SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介_kunlippt課件

第1張 SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介 一 什么是SCADA系統(tǒng) SCADA的英文是SupervisoryControlAndDataAcquisition 譯成中文就是監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集 從其名稱可以看出 其包含兩個層次的功能 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控 圖1 1所示為一個市政工程污水處理SCADA系統(tǒng) 圖1 1SCADA系統(tǒng)實例 污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng) 1 定義SCADA系統(tǒng)是一類功能強大的計算機遠程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 它綜合利用了計算機技術(shù) 控制技術(shù) 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 完成了對測控點分散的各種過程或設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集 本地或遠程的自動控制 以及生產(chǎn)過程的全面實時監(jiān)控 并為安全生產(chǎn) 調(diào)度 管理 優(yōu)化和故障診斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術(shù)手段 2 特點一般來講 SCADA系統(tǒng)特指分布式計算機測控系統(tǒng) 主要用于測控點十分分散 分布范圍廣泛的生產(chǎn)過程或設(shè)備的監(jiān)控 通常情況下 測控現(xiàn)場是無人或少人值守 二 SCADA功能 6 1 數(shù)據(jù)采集DA DataAcquisition 2 數(shù)據(jù)預(yù)處理及報警 Calculation Alarm 3 事件順序記錄SOE SequeueOfEvents 4 事故追憶PDR PostDisturbanceReview 5 遠方控制 Control 6 遠方調(diào)整 Adjustment 7 趨勢曲線 Trend 和棒圖 Bargraph 8 歷史數(shù)據(jù)存儲 History 和制表打印 Report 9 系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘 Clock 10 模擬盤接口 MimicboardInterface SCADA功能 2 1數(shù)據(jù)采集功能 1 模擬量采集功能 遙測 2 狀態(tài)量采集功能 遙信 3 脈沖量采集功能4 繼電保護及綜自信息采集5 時間信息6 前置機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集性能 SCADA功能 2 2數(shù)據(jù)處理功能 1 模擬量處理 標度變換 消零飄 越限檢查 積分計算和平均值計算 最大值 最小值計算 入庫 2 狀態(tài)量處理 描述電網(wǎng)運行狀態(tài) 將0 1狀態(tài)變換為具有物理意義的信息 告警 狀態(tài)量的顯示 3 標牌設(shè)置 對所有設(shè)備均可進行掛牌操作 提供警示信息 如 檢修 接地 故障 危險 并列等 4 脈沖量處理 計算本周期電量 積分電度計算 計算分時電量 信息入庫 SCADA功能 2 3計算功能 1 總加計算 關(guān)口功率 電量總加 2 限值計算 計算越限總時間 合格率 3 累加計算 按時間計算總和 一般是電量 4 功率因數(shù)計算 計算各線路 主變及一個地區(qū)的功率因數(shù) 5 平衡率計算 分線路 變電站或區(qū)域進行進出功率平衡的比較 網(wǎng)損 SCADA功能 2 4電網(wǎng)控制功能 1 遙控操作 主要指開關(guān)的合 分操作 無功補償設(shè)備的投 切 改變有載調(diào)壓變壓器分接頭 可靠性要求極高 有嚴格的遙控反送校核程序 2 遙調(diào)操作 類似于遙控操作 有嚴格反校程序 SCADA功能 2 5告警功能 1 告警類型 事故報警 越限報警 工況變化報警 正常變位報警 2 報警方式 圖形 文字 語音 打印 短信等 3 告警信息入庫 帶時標存入歷史庫 2 6顯示功能 2 7報表功能 2 8其他輔助功能 畫面調(diào)用功能 1 實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)畫面實時畫面5s刷新一次遙信變位及事故變位立即反映用顏色區(qū)分不同狀態(tài)2 歷史數(shù)據(jù)及狀態(tài)畫面可調(diào)用任一時段的歷史數(shù)據(jù)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)刷新畫面3 事故追憶畫面調(diào)出任一事故斷面進行事故反演 畫面調(diào)用功能 4 網(wǎng)絡(luò)拓撲著色表達電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息表達運行狀態(tài)5 調(diào)度員操作調(diào)度員在畫面中完成各種調(diào)度操作6 應(yīng)用切換同一畫面可以切換不同的應(yīng)用對象 SCADA的圖形操作 1 鼠標操作 彈出菜單2 操作選項參數(shù)檢索遙控遙信對位變位檢索SOE檢索遙信封鎖設(shè)置標志牌 畫面調(diào)用及瀏覽器功能 3歷史告警瀏覽 1 告警信息首先實時顯示 同時存入歷史數(shù)據(jù)庫 2 分類遙信變位其他 4歷史數(shù)據(jù)瀏覽 5圖形瀏覽器 三 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 上位機 側(cè)重監(jiān)控功能下位機 直接控制功能通信網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)上 下位機數(shù)據(jù)交換如圖1 2所示 從其結(jié)構(gòu)可以看出 SCADA系統(tǒng)具有控制分散 管理集中的 集散控制系統(tǒng) 的特征 圖1 2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 下位機 1 下位機功能 