SCADA系統(tǒng)概述課件

工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇華東理工大學(xué)自動化系王華忠hzwang@工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇華東理工大學(xué)自動化系Ch1SCADA系統(tǒng)概述Ch1SCADA系統(tǒng)概述一、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)采集監(jiān)控、管理

圖1.1所示為一個污水處理廠SCADA系統(tǒng)。一、什么是SCADA系統(tǒng)SCADA的英文是S圖1.1(a)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖1.1(a)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖1.1（b)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－油田監(jiān)控系統(tǒng)原油（天然氣）井站、油氣地面開采集輸、原油（天然氣）處理聯(lián)合站、輸油（氣）管道的自動化。圖1.1（b)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－油田監(jiān)控系統(tǒng)原油（天1、定義

SCADA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)，完成了對測控點(diǎn)分散的各種過程或設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)采集，本地或遠(yuǎn)程的自動控制，以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)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。

1、定義2、特點(diǎn)

一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，主要用于測控點(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，測控現(xiàn)場是無人或少人值守。2、特點(diǎn)二、SCADA系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)上位機(jī)：側(cè)重監(jiān)控與管理功能下位機(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。二、SCADA系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)圖1.2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、下位機(jī)（1）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）對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行直接控制。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)場數(shù)據(jù)。1、下位機(jī)（1）下位機(jī)功能：（2）下位機(jī)類型：遠(yuǎn)程終端單元RTU

RTU（RemoteTerminalUnit，RTU）是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。它在提高信號傳輸可靠性、減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)、減少信號電纜用量、節(jié)省安裝費(fèi)用等方面的優(yōu)點(diǎn)也得到用戶的肯定。

（2）下位機(jī)類型：北京安控公司的Super32-LP微功耗RTU，是面向工業(yè)現(xiàn)場信號采集和控制的小型RTU。采用微功耗設(shè)計(jì)，內(nèi)置GPRS通信模塊和Zigbee無線通信接口，配合SZ系列無線儀表，極其方便的組成自來水和燃?xì)夤芫W(wǎng)測壓系統(tǒng)。特別適合在小點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域使用。北京安控公司的Super32-LP微功耗RTU，是面向工業(yè)現(xiàn)RTU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)行本地控制時作為系統(tǒng)中一個獨(dú)立的工作站，這時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)采集時作為一個遠(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)。RTU的功能：RTU的配置與程序執(zhí)行：

RTU的主要配置有CPU模板、I／O（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。RTU的配置與程序執(zhí)行：RTU的特點(diǎn)：（1）同時提供多種通訊端口和通訊機(jī)制。（2）提供大容量程序和數(shù)據(jù)存儲空間。（3）高度集成的、更緊湊的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（4）更適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用的品質(zhì)。

RTU的特點(diǎn)：PLC（中、小型）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(jī)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。圖1.3所示為下位機(jī)程序

PLC（中、小型）圖1.3下位機(jī)程序示例（三菱電機(jī)PLC）圖1.3下位機(jī)程序示例（三菱電機(jī)PLC）a、西門子S7-200b、三菱電機(jī)FX2N整體式可編程控制器

a、西門子S7-200b、三菱電機(jī)FXa、西門子S7-300b、三菱A系列c、A-BControl

Logix模塊式可編程控制器a、西門子S7-300b、三菱A系列PAC（可編程自動化控制器）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(jī)的應(yīng)用逐步增多，主要的產(chǎn)品有：GEFanuc公司的PACSystemsRX3i／7i、NI公司的CompactFieldPoint、Beckoff公司的CX1000、泓格科技的WinCon／LinCon系列、μPAC-7186EX、A-B公司的CompactLogix和研華公司的ADAM-5510EKW等。

PAC（可編程自動化控制器）泓格科技的WinCon泓格科技的WinCon智能儀表在一些側(cè)重?cái)?shù)據(jù)采集、信息集中管理與遠(yuǎn)程監(jiān)管的應(yīng)用中，遠(yuǎn)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(jī)，如智能流量計(jì)量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。

