Atık Su, Su Arıtım, Su Dağıtım Projelerinde Otomasyon Ağı İçin Ethernet Altyapısı

Atık Su, Su Arıtım, Su Dağıtım projelerinde otomasyon ağının koşacağı Ethernet Altyapısı için en önemli kriterler aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Dayanıklılık ve Çevresel Uyumluluk: Endüstriyel ethernet altyapısı, zorlu endüstriyel ortamlarda kullanılmak üzere dayanıklı ve çevresel olarak uyumlu olmalıdır. Sıcaklık, nem, toz, titreşim, darbe, kimyasal maddeler gibi çevresel faktörlere karşı dayanıklı olmalıdır.
• Yüksek Hız ve Performans: Endüstriyel ethernet altyapısı, yüksek hızlı veri iletimini desteklemeli ve düşük gecikme süreleri ile yüksek performans sağlamalıdır. Sanayi uygulamaları genellikle büyük veri miktarlarını işlemektedir, bu nedenle yüksek bant genişliği ve hızlı veri iletimi önemlidir.
• Kesintisiz İletişim: Endüstriyel ethernet altyapısı, kesintisiz iletişim sağlamalıdır. Uygulamaların sürekli olarak çalışması için kesintiye uğramadan, güvenilir ve sürekli bir ağ bağlantısı gereklidir.
• Geniş Kapsama Alanı: Endüstriyel ethernet altyapısı, geniş bir kapsama alanı sağlamalıdır. Büyük endüstriyel tesisler ve tesisler genellikle geniş bir alana yayılmış olabilir, bu nedenle ağın her noktada erişilebilir olması önemlidir.
• Farklı Ortamlara Uyumluluk: Endüstriyel ethernet altyapısı, farklı endüstriyel ortamlara uyum sağlayabilmelidir. Örneğin, ofis ortamından, fabrika zeminine veya açık alana kadar farklı ortamlarda kullanılabilir olmalıdır.
• Redundant Bağlantılar: Endüstriyel ethernet altyapısı, redundant bağlantılar ile yedeklilik ve güvenilirlik sağlamalıdır. Birden fazla bağlantı noktası ve ağ yedekliliği, ağın kesintiye uğramadan çalışmasını ve veri kaybını önler.
• Network Yönetimi ve Güvenlik: Endüstriyel ethernet altyapısı, etkili ağ yönetimi ve güvenlik özelliklerine sahip olmalıdır. Ağ yönetim araçları, ağın izlenmesi, yönetilmesi ve sorunların giderilmesi için kullanılabilir olmalıdır. Ayrıca, güvenlik önlemleri, yetkilendirme, kimlik doğrulama, veri şifreleme ve erişim kontrolleri gibi güvenlik mekanizmalarını içermelidir. Endüstriyel ethernet altyapısı, endüstriyel ağların güvenliğini sağlamak için uygun güvenlik protokollerine ve standartlara da uygun olmalıdır.
• Uyumlu Standartlar: Endüstriyel ethernet altyapısı, endüstriyel ağ standartlarına uygun olmalıdır. Örneğin, Modbus TCP, EtherNet/IP, PROFINET gibi endüstriyel ağ protokollerini desteklemelidir.
• Genişleyebilirlik: Endüstriyel ethernet altyapısı, gelecekteki büyüme ve genişleme ihtiyaçlarına uyum sağlayabilmelidir. Skalabilite, ağın kolayca genişletilebilmesi ve yeni cihazların veya uygulamaların eklenmesine olanak tanıması anlamına gelir.
• Kolay Kurulum ve Bakım: Endüstriyel ethernet altyapısı, kolay kurulum ve bakım özelliklerine sahip olmalıdır. Kablo yönetimi, cihaz yapılandırması, ağın izlenmesi ve sorun giderme gibi işlemler, kullanıcı dostu bir arayüz ile kolayca gerçekleştirilebilmelidir.
• Uzaktan Erişim ve Yönetim: Endüstriyel ethernet altyapısı, uzaktan erişim ve yönetim yeteneklerine sahip olmalıdır. Uzaktan erişim, ağın uzaktan yönetilmesini, izlenmesini ve sorun giderme süreçlerini kolaylaştırır.
• Uygun Maliyet: Endüstriyel ethernet altyapısı, uygun maliyetli olmalıdır. İşletme bütçesine uygun bir çözüm olmalı ve ağın maliyet-etkin bir şekilde yönetilmesini sağlamalıdır.

