SCADA系統(tǒng)的組成及相關(guān)組件

1、SCADA系統(tǒng)綜述及組成一、SCADA系統(tǒng)綜述SCADA監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集是一個含義較廣的術(shù)語，應(yīng)用于可對安裝在遠距離場地的設(shè)備進行中央控制和監(jiān)視的系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)可以設(shè)計滿足各種應(yīng)用（水、電、氣、報警、通信、保安等等），并滿足顧客要求的設(shè)計指標和操作概念。SCADA系統(tǒng)可以簡單到只需通過一對導(dǎo)線連在遠端的一個開關(guān)，也可復(fù)雜到一個計算機網(wǎng)絡(luò)，它由許多無線遠程終端設(shè)備（RTU）組成并與安裝在中控室的功能強大的微機通信。二、SCADA系統(tǒng)組成SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統(tǒng)之

2、一，它包含兩個層次的含義：一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機；另一個是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機HMI（Human Machine Interface）系統(tǒng)。下位機一般意義上通常指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如各種RTU、 FTU、PLC及各種智能控制設(shè)備，等等。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過程和事物管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合，實時感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過特定數(shù)字通信或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中；在必要的時候，這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號。上位機HMI系統(tǒng)在接受這些信息后，以適當?shù)男问饺缏曇簟D形、圖象等方式顯示給用戶

3、，以達到監(jiān)視的目的，同時數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)（報警、正?；驁缶謴?fù)），這些處理后的數(shù)據(jù)可能會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)（如MIS，GIS）結(jié)合形成功能更加強大的系統(tǒng)；HMI還可以接受操作人員的指示，將控制信號發(fā)送到下位機中，以達到控制的目的。上位機與下位機結(jié)合的SCADA系統(tǒng)，作為操作員平臺和中央監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)和將要廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和事物管理的各個領(lǐng)域，主要包括：1、樓宇自動化開放性能良好的SCADA系統(tǒng)可作為樓宇設(shè)備運行與管理子系統(tǒng)，監(jiān)控房屋設(shè)施的各項設(shè)備、事務(wù)，如門警、電梯運營、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、水工、備

4、用電力系統(tǒng)等等的自動化管理；2、生產(chǎn)線管理用于監(jiān)控和協(xié)調(diào)生產(chǎn)線上各種設(shè)備正常有序的運營和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的配方管理；3、無人工作站系統(tǒng) 用于集中監(jiān)控無人看守系統(tǒng)的正常運行，這種無人值班系統(tǒng)廣泛分布在以下行業(yè)：· 無線通訊基站網(wǎng)； · 郵電通訊機房空調(diào)網(wǎng)； · 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)； · 鐵路系統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)； · 鐵路系統(tǒng)道口，信號管理系統(tǒng)； · 壩體、隧道、橋梁、機場和碼頭等安全監(jiān)控網(wǎng)； · 石油和天然氣等各種管道監(jiān)控管理系統(tǒng)； · 地鐵、鐵路自動收費系統(tǒng)； · 交通安全監(jiān)側(cè)； · 城市供熱、供水系統(tǒng)監(jiān)控

5、和調(diào)度； · 鋼鐵工業(yè)高爐安全監(jiān)控系統(tǒng)； · 環(huán)境、天文和氣象無人檢測網(wǎng)絡(luò)的管理； · 各種工業(yè)鍋爐監(jiān)控保護系統(tǒng)； · 其它各種需要實時監(jiān)控的設(shè)備。 4、機械人、機件臂系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制機械人的生產(chǎn)作業(yè)；5、其它生產(chǎn)行業(yè)如大型輪船生產(chǎn)運營、糧庫質(zhì)量和安全監(jiān)測、設(shè)備維修故障檢測、高速公路流量監(jiān)控和記費系統(tǒng)等。這些行業(yè)在應(yīng)用了SCADA系統(tǒng)后，至少可以取得以下社會和經(jīng)濟效益：· 極大地提高了生產(chǎn)和運行管理的安全性能和可靠程度； · 生產(chǎn)配方管理的自動化可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率； · 極大地減低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的

6、可能性，保證了工作過程中第一位的人員的安全性； · 可大大地減少不必要的人工浪費； · 通過生產(chǎn)過程的集中控制和管理，極大地提高企業(yè)作為一個整體效率的競爭能力； · 系統(tǒng)通過對設(shè)備生產(chǎn)趨勢的保留和處理，可提高預(yù)測突發(fā)事件的能力，在緊急情況下的快速反應(yīng)和處理能力可極大地減少生命和財產(chǎn)的損失，從而可帶來潛在的社會和經(jīng)濟效益； SCADA系統(tǒng)的功能SCADA系統(tǒng)，從傳統(tǒng)用戶的角度來講，主要解決三個問題：一、設(shè)備各種參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信息的發(fā)送這部分涉及兩個含義：一是怎樣采集設(shè)備參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)？它通常由智能設(shè)備生產(chǎn)廠家解決，及作為下位機在市場中出售，并提供可編程的通訊

