تفاوت DCS و SCADA | مقایسه کامل سیستم‌های کنترل صنعتی

معرفی سیستم‌های کنترل صنعتی DCS و SCADA

در دنیای مدرن تجهیزات اتوماسیون صنعتی، دو واژه‌ی SCADA و DCS نقش اساسی در کنترل و مانیتورینگ فرآیندهای صنعتی دارند. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) به معنای «کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها» است و برای نظارت متمرکز بر فرآیندها در گستره‌های جغرافیایی بزرگ طراحی شده است. اسکادا داده‌ها را از تجهیزات میدانی مانند PLCها، RTUها و ترانسمیترها جمع‌آوری کرده و به اپراتور نمایش می‌دهد. تمرکز اصلی آن روی نظارت، هشداردهی، و کنترل از راه دور است.

فهرست مطالب

در مقابل، سیستم DCS یا (Distributed Control System) «سیستم کنترل توزیع‌شده»، برای کنترل دقیق و هماهنگ فرآیندهای پیوسته و پیچیده در محیط‌های صنعتی طراحی شده است. در این سیستم، کنترلرها به‌صورت توزیع‌شده در نقاط مختلف کارخانه نصب می‌شوند و از طریق شبکه‌ای یکپارچه با مرکز کنترل ارتباط دارند. DCS کنترل حلقه‌های بسته را محلی انجام می‌دهد و از پایداری و هماهنگی بالایی برخوردار است. به بیان ساده، SCADA برای نظارت از راه دور مناسب است و DCS برای کنترل دقیق در محیط‌های متمرکز.

بررسی ۸ تفاوت dcs و scada

تفاوت سخت‌افزار HMI در DCS و SCADA

رابط انسان و ماشین یا HMI (Human Machine Interface) یکی از اجزای کلیدی در هر سیستم اتوماسیون صنعتی است که نقش ارتباط میان اپراتور و فرآیند را بر عهده دارد. اچ ام آی همان نقطه‌ای است که داده‌های خام جمع‌آوری‌شده از میدان (Field) به اطلاعات قابل فهم برای انسان تبدیل می‌شوند. در مقاله HMI چیست به طور کامل در مورد این دستگاه و کاربردهای آن توضیح دادیم.

از نظر سخت‌افزاری، پنل‌های HMI در سیستم‌های DCS و SCADA تفاوت قابل‌توجهی در سطح طراحی، محل نصب و نحوه‌ی ارتباط با کنترلرها دارند. در سیستم‌های DCS (سیستم کنترل توزیع‌شده)، پنل‌های HMI معمولاً به‌صورت محلی و نزدیک به واحد فرآیندی نصب می‌شوند و مستقیماً با کنترلر اختصاصی همان ناحیه در ارتباط‌اند. این ساختار باعث می‌شود واکنش سیستم سریع‌تر باشد و تأخیر ارتباطی به حداقل برسد. سخت‌افزارهای مورد استفاده در DCS معمولاً پنل‌های صنعتی اختصاصی با طراحی مقاوم، نمایشگر با وضوح بالا، و عمر عملیاتی طولانی هستند که برای محیط‌های فرایندی سخت مانند پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها ساخته می‌شوند. این HMIها بخشی از ایستگاه کنترل محلی (Local Control Station) محسوب می‌شوند و به‌طور کامل با سخت‌افزار و نرم‌افزار سیستم DCS یکپارچه هستند.

در مقابل، در سیستم‌های SCADA، HMI معمولاً در سطح بالاتری از ساختار کنترل (Supervisory Level) قرار دارد و بیشتر نقش نمایش، نظارت و گزارش‌گیری از راه دور را ایفا می‌کند. در اسکادا، سخت‌افزار HMI می‌تواند از نوع کامپیوتر صنعتی (Industrial PC) یا ترمینال اپراتوری عمومی باشد و الزامی ندارد که از همان برند کنترلرها باشد. درواقع، انعطاف در انتخاب سخت‌افزار در SCADA بسیار بیشتر است؛ گاهی از پنل‌های برندهای مختلف یا حتی مانیتورهای صنعتی تجاری برای نمایش داده‌ها استفاده می‌شود. از بهترین برندها و تولیدکنندگان مطرح HMI در بازار جهان میتوان hmi زیمنس و hmi abb را نام برد که همه آنها در مارش شاپ قابل تامین هستند.

تفاوت نرم‌افزار HMI در DCS و SCADA

در سیستم‌های SCADA، نرم‌افزار HMI معمولاً از همان سازنده‌ی کنترلرها نیست و می‌تواند از برندهای مختلف انتخاب شود. به همین دلیل اسکادا انعطاف‌پذیری بالاتری دارد و اپراتور می‌تواند با استفاده از نرم‌افزارهای گوناگون (مانند Wonderware، VTScada یا GE iFIX) داده‌ها را از کنترلرها و RTUهای متنوع دریافت کند. در این ساختار، تمرکز بر نظارت از راه دور، جمع‌آوری داده و گزارش‌گیری است.

در مقابل، در سیستم‌های DCS، نرم‌افزار HMI به‌صورت یکپارچه با کل سیستم کنترل طراحی شده است. این یعنی HMI، کنترلرها، سرور مرکزی و پایگاه داده همگی توسط یک شرکت سازنده ارائه می‌شوند. نتیجه‌ی این معماری، هماهنگی دقیق‌تر بین لایه‌های کنترل و نظارت و واکنش سریع‌تر در کنترل فرآیندهای پیچیده و پیوسته است.

تفاوت مغز سیستم‌ها در DCS و SCADA

در سیستم‌های SCADA، وظیفه‌ی اجرای منطق کنترل بر عهده‌ی PLCها و RTUها است. PLCها معمولاً در واحدهای تولیدی نصب می‌شوند و کنترل فرآیند را انجام می‌دهند، در حالی که RTUها برای ارسال داده از ایستگاه‌های دورافتاده به مرکز اسکادا به کار می‌روند. این کنترلرها نیاز به برنامه‌نویسی اختصاصی دارند و معمولاً با زبان‌های استاندارد IEC61131-3 (مثل Ladder و Function Block) پیکربندی می‌شوند. برای درک بهتر تفاوت ساختاری بین این کنترلرها و سیستم‌های DCS، پیشنهاد می‌کنیم مقاله‌های تفاوت dcs و plc و همچنین مقاله RTU چیست و چه تفاوتی با PLC دارد؟ را نیز مطالعه کنید.

در مقابل، در DCS، کنترلرها به‌صورت توزیع‌شده و کاملاً یکپارچه با نرم‌افزار سیستم طراحی شده‌اند. هر کنترلر دارای کتابخانه‌ای از بلوک‌های کنترلی آماده است که اجرای عملکردهای متداول مانند PID و کنترل ترتیبی را تسهیل می‌کند. این ساختار باعث می‌شود پیاده‌سازی سریع‌تر و هماهنگی بین کنترلرها دقیق‌تر باشد.

ویژگی ها	DCS	SCADA
نوع کنترلر اصلی	کنترلرهای توزیع‌شده اختصاصی (Distributed Controllers)	PLCها (Programmable Logic Controllers) و RTUها (Remote Terminal Units)
نقش کنترلرها	کنترل حلقه‌های بسته (Closed-loop Control) و عملیات‌های پیوسته در سطح فرآیند	اجرای منطق کنترلی محلی و ارسال داده به مرکز نظارت
ساختار نرم افزار	کاملاً یکپارچه با سیستم و HMI، دارای پایگاه داده و Function Blockهای آماده	مستقل از برند، متکی بر برنامه‌نویسی سفارشی و ارتباط با نرم‌افزارهای متنوع
روش برنامه نویسی	مبتنی بر Function Blockهای استاندارد و الگوهای کنترلی از پیش تعریف‌شده	نیازمند برنامه‌نویسی اختصاصی با زبان‌های IEC 61131-3 (Ladder, ST, FBD)
میزان یکپارچگی	بسیار بالا؛ تمام اجزا از یک شرکت سازنده و هماهنگ با هم	پایین‌تر؛ اجزا می‌توانند از برندهای مختلف باشند
انعطاف پذیری سیستم	کمتر، چون ساختار بسته و اختصاصی دارد	بیشتر، چون باز و چندسازنده است
سرعت اجرا و هماهنگی	بالا؛ مخصوص کنترل فرآیندهای حساس و پیوسته	پایین‌تر؛ تمرکز بر مانیتورینگ و کنترل از راه دور
نمونه کاربردها	پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، صنایع پتروشیمی	شبکه‌های انتقال برق، خطوط لوله، ایستگاه‌های پمپاژ

مقایسه زمان پردازش در DCS و اسکادا

در DCS، به دلیل وجود کنترلرهای توزیع‌شده و تمرکز بر پایداری فرآیند، زمان چرخه (Scan Time) کمی طولانی‌تر است. این ویژگی برای فرآیندهای پیوسته مناسب است. در مقابل، SCADA با استفاده از PLCها، پاسخ سریع‌تری دارد و برای فرآیندهای گسسته و رویدادمحور (Event-Based) عملکرد بهتری نشان می‌دهد.

