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SCADA歷史及發(fā)展

Fri, 24 Jul 2020 09:30:00 GMT

SCADA系統(tǒng)是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。和DCS、PLC一樣，是工業(yè)過程自動(dòng)化和信息化不可或缺的基本系統(tǒng)。
SCADA系統(tǒng)
SCADA是SupervisoryControI And Data AcquiSition System （數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）的縮寫，SCADA系統(tǒng)是對(duì)分布距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。
它應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域，其中在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛，發(fā)展技術(shù)也最為成熟。它在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中占重要地位，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，即我們所知的“四遙”功能。
RTU(遠(yuǎn)程終端單元)，F(xiàn)TU(饋線終端單元)是它的重要組成部分。在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用。它是架構(gòu)在PC 之上的生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。當(dāng)然不同領(lǐng)域的應(yīng)用，所需功能也不盡相同，但是它們都具有以下基本特色：圖形操作介面；系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)模擬；即時(shí)和歷史資料趨勢(shì)曲線顯示；警報(bào)處理系統(tǒng)；資料獲取取與記錄；報(bào)表輸出。

SCADA系統(tǒng)發(fā)展歷程
SCADA發(fā)展自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了四代。
第一代是基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，如電力自動(dòng)化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計(jì)算機(jī)運(yùn)用到SCADA系統(tǒng)時(shí)開始到70年代。
第二代SCADA發(fā)展是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）以及網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合到一起構(gòu)成了EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。
第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級(jí)以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。
90年代按照開放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最大的時(shí)期，國家投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。
第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA發(fā)展與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要。

SCADA系統(tǒng)會(huì)包括以下的子系統(tǒng)：
1、人機(jī)界面（或簡(jiǎn)稱為HMI）
一個(gè)可以顯示程序狀態(tài)的設(shè)備，操作員可以依此設(shè)備監(jiān)控及控制程序。HMI會(huì)鏈接到SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫及軟件，讀取相關(guān)信息，以顯示趨勢(shì)、診斷數(shù)據(jù)及相關(guān)管理用的信息，如定期維護(hù)程序、物流信息、特定傳感器或機(jī)器的細(xì)部線路圖、或是可以協(xié)助故障排除的專家系統(tǒng)。
HMI系統(tǒng)常會(huì)用圖像的方式顯示系統(tǒng)的信息，而且會(huì)用圖像模擬實(shí)際的系統(tǒng)。操作員可以看到待控制系統(tǒng)的示意圖。例如一個(gè)連接到管路的泵浦圖標(biāo)，可以顯示泵浦正在運(yùn)轉(zhuǎn)，及管路中液體的流量，操作員可以使泵浦停機(jī)，HMI軟件會(huì)顯示管路中液體流量隨時(shí)間下降。模擬圖會(huì)包括線路圖及示意圖來表示制程中的元素，也可能用制程設(shè)備的圖片，上面再加上動(dòng)畫說明制程情形。
