TEKNİK YAZI

Uzaktan Enerji İzlemede En İdeal Haberleşme Yoluna Dair: Neden GSM?

Enerji kalitesinin uzaktan SCADA yazılımı aracılığıyla denetlenmesi, son yıllarda oldukça yaygın yatırım alan ve geniş kapsamlı yönetmeliklerle irdelenen bir uygulamadır. Ayrıca endüstriyel tesislerin veya uzak istasyonların enerji verimliliğinin takip edilmesi de, önemli ölçekte tasarrufa imkan tanıyabilen, hem yazılımsal hem de donanımsal bileşenlerin sürekli geliştirildiği bir alandır. 

Enerji kalitesini izleme uygulaması, enerji üretim tesislerinde veya elektrik dağıtım noktalarında konumlandırılan enerji kalite kaydedici cihazlar vasıtasıyla yapılır. Genellikle geniş bir coğrafyada dağınık olarak konumlanmış veri izleme istasyonları söz konusudur. Her bir uzak istasyonda RTU, PLC ve enerji analizörü gibi, uç noktalarda yer alan sinyallerin toplandığı veya işlendiği üniteler bulunur. İzleme merkezinde yer alan SCADA, diğer entegre yazılımlar ve uzak istasyonların kontrol merkeziyle haberleşebilmesini sağlayan sistemler ise bu uygulamanın diğer temel bileşenleridir.

Uzak lokasyonlarda kullanılan ekipmanlar, en son teknoloji yazılım ve donanım özelliklerini barındıran yüksek kapasiteli bileşenlere sahip olabilir, kontrol merkezindeki veri izleme ve yönetim yazılımları en gelişmiş seviyede çalışabilecek yapılar olabilir. Tüm bu üstün özelliklere rağmen yekün sistemin sağlıklı olarak kurulması ve sürdürülebilmesinde en belirleyici öğe, bu birimler arasında köprü görevi gören haberleşme sistemidir.

Uzak Enerji İzleme Uygulamalarında Haberleşme Sistemi Tasarım Ölçütleri

Enerji kalitesinin denetlendiği sistemler tasarlanırken, sağlıklı ve olabildiğince kesintisiz bir haberleşme için bazı unsurlara dikkat edilmesi gerekir. Bunlar,

  • Veri istasyonlarının sayısı ile her bir birim arasındaki mesafe,
  • Uygulamanın ortam koşulları,
  • İzlenmesi gereken donanımsal ve siber güvenlik standartları,
  • Haberleşmede amaçlanan veri aktarım hızı ve veri türleri,
  • Sistemin ileride ortaya çıkabilecek ihtiyaçlara yönelik ölçeklenebilir olup olmamasıdır. 

Verileri toplayacak uç cihazlar, yukarıdaki unsurlara göre seçilmeli, ilgili standartları destekleyen donanımlar olmalıdır. Bu tasarım ölçütleri bir arada değerlendirildiğinde otoritelerin mutabık kaldığı görüş, bu uygulamalarda hem maddi hem de teknik açıdan en uygun haberleşme metodunun GSM teknolojisi olduğu yönündedir.

Geniş bir coğrafyada dağınık olarak konumlandırılmış çok sayıda istasyonun yer aldığı tipik enerji izleme uygulamalarında, kablolama masrafları nedeniyle istasyonların kablolu bir Ethernet altyapısı kurularak endüstriyel bir ağ üzerinden izlenmesi mümkün değildir. Radyo frekansı, WiMax, WiFi (2.4GHz/5GHz) gibi kablosuz haberleşme teknolojileri ise uzaktan enerji izleme uygulamaları için değerlendirildiğinde, oldukça fazla dezavantaja sahiptir: 

Ön yatırım maliyetlerinin son derece yüksek olması,

Uç cihaz sayısının yüksek olması durumunda kanal çakışmalarının yaşanabilmesi,

Haberleşmenin değişken ortam koşullarından oldukça etkilenebilmesi; dolayısıyla sürdürülebilir ve güvenilir olmamaları,

Serbest frekans bantlarında çalışma durumunda uygulama bölgesine bağlı olarak harici girişim ile karşılaşılabilmesi,

Serbest frekans bantlarında çalışma durumunda uygulama bölgesine bağlı olarak harici girişim ile karşılaşılabilmesi,

Yedekli haberleşme arayüzlerinin yeterince etkin sunulamıyor olması,

3G/4G LTE'nin Enerji İzleme Sistemlerindeki Rolü

Aynı bağlamda değerlendirilmesi gereken bir başka kablosuz iletişim teknolojisi ise GSM’dir. Kablosuz haberleşmenin endüstriyel 3G/4G router’lar yoluyla sağlanması, diğer kablosuz alternatiflere kıyasla pek çok açıdan önemli avantajlara sahiptir. 

