一、SCADA系統(tǒng)介紹

　　SCADA是SupervisoryControIAndDataAcquiSitionSystem（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）的縮寫，SCADA系統(tǒng)是對(duì)分布距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。它應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域，其中在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛，發(fā)展技術(shù)也最為成熟。它在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中占重要地位，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，即我們所知的“四遙”功能。RTU（遠(yuǎn)程終端單元），F(xiàn)TU（饋線終端單元）是它的重要組成部分。在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用。它是架構(gòu)在PC之上的生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。當(dāng)然不同領(lǐng)域的應(yīng)用，所需功能也不盡相同，但是它們都具有以下基本特色：圖形操作介面；系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)模擬；即時(shí)和歷史資料趨勢(shì)曲線顯示；警報(bào)處理系統(tǒng)；資料獲取取與記錄；報(bào)表輸出。

　　二、SCADA模塊構(gòu)成

　　SCADA系統(tǒng)會(huì)包括以下的子系統(tǒng)：

　　1、人機(jī)界面（humanmachineinterface，簡(jiǎn)稱HMI）是一個(gè)可以顯示程序狀態(tài)的設(shè)備，操作員可以依此設(shè)備監(jiān)控及控制程序。

　　人機(jī)界面（或簡(jiǎn)稱為HMI）一個(gè)可以顯示程序狀態(tài)的設(shè)備，操作員可以依此設(shè)備監(jiān)控及控制程序。HMI會(huì)鏈接到SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫及軟件，讀取相關(guān)信息，以顯示趨勢(shì)、診斷數(shù)據(jù)及相關(guān)管理用的信息，如定期維護(hù)程序、物流信息、特定傳感器或機(jī)器的細(xì)部線路圖、或是可以協(xié)助故障排除的專家系統(tǒng)。

　　HMI系統(tǒng)常會(huì)用圖像的方式顯示系統(tǒng)的信息，而且會(huì)用圖像模擬實(shí)際的系統(tǒng)。操作員可以看到待控制系統(tǒng)的示意圖。例如一個(gè)連接到管路的泵浦圖標(biāo)，可以顯示泵浦正在運(yùn)轉(zhuǎn)，及管路中液體的流量，操作員可以使泵浦停機(jī)，HMI軟件會(huì)顯示管路中液體流量隨時(shí)間下降。模擬圖會(huì)包括線路圖及示意圖來表示制程中的元素，也可能用制程設(shè)備的圖片，上面再加上動(dòng)畫說明制程情形。

　　SCADA系統(tǒng)的HMI軟件一般會(huì)包括繪圖軟件，可以讓系統(tǒng)維護(hù)者修改系統(tǒng)在HMI中的呈現(xiàn)方式。呈現(xiàn)方式可以簡(jiǎn)單到只有屏幕上的燈號(hào)，用燈號(hào)表示現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的狀態(tài)情形，也可以復(fù)雜到是用多臺(tái)投影機(jī)顯示摩天大樓中所有的電梯位置或是鐵路中所有列車的位置。

　　實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)時(shí)，警告處理是很重要的一個(gè)部份。系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控指定的警告條件是否成立，以確定是否有警告事件發(fā)生。當(dāng)有警告事件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采取對(duì)應(yīng)的行動(dòng)，例如啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)警告指示，或發(fā)出電子郵件或短信給系統(tǒng)管理者或SCADA操作員，告知已有警告事件。SCADA操作員需確認(rèn)警告事件，有些警告事件在確認(rèn)后其警告指示就會(huì)關(guān)閉，也有一些警告指示要在警告條件清除后才會(huì)關(guān)閉。

　　2、（計(jì)算機(jī)）監(jiān)控系統(tǒng)可以采集數(shù)據(jù)，也可以提交命令監(jiān)控程序的進(jìn)行。

　　3、遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RemoteTerminalUnit，簡(jiǎn)稱RTU）連接許多程序中用到的傳感器，數(shù)據(jù)采集（Dataacquisition）后將數(shù)字的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。

　　遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）可連接到其他設(shè)備。RTU可將設(shè)備上的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字的值，例如一個(gè)開關(guān)或閥開/關(guān)的狀態(tài)，或是儀器量測(cè)到的壓力、流量、電壓或電流。也可以借由信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳送信號(hào)來控制設(shè)備，例如特定開關(guān)或閥的打開/關(guān)閉，或是設(shè)置一個(gè)泵浦的速度。

　　4、可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller，簡(jiǎn)稱PLC）因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，用途廣泛，也常用作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，取代特殊功能的遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)。

　　SCADA是調(diào)度管理層，PLC是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。PLC系統(tǒng)，即可編程控制器，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。SCADA的重點(diǎn)是在監(jiān)視、控制，可以實(shí)現(xiàn)部分邏輯功能，基本用于上位；PLC單純的實(shí)現(xiàn)邏輯功能和控制，不提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)操作需借助與按鈕指示燈、HMI以及SCADA系統(tǒng)；

　　5、通信網(wǎng)絡(luò)則是提供監(jiān)控系統(tǒng)及RTU（或PLC）之間傳輸數(shù)據(jù)的管道。

　　傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)會(huì)使用廣播、串行或是調(diào)制解調(diào)器來達(dá)到通信的機(jī)能，有些大型的SCADA系統(tǒng)（例如發(fā)電廠或鐵路）也常會(huì)使用架構(gòu)在同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）或同步數(shù)字體系（SDH）上的以太網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SCADA系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程管理或監(jiān)視機(jī)能常稱為遙測(cè)。

　　三、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)

　　SCADA是指一個(gè)可以監(jiān)控及控制所有設(shè)備的集中式系統(tǒng)，或是在由分散在一個(gè)區(qū)域（小到一個(gè)工廠，大到一個(gè)國(guó)家）中許多系統(tǒng)的組合。其中大部份的控制是由遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）或PLC進(jìn)行，主系統(tǒng)一般只作系統(tǒng)監(jiān)控層級(jí)的控制。例如在一個(gè)系統(tǒng)中，由PLC來控制制程中冷卻水的流量，而SCADA系統(tǒng)可以讓操作員改變流量的目標(biāo)值，設(shè)置需顯示及記錄的警告條件（例如流量過低，溫度過高）。PLC或RTU會(huì)利用回授控制來控制流量或溫度，而SCADA則監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。

　　數(shù)據(jù)采集（Dataacquisition）由RTU或PLC進(jìn)行，包括讀取傳感器數(shù)據(jù)，依SCADA需求通信傳送設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告。數(shù)據(jù)有特定的格式，控制室中的操作員可以用HMI了解系統(tǒng)狀態(tài)，并決定是否要調(diào)整RTU（或PLC）的控制，或是暫停正常的控制，進(jìn)行特殊的處理。數(shù)據(jù)也會(huì)傳送到歷史記錄器（Operationalhistorian），一般會(huì)是架構(gòu)在商用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上，以便追蹤趨勢(shì)并進(jìn)行分析。

　　SCADA系統(tǒng)會(huì)配合分散式數(shù)據(jù)庫使用，一般稱為標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫（tagdatabase），其中的數(shù)據(jù)元素稱為標(biāo)簽（tag）或點(diǎn)（point）。一個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)單一的輸入或輸出值，可能是由系統(tǒng)所監(jiān)視或是控制。點(diǎn)可以是硬件（hard）的或是軟件（soft）的。一個(gè)硬件的點(diǎn)表示系統(tǒng)中實(shí)際的輸入或是輸出，而軟件的點(diǎn)則是根據(jù)其他點(diǎn)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算后的結(jié)果（有些系統(tǒng)會(huì)把所有的點(diǎn)都視為軟件的點(diǎn)，無視其實(shí)際上是硬件或軟件）。一個(gè)點(diǎn)通常都是會(huì)以數(shù)據(jù)-時(shí)間戳記對(duì)的方式存儲(chǔ)，其中有數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)計(jì)算或記錄時(shí)的時(shí)間戳記。一個(gè)點(diǎn)的歷史記錄即可以用一連串的數(shù)據(jù)-時(shí)間戳記對(duì)所表示。常常也會(huì)在存儲(chǔ)時(shí)加上其他的信息，例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或PLC暫存器的路徑，設(shè)計(jì)的注解及警告信息。

　　四、主要應(yīng)用

　　SCADA系統(tǒng)的主要應(yīng)用在樓宇自動(dòng)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)等方面

　　舉例無人工作站系統(tǒng)具體實(shí)例有：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(hào)管理系統(tǒng)；壩體、隧道、橋梁、機(jī)場(chǎng)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(dòng)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(cè)網(wǎng)絡(luò)的管理；其它各種需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)備。

　　在高速公路電力SCADA系統(tǒng)中包含兩個(gè)層次，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(jī)；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即中心上位機(jī)HMI（HumanMachineInterface）系統(tǒng)。

　　在高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)中心的上位機(jī)部分，監(jiān)控主站通常采用局域網(wǎng)絡(luò)方式如傳輸速率為10MBPS/100MBPS自適應(yīng)的以太網(wǎng)，構(gòu)成以計(jì)算機(jī)設(shè)備為核心，以功能為模塊，以節(jié)點(diǎn)為單元的調(diào)度中心系統(tǒng)。

　　監(jiān)控子站系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通訊接口設(shè)備構(gòu)成，稱為RTU。監(jiān)控子站與主站的通信通道可為遠(yuǎn)程拔號(hào)、載波、微波、光纖、無線、專線ISDN等多種形式，SCADA系統(tǒng)支持多種通訊規(guī)約。

　　整個(gè)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊總體上采取的是客戶/服務(wù)（Client/Server）模式，即被稱為“按需求傳送數(shù)據(jù)”的方式。這種方式有以下優(yōu)點(diǎn)：1、使網(wǎng)絡(luò)向擔(dān)大大減輕；2、提高了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互獨(dú)立性；3、極其簡(jiǎn)便系統(tǒng)的擴(kuò)充；3、多路徑訪問能力。

　　下面以廣州市北部地區(qū)（新國(guó)際機(jī)場(chǎng)）高速公路的電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為例，敘述高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)一般的配置及功能。

　　廣州機(jī)場(chǎng)高速公路從三元里至新國(guó)際機(jī)場(chǎng)，全線設(shè)置一套電力監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，對(duì)所管轄的變電所、變配電所及箱式變電站等供電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控管理，該監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)在蚌湖控制中心大樓內(nèi)的控制站，數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)在沿線的各被控站設(shè)備組成，被控站包括九個(gè)變電所，一個(gè)中心變配電所和入個(gè)箱式變電站。

　　并且，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，控制站設(shè)備的容量及通信接口容量充分考慮到了規(guī)劃中北延線供電設(shè)備的管理。

　　根據(jù)廣州機(jī)場(chǎng)高速公路電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)方案，以及高速公路現(xiàn)場(chǎng)的情況，選定了Schneider公司的Compact系列PLC產(chǎn)品來構(gòu)成系統(tǒng)的下位機(jī)。除數(shù)據(jù)采集外，其強(qiáng)大的編程功能保證了系統(tǒng)的各類控制功能的需求?，F(xiàn)場(chǎng)中我們所需的采樣數(shù)據(jù)可分類模擬量輸入（AI）、離散量輸入（DI）和離散量輸出（DO）三類。

　　Quantum系列PLC組成系統(tǒng)的通訊前置機(jī)；此系列PLC的CPU采用Intel586133MHz芯片，具有極高的數(shù)據(jù)處理能力，在通訊方面可提供多種通信方式。通訊前置機(jī)通過網(wǎng)橋與系統(tǒng)下位機(jī)的PLC控制（采樣）單元相聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。而通訊前置機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)則通過以太網(wǎng)協(xié)議直接相聯(lián)。

　　SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，采用工業(yè)控制機(jī)和WINDOWS2000作為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，同時(shí)用iFIX軟件開發(fā)圖形化的操作員節(jié)點(diǎn)和維護(hù)員節(jié)點(diǎn)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)SCADA結(jié)點(diǎn)機(jī)和PLC設(shè)備的無縫連接；界面的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)庫的管理。報(bào)警和安全機(jī)制都能很好的實(shí)現(xiàn)。用VC++編程開發(fā)工具共同開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與后臺(tái)處理機(jī)。其內(nèi)部設(shè)置了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史記錄數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)庫等多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。