7、協(xié)議和協(xié)議處理芯片；二是設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)如何傳遞到上位機系統(tǒng)處理？目前上位機通常通過標準串口或IO卡運行專用的上層采集模塊，從下位機中實時地采集設(shè)備各種參數(shù)的數(shù)據(jù)和發(fā)送控制信息；解決問題效率的高低表現(xiàn)在采集周期的長短上，這也是衡量一個系統(tǒng)是否適合于某個行業(yè)的一個重要指標。目前上位機系統(tǒng)可以達到平均毫秒級的采集周期。二、各種參數(shù)狀態(tài)表達和報警處理報警作為監(jiān)控的一個重要目的，是所有上位機系統(tǒng)必須解決的問題。如果說各種圖形、圖象、動畫、聲音等方式用于表達設(shè)備的各種參數(shù)運行狀態(tài)是必不少的話，那么若上位機系統(tǒng)不能有效的處理設(shè)備的報警狀態(tài)，所有的表現(xiàn)形式都是多余的。評價上位機系統(tǒng)可靠性和高效性的一個重要指

8、標是看它能否不遺漏地處理多點同時報警。三、事故追憶和趨勢分析監(jiān)控的另外一個目的是評價生產(chǎn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況和預(yù)測系統(tǒng)可能發(fā)生的事故。在發(fā)生事故時能快速地找到事故的原因，并找到恢復(fù)生產(chǎn)的最佳方法。從這個意義出發(fā)，實時歷史數(shù)據(jù)的保留和系統(tǒng)操作情況記錄變得非常重要。因而評價一個SCADA系統(tǒng)，其功能強弱最為重要的指標之一就是對實時歷史數(shù)據(jù)記錄和查詢的準確和高效上面。現(xiàn)代計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要，又使得SCADA系統(tǒng)還要能解決以下一些問題：四、與管理信息系統(tǒng)（MIS）的結(jié)合在現(xiàn)代企業(yè)中，生產(chǎn)過程管理和企業(yè)日常事物管理的結(jié)合是不可分割的，信息流的分層次流動適合于不同的管理需要，而且地域和行政部門的

9、分布，在企業(yè)集團化管理的趨勢下變得越來越明顯，因此現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)除了生產(chǎn)設(shè)備的分步式管理之外，上位機系統(tǒng)的分布式要求變得越來越重要。評價一個SCADA系統(tǒng)功能的強弱，其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫功能將是一個不可缺少的評價指標。Ø 與地理信息系統(tǒng)（GIS）的結(jié)合。SCADA系統(tǒng)應(yīng)用面臨的眾多領(lǐng)域中，對地理信息系統(tǒng)的要求越來越高。從這種角度上說，將一個適合于工業(yè)和事物管理的地理信息系統(tǒng)嵌套于SCADA系統(tǒng)中，將帶來不可估量的效益，從而也是評價SCADA系統(tǒng)的一個重要指標。為了滿足以上要求，從計算機軟硬件技術(shù)要求來看，SCADA系統(tǒng)作為一個應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它涉及到IT技術(shù)的方方面面，集中強調(diào)以下幾種技術(shù)

10、的綜合利用：1、通訊技術(shù)：面臨多種通訊協(xié)議模式如：ASCII、RTU等，通訊方式表現(xiàn)為同步、異步和主被動結(jié)合等，通訊媒體包括有線和無線方式；2、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用表現(xiàn)為標準局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、撥號網(wǎng)絡(luò)、串口組網(wǎng)等等，協(xié)議包括TCP/IP、專用協(xié)議等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)囊括點對點、客戶/服務(wù)器等方式；3、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)強調(diào)實時高性能數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用和與通用數(shù)據(jù)庫的開放接口等等；4、編譯技術(shù)由于SCADA系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，不同的應(yīng)用對監(jiān)控各方面的要求均不一樣，因而，SCADA系統(tǒng)通常提供可編程功能，由于效率要求和保護二次開發(fā)知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)系，設(shè)計一個好的專用語言,并提供一個好的編譯系統(tǒng)將是至關(guān)重要的；5、操作系統(tǒng)技術(shù)SCADA系統(tǒng)面臨的應(yīng)用需要一個多任務(wù)、并發(fā)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此在開發(fā)系統(tǒng)時需要引入先進的調(diào)度算法和運行機制；6、可靠性保障技術(shù)由于SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的特殊性，系統(tǒng)通常需要提供多種可靠性保障技術(shù)，包含