1、 1SCADA 系统系统 2一、什么是一、什么是 SCADA 系统系统SCADA 的英文是 Supervisory Control And Data Acquisition，译成中文就是监督控制与数据采集。从其名称可以看出，其包含两个层次的功能：数据采集和监控。31、定义SCADA 系统是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。4SCADA 是对分布距离远，生产单位分
2、散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用 DCS 系统控制的比较多，也有采用 PLC 的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为SCADA 系统。5SCADA 系统典型的系统配置如图所示。62、特点一般来讲，SCADA 系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值
3、守。7二、二、SCADA 系统结构系统结构上位机：侧重监控功能下位机：直接控制功能通信网络：实现上、下位机数据交换从其结构可以看出，SCADA 系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。81、下位机、下位机（1 1）下位机功能：）下位机功能：数据采集 下位机配置的各种输入设备（DI、AI 等）进行数据采集控制 下位机配置的各种输出设备（DO、AO 等）对现场设备进行控制 下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据 9（2 2）下位机类型：）下位机类型：远程终端单元 RTU RTU（Remote Terminal Unit，RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安
4、装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。10RTU 的功能：RTU 的主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时 RTU 可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID 等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。11RTU 主要功能 过程变量巡回检测和数据处理；向控制中心报告经选择的数据和报警；提供画面、图象显示；除执行控制中心的控制命令外，还可独立进行工作，实现 PID及其它控制；实现流程切换
5、；进行自诊断程序，并把结果报告控制中心；提供给操作人员操作记录和运行报告。12RTU 的配置与程序执行：RTU 的主要配置有 CPU 模板、I O（输入输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机箱等辅助设备。RTU 能执行的任务流程取决于下载到CPU 中的程序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图、C 语言等。有些设备采用 C 语言编程。132、上位机、上位机（1 1）上位机组成：）上位机组成：上位机系统通常包括 SCADA 服务器、工程师站、操作员站、WEB 服务器等，这些设备通常采用以太网联网。实际的 SCADA 系统上位机系统到底如何配置还是根据系统规模和要求而定。根
6、据安全性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台 SCADA 服务器，当一台出现故障时，系统自动切换到另外一台工作。14（2 2）上位机功能：）上位机功能：数据采集和状态显示。远程监控。报警和报警处理。事故追忆和趋势分析。与其他应用系统的结合。153、通信网络、通信网络通信网络实现 SCADA 系统的数据通信，是SCADA 系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在 SCADA 系统中扮演的作用更为重要，这主要因为 SCADA 系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。16（1 1）上位机系统：）上位机系统：主要是连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网
7、络。上位机还可以设置 WEB 服务器，提供远程监控网络。17（2 2）下位机系统：）下位机系统：包括连接 I/O 设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。（3 3）连接上、下位机的通信网络）连接上、下位机的通信网络 这部分网络最复杂，形式最多样，是 SCADA 系统的重要特点。184、检测和执行设备（1 1）检测元件）检测元件 SCADA 系统中监控的参数按照数据类型可以分为模拟量、数字量等，模拟量包括温度、压力、物位、流量等典型过程参数和其他各种参数，而数字量包括设备的启停状态等。这些信号的获取要靠各种检测元件（传感器）实现。19（2）执行器）执行器 执行设备接受下位机（控制器）的输出，改
8、变操纵变量，使生产过程按照预定要求正常运行。在不同的行业中，执行器类别不一样，如在生产过程监控中，各种气动执行器得到广泛应用，典型的就是气动薄膜调节阀，还有各种开关阀门。而在制造业中，各种步进电机、变频器、伺服电机等调速设备得到广泛应用。20三、三、SCADA 系统典型架构系统典型架构SCADA 系统的发展经历了集中式 SCADA 系统阶段、分布式 SCADA 系统阶段和网络式SCADA 系统三个阶段。集中式 SCADA 系统是所有的监控功能依赖于一台主机（mainframe），采用广域网连接现场 RTU 和主机。网络协议比较简单，开放性差，功能较弱。21网络化 SCADA 系统以各种网络技术