智能儀表2、上位機(jī)（1）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)。上位機(jī)人機(jī)界面如圖1.4所示。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(jī)（1）上位機(jī)組成：圖1.4上位機(jī)人機(jī)界面圖1.4上位機(jī)人機(jī)界面（2）上位機(jī)功能：①數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示

SCADA系統(tǒng)的首要功能就是數(shù)據(jù)采集，即首先通過下位機(jī)采集測控現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后上位機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)從眾多的下位機(jī)中采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總、記錄和顯示。通常情況下，下位機(jī)不具有數(shù)據(jù)記錄功能，只有上位機(jī)才能完整地記錄和保持各種類型的數(shù)據(jù)，為各種分析和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。（2）上位機(jī)功能：②遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于上位機(jī)采集數(shù)據(jù)具有全面性和完整性，監(jiān)控中心的控制管理也具有全局性，能更好地實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的合理、優(yōu)化運(yùn)行。特別是對許多常年無人值守的現(xiàn)場，遠(yuǎn)程監(jiān)控是安全生產(chǎn)的重要保證。遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)不僅表現(xiàn)在管理設(shè)備的開、停及其工作方式，如手動還是自動，還可以通過修改下位機(jī)的控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)運(yùn)行的管理和監(jiān)控。②遠(yuǎn)程監(jiān)控。③報警和報警處理

SCADA系統(tǒng)上位機(jī)的報警功能對于盡早發(fā)現(xiàn)和排除測控現(xiàn)場的各種故障，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行起重要作用。上位機(jī)上可以以多種形式顯示發(fā)生的故障的名稱、等級、位置、時間和報警信息的處理或應(yīng)答情況。上位機(jī)系統(tǒng)可以同時處理和顯示多點(diǎn)同時報警，并且對報警的應(yīng)答做記錄。③報警和報警處理④事故追憶和趨勢分析。上位機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，如報警與報警處理記錄、用戶管理記錄、設(shè)備操作記錄、重要的參數(shù)記錄與過程數(shù)據(jù)的記錄對于分析和評價系統(tǒng)運(yùn)行狀況是必不可少的。對于預(yù)測和分析系統(tǒng)的故障，快速地找到事故的原因并找到恢復(fù)生產(chǎn)的最佳方法是十分重要的，這也是評價一個SCADA系統(tǒng)其功能強(qiáng)弱重要的指標(biāo)之一。④事故追憶和趨勢分析。⑤與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合工業(yè)控制的發(fā)展趨勢就是管控一體化，也稱為綜合自動化，典型的系統(tǒng)架構(gòu)就是ERP／MES／PCS三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1.5所示，SCADA系統(tǒng)就屬于PCS層，是綜合自動化的基礎(chǔ)和保障。這就要求SCADA系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，可以為上層應(yīng)用提供各種信息，也可以接收上層系統(tǒng)的調(diào)度、管理和優(yōu)化控制指令，實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行。⑤與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合圖1.5綜合自動化體系結(jié)構(gòu)圖1.5綜合自動化體系結(jié)構(gòu)（3）選用工控機(jī)或商用機(jī)

在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期，上位機(jī)系統(tǒng)普遍采用工控機(jī)。因?yàn)楣た貦C(jī)在商用計(jì)算機(jī)上進(jìn)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(jī)可靠性的不斷增強(qiáng)，以及商用機(jī)與工控機(jī)之間較大的價格差距，SCADA系統(tǒng)選用商用機(jī)做上位機(jī)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(shí)現(xiàn)。

（3）選用工控機(jī)或商用機(jī)在SCAD3、通信網(wǎng)絡(luò)