數(shù)據(jù)采集下位機配置的各種輸入設(shè)備 DI AI等 進行數(shù)據(jù)采集控制下位機配置的各種輸出設(shè)備 DO AO等 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制下位機接收上位機的監(jiān)控 并且向上位機傳輸各種現(xiàn)場數(shù)據(jù) PLC 中 小型 可編程邏輯控制器ProgrammableLogicController典型的小型PLC產(chǎn)品有三菱的FX2N系統(tǒng)PLC 西門子的S7200系統(tǒng) OMRON的CPM1A等 一些中 大型的SCADA系統(tǒng)的下位機會選用中型的PLC產(chǎn)品 如三菱的Q系列 西門子的S7 300 A B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等 PAC 可編程自動化控制器 ProgrammableAutomationController作為一種開放型的自動化控制設(shè)備 PAC在SCADA系統(tǒng)的下位機的應(yīng)用逐步增多 主要的產(chǎn)品有 美國通用電氣公司GEFanuc的PACSystemsRX3i 7i 美國國家儀器公司NI的CompactFieldPoint A B公司的CompactLogix Beckoff公司的CX1000 臺灣泓格科技的WinCon LinCon系列 PAC 7186EX和研華公司的ADAM 5510EKW等 智能儀表在一些側(cè)重數(shù)據(jù)采集 信息集中管理與遠程監(jiān)管的應(yīng)用中 遠程控制功能要求較低 在這類SCADA系統(tǒng)中 大量使用各種現(xiàn)場儀表做下位機 如智能流量計量表 冷量熱量表 智能巡檢儀等 2 上位機 1 上位機組成 上位機系統(tǒng)通常包括SCADA服務(wù)器 工程師站 操作員站 WEB服務(wù)器等 這些設(shè)備通常采用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng) 實際的SCADA系統(tǒng)上位機系統(tǒng)到底如何配置還是根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和要求而定 根據(jù)安全性要求 上位機系統(tǒng)還可以實現(xiàn)冗余 即配置兩臺SCADA服務(wù)器 當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時 系統(tǒng)自動卻換到另外一臺工作 2 上位機功能 數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示 遠程監(jiān)控 報警和報警處理 事故追憶和趨勢分析 與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合 3 選用工控機或商用機 在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期 上位機系統(tǒng)普遍采用工控機 因為工控機在商用計算機上進行了改裝與加固 以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的要求 主要體現(xiàn)在 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)可靠性 抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)性等 然而 近年來 隨著商業(yè)機可靠性的不斷增強 以及商用機與工控機之間較大的價格差距 SCADA系統(tǒng)選用商用機做上位機已經(jīng)十分普遍 對于可靠性要求高的場合 可以通過熱備等方式來實現(xiàn) 3 通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分 與一般的過程監(jiān)控相比 通信網(wǎng)絡(luò)在SCADA系統(tǒng)中扮演的作用更為重要 這主要因為SCADA系統(tǒng)監(jiān)控的過程大多具有地理分散的特點 如無線通信機站系統(tǒng)的監(jiān)控 1 上位機系統(tǒng) 主要是連接上位機 服務(wù)器 通信設(shè)備 打印設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò) 上位機還可以設(shè)置WEB服務(wù)器 提供遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 2 下位機系統(tǒng) 包括連接I O設(shè)備與控制器的現(xiàn)場總線 各種設(shè)備級總線等 3 連接上 下位機的通信網(wǎng)絡(luò)這部分網(wǎng)絡(luò)最復(fù)雜 形式最多樣 是SCADA系統(tǒng)的重要特點 4 檢測和執(zhí)行設(shè)備 1 檢測元件SCADA系統(tǒng)中監(jiān)控的參數(shù)按照數(shù)據(jù)類型可以分為模擬量 數(shù)字量和脈沖量等 模擬量包括溫度 壓力 物位 流量等典型過程參數(shù)和其他各種參數(shù) 而數(shù)字量包括設(shè)備的啟 停狀態(tài)等 這些信號的獲取要靠各種檢測元件 傳感器 實現(xiàn) 2 執(zhí)行器執(zhí)行設(shè)備接受下位機 控制器 的輸出 改變操縱變量 使生產(chǎn)過程按照預(yù)定要求正常運行 在不同的行業(yè)中 執(zhí)行器類別不一樣 如在生產(chǎn)過程監(jiān)控中 各種氣動執(zhí)行器得到廣泛應(yīng)用 典型的就是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥 還有各種開關(guān)閥門 而在制造業(yè)中 各種步進電機 變頻器 伺服電機等調(diào)速設(shè)備得到廣泛應(yīng)用 三 SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu) SCADA系統(tǒng)的發(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)三個階段 集中式SCADA系統(tǒng)是所有的監(jiān)控功能依賴于一臺主機 mainframe 采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場RTU和主機 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡單 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 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 以滿足遠程監(jiān)控的需要 與第二代SCADA系統(tǒng)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化系統(tǒng)中 由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)?？