9、为基础，控制结构更加分散化，信息管理更集中。系统普遍以客户机服务器（C S）和浏览器服务器结构（B S）为基础，多数系统结构上包含这两者结构，但以 C S 结构为主，B S 结构主要是为了支持 Internet 应用，以满足远程监控的需要。22与第二代 SCADA 系统相比，第三代 SCADA系统在结构上更加开放，兼容性更好，可以无缝集成到全厂综合自动化系统中。由于 SCADA 系统的规模可以从几百点到几万点，用户对 SCAD 系统的需求是多样的，因此对其系统架构提出了很高的要求。23SCADA 系统属于典型的分布式计算机应用系统，在这样的系统中，体系结构是软件系统中最本质的东西，良好的体系结
10、构意味着普适、高效和稳定。由于体系结构是对复杂事务的一种抽象，良好的体系结构是普遍适用的，它可以高效地处理多种多样的个体需求。同时，体系结构在一定的时间内保持稳定。当需求发生变化时，程序员可以不用修改系统的体系结构。241、客户机服务器结构 C S 结构中客户机和服务器之间的通信以“请求响应”的方式进行。客户机先向服务器发出请求，服务器再响应这个请求，如图 1.1 所示。C S 结构最重要的特征是：它不是一个主从环境，而是一个平等的环境，即 C S 系统中各计算机在不同的场合既可能是客户机，也可能是服务器。在 C S应用中，用户只关心完整地解决自己的应用问题，而不关心这些应用问题由系统中哪台或
11、哪几台计算机来完成。25图 1.1 客户机服务器结构 服务器客户机请求响应 26如在 SCADA 系统中，当 SCADA 服务器向PLC 请求数据时，它是客户机，而当其他操作站向 SCADA 服务器请求服务时，它就是服务器。显然，这种结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来实现。272、浏览器/服务器结构 随着 Internet 的普及和发展，以往的主机终端和 C S 结构都无法满足当前的全球网络开放、互连、信息随处可见和信息共享的新要求，于是就出现了 B S 型结构，如图 1.2所示。28图 1.2 浏览器服务器结构 Web服务器客户机(浏览器)HTTP请求HT
12、TP响应数据库服务器查询 29 B S 结构最大特点是：用户可以通过浏览器去访问 Internet 上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息，这些信息都是由许许多多的 Web 服务器产生的，而每一个 Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中。这种结构的最大优点是：客户机统一采用浏览器，这不仅让用户使用方便，而且使得客户端不存在维护的问题。303、两种结构比较（1）B S 模式的优点和缺点模式的优点和缺点B S 结构的优点表现在：具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能。维护简单方便，
13、只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新。开发简单，共享性强。31B S 结构的缺点表现在：个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求。页面动态刷新，响应速度明显降低。功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。32（2）C S 模式的优点和缺点模式的优点和缺点C S 结构的优点表现在：由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求。C S 结构的管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。33C S 结构的缺点表现在：需要专门的客户端安装程序
14、，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置。兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性。若采用不同工具，需要重新改写程序。开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。34四、四、SCADA、PLC 与与 DCSSCADA 系统集中了 PLC 系统的现场测控功能强和DCS 系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高，特别适合测控点极为分散，对控制的要求不是特别高的场合。PLC 系统，即可编程控制器系统，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。PLC 多作为 SCADA 系统的下位机。35DC
15、S 系统（集散控制系统），适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统的价格昂贵。36SCADA 系统在结构上体现为上、下位机的结构，下位机完成设备的直接控制，而上位机侧重于信息集中管理，上、下位机通过通信网络连接。由于 SCADA系统的控制对象分布可能极为分散，因此，SCADA系统的通信通常比 DCS 要复杂，通信的形式也会多种多样。SCADA 系统可以集成不同厂家的各种测控产品，开放性更好。而某一过程的 DCS 控制系统通常是某固定型号的。37五、五、SCADA 系统的应用系
16、统的应用在电力系统中，SCADA 系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS 系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化有着不可替代的作用。38具体应用具体应用楼宇自动化 生产线管理机械人、机件臂系统 其它生产行业无人工作站系统 39主要无人值守工作站主要无人值守工作站无线通讯基站网；邮电通讯机房空调网；电力系统配电网；铁路系统电力系统调度网；铁路系统道口，信号管理系统；坝体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网；石油和天然气等各种管道监控管理系统；地铁、铁路自动收费系统；交通安全监侧；城市供热、供水系统监控和调度；环境、天文和气象无人检测网络的管理；其它各种需要实时监控的设备。
