SCADA燃?xì)庀到y(tǒng)詳細(xì)介紹

1、1SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)2一、什么是一、什么是SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)lSCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，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(gè)層次的功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。3l1、定義lSCADA系統(tǒng)是一類功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了對(duì)測(cè)控點(diǎn)分散的各種過程或設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)時(shí)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。 4lSCADA是對(duì)分布距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)

2、系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。l如果生產(chǎn)過程分布很近，可以采用就近控制的辦法，就地接線，就地監(jiān)視，就地控制，對(duì)于復(fù)雜的過程生產(chǎn)采用DCS系統(tǒng)控制的比較多，也有采用PLC的或者專業(yè)控制器。而對(duì)于生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)分布距離非常遠(yuǎn)的，比如幾公里，幾十公里，幾百公里甚至幾千公里的，如變電站，天然氣管線，油田，自來水管網(wǎng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們慢慢發(fā)展出遠(yuǎn)程采集監(jiān)視控制系統(tǒng)，稱為SCADA系統(tǒng)。5SCADA系統(tǒng)典型的系統(tǒng)配置如圖所示。6l2、特點(diǎn)l一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，主要用于測(cè)控點(diǎn)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(cè)控現(xiàn)場(chǎng)是無人或少人值守。7二、二、S

3、CADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位機(jī)：側(cè)重監(jiān)控功能下位機(jī)：直接控制功能通信網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)數(shù)據(jù)交換從其結(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。81、下位機(jī)、下位機(jī)（1 1）下位機(jī)功能：）下位機(jī)功能：數(shù)據(jù)采集 下位機(jī)配置的各種輸入設(shè)備（DI、AI等）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制 下位機(jī)配置的各種輸出設(shè)備（DO、AO等）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制 下位機(jī)接收上位機(jī)的監(jiān)控，并且向上位機(jī)傳輸各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)9（2 2）下位機(jī)類型：）下位機(jī)類型：遠(yuǎn)程終端單元RTU RTU（Remote Terminal Unit，RTU）是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測(cè)量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和設(shè)備。

4、它在提高信號(hào)傳輸可靠性、減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)、減少信號(hào)電纜用量、節(jié)省安裝費(fèi)用等方面的優(yōu)點(diǎn)也得到用戶的肯定。 10RTU的功能： RTU的主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時(shí)作為系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的工作站，這時(shí)RTU可以獨(dú)立的完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID等工業(yè)上常用的控制調(diào)節(jié)功能；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)作為一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊單元，完成或響應(yīng)本站與中心站或其它站的通訊和遙控任務(wù)。 11lRTU主要功能l過程變量巡回檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理；l向控制中心報(bào)告經(jīng)選擇的數(shù)據(jù)和報(bào)警；l提供畫面、圖象顯示；l除執(zhí)行控制中心的控制命令外，還可獨(dú)立進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)PID及其它控制；l實(shí)現(xiàn)流程切換；l進(jìn)行自診斷程序，并把結(jié)

5、果報(bào)告控制中心；l提供給操作人員操作記錄和運(yùn)行報(bào)告。12RTU的配置與程序執(zhí)行： RTU的主要配置有CPU模板、IO（輸入輸出）模板、通訊接口單元，以及通訊機(jī)、天線、電源、機(jī)箱等輔助設(shè)備。 RTU能執(zhí)行的任務(wù)流程取決于下載到CPU中的程序。應(yīng)用程序可用工程中常用的編程語言編寫，如梯形圖、C語言等。有些設(shè)備采用C語言編程。132、上位機(jī)、上位機(jī)（1 1）上位機(jī)組成：）上位機(jī)組成： 上位機(jī)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(shí)際的SCADA系統(tǒng)上位機(jī)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(jī)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)冗余，即配