SCADA系統(tǒng)的HMI軟件一般會(huì)包括繪圖軟件，可以讓系統(tǒng)維護(hù)者修改系統(tǒng)在HMI中的呈現(xiàn)方式。呈現(xiàn)方式可以簡(jiǎn)單到只有屏幕上的燈號(hào)，用燈號(hào)表示現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的狀態(tài)情形，也可以復(fù)雜到是用多臺(tái)投影機(jī)顯示摩天大樓中所有的電梯位置或是鐵路中所有列車的位置。
實(shí)現(xiàn)SCADA作用系統(tǒng)時(shí)，警告處理是很重要的一個(gè)部份。系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控指定的警告條件是否成立，以確定是否有警告事件發(fā)生。當(dāng)有警告事件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采取對(duì)應(yīng)的行動(dòng)，例如啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)警告指示，或發(fā)出電子郵件或短信給系統(tǒng)管理者或SCADA操作員，告知已有警告事件。SCADA操作員需確認(rèn)警告事件，有些警告事件在確認(rèn)后其警告指示就會(huì)關(guān)閉，也有一些警告指示要在警告條件清除后才會(huì)關(guān)閉。
2、（計(jì)算機(jī)）監(jiān)控系統(tǒng)
可以采集數(shù)據(jù)，也可以提交命令監(jiān)控程序的進(jìn)行。
3、遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（Remote Terminal Unit，簡(jiǎn)稱RTU）
可連接許多程序中用到的傳感器，數(shù)據(jù)采集（Data acquisition）后將數(shù)字的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）可連接到其他設(shè)備。RTU可將設(shè)備上的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字的值，例如一個(gè)開關(guān)或閥開/關(guān)的狀態(tài)，或是儀器量測(cè)到的壓力、流量、電壓或電流。也可以借由信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳送信號(hào)來控制設(shè)備，例如特定開關(guān)或閥的打開/關(guān)閉，或是設(shè)置一個(gè)泵浦的速度。
4、可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡(jiǎn)稱PLC）
因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，用途廣泛，也常用作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，取代特殊功能的遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)。
SCADA作用是調(diào)度管理層，PLC是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。PLC系統(tǒng)，即可編程控制器，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠性高，技術(shù)成熟，使用廣泛，價(jià)格合理。SCADA的重點(diǎn)是在監(jiān)視、控制，可以實(shí)現(xiàn)部分邏輯功能，基本用于上位；PLC單純的實(shí)現(xiàn)邏輯功能和控制，不提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)操作需借助與按鈕指示燈、HMI以及SCADA系統(tǒng)；
5、通信網(wǎng)絡(luò)
是提供監(jiān)控系統(tǒng)及RTU（或PLC）之間傳輸數(shù)據(jù)的管道。
傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)會(huì)使用廣播、串行或是調(diào)制解調(diào)器來達(dá)到通信的功能，有些大型的SCADA系統(tǒng)（例如發(fā)電廠或鐵路）也常會(huì)使用架構(gòu)在同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）或同步數(shù)字體系（SDH）上的以太網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SCADA系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程管理或監(jiān)視功能常稱為遙測(cè)。

SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu)
SCADA發(fā)展經(jīng)歷了集中式SCADA系統(tǒng)階段、分布式SCADA系統(tǒng)階段和網(wǎng)絡(luò)式SCADA系統(tǒng)三個(gè)階段。
集中式SCADA系統(tǒng)是所有的監(jiān)控功能依賴于一臺(tái)主機(jī)（mainframe），采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)RTU和主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡(jiǎn)單，開放性差，功能較弱。
網(wǎng)絡(luò)化SCADA系統(tǒng)以各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，控制結(jié)構(gòu)更加分散化，信息管理更集中。系統(tǒng)普遍以客戶機(jī)／服務(wù)器（C／S）和瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)（B／S）為基礎(chǔ)，多數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包含這兩者結(jié)構(gòu)，但以C／S結(jié)構(gòu)為主，B／S結(jié)構(gòu)主要是為了支持Internet應(yīng)用，以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要。
與第二代SCADA系統(tǒng)作用相比，第三代SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加開放，兼容性更好，可以無縫集成到全廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)模可以從幾百點(diǎn)到幾萬點(diǎn)，用戶對(duì)SCADA系統(tǒng)的需求是多樣的，因此對(duì)其系統(tǒng)架構(gòu)提出了很高的要求。
SCADA系統(tǒng)屬于典型的分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)中最本質(zhì)的東西，良好的體系結(jié)構(gòu)意味著普適、高效和穩(wěn)定。它可以高效地處理多種多樣的個(gè)體需求。同時(shí)，體系結(jié)構(gòu)在一定的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)需求發(fā)生變化時(shí)，程序員可以不用修改系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。
1、客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)
C／S結(jié)構(gòu)中客戶機(jī)和服務(wù)器之間的通信以“請(qǐng)求－響應(yīng)”的方式進(jìn)行。客戶機(jī)先向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器再響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，如圖1.3所示。
C／S結(jié)構(gòu)最重要的特征是：它不是一個(gè)主從環(huán)境，而是一個(gè)平等的環(huán)境，即C／S系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)在不同的場(chǎng)合既可能是客戶機(jī)，也可能是服務(wù)器。在C／S應(yīng)用中，用戶只關(guān)心完整地解決自己的應(yīng)用問題，而不關(guān)心這些應(yīng)用問題由系統(tǒng)中哪臺(tái)或哪幾臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。
如在SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)SCADA服務(wù)器向PLC請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，它是客戶機(jī)，而當(dāng)其他操作站向SCADA服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，它就是服務(wù)器。顯然，這種結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。
2、瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機(jī)／終端和C／S結(jié)構(gòu)都無法滿足當(dāng)前的全球網(wǎng)絡(luò)開放、互連、信息隨處可見和信息共享的新要求，于是就出現(xiàn)了B／S型結(jié)構(gòu)。
B／S結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是：用戶可以通過瀏覽器去訪問Internet上的文本、數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫、視頻點(diǎn)播和聲音信息，這些信息都是由許許多多的Web服務(wù)器產(chǎn)生的，而每一個(gè)Web服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，大量的數(shù)據(jù)實(shí)際存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是：客戶機(jī)統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶端不存在維護(hù)的問題。
3、兩種結(jié)構(gòu)比較
（1）B／S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
B／S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：
具有分布性特點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。
業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡(jiǎn)單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能。
維護(hù)簡(jiǎn)單方便，只需要改變網(wǎng)頁，即可實(shí)現(xiàn)所有用戶的同步更新。
開發(fā)簡(jiǎn)單，共享性強(qiáng)。
B／S 結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：
個(gè)性化特點(diǎn)明顯降低，無法實(shí)現(xiàn)具有個(gè)性化的功能要求。
操作是以鼠標(biāo)為最基本的操作方式，無法滿足快速操作的要求。
頁面動(dòng)態(tài)刷新，響應(yīng)速度明顯降低。
功能弱化，難以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求。
（2）C／S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
C／S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：
由于客戶端實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的直接相連，沒有中間環(huán)節(jié)，因此響應(yīng)速度快。
操作界面漂亮、形式多樣，可以充分滿足客戶自身的個(gè)性化要求。