Sonuç olarak, endüstriyel ethernet altyapısı, dayanıklılık, performans, kesintisiz iletişim, kapsama alanı, uyumluluk, güvenlik, yönetim, standartlar, skalabilite, kolay kurulum ve bakım, uzaktan erişim ve uygun maliyet gibi kritik faktörlere dikkat etmelidir. Doğru bir endüstriyel ethernet altyapısı, verimli ve güvenilir bir endüstriyel otomasyon ağı kurmak için önemlidir.

Peki Su marketinde en yaygın endüstrtiyel protokoller hangileri?

• Modbus TCP: Modbus, seri haberleşme protokolü olarak başlamış olsa da, Modbus TCP, Ethernet üzerinden iletişim sağlayan bir endüstriyel ağ protokolüdür. Modbus TCP, kolay kullanımı, düşük maliyeti ve geniş yaygınlığı nedeniyle endüstriyel otomasyon alanında sıkça tercih edilir.
• DNP3 (Distributed Network Protocol 3), endüstriyel otomasyon ve enerji sektörlerinde yaygın olarak kullanılan bir ağ protokolüdür ve yaygın kullanılan endüstriyel ağ protokollerinden biridir. Özellikle enerji dağıtımı, su ve atıksu yönetimi gibi kritik altyapı uygulamalarında tercih edilir. DNP3, saha cihazları arasında güvenilir ve etkili iletişim sağlar ve genellikle SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemlerinde kullanılır.
• EtherNet/IP: EtherNet/IP, Ethernet üzerinden iletişim sağlayan ve Rockwell Automation tarafından geliştirilen bir endüstriyel ağ protokolüdür. Rockwell Automation’un kontrol sistemleri ve cihazlarıyla entegrasyonu kolaydır ve endüstriyel otomasyon uygulamalarında sıkça kullanılır.
• PROFINET: PROFINET, Ethernet üzerinden iletişim sağlayan ve PROFIBUS International tarafından geliştirilen bir endüstriyel ağ protokolüdür. PROFINET, özellikle fabrika otomasyonu ve süreç otomasyonu gibi endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılır.
• DeviceNet: DeviceNet, seri haberleşme protokolü olarak başlamış olsa da, daha sonra Ethernet tabanlı versiyonları da geliştirilmiştir. DeviceNet, cihaz seviyesindeki iletişim için kullanılan bir endüstriyel ağ protokolüdür ve endüstriyel otomasyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
• Profibus: Profibus, seri haberleşme protokolü olarak başlamış ve daha sonra Ethernet tabanlı versiyonları da geliştirilmiştir. Profibus, endüstriyel otomasyon alanında yaygın olarak kullanılan bir endüstriyel ağ protokolüdür ve süreç otomasyonu uygulamalarında sıkça tercih edilir.

Bu sistemlerde tek bir protocol kullanmak zorunda değilsiniz. Bir sistemi ModbusRTU ile kurarsınız, Ama SCADA yazılımı DNP3 ile inşa edilmiştir. Bu iki sistem arasında iletişm için DNP3 ile Modbus çevirimi yapabilen bir protocol gateway kullanabiliisniz. Moxa Magate ürün portfoyü, ModbusRTU, ModbusTCP, DNP3, Ethernet/IP, Profibus, Profinet, DF1, IEC 61850, IEC101/104, BACnet, OPC, MQTT gibi onlarca protokolü birbirine çevirebilen protocol gateway modeli sunabilmektedir.

Su projelerinde özellikle Otomasyon Kontrol merkezinde nasıl bir ağ topolojisi kullanalım?

Redundancy, fast recovery gibi koşulları sağlamak için Ring topoloji kullanmanız önerilir.

Hangi protokoller ile Layer2 bir Ring oluşturabiliriz?