梢詮膸装冱c到幾萬點 用戶對SCAD系統(tǒng)的需求是多樣的 因此對其系統(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算機應(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 由于體系結(jié)構(gòu)是對復(fù)雜事務(wù)的一種抽象 良好的體系結(jié)構(gòu)是普遍適用的 它可以高效地處理多種多樣的個體需求 同時 體系結(jié)構(gòu)在一定的時間內(nèi)保持穩(wěn)定 當(dāng)需求發(fā)生變化時 程序員可以不用修改系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 1 客戶機 服務(wù)器結(jié)構(gòu) C S結(jié)構(gòu)中客戶機和服務(wù)器之間的通信以 請求 響應(yīng) 的方式進行 客戶機先向服務(wù)器發(fā)出請求 服務(wù)器再響應(yīng)這個請求 如圖1 3所示 C S結(jié)構(gòu)最重要的特征是 它不是一個主從環(huán)境 而是一個平等的環(huán)境 即C S系統(tǒng)中各計算機在不同的場合既可能是客戶機 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)中哪臺或哪幾臺計算機來完成 圖1 3客戶機 服務(wù)器結(jié)構(gòu) 如在SCADA系統(tǒng)中 當(dāng)SCADA服務(wù)器向PLC請求數(shù)據(jù)時 它是客戶機 而當(dāng)其他操作站向SCADA服務(wù)器請求服務(wù)時 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 將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實現(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 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) 如圖1 4所示 圖1 4瀏覽器 服務(wù)器結(jié)構(gòu) B S結(jié)構(gòu)最大特點是 用戶可以通過瀏覽器去訪問Internet上的文本 數(shù)據(jù) 圖像 動畫 視頻點播和聲音信息 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)點是 客戶機統(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的問題 3 兩種結(jié)構(gòu)比較 1 B S模式的優(yōu)點和缺點B S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點表現(xiàn)在 具有分布性特點 可以隨時隨地進行查詢 瀏覽等業(yè)務(wù)處理 業(yè)務(wù)擴展簡單方便 通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能 維護簡單方便 只需要改變網(wǎng)頁 即可實現(xiàn)所有用戶的同步更新 開發(fā)簡單 共享性強 B S結(jié)構(gòu)的缺點表現(xiàn)在 個性化特點明顯降低 無法實現(xiàn)具有個性化的功能要求 操作是以鼠標為最基本的操作方式 無法滿足快速操作的要求 頁面動態(tài)刷新 響應(yīng)速度明顯降低 功能弱化 難以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求 2 C S模式的優(yōu)點和缺點C S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點表現(xiàn)在 由于客戶端實現(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性化要求 C S結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)具有較強的事務(wù)處理能力 能實現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程 C S結(jié)構(gòu)的缺點表現(xiàn)在 需要專門的客戶端安裝程序 分布功能弱 針對點多面廣且不具備網(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)水準的技術(shù)人員才能完成 四 SCADA PLC與DCS SCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能強和DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點 性能價格比高 特別適合測控點極為分散 對控制的要求不是特別高的場合 PLC系統(tǒng) 即可編程控制器系統(tǒng) 適用于工業(yè)現(xiàn)場的測量控制 現(xiàn)場測控功能強 性能穩(wěn)定 可靠性高 技術(shù)成熟 使用廣泛 價格合理 PLC多作為SCADA系統(tǒng)的下位機 DCS系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng) 適用于測控點數(shù)多 測控精度高 測控速度快的工業(yè)現(xiàn)場 其特點是分散控制和集中監(jiān)視 具有組網(wǎng)通訊能力 測控功能強 運行可靠 易于擴展 組態(tài)方便 操作維護簡便 但系統(tǒng)的價格昂貴 SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為上 下位機的結(jié)構(gòu) 下位機完成設(shè)備的直接控制 而上位機側(cè)重于信息集中管理 上 下位機通過通信網(wǎng)絡(luò)連接 由于SCADA系統(tǒng)的控制對象分布可能極為分散