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。在一個大型的SCADA系統(tǒng)，包含多種層次的網(wǎng)絡(luò)，如設(shè)備層總線，現(xiàn)場總線；在控制中心有以太網(wǎng)；而連接上、下位機(jī)的通信形式更是多樣，既有有線通信，也有無線通信，有些系統(tǒng)還有微波、衛(wèi)星等通信方式。3、通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通（1）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）上位機(jī)系統(tǒng)：（2）下位機(jī)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。

在一些應(yīng)用中，現(xiàn)場布線不方便，會采用短距離無線通信。（3）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)。（2）下位機(jī)系統(tǒng)：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(shí)現(xiàn)。4、檢測和執(zhí)行設(shè)備（1）檢測元件（2）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。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(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。（2）執(zhí)行器三、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(jī)（mainframe），采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場RTU和主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡單，開放性差，功能較弱?，F(xiàn)場RTU幾乎無控制功能，只側(cè)重?cái)?shù)據(jù)采集。

第二代SCADA系統(tǒng)逐步向網(wǎng)絡(luò)化、分布式過渡，但是使用的是專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，專業(yè)協(xié)議，但開放性較差?，F(xiàn)場RTU具有控制功能。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S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?，F(xiàn)場控制設(shè)備具有較強(qiáng)的控制功能和通信能力。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。第三代SCADA系統(tǒng)在軟、硬件上開放性好，采用國際標(biāo)準(zhǔn)或主流的網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議。同時，PLC在SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用更加普通。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(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)。

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SCAD1、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“請求－響應(yīng)”的方式進(jìn)行。客戶機(jī)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(jì)算機(jī)在不同的場合既可能是客戶機(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)中哪臺或哪幾臺計(jì)算機(jī)來完成。1、客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)C／S結(jié)構(gòu)圖1.3客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖1.3客戶機(jī)／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(jī)，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(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。

如在SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)SCADA服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)，如圖1.4所示。

圖1.4瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)2、瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)隨著IntB／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。

B／S結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是：用戶可以通過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)，可以隨時隨地進(jìn)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能。維護(hù)簡單方便，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)簡單，共享性強(qiáng)。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)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：個性化特點(diǎn)明顯降低，無法實(shí)現(xiàn)具有個性化的功能要求。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。B／S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：（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。

（2）C／S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)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。C／S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：四、SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（流程CIMS）四、SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類……數(shù)字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)

人……計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)……數(shù)字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警過程輸入通道測直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警操作臺過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程過程輸出通道

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)………………計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警操作臺過程輸入監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器輸入通道

輸出通道被控生產(chǎn)過程操作臺輸入通道計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器控制臺控制臺過程控制計(jì)算機(jī)控制單元控制單元多路采集器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)通道工程師/操作員控制臺其他系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制臺控制臺過程控制計(jì)算機(jī)控制單元控制單元多路采集器可編程邏2、典型的工業(yè)控制系統(tǒng)

典型的工業(yè)控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括兩大類：（1）SCADA系統(tǒng)（2）集散控制系統(tǒng)

完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了包括控制器以往，還應(yīng)該有完整的人機(jī)界面，可以進(jìn)行監(jiān)控、報警、報表、數(shù)據(jù)記錄等功能。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一類新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，目前其應(yīng)用還沒有得到大規(guī)模的普及。2、典型的工業(yè)控制系統(tǒng)

還有一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用工控機(jī)或商用計(jì)算機(jī)做主機(jī)，配上I/O模塊，如A/D、D/A、DI、DO等。采用高級語言或組態(tài)軟件編寫控制程序。這種控制方式只適用于一些對控制要求不高的小系統(tǒng)。

上述方式，近年還可以采用分布式數(shù)據(jù)采集模塊，通過數(shù)字通信的方式與控制軟件通信，這樣可以節(jié)約電纜。

還有一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用工控機(jī)或商用計(jì)算2、SCADA系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較SCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能強(qiáng)和DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點(diǎn)，性能價格比高，特別適合測控點(diǎn)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(qiáng)，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(jī)。2、SCADA系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較