C／S結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。
C／S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：
需要專門的客戶端安裝程序，分布功能弱，針對(duì)點(diǎn)多面廣且不具備網(wǎng)絡(luò)條件的用戶群體，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署安裝和配置。
兼容性差，對(duì)于不同的開發(fā)工具，具有較大的局限性。若采用不同工具，需要重新改寫程序。
開發(fā)成本較高，需要具有一定專業(yè)水準(zhǔn)的技術(shù)人員才能完成。
SCADA與DCS、PLC之間的區(qū)別
工業(yè)控制系統(tǒng)涵蓋了多種類型的控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC），它們和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)較常見又容易混淆。那么，SCADA、DCS和PLC三者之間有何區(qū)別呢？
DCS
DCS系統(tǒng)，即分布式控制系統(tǒng)，主要是用于在同一地理位置環(huán)境下，控制生產(chǎn)過程的系統(tǒng)。
DCS系統(tǒng)采用集中監(jiān)控的方式協(xié)調(diào)本地控制器以執(zhí)行整個(gè)生產(chǎn)過程。通過模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)，DCS減少了單個(gè)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。在許多現(xiàn)代化系統(tǒng)中，DCS系統(tǒng)與企業(yè)系統(tǒng)之間設(shè)置接口以便能夠?qū)⑸a(chǎn)過程體現(xiàn)在業(yè)務(wù)整體運(yùn)作中。
DCS系統(tǒng)常用于煉油、污水處理廠、發(fā)電廠、化工廠和制藥廠等工控領(lǐng)域。這些系統(tǒng)通常用于過程控制或離散控制系統(tǒng)。
SCADA
SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，是工業(yè)控制的核心系統(tǒng)，主要是用于控制分散的資產(chǎn)以便進(jìn)行與控制同樣相同重要的集中數(shù)據(jù)采集。
SCADA系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和HMI軟件，以提供集中的監(jiān)視和控制，以便進(jìn)行過程的輸入和輸出。SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)用來收集現(xiàn)場(chǎng)信息，將這些信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且用圖像或文本的形式顯示這些信息。因此，操作員可以從集中的位置實(shí)時(shí)地監(jiān)視和控制整個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和相關(guān)設(shè)置，控制任何一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)操作或任務(wù)，這也可以由操作員命令來自動(dòng)執(zhí)行。
SCADA系統(tǒng)主要是用于分布式系統(tǒng)，如水處理、石油天然氣管道、電力傳輸和分配系統(tǒng)、鐵路和其他公共運(yùn)輸系統(tǒng)。
PLC
PLC系統(tǒng)，即可編程邏輯控制器。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會(huì)（IEC）頒布了對(duì)PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。
在工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，PLC作為重要的控制部件，通常應(yīng)用在SCADA和DCS系統(tǒng)中，用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的具體操作與工藝控制，通過回路控制提供本地的過程管理。
在SCADA系統(tǒng)中，PLC的功能與RTU（即遠(yuǎn)程終端單元）一樣。當(dāng)用于DCS系統(tǒng)時(shí)，PLC被用作具有監(jiān)視控制計(jì)劃的本地控制器。同時(shí)，PLC也常被用作重要部件配置規(guī)模較小的控制系統(tǒng)。
PLC具有用戶可編程存儲(chǔ)器用于保存實(shí)現(xiàn)特定功能的指令，如I/O控制、邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、PID控制、通信、算術(shù)、數(shù)據(jù)和文件處理等。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，PLC也由封閉的私有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)而使用開放的公共協(xié)議，大幅度提高了系統(tǒng)的兼容性，方便了系統(tǒng)的維護(hù)與更新。
總結(jié)
由上述內(nèi)容很容易看出：SCADA，DCS是一種概念，而PLC是一種產(chǎn)品，三者不具可比性：
1、PLC是一種產(chǎn)品，由它可以構(gòu)成SCADA，DCS；
2、DCS 是過程控制發(fā)展起來的，PLC是繼電器—邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展起來的；
3、PLC 是設(shè)備，DCS，SCADA是系統(tǒng)。
狹義地說，DCS主要用于過程自動(dòng)化，PLC主要用于工廠自動(dòng)化（生產(chǎn)線），SCADA 作用主要針對(duì)廣域的需求，如油田，綿延千里的管線。如果從計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的角度來說，它們是統(tǒng)一的，之所以有區(qū)別，主要在應(yīng)用的需求， DCS常常要求高級(jí)的控制算法。如在煉油行業(yè)，PLC對(duì)處理速度要求高，因?yàn)榻?jīng)常用在聯(lián)鎖上，甚至是故障安全系統(tǒng)，SCADA也有一些特殊要求，如振動(dòng)監(jiān)測(cè)，流量計(jì)算，調(diào)峰調(diào)谷等等。
因此，也可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為：
SCADA是調(diào)度管理層
DCS是廠站管理層
PLC是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
SCADA系統(tǒng)歷史悠久，但仍處于快速發(fā)展中的“新生”事物，它具有系統(tǒng)復(fù)雜、接口標(biāo)準(zhǔn)開放與Internet網(wǎng)絡(luò)深度融合等特點(diǎn)，需要整合產(chǎn)、學(xué)、研、用各方面的研究SCADA系統(tǒng)的信息安全理論和技術(shù)，鼓勵(lì)國內(nèi)SCADA系統(tǒng)廠商進(jìn)行技術(shù)積累和創(chuàng)新，培養(yǎng)達(dá)到世界先進(jìn)水平的SCADA系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，逐步在重點(diǎn)行業(yè)中推廣使用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化SCADA作用系統(tǒng)替換國外系統(tǒng)。