• STP/MSTP (Rapid Spanning Tree Protocol/Multiple Spanning Tree Protocol): RSTP/MSTP, Ethernet tabanlı ağlarda kullanılan hızlı bir köprüleme protokolüdür. Çoklu ağ segmentleri arasında yedekli bağlantılar sağlamak için kullanılabilir. Bu protokolde, anahtarlar arasında bir ana yolu (main path) ve yedek yollar (alternate paths) oluşturulur. Ana yoldaki bir bağlantı kesilirse, yedek yollar devreye girerek ağın sürekliliğini sağlar. Recovery time saniye seviyesinde olduğundan zorunlu olmadıkça tercih edilmez.
• PRP (Parallel Redundancy Protocol) ve HSR: PRP, aynı anda iki ayrı fiziksel yol üzerinden veri iletimine olanak tanıyan yedekli bir protokoldür. Bu protokolde, iki ayrı yol üzerinden veri paketleri aynı anda gönderilir ve alıcı tarafında doğru paket seçimi yapılır. PRP, yüksek düzeyde güvenilirlik sağlamak için kullanılabilir ve kontrol merkezinde yedekli bağlantılar gerektiren kritik uygulamalarda tercih edilebilir. Sıfır paket kaybı, sıfır recovery time ile en güvenilir yöntemdir. Ancak normal ethernet anahtarlar yerine donanımsal olarak PRP/HSR destekli anahtarlar kullanılmaldır. Bu yüzden maliyetleri daha yüksektir.
• MRP (Media Redundancy Protocol), endüstriyel ağlarda kullanılan bir ring protokolüdür. MRP, Ethernet ağlarında yedekli bağlantılar sağlayarak ağın sürekliliğini sağlamayı hedefler. Milisaniye seviyesinde recovery sağlar. Örneğin MRP standardı 200ms ve altında recovery time sunar.
• TurboRing ve Turbo Chain: Yukarıdaki protokoller Endüstri standard iken bu protokoller Moxa’ya aitdir. 20ms ve altında Recovery time ile esneklik ve stabiliteyi garanti eder. Ancak ring üyesi tüm anahtarlar Moxa marka olmalıdır.

Bir su projesinde kablosuz İletişim kullanılabilir mi?

Su dağıtım şebekeleri şehir içinde birbirinden uzak ve kırsal alanlara dağıtılmış mimaride olduğundan kablosuz İletişim Teknolojileri alternatifsiz görünmektedir.

Kablosuz Sistemleri kullanmanın Avantajları:

• Kolay kurulum ve esneklik: Kablosuz iletişim, kablo döşeme gerektirmez ve bu nedenle kurulum sürecini kolaylaştırabilir. Ayrıca mevcut altyapıya ek olarak daha esnek bir şekilde entegre edilebilir.
• Uzaktan erişim: Kablosuz iletişim, uzaktan veri erişimini ve uzaktan kontrolü kolaylaştırabilir. Bu, su dağıtım sistemi operatörlerinin saha cihazlarını uzaktan izlemelerini ve kontrol etmelerini sağlar.
• Maliyet avantajı: Kablosuz iletişim, kablo döşeme maliyetlerini ortadan kaldırabilir ve bazı durumlarda daha ekonomik bir seçenek olabilir.

Dezavantajlar:

• Sinyal güvenilirliği: Kablosuz iletişim, fiziksel engeller, sinyal gürültüsü ve diğer faktörler nedeniyle sinyal güvenilirliği konusunda zorluklar yaşayabilir. Bu, sistem performansını etkileyebilir ve veri bütünlüğü ve güvenilirliği konusunda riskler taşıyabilir.
• Güvenlik zorlukları: Kablosuz iletişim, veri güvenliği konusunda bazı zorluklar içerebilir. Kablosuz ağların yetkisiz erişime karşı daha savunmasız olabileceği ve güvenlik önlemlerinin titizlikle uygulanması gerektiği unutulmamalıdır.
• Bant genişliği sınırlamaları: Kablosuz iletişim, bant genişliği sınırlamaları nedeniyle veri transferi hızında kısıtlamalara yol açabilir. Bu, büyük miktarda veri transferi gerektiren uygulamalarda performansı etkileyebilir.

Her su dağıtım otomasyon sistemi projesi kendine özgü gereksinimlere sahip olduğu için, kablosuz iletişim seçeneğinin projenin gereksinimlerini ve zorluklarını dikkatlice değerlendirmek ve avantajları ile dezavantajları dikkate almak önemlidir. Kablosuz iletişim, uygun şekilde planlanıp uygulandığında, su dağıtım otomasyon sistemlerinde etkili bir iletişim çözümü olabilir.

Burada güvenliği çok önemsemek gerekir. Bir saldırganın ağa sızıp Su Pompasını Otomasyon haricinde devreye sokmasını ve mahalleyi su basmasın istemezsiniz.

Hangi kablosuz Teknolojileri kullanabiliriz?

• LoRaWAN (Long Range Wide Area Network): Uzun menzilli kablosuz iletişim teknolojisi olan LoRaWAN, düşük güç tüketimi, geniş kapsama alanı ve uzun menzili ile bilinir. Su dağıtım otomasyon sistemlerinde, uzaktan su sayaçlarının izlenmesi ve veri toplanması gibi uygulamalarda kullanılabilir.
• NB-IoT (Narrowband Internet of Things): NB-IoT, düşük güç tüketimi, düşük bant genişliği gereksinimi ve geniş kapsama alanı ile bilinen bir kablosuz iletişim teknolojisidir. Su dağıtım otomasyon sistemlerinde, su sayaçları, sensörler ve diğer cihazların veri iletişimi için kullanılabilir.
• Wi-Fi (Wireless Fidelity): Wi-Fi, kablosuz yerel ağ (WLAN) teknolojisi olarak geniş bir kullanım alanına sahiptir. Su dağıtım otomasyon sistemlerinde, daha kısa mesafelerde kullanılabilir ve su dağıtım cihazları ve ekipmanları arasında veri iletişimini sağlayabilir.
• Zigbee: Zigbee, düşük güç tüketimi, düşük maliyet ve düşük bant genişliği gereksinimi gibi özelliklere sahip olan bir kablosuz iletişim protokolüdür. Su dağıtım otomasyon sistemlerinde, sensör ağları, veri toplama cihazları ve kontrol cihazları gibi uygulamalarda kullanılabilir.
• Bluetooth: Bluetooth, kablosuz veri iletişimi için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Su dağıtım otomasyon sistemlerinde, yakın mesafeli cihazlar arasında veri iletişimi için kullanılabilir, örneğin akıllı su sayacı verilerinin okunması gibi uygulamalarda kullanılabilir.

Listelenen kablosuz teknolojilerinin hepsinin avantaj ve dezavantajı buluyor. Örneğin;

LoraWAN, bir ISP’ye bağlımlı olmadan On-premise olarak kurabilirsiniz. Böylece Opex maliyetleriniz düşer. LorawAN, 868MHz banda ( ABD de 450MHZ de var), Kbps seviyesinde mesaj iletmeye yarar. LoraWAN Gateway’ler çok enerji harcayacak ve Enerjiyi az kullanmaya odaklı özellikleri barındıran cihazlardır. LoraWAN’da şifreli veri iletişimi mümkündür.

Wi-Fi, yine ISP’ye bağımlı olmadığını ve On-Premise kablosuz ağ kurabileceğiniz bir Teknoloji.Yüksek bant genişliği sunar, ancak frekans ve bağantı hızına göre mesafeler daha kısadır. WPA-3 ile yüksek güvenlikli, şifreli veri iletişimi mümkündür. Moxa’nın AWK serisi yeni nesil Wi-Fi üniteleri ile geniş özellikler sunmaktadır. Örneğin Client modda koşan bir AWK ( örn AWK-1151C), kablolu bir cihazı WiFi ağına ( AP mode AWK-3252A veya AWK-4252A) katabilir. Moxa’ya özel Master-Slave modu ile  veri kayıpsız Bus yapı oluşturmanız mümkün.

NB-IoT, LTE CAT M1 gibi Hücresel teknolojiler ise ISP’ler tarafında sunulmakta Opex maliyeti oluşturmaktadır. Ancak ülkenin her bir noktasında erişim kolaylığı sağlamaktadır. Ayrıca çok zorlu ortamlarda ( örnek -3 kat)  İletişim yeteneğine sahiptir.

Zigbee ve Bluetooth ise çok kısa mesafelerde iletiim yeteneği sunar. Ancak bina içi kablosuz çözümlerde kullanılabilir.

Bunlar, sadece birkaç örnek olup, su dağıtım otomasyon sistemlerinde kullanılabilecek kablosuz iletişim teknolojileri proje gereksinimlerine, uygulama senaryolarına ve yerel koşullara bağlı olarak değişebilir. Herhangi bir kablosuz iletişim teknolojisinin kullanılması öncesinde, projenin gereksinimleri, güvenlik önlemleri, uyumluluk ve diğer faktörler dikkatlice değerlendirilmelidir.

Sonuç olarak, Atı Su, Su Arıtım, Su Dağıtım projeleri kritik sisemler sınıfındadır. Bu yüzden Dayanıklılık, Yedeklilik, Güvenlik, Kesintisizlik kriterlerine göre tüm komponentler seçilmeli ve sistem tasarlanmalıdır.

“Bu makalede ChatGPT uygulamasından faydalanılmıştır. Bilgilerin bazılarında eksiklikler olabilecektir.”