DCS

系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），適用于測控點(diǎn)數(shù)多、測控精度高、測控速度快的工業(yè)現(xiàn)場，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)簡便，但系統(tǒng)的價格昂貴。DCS系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），適用于測控點(diǎn)數(shù)多、

SCADA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，通信的形式也會多種多樣。

SCADA系統(tǒng)可以集成不同廠家的各種測控產(chǎn)品，開放性更好。而某一過程的DCS控制系統(tǒng)通常是某固定型號的。SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為上、下位機(jī)的結(jié)構(gòu)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種控制方案層出不窮，一個具體的工業(yè)控制問題可以有不同的解決方案。但總體上來說，還是遵循傳統(tǒng)的思路，即在制造業(yè)的控制中，還是首選PLC，而過程控制系統(tǒng)首選DCS。而對于監(jiān)控點(diǎn)十分分散的控制過程，多數(shù)還是會選SCADA系統(tǒng)，只是隨著應(yīng)用的不同，下位機(jī)的選擇會有不同。當(dāng)然，由于控制技術(shù)的不斷融合，在實(shí)際應(yīng)用中，有些控制系統(tǒng)的選型還是具有一定的靈活性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種控制方案層出不窮，一個具體極大地提高了生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性能和可靠程度。極大地減低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作過程中第一位的人員的安全性。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，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。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(cái)產(chǎn)的損失，從而可帶來潛在的社會和經(jīng)濟(jì)效益。2、采用SCADA系統(tǒng)的好處極大地提高了生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性能和可靠程度。2、采用SC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。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(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，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(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)度自動化與現(xiàn)代化有著不可替代的作用。3、典型應(yīng)用領(lǐng)域（1）電力SCADA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

SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動系統(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)度管理水平上起到了很大的作用。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，不同時期有不同的產(chǎn)品，同時我國也從國外引進(jìn)了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動了鐵道電氣化遠(yuǎn)動系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。（2）鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證（3）武廣高鐵SCADA系統(tǒng)在武廣高鐵上采用SCADA技術(shù)建立了鐵路防災(zāi)系統(tǒng)。武廣高鐵全長995公里，有10個車站，3個數(shù)據(jù)調(diào)度中心，分別位于武昌新火車站、長沙火車站和廣州南站內(nèi)。全線共設(shè)置155個防災(zāi)監(jiān)控單元，包括2處監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備、2處調(diào)度監(jiān)控設(shè)備。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對遠(yuǎn)程無人值守站點(diǎn)、環(huán)境惡劣站點(diǎn)的監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)速監(jiān)測站點(diǎn)109個、雨量監(jiān)測站點(diǎn)51個、異物監(jiān)測站點(diǎn)125個（3）武廣高鐵SCADA系統(tǒng)樓宇自動化生產(chǎn)線管理機(jī)械人、機(jī)件臂系統(tǒng)其它生產(chǎn)行業(yè)無人工作站系統(tǒng)

（3）其它應(yīng)用領(lǐng)域樓宇自動化（3）其它應(yīng)用領(lǐng)域無人值守工作站無線通訊基站網(wǎng)；郵電通訊機(jī)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(jī)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(fèi)系統(tǒng)；交通安全監(jiān)側(cè)；城市供熱、供水系統(tǒng)監(jiān)控和調(diào)度；環(huán)境、天文和氣象無人檢測網(wǎng)絡(luò)的管理；其它各種需要實(shí)時監(jiān)控的設(shè)備。無人值守工作站無線通訊基站網(wǎng)；本章主要知識點(diǎn)什么是SCADA系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、組成。SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu)。SCADA系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用本章主要知識點(diǎn)什么是SCADA系統(tǒng)。本課程學(xué)習(xí)分專題介紹遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)結(jié)合面授、輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求：熟悉VB語言、PLC考試方式：開卷本課程學(xué)習(xí)分專題介紹工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇華東理工大學(xué)自動化系王華忠hzwang@工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇華東理工大學(xué)自動化系Ch1SCADA系統(tǒng)概述Ch1SCADA系統(tǒng)概述一、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)采集監(jiān)控、管理

