隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，國產(chǎn)組態(tài)軟件也迅速更新迭代，使得許多行業(yè)的過程控制都可以輕松使用SCADA系統(tǒng)的來管理和操作。SCADA系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)組織至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冇兄谔嵘a(chǎn)效率，分析數(shù)據(jù)以做出更明智的決策，并傳達(dá)系統(tǒng)問題以減少停機(jī)時(shí)間。SCADA系統(tǒng)已是現(xiàn)代工業(yè)的支柱，廣泛應(yīng)用于電力、石油和天然氣、水處理、能源以及制造業(yè)等領(lǐng)域。

SCADA系統(tǒng)定義

SCADA是監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集的縮寫。SCADA系統(tǒng)的目的是控制和監(jiān)控特定的系統(tǒng)架構(gòu)，通過收集、分析、管理和可視化數(shù)據(jù)的軟件和硬件解決方案提供自動(dòng)化。

SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)是用于工業(yè)自動(dòng)化以及工業(yè)過程實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控的軟件。

SCADA工作原理

SCADA系統(tǒng)是一種集中控制系統(tǒng)，有助于優(yōu)化工業(yè)流程，特別是對(duì)于更大規(guī)模的設(shè)置。SCADA利用在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的SCADA軟件，管理、控制和接收來自各種工業(yè)設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)。這些設(shè)備與PLC和RTU相連，PLC和RTU管理SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。SCADA系統(tǒng)的另一個(gè)重要部分是GUI(圖形用戶界面)，例如HMI和平板電腦。

SCADA系統(tǒng)使用HMI上顯示的數(shù)據(jù)可視化，供現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過近乎實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新來監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的性能。當(dāng)設(shè)備的過程需要一些調(diào)整時(shí)，HMI還可以執(zhí)行可操作的命令。所有這些集成的SCADA系統(tǒng)都通過連接到中央SCADA服務(wù)器的LAN或以太網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施連接。SCADA服務(wù)器可以位于本地工廠車間、遠(yuǎn)程辦公室的不同位置，也可以完全設(shè)計(jì)為在云中運(yùn)行。

SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

SCADA架構(gòu)由多個(gè)層組成，這些層協(xié)同工作以提供完整的解決方案。以下是SCADA架構(gòu)的五個(gè)級(jí)別：

第0級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

這是SCADA架構(gòu)中的最低級(jí)別，包括從工業(yè)過程收集數(shù)據(jù)的物理設(shè)備。這些設(shè)備包括：傳感器、執(zhí)行器、閥門、開關(guān)和其他可以測(cè)量和控制溫度、壓力、流量和液位等變量的組件。這些設(shè)備收集的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絊CADA架構(gòu)的下一個(gè)級(jí)別，即1級(jí)。

第1級(jí)：本地控制站

該級(jí)別由負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的本地控制站組成。這些控制站從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理，然后將其發(fā)送到 2 級(jí)。本地控制站通常是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的可編程邏輯控制器 (PLC) 或遠(yuǎn)程終端單元 (RTU)。

第2級(jí)：監(jiān)督控制

該級(jí)別包括主SCADA服務(wù)器或監(jiān)控站，用于收集和分析來自多個(gè)本地控制站的數(shù)據(jù)。SCADA服務(wù)器從本地控制站接收數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理，然后為操作員提供圖形用戶界面(GUI)，以監(jiān)視和控制工業(yè)過程。SCADA服務(wù)器還存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，生成警報(bào)和警報(bào)，并提供報(bào)告和分析工具。

第3級(jí)：制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES）

第三級(jí)涉及制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的管理。MES系統(tǒng)通常用于跟蹤訂單、安排生產(chǎn)運(yùn)行和管理庫存。MES系統(tǒng)與SCADA服務(wù)器通信，以接收有關(guān)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提供給操作員。

第4級(jí)：企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

第四層也是最后一層包括負(fù)責(zé)管理組織業(yè)務(wù)運(yùn)營的企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)由企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)和客戶關(guān)系管理(CRM)系統(tǒng)組成。ERP管理財(cái)務(wù)和會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)。另一方面，CRM 管理客戶數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)與企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，為報(bào)告和分析提供數(shù)據(jù)。

SCADA系統(tǒng)組件

人機(jī)界面

它是一種輸入輸出設(shè)備，用于呈現(xiàn)由人工操作員控制的過程數(shù)據(jù)。它通過鏈接到SCADA系統(tǒng)的軟件程序和數(shù)據(jù)庫來提供管理信息，包括特定傳感器或機(jī)器的定期維護(hù)程序，詳細(xì)原理圖，物流信息，趨勢(shì)和診斷數(shù)據(jù)。HMI系統(tǒng)便于操作人員以圖形方式查看信息。

監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)用作服務(wù)器，用于在SCADA系統(tǒng)的設(shè)備(如RTU，PLC和傳感器等)與控制室工作站中使用的HMI軟件之間進(jìn)行通信。主站或監(jiān)控站包括較小SCADA系統(tǒng)中的單個(gè)PC，對(duì)于較大的SCADA系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)包括分布式軟件應(yīng)用程序，災(zāi)難恢復(fù)站點(diǎn)和多臺(tái)服務(wù)器。這些多服務(wù)器以熱備用或雙冗余形式配置，在服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)持續(xù)控制和監(jiān)視，以提高系統(tǒng)的完整性。

遠(yuǎn)程終端單元

SCADA系統(tǒng)中的物理對(duì)象與稱為遠(yuǎn)程終端單元(RTU)的微處理器控制的電子設(shè)備連接。這些單元用于將遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，并從主系統(tǒng)接收消息以控制連接的對(duì)象。因此，這些也稱為遠(yuǎn)程遙測(cè)單元。

可編程邏輯控制器

在SCADA系統(tǒng)中，PLC連接到傳感器以收集傳感器輸出信號(hào)，以便將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。使用 PLC 代替 RTU，因?yàn)榕c RTU 相比，PLC 具有靈活性、配置、多功能性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)。

通信基礎(chǔ)設(shè)施

通常，SCADA系統(tǒng)使用無線電和直接有線連接的組合，但在發(fā)電站和鐵路等大型系統(tǒng)的情況下，經(jīng)常使用SONET/SDH。在SCADA系統(tǒng)中使用的非常緊湊的SCADA協(xié)議中，一些標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議被SCADA供應(yīng)商認(rèn)可 - 僅在監(jiān)控站輪詢RTU時(shí)發(fā)送信息。

SCADA編程

主站或HMI中的SCADA編程用于創(chuàng)建地圖和圖表，這些地圖和圖表將在事件故障或過程故障時(shí)提供重要的情境信息。標(biāo)準(zhǔn)接口用于對(duì)大多數(shù)商用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行編程。

SCADA主要功能

數(shù)據(jù)采集：從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備收集和處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通常將各種模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。

數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：從現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、組織，并以可視化形式呈現(xiàn)，供操作員監(jiān)控和控制過程。

遠(yuǎn)程控制：使用戶和操作員能夠遠(yuǎn)程或本地執(zhí)行命令，并調(diào)整直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備交互的特定功能。

網(wǎng)絡(luò)通信：從現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸或響應(yīng)請(qǐng)求命令。通信通道可以是數(shù)字(TCP/IP、RS485)或模擬(POTS、T202)。SCADA系統(tǒng)還將事件記錄到日志文件中，或?qū)?shù)據(jù)提供給歷史數(shù)據(jù)庫以供將來分析。

SCADA歷史演變

SCADA已經(jīng)從提供監(jiān)督和控制發(fā)展到提供實(shí)時(shí)遙測(cè)和高級(jí)自動(dòng)化。以下是SCADA系統(tǒng)集成歷經(jīng)四代發(fā)展而來的里程碑：

第一代 – 單片式SCADA系統(tǒng)

這種類型的SCADA系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的所有功能，包括數(shù)據(jù)收集、處理、顯示和控制。為此，單片式SCADA系統(tǒng)使用單一的集中式軟件程序。

第二代 – 分布式SCADA系統(tǒng)

這種系統(tǒng)使用分布式控制和數(shù)據(jù)收集架構(gòu)。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)任務(wù)的分散控制和監(jiān)控。這允許更大的靈活性、可擴(kuò)展性和處理大量數(shù)據(jù)的能力。

第三代 – 聯(lián)網(wǎng)式SCADA系統(tǒng)

這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用現(xiàn)代通信技術(shù)以及各種IT和控制系統(tǒng)的集成。它的設(shè)計(jì)比第一代和第二代更靈活、更安全、更高效。聯(lián)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)具有先進(jìn)的安全功能，如加密、防火墻和入侵檢測(cè)，以防止網(wǎng)絡(luò)威脅。

第四代 – 物聯(lián)網(wǎng)SCADA系統(tǒng)

其特點(diǎn)是集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、使用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比其他SCADA系統(tǒng)更加靈活、高效和可擴(kuò)展。在該系統(tǒng)中，控制和監(jiān)控功能由許多智能設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行。

SCADA系統(tǒng)應(yīng)用

SCADA系統(tǒng)被廣泛集成，以實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)應(yīng)用的自動(dòng)化。SCADA已真正成為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)置的支柱，提供工業(yè)過程的安全性、效率和可靠性，特別是對(duì)于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用。以下是集成了SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用：

· 電力工業(yè)中：SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制電力的產(chǎn)生、傳輸和分配。

· 水和廢水處理行業(yè)：SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制水處理過程，如水的收集、分配和處理。此外，SCADA系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

· 石油和天然氣行業(yè)：SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制石油和天然氣生產(chǎn)過程。這些過程包括鉆井、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、管道監(jiān)測(cè)等。

· 運(yùn)輸行業(yè)：SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制各種運(yùn)輸系統(tǒng)，如鐵路、公路和機(jī)場(chǎng)。

· 制造業(yè)：SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制工業(yè)過程，如裝配線、生產(chǎn)設(shè)施和能源消耗。

SCADA開發(fā)工具

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總結(jié)

希望本文能幫你了解什么是SCADA系統(tǒng)，SCADA已經(jīng)是當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)制造實(shí)踐中不可或缺的系統(tǒng)。選擇合適的SCADA系統(tǒng)將確保管理者對(duì)生產(chǎn)車間、設(shè)施和公用事業(yè)供應(yīng)進(jìn)行最佳控制，更不用說保護(hù)正在生產(chǎn)的昂貴工廠設(shè)備和產(chǎn)品了。

審核編輯 黃宇