Haberleşmede Mesafe Kısıtının Kalkması: İster seri (RS-232/422/485) ister Ethernet tabanlı uç cihazlar ile, en yakın baz istasyonu üzerinden uzak yönetim birimlerine erişim sağlayan GSM altyapıları, haberleşmede mesafe ölçütünü ortadan kaldırmaktadır. Günümüzde GSM operatörlerinin ülke genelinin %97’sinde kapsama alanı sağlayabilmesi de bu altyapıların etkinliğini pekiştirmektedir. 

Yedeklilik: Şehir merkezlerine uzak yerlerde GSM sinyal seviyesinin düşük olması veya herhangi bir lokasyonda dönemsel olarak sinyal zayıflaması gibi durumlar meydana gelebilir. Ancak bu tip durumlara karşı endüstriyel tip GSM router’larda o hattı sürekli canlı tutmaya yönelik otomatik mekanizmalar ve yedekli haberleşme arayüzleri bulunur. Farklı bir operatörün desteklediği yedek bir SIM kart veya yedek internet ağ geçidi arayüzünün tanımlanabilmesi, bir başka deyişle birden fazla katmanda haberleşme yedekliliği, çoğu SCADA enerji kalite izleme uygulamasının en yaygın kriterlerinden biri haline gelmiştir.

Seri ve Ethernet Tabanlı Haberleşme Esnekliği: Seri veya Ethernet tabanlı veri protokolleri uzak yönetim birimine transparan olarak, yani herhangi bir şekilde değiştirilmeden iletilebilir. Bu, uç cihazların bu birim ile adeta fiziksel olarak bağlıymış gibi haberleşmesini sağlar. Öte yandan Modbus gibi belirli endüstriyel haberleşme protokolleri GSM router noktasında da dönüştürülebilir. Bu da uzak enerji sistemlerine önemli bir esneklik ve genişleme imkanı tanır.  

Yüksek Bant Aralığı: Günümüzün en yaygın GSM haberleşme standardı olan 4G LTE teknolojisi sayesinde, bir enerji izleme uygulaması için gerekli anlık veri hacmi (bant aralığı) fazlasıyla karşılanabilmektedir. Ancak, insansız uzak lokasyonların güvenliğinin sağlanabilmesi için bu yerlerde IP kameralar konumlandırmak, bunları da GSM router üzerinden, izole bir kanal olarak uzak haberleşme sistemine dahil etmek istenebilir. Yakın gelecekte geçiş yapılması öngörülen 5G teknolojisi başarılı olursa, bu gelişme yalnızca uzak enerji izleme uygulamalarında değil, hayatımızın her alanında radikal değişikliklere ön ayak olacak değişiklikler getirebilir.

Robustel 3G/4G VPN Router

Siber Güvenlik: Donanımsal ve fiziksel güvenliğe ek olarak, günümüz TCP/IP teknolojisinin beraberinde getirdiği siber güvenlik tehditleri de endüstriyel GSM haberleşme sistemlerinde alınabilecek oldukça çeşitli ve üst düzey önlemler sayesinde bertaraf edilebilmektedir. GSM router’ların desteklediği bu siber güvenlik işlevlerinden birkaçı şöyledir:

  • Her bir uç cihaza erişimin port yönlendirme sayesinde sınırlandırılabilmesi,
  • Router erişim listeleri oluşturularak kayıt dışı IP adreslerine sahip hiçbir cihazın bağlanamamasının sağlanması,
  • İzole VPN tüneller oluşturulmak suretiyle her bir veri paketinin yüksek düzeyde kripto algoritması ile şifrelenerek alıcıya iletilmesi,
  • SSL sertifikalarına sahip olmayan alıcıların bağlantı kurmasının engellenebilmesi,
  • Kurumsal APN veya RADIUS server gibi sistemlerden faydalanılarak yalnızca önden tanımlı ve yetkilendirmeye sahip cihazların ağa dahil olabilmesi

Pratik ve Maliyet Etkin Çözümler: Ön yatırım maliyeti anlamında son derece avantajlı olan GSM router’lar aynı zamanda kurulum ve montaj açısından da radyo frekans teknolojisinden faydalanan kablosuz haberleşme cihazlarına kıyasla çok daha pratik çözümlerdir. Günümüz bulut teknolojileri sayesinde aylık statik data hattı maliyetlerinin ortadan kaldırılabilmesi, hücresel operatörlerin uzak enerji izleme yapılarına yönelik paketler sunuyor olmaları, GSM haberleşme sistemi aylık işletim maliyetlerinin de daha uygun seviyelerde temin edilebilmesini sağlamaktadır. 

Sonuç olarak, enerji izleme uygulamalarının istisnai özellikleri değerlendirildiğinde, kontrol/izleme merkezi ile uzak veri istasyonları arasında kurulması gereken haberleşme sistemlerinde endüstriyel GSM teknolojisinin tercih edilmesi, hem teknik avantajları, hem de maliyet açısından yatırımcılar için doğru çözüm olarak öne çıkmaktadır. 

Yazan: Barış ÖZDEMİR
İş Geliştirme Müdürü – GSL Mühendislik​