圖1.1所示為一個污水處理廠SCADA系統(tǒng)。一、什么是SCADA系統(tǒng)SCADA的英文是S圖1.1(a)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖1.1(a)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖1.1（b)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－油田監(jiān)控系統(tǒng)原油（天然氣）井站、油氣地面開采集輸、原油（天然氣）處理聯(lián)合站、輸油（氣）管道的自動化。圖1.1（b)SCADA系統(tǒng)實(shí)例－油田監(jiān)控系統(tǒng)原油（天1、定義

SCADA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)，完成了對測控點(diǎn)分散的各種過程或設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)采集，本地或遠(yuǎn)程的自動控制，以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)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。

1、定義2、特點(diǎn)

一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，主要用于測控點(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，測控現(xiàn)場是無人或少人值守。2、特點(diǎn)二、SCADA系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)上位機(jī)：側(cè)重監(jiān)控與管理功能下位機(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。二、SCADA系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)圖1.2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、下位機(jī)（1）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）對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行直接控制。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)場數(shù)據(jù)。1、下位機(jī)（1）下位機(jī)功能：（2）下位機(jī)類型：遠(yuǎn)程終端單元RTU

RTU（RemoteTerminalUnit，RTU）是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。它在提高信號傳輸可靠性、減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)、減少信號電纜用量、節(jié)省安裝費(fèi)用等方面的優(yōu)點(diǎn)也得到用戶的肯定。

（2）下位機(jī)類型：北京安控公司的Super32-LP微功耗RTU，是面向工業(yè)現(xiàn)場信號采集和控制的小型RTU。采用微功耗設(shè)計(jì)，內(nèi)置GPRS通信模塊和Zigbee無線通信接口，配合SZ系列無線儀表，極其方便的組成自來水和燃?xì)夤芫W(wǎng)測壓系統(tǒng)。特別適合在小點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域使用。北京安控公司的Super32-LP微功耗RTU，是面向工業(yè)現(xiàn)RTU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)行本地控制時作為系統(tǒng)中一個獨(dú)立的工作站，這時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)采集時作為一個遠(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)。RTU的功能：RTU的配置與程序執(zhí)行：

RTU的主要配置有CPU模板、I／O（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。RTU的配置與程序執(zhí)行：RTU的特點(diǎn)：（1）同時提供多種通訊端口和通訊機(jī)制。（2）提供大容量程序和數(shù)據(jù)存儲空間。（3）高度集成的、更緊湊的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（4）更適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用的品質(zhì)。

RTU的特點(diǎn)：PLC（中、小型）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(jī)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。圖1.3所示為下位機(jī)程序

PLC（中、小型）圖1.3下位機(jī)程序示例（三菱電機(jī)PLC）圖1.3下位機(jī)程序示例（三菱電機(jī)PLC）a、西門子S7-200b、三菱電機(jī)FX2N整體式可編程控制器

a、西門子S7-200b、三菱電機(jī)FXa、西門子S7-300b、三菱A系列c、A-BControl

Logix模塊式可編程控制器a、西門子S7-300b、三菱A系列PAC（可編程自動化控制器）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(jī)的應(yīng)用逐步增多，主要的產(chǎn)品有：GEFanuc公司的PACSystemsRX3i／7i、NI公司的CompactFieldPoint、Beckoff公司的CX1000、泓格科技的WinCon／LinCon系列、μPAC-7186EX、A-B公司的CompactLogix和研華公司的ADAM-5510EKW等。

PAC（可編程自動化控制器）泓格科技的WinCon泓格科技的WinCon智能儀表在一些側(cè)重?cái)?shù)據(jù)采集、信息集中管理與遠(yuǎn)程監(jiān)管的應(yīng)用中，遠(yuǎn)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(jī)，如智能流量計(jì)量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。