فرق DCS و اسکادا در پروتکل‌های ارتباطی

پروتکل‌های ارتباطی، چارچوب انتقال داده بین کنترلرها، HMIها و سرورها را مشخص می‌کنند. در SCADA، تنوع پروتکل‌ها بسیار بالاست که عبارتند از Modbus RTU، DNP3، OPC UA تا MQTT. در نتیجه این سیستم به‌راحتی با فناوری‌های جدید سازگار می‌شود. در مقابل، DCS معمولاً از شبکه‌های اختصاصی و پروتکل‌های استاندارد صنعتی مانند Foundation Fieldbus، Profibus-DP، و HART استفاده می‌کند که یکپارچگی بالا ولی انعطاف‌پذیری محدودتری دارند.

مقایسه ایمنی در سیستم‌های DCS و SCADA

سیستم‌های DCS به‌طور ذاتی دارای ساختار ایمن‌تری هستند، چون کنترل و مانیتورینگ در یک پلتفرم مجتمع انجام می‌شود و ریسک خطای ارتباطی کمتر است. در صنایع حیاتی مانند پالایشگاه یا نیروگاه، DCS اغلب گزینه‌ی اصلی است. با این حال، امروزه با پیشرفت PLCهای ایمنی (Safety PLCs) و ماژول‌های SIL-rated، سیستم‌های SCADA نیز می‌توانند سطح بالایی از ایمنی و قابلیت اطمینان را فراهم کنند. به‌ویژه در پروژه‌هایی که نیاز به انعطاف و مقیاس‌پذیری دارند.

تفاوت DCS و اسکادا در مقیاس پذیری و نگهداری

SCADA برای پروژه‌های گسترده و چندنقطه‌ای طراحی شده و افزودن ایستگاه‌های جدید در آن ساده است. در مقابل، DCS برای محیط‌های متمرکز بهینه شده و توسعه‌ی آن معمولاً نیازمند تجهیزات اختصاصی از همان برند است. از نظر نگهداری، DCS پشتیبانی فنی یکپارچه و پایدار دارد اما هزینه‌ی تعمیرات و وابستگی به سازنده بالاتر است. در SCADA، نگهداری آسان‌تر و اقتصادی‌تر است و امکان جایگزینی قطعات از برندهای مختلف وجود دارد.

ویژگی	DCS	اسکادا
مقیاس پذیری	محدود به طراحی و برند سازنده؛ مناسب برای محیط‌های متمرکز	بسیار بالا؛ مناسب برای شبکه‌های گسترده و چندنقطه‌ای
هزینه اولیه	بالا، به دلیل سخت‌افزار و نرم‌افزار اختصاصی	پایین‌تر، به دلیل معماری باز و قابلیت استفاده از برندهای مختلف
هزینه نگهداری	بالاتر؛ نیازمند پشتیبانی از سازنده‌ی اصلی	پایین‌تر؛ قطعات و نرم‌افزارها قابل جایگزینی با برندهای گوناگون

سخن نهایی

در نهایت، انتخاب بین DCS و SCADA به ماهیت پروژه بستگی دارد. اگر هدف، کنترل دقیق و پایدار فرآیندهای پیوسته در محیطی متمرکز است، DCS بهترین گزینه است. اما اگر نیاز به نظارت گسترده، جمع‌آوری داده از راه دور و انعطاف در مقیاس‌پذیری دارید، سیستم SCADA انتخاب هوشمندانه‌تری است. ترکیب این دو فناوری نیز در بسیاری از صنایع مدرن به‌منظور افزایش کارایی و امنیت متداول شده است.

سوالات متداول درباره تفاوت DCS و SCADA

۱. اصلی‌ترین تفاوت بین DCS و SCADA چیست؟
سیستم DCS برای کنترل فرآیندهای پیوسته و دقیق در یک محل متمرکز طراحی شده، در حالی‌که SCADA برای نظارت و کنترل از راه دور در شبکه‌های گسترده استفاده می‌شود.

۲. کدام سیستم ایمنی بیشتری دارد؟
به‌طور معمول DCS به دلیل طراحی یکپارچه و کنترل متمرکز، سطح ایمنی بالاتری دارد. اما SCADA نیز با استفاده از PLCهای ایمنی می‌تواند امنیت مناسبی ارائه دهد.

۳. در چه شرایطی استفاده از SCADA بهتر است؟
اگر پروژه شامل چند ایستگاه، فاصله‌های زیاد یا نیاز به جمع‌آوری داده از مکان‌های مختلف باشد، سیستم SCADA گزینه مناسب‌تری است.

تفاوت DCS و SCADA در سیستم‌های کنترل صنعتی

معرفی سیستم‌های کنترل صنعتی DCS و SCADA