SCADA簡(jiǎn)介

Fri, 24 Jul 2020 09:23:00 GMT

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。它應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、燃?xì)狻㈣F路等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。

在電力系統(tǒng)中，SCADA監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它在系統(tǒng)中占重要地位,可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能,即我們所知的"四遙"功能.(RTU遠(yuǎn)程終端單元),FTU(饋線終端單元)是它的重要組成部分.在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用.

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，涉及到組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)傳輸鏈路(如:GPRS等)工業(yè)隔離安全網(wǎng)關(guān)，其中安全隔離網(wǎng)關(guān)是保證工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的安全的，工業(yè)上大多數(shù)都要用到這種安全防護(hù)性的網(wǎng)關(guān)，防止病毒入侵，以保證工業(yè)數(shù)據(jù)、信息的安全。

系統(tǒng)概述

SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)(EMS系統(tǒng))的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，不同時(shí)期有不同的產(chǎn)品，同時(shí)我國也從國外引進(jìn)了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動(dòng)了鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。

體系結(jié)構(gòu)

硬件
通常SCADA監(jiān)控系統(tǒng)分為兩個(gè)層面，即客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器與硬件設(shè)備通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。而客戶用于人機(jī)交互，如用文字、動(dòng)畫顯示現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)，并可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)、閥門進(jìn)行操作。還有一種"超遠(yuǎn)程客戶"，它可以通過Web發(fā)布在Internet上進(jìn)行監(jiān)控。硬件設(shè)備(如PLC)一般既可以通過點(diǎn)到點(diǎn)方式連接，也可以以總線方式連接到服務(wù)器上。點(diǎn)到點(diǎn)連接一般通過串口(RS232)，總線方式可以是RS485，以太網(wǎng)等連接方式。

軟件
SCADA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由很多任務(wù)組成，每個(gè)任務(wù)完成特定的功能。位于一個(gè)或多個(gè)機(jī)器上的服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理(如量程轉(zhuǎn)換、濾波、報(bào)警檢查、計(jì)算、事件記錄、歷史存儲(chǔ)、執(zhí)行用戶腳本等)。服務(wù)器間可以相互通訊。有些系統(tǒng)將服務(wù)器進(jìn)一步單獨(dú)劃分成若干專門服務(wù)器，如報(bào)警服務(wù)器，記錄服務(wù)器，歷史服務(wù)器，登錄服務(wù)器等。各服務(wù)器邏輯上作為統(tǒng)一整體，但物理上可能放置在不同的機(jī)器上。分類劃分的好處是可以將多個(gè)服務(wù)器的各種數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、分工協(xié)作，缺點(diǎn)是效率低，局部故障可能影響整個(gè)系統(tǒng)。

通信
SCADA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信分為內(nèi)部通信、與I/O設(shè)備通信、和外界通信。客戶與服務(wù)器間以及服務(wù)器與服務(wù)器間一般有三種通信形式，請(qǐng)求式，訂閱式與廣播式。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與I/O設(shè)備通訊一般采用請(qǐng)求式，大多數(shù)設(shè)備都支持這種通訊方式，當(dāng)然也有的設(shè)備支持主動(dòng)發(fā)送方式。SCADA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過多種方式與外界通信。如OPC，一般都會(huì)提供OPC客戶端，用來與設(shè)備廠家提供的OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊。因?yàn)镺PC有微軟定義的標(biāo)準(zhǔn)，所以O(shè)PC客戶端無需修改就可以與各家提供的OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊。