri) kartı, bir telefon operatörüne bağlı, verilerin internet aracılığıyla taşınması için kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada 5 gigabyte kapasiteli data (veri) kartı seçildi. Transfer edilecek noktalarda bir veya iki adet analog sinyal transfer edileceğinden bu seçim yapıldı. 2 no’lu bölümde işaret edilen sokette ise hafıza kartı yer almaktadır. Aynı zamanda, cihazın bu yüzünde bulunan tırnaklar sayesinde panele montaj yapılabilmektedir.
Şekil 7.2. Cihazın Arka Yüzü.
7.2. EK 2: KABLOSUZ HABERLEŞME YÖNTEMLERİ
Endüstriyel kontrol sistemlerinde kullanılan birçok haberleşme tipi, çeşidi ve protokolü vardır. Veri akışı, kontrol sistemlerine bağlı direkt sinyal kablosu ile de olabilir veya toplanan veriler bir protokol ile toplu olarak da transfer edilebilir. Veriler sensör ile bir kontrolör arasında da taşınabilir, iki kontrolör arasında da taşınabilir. Saha koşulları veya birtakım şartlar dolayısıyla veri transferinin kablosuz haberleşme yöntemi kullanılarak yapılması gereken durumlar olabilir. Bu yöntemlerden bazıları şu şekildedir.
7.2.1. Kablosuz İletişim
Herhangi bir kablolu iletken olmadan bir noktadan iki veya daha fazla nokta arasındaki veri aktarımına kablosuz iletişim denir. Kablosuz iletişim teknolojisi, günümüzde yaygın olarak kullanılan kablolu veya fiberoptik iletişim yapılarıyla benzerlik göstermektedir. Kablosuz iletişim teknolojisini diğerlerinden ayıran nokta ise; iletim ortamı olarak havayı kullanmasıdır [16]. Otomasyon sistemlerinde kablolu iletişimin yüksek maliyet gerektirdiği noktalarda kablosuz iletişim yaygın olarak gerçekleştirilmektedir [17]. 7.2.1.1. Wifi
İngilizce “Wireles Fidelity” kelimelerinin kısaltmalarından oluşur ve kablosuz erişim anlamına gelmektedir. 2.4 GHz veya 5 GHz radyo frekansında gerçekleşir. Lisans gerektirmeyen radyo frekans aralıklarında çalışması, diğer kablosuz haberleşme yöntemlerine göre ucuz olması olumlu yanları arasında yer alır. Lisans gerektirmeyen frekanslarda çalıştıklarından wifi cihazlar diğer cihazlarla çakışabilir. Bluetooth, mikrodalga fırın ve telsiz telefonlar tarafından iletişim kalitesi düşürülebilir. Uluslararası düzenlemelerin tümü aynı olmadığından ülkeler arası farklılıklar ve buna bağlı uyumsuzluklar çıkabilir. Güç tüketimleri yüksektir [18]. Endüstriyel sistemler için pek tercih edilen bir yöntem değildir.
7.2.1.2. Bluetooth
Tüm dünya tarafından kabul gören, yakın mesafe iletişim protokolüdür. Bluetooth cihazları 2.4 GHz ile 2.485 GHz arasındaki bantlarda lisanssız olarak çalışabilirler. Düşük enerji kullanımı ve ucuz olması, çift yönlü haberleşme imkanı, avantajları arasındadır [19].
7.2.1.3. Zigbee
Zigbee dünya çapında kullanıma açık olan 2.4 GHz frekans bandını kullanır. İletişim mesafesi 10 metre ile 75 metre arasında çevresel koşullara bağlı olarak değişir[20]. Kısa mesafeli ve hassas olduğundan, endüstriyel tesislerde pek tercih edilmemektedir.
7.2.1.4. Radyo Frekans (RF)
Radyo frekans haberleşmesi, radyo frekansı üzerinden bir alıcı ve bir verici arasında veri alışverişidir. RF haberleşme sistemlerinde kullanılan radyo modemler, yayın yaptıkları frekans aralıklarına göre lisanslı bant RF modemler ve serbest frekans RF modemler olarak ikiye ayrılır. Serbest frekans RF modemlerin kullanımı herkes tarafından yapılabildiğinden zaman zaman bu kesintiler yaşanabilmektedir. Lisanslı bant RF modemler ile haberleşme daha güvenli ve kesintisiz olmaktadır [21].
7.2.1.5. Gsm/Gprs
Gsm, Global System For Mobile Communications kelimelerinin baş harflerinden oluşur. Tüm dünyada hücresel telefon standardına öncülük eden bir teknolojidir ve 1982 yılında dijital kablosuz iletişim standardı olarak onaylanmıştır. Gsm teknolojisinin büyük faydalarından birisi, uluslararası olmasıdır. Hızla büyüyen ve sürekli gelişmekte olan ve kablosuz servisler sunan Gsm, yüksek hız ve internet ağıyla birlikte geniş çaplı dolaşım imkanı sunmaktadır [22].
Gsm, dünya ülkeleri arasında farklı frekans bantlarında çalışır. Örneğin kuzey Amerika’da 1800 Mhz frekans kullanılırken dünya ülkelerinde 900 Mhz ya da 1800 Mhz frekans kullanılır. Bu yüzden, uluslararası erişim sağlanabilmesi adına Gsm hatları çeşitli bantlar sağlamalıdır [22].
Gprs, verinin bir mobil telefon ağı aracılığıyla transfer edilmesine ve alınmasına imkan tanıyan mobil aygıtlar için geliştirilmiş paket anahtarlamalı iletişim teknolojisidir [23]. Veriler, alıcı ve verici arasında paketler halinde transfer edilir. Kullanıcılar, kullandıkları süre boyunca değil, transfer edilen verinin boyutu ile faturalandırılır. Gprs, mevcut Gsm teknolojisi ile geliştirilmiştir. Yüksek hızda veri iletimi (56-118 kbps) ve sürekli bağlantı konumunda olması gibi avantajları bulunur. Günümüzde Gsm altyapısını kullanan ve bu teknolojinin geliştirdiği daha hızlı veri aktarım avantajını kullanan Gsm/Gprs modemler mevcuttur. Bu modemlerin içerisine yerleştirilen data (veri) kartları ile Gsm altyapısı kullanılır. Veriler operatör şebekesi aracılığıyla internet ortamına taşınır.
Bu çalışmada, Weidmuller firmasının IE-SR-2GT-UMTS/4G model modemi kullanılmıştır. Modem seçiminde, haberleşme hızı, 4G altyapısına uyumu ve VPN
güvenliği gibi etkenler yer almaktadır.
7.2.2. GPRS Haberleşme Yönteminde Sistem Güvenliği
VPN’ler (Özel Sanal Ağlar) bir ağ içerisinden gönderilen verilerin güvenlik tehlikelerine karşı çözüm geliştirme amaçlı geliştirilmiştir. İki nokta arasındaki veri transferi eğer şifrelenmemiş bir yöntem ile açık bir şekilde gerçekleştirilirse, verinin transfer edildiği yol boyunca herhangi biri tarafından kolaylıkla gözlenebilir ve saldırı gerçekleştirilebilir. Kötü niyetli kişi bu saldırıyı izleme veya direkt müdahale olarak gerçekleştirebilir. İzleme amaçlı gerçekleştirilen saldırılarda kötü niyetli kişi, kullanıcı adı ve şifre gibi kişisel bilgileri ele geçirerek saldırısında başarıya ulaşabilir. Endüstriyel tesislerde ise bu saldırı, kritik verileri ele geçirerek tesis bilgisayarlarına direkt müdahale veya proses değişkenlerine müdahale ederek üretim kayıplarına sebebiyet verecek sonuçlar doğurabilir. Tesisin kontrol sistemlerine kadar erişim sağlayarak geri dönüşümü olamayacak yazılımsal müdahaleler dahi gerçekleştirebilir.
7.2.3. VPN
VPN tanım olarak verinin şifrelenerek bir tünel içerisinden gönderilmesidir. 2 farklı VPN modu vardır. Cihazdan cihaza yapılan VPN moduna taşınma modu, ağdan ağa yapılan VPN moduna ise tünel modu adı verilir. 4 farklı VPN tipi bulunur [24].
7.2.3.1. Uçtan Uca VPN’ler
VPN uç cihaz arasında tünel modu kullanılarak güvenli iletişim sağlanır. Genel olarak L2L (Lan-to-Lan) olarak bilinirler. Bu tip korumada, her bir lokasyondaki VPN sonlandırıcı cihaz karşılıklı olarak iletilen verinin korunmasını sağlar.
7.2.3.2. Uzak Erişim VPN’ler (Remote Access VPN)
Çok düşük bant genişliğini kullanan kullanıcılar için geliştirilmiş, tünel modunukullanan VPN’lerdir. Bu çalışmada uzaktan erişim VPN uygulanarak veri paketi güvenliği sağlandı. Bu çalışmada internete çıkarılan verilerin güvenliği Remote Acces VPN tipi ile sağlanmıştır.
7.2.3.3. Güvenlik Duvarı VPN’ler (Firewall VPN)
L2L ve uzaktan erişim VPN’lere ek olarak güvenlik fonksiyonlarının ilave edilmiş çeşididir.