6、置兩臺(tái)SCADA服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到另外一臺(tái)工作。14（2 2）上位機(jī)功能：）上位機(jī)功能：數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。遠(yuǎn)程監(jiān)控。報(bào)警和報(bào)警處理。 事故追憶和趨勢(shì)分析。與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合。153、通信網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)l通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)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?yàn)镾CADA系統(tǒng)監(jiān)控的過程大多具有地理分散的特點(diǎn)，如無線通信機(jī)站系統(tǒng)的監(jiān)控。16（1 1）上位機(jī)系統(tǒng)：）上位機(jī)系統(tǒng)： 主要是連接上位機(jī)、服務(wù)器、通信設(shè)備、打印設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)。 上位機(jī)還可以設(shè)置WEB服務(wù)器，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。1

7、7（2 2）下位機(jī)系統(tǒng)：）下位機(jī)系統(tǒng)： 包括連接I/O設(shè)備與控制器的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種設(shè)備級(jí)總線等。（3 3）連接上、下位機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)）連接上、下位機(jī)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(diǎn)。184 4、檢測(cè)和執(zhí)行設(shè)備、檢測(cè)和執(zhí)行設(shè)備（1 1）檢測(cè)元件）檢測(cè)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(hào)的獲取要靠各種檢測(cè)元件（傳感器）實(shí)現(xiàn)。19（2）執(zhí)行器）執(zhí)行器 執(zhí)行設(shè)備接受下位機(jī)（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(yùn)行。

8、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(dòng)執(zhí)行器得到廣泛應(yīng)用，典型的就是氣動(dòng)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(jìn)電機(jī)、變頻器、伺服電機(jī)等調(diào)速設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。 20三、三、SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu)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(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。21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（

9、CS）和瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu)（BS）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CS結(jié)構(gòu)為主，BS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。 22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(dòng)化系統(tǒng)中。 由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)?？梢詮膸装冱c(diǎn)到幾萬點(diǎn)，用戶對(duì)SCAD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。 23SCADA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。由于體系結(jié)構(gòu)是對(duì)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

10、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)。 241 1、客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)、客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu) CS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?？蛻魴C(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1.1所示。 CS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CS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CS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。 25圖1.1 客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu) 26l如在SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)SCAD

11、A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)。272 2、瀏覽器、瀏覽器/ /服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)l 隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機(jī)終端和CS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BS型結(jié)構(gòu)，如圖1.2所示。 28圖1.2 瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu) 29 BS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

12、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。 303 3、兩種結(jié)構(gòu)比較、兩種結(jié)構(gòu)比較（1）BS模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)BS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)。31BS 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

13、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。32（2）CS模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)CS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。 CS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。33CS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

14、有一定專業(yè)水準(zhǔn)的技術(shù)人員才能完成。 34四、四、SCADA、PLC與與DCSlSCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能強(qiáng)和DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點(diǎn)，性能價(jià)格比高，特別適合測(cè)控點(diǎn)極為分散，對(duì)控制的要求不是特別高的場(chǎng)合。 lPLC 系統(tǒng)，即可編程控制器系統(tǒng)，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 。lPLC多作為SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)。35DCS 系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），適用于測(cè)控點(diǎn)數(shù)多、測(cè)控精度高、測(cè)控速度快的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其特點(diǎn)是分散控制和集中監(jiān)視，具有組網(wǎng)通訊能力、測(cè)控功能強(qiáng)、運(yùn)行可靠、易于擴(kuò)展、組態(tài)方便、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，但系統(tǒng)的價(jià)格

15、昂貴。 36lSCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為上、下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，下位機(jī)完成設(shè)備的直接控制，而上位機(jī)側(cè)重于信息集中管理，上、下位機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)連接。由于SCADA系統(tǒng)的控制對(duì)象分布可能極為分散，因此，SCADA系統(tǒng)的通信通常比DCS要復(fù)雜，通信的形式也會(huì)多種多樣。lSCADA系統(tǒng)可以集成不同廠家的各種測(cè)控產(chǎn)品，開放性更好。而某一過程的DCS控制系統(tǒng)通常是某固定型號(hào)的。37五、五、SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用l在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。 l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。l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)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化有著不可替代的作用