智能儀表2、上位機(jī)（1）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)。上位機(jī)人機(jī)界面如圖1.4所示。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(jī)（1）上位機(jī)組成：圖1.4上位機(jī)人機(jī)界面圖1.4上位機(jī)人機(jī)界面（2）上位機(jī)功能：①數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示

SCADA系統(tǒng)的首要功能就是數(shù)據(jù)采集，即首先通過下位機(jī)采集測控現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后上位機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)從眾多的下位機(jī)中采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總、記錄和顯示。通常情況下，下位機(jī)不具有數(shù)據(jù)記錄功能，只有上位機(jī)才能完整地記錄和保持各種類型的數(shù)據(jù)，為各種分析和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。（2）上位機(jī)功能：②遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于上位機(jī)采集數(shù)據(jù)具有全面性和完整性，監(jiān)控中心的控制管理也具有全局性，能更好地實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的合理、優(yōu)化運(yùn)行。特別是對許多常年無人值守的現(xiàn)場，遠(yuǎn)程監(jiān)控是安全生產(chǎn)的重要保證。遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)不僅表現(xiàn)在管理設(shè)備的開、停及其工作方式，如手動還是自動，還可以通過修改下位機(jī)的控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)運(yùn)行的管理和監(jiān)控。②遠(yuǎn)程監(jiān)控。③報警和報警處理

SCADA系統(tǒng)上位機(jī)的報警功能對于盡早發(fā)現(xiàn)和排除測控現(xiàn)場的各種故障，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行起重要作用。上位機(jī)上可以以多種形式顯示發(fā)生的故障的名稱、等級、位置、時間和報警信息的處理或應(yīng)答情況。上位機(jī)系統(tǒng)可以同時處理和顯示多點(diǎn)同時報警，并且對報警的應(yīng)答做記錄。③報警和報警處理④事故追憶和趨勢分析。上位機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，如報警與報警處理記錄、用戶管理記錄、設(shè)備操作記錄、重要的參數(shù)記錄與過程數(shù)據(jù)的記錄對于分析和評價系統(tǒng)運(yùn)行狀況是必不可少的。對于預(yù)測和分析系統(tǒng)的故障，快速地找到事故的原因并找到恢復(fù)生產(chǎn)的最佳方法是十分重要的，這也是評價一個SCADA系統(tǒng)其功能強(qiáng)弱重要的指標(biāo)之一。④事故追憶和趨勢分析。⑤與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合工業(yè)控制的發(fā)展趨勢就是管控一體化，也稱為綜合自動化，典型的系統(tǒng)架構(gòu)就是ERP／MES／PCS三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1.5所示，SCADA系統(tǒng)就屬于PCS層，是綜合自動化的基礎(chǔ)和保障。這就要求SCADA系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，可以為上層應(yīng)用提供各種信息，也可以接收上層系統(tǒng)的調(diào)度、管理和優(yōu)化控制指令，實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行。⑤與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合圖1.5綜合自動化體系結(jié)構(gòu)圖1.5綜合自動化體系結(jié)構(gòu)（3）選用工控機(jī)或商用機(jī)

在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期，上位機(jī)系統(tǒng)普遍采用工控機(jī)。因?yàn)楣た貦C(jī)在商用計(jì)算機(jī)上進(jìn)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(jī)可靠性的不斷增強(qiáng)，以及商用機(jī)與工控機(jī)之間較大的價格差距，SCADA系統(tǒng)選用商用機(jī)做上位機(jī)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(shí)現(xiàn)。

（3）選用工控機(jī)或商用機(jī)在SCAD3、通信網(wǎng)絡(luò)

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。在一個大型的SCADA系統(tǒng)，包含多種層次的網(wǎng)絡(luò)，如設(shè)備層總線，現(xiàn)場總線；在控制中心有以太網(wǎng)；而連接上、下位機(jī)的通信形式更是多樣，既有有線通信，也有無線通信，有些系統(tǒng)還有微波、衛(wèi)星等通信方式。3、通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通（1）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）上位機(jī)系統(tǒng)：（2）下位機(jī)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。

在一些應(yīng)用中，現(xiàn)場布線不方便，會采用短距離無線通信。（3）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)。（2）下位機(jī)系統(tǒng)：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(shí)現(xiàn)。4、檢測和執(zhí)行設(shè)備（1）檢測元件（2）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。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(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。（2）執(zhí)行器三、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(jī)（mainframe），采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場RTU和主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡單，開放性差，功能較弱?，F(xiàn)場RTU幾乎無控制功能，只側(cè)重?cái)?shù)據(jù)采集。

第二代SCADA系統(tǒng)逐步向網(wǎng)絡(luò)化、分布式過渡，但是使用的是專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，專業(yè)協(xié)議，但開放性較差?，F(xiàn)場RTU具有控制功能。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S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?，F(xiàn)場控制設(shè)備具有較強(qiáng)的控制功能和通信能力。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。第三代SCADA系統(tǒng)在軟、硬件上開放性好，采用國際標(biāo)準(zhǔn)或主流的網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議。同時，PLC在SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用更加普通。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(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)。

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SCAD1、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“請求－響應(yīng)”的方式進(jìn)行?？蛻魴C(jī)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(jì)算機(jī)在不同的場合既可能是客戶機(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)中哪臺或哪幾臺計(jì)算機(jī)來完成。1、客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)C／S結(jié)構(gòu)圖1.3客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖1.3客戶機(jī)／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(jī)，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(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。

如在SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)SCADA服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)，如圖1.4所示。

圖1.4瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)2、瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)隨著IntB／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。

B／S結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是：用戶可以通過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)，可以隨時隨地進(jìn)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能。維護(hù)簡單方便，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)簡單，共享性強(qiáng)。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)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：個性化特點(diǎn)明顯降低，無法實(shí)現(xiàn)具有個性化的功能要求。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。B／S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：（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。

（2）C／S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)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。C／S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：四、SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（流程CIMS）四、SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類……數(shù)字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)

人……計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)……數(shù)字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警過程輸入通道測直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警操作臺過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程過程輸出通道

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)………………計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報警操作臺過程輸入監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器輸入通道

輸出通道被控生產(chǎn)過程操作臺輸入通道計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器控制臺控制臺過程控制計(jì)算機(jī)控制單元控制單元多路采集器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)通道工程師/操作員控制臺其他系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制臺控制臺過程控制計(jì)算機(jī)控制單元控制單元多路采集器可編程邏2、典型的工業(yè)控制系統(tǒng)

典型的工業(yè)控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括兩大類：（1）SCADA系統(tǒng)（2）集散控制系統(tǒng)

完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了包括控制器以往，還應(yīng)該有完整的人機(jī)界面，可以進(jìn)行監(jiān)控、報警、報表、數(shù)據(jù)記錄等功能。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一類新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，目前其應(yīng)用還沒有得到大規(guī)模的普及。2、典型的工業(yè)控制系統(tǒng)

還有一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用工控機(jī)或商用計(jì)算機(jī)做主機(jī)，配上I/O模塊，如A/D、D/A、DI、DO等。采用高級語言或組態(tài)軟件編寫控制程序。這種控制方式只適用于一些對控制要求不高的小系統(tǒng)。

上述方式，近年還可以采用分布式數(shù)據(jù)采集模塊，通過數(shù)字通信的方式與控制軟件通信，這樣可以節(jié)約電纜。

還有一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用工控機(jī)或商用計(jì)算2、SCADA系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較SCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能強(qiáng)和DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點(diǎn)，性能價格比高，特別適合測控點(diǎn)極為分散