SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介kunli

1、1 一、什么是一、什么是SCADA系統(tǒng)系統(tǒng) SCADA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 層次的功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。圖1.1所示為 一個市政工程污水處理SCADA系統(tǒng)。 圖1.1 SCADA系統(tǒng)實例污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng) 1、定義 SCADA系統(tǒng)是一類功能強大的計算機 遠程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利 用了計算機技術、控制技術、通信與網絡 技術，完成了對測控點分散的各種過程或 設備的實時數(shù)據(jù)采集，本地或遠程的自動 控制，以及生產過程的全面實時監(jiān)控，并 為安全生產、調度、管理、

2、優(yōu)化和故障診 斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術手段。 2、特點 一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計 算機測控系統(tǒng)，主要用于測控點十分分散、 分布范圍廣泛的生產過程或設備的監(jiān)控， 通常情況下，測控現(xiàn)場是無人或少人值守。 二、SCADA功 能 6 l(1)、數(shù)據(jù)采集DA(Data Acquisition)。 l(2)、數(shù)據(jù)預處理及報警(Calculation & Alarm)。 l(3)、事件順序記錄SOE(Sequeue Of Events)。 l(4)、事故追憶PDR(Post Disturbance Review)。 l(5)、遠方控制(Control)。 l(6)、遠方調整(Adjustme

3、nt)。 l(7)、趨勢曲線(Trend)和棒圖(Bargraph)。 l(8)、歷史數(shù)據(jù)存儲(History)和制表打印(Report)。 l(9)、系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘(Clock)。 l(10)、模擬盤接口(Mimic board Interface)。 SCADA功能 2.1 數(shù)據(jù)采集功能 SCADA功能 2.2 數(shù)據(jù)處理功能 1）、模擬量處理：標度變換；消零飄；越限檢查； 積分計算和平均值計算；最大值、最小值計算； 入庫。 2）、狀態(tài)量處理：描述電網運行狀態(tài)（將0/1狀 態(tài)變換為具有物理意義的信息）；告警；狀態(tài)量 的顯示。 3）、標牌設置：對所有設備均可進行掛牌操作， 提供警示信息，如：檢修

4、、接地、故障、危險、 并列等。 4）、脈沖量處理：計算本周期電量；積分電度計 算；計算分時電量；信息入庫。 SCADA功能 2.3 計算功能 SCADA功能 2.4 電網控制功能 SCADA功能 2.5 告警功能 2.6 顯示功能 2.7 報表功能 2.8 其他輔助功能 畫面調用功能 畫面調用功能 SCADA的圖形操作 畫面調用及瀏覽器功能 3 歷史告警瀏覽 4 歷史數(shù)據(jù)瀏覽 5 圖形瀏覽器 三、三、SCADA系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 上位機：側重監(jiān)控功能 下位機：直接控制功能 通信網絡：實現(xiàn)上、下位機數(shù)據(jù)交換 如圖1.2所示。 從其結構可以看出，SCADA系統(tǒng) 具有控制分散、管理集中的“集散控 制系

5、統(tǒng)”的特征。 圖1.2 SCADA系統(tǒng)結構 1 1、下位機、下位機 （1 1）下位機功能： 數(shù)據(jù)采集 下位機配置的各種輸入設備（DI、AI等） 進行數(shù)據(jù)采集 控制 下位機配置的各種輸出設備（DO、AO 等）對現(xiàn)場設備進行控制 下位機接收上位機的監(jiān)控，并且向上 位機傳輸各種現(xiàn)場數(shù)據(jù) PLC（中、小型）可編程邏輯控制器 Programmable Logic Controller 典型的小型PLC產品有三菱的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)的下位機會選用 中型的PLC產品，如三菱的Q系列、西門子的S7- 300、A-B公司的Con

6、trolLogix和施耐德的 Quantum系列等。 PAC（可編程自動化控制器） Programmable Automation Controller 作為一種開放型的自動化控制設備，PAC在 SCADA系統(tǒng)的下位機的應用逐步增多，主要的 產品有： 美國通用電氣公司GE Fanuc的 PACSystemsRX3i7i、美國國家儀器公司NI的 Compact FieldPoint、A-B公司的CompactLogix、 Beckoff公司 的CX1000、臺灣泓格科技的 WinConLinCon系列、PAC-7186EX和研華 公司的ADAM-5510EKW等。 智能儀表 在一些側重數(shù)據(jù)采集、

7、信息集中管 理與遠程監(jiān)管的應用中，遠程控制功能 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，如智能流 量計量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。 2 2、上位機、上位機 （1 1）上位機組成： 上位機系統(tǒng)通常包括SCADA服務器、 工程師站、操作員站、WEB服務器等，這 些設備通常采用以太網聯(lián)網。 實際的SCADA系統(tǒng)上位機系統(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，上位機系統(tǒng)還可以實現(xiàn)冗余， 即配置兩臺SCADA服務器，當一臺出現(xiàn)故 障時，系統(tǒng)自動卻換到另外一臺工作。 （2 2）上位機功能： 數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。 遠程監(jiān)控。 報警和報警處理。 事故追憶和趨

8、勢分析。 與其他應用系統(tǒng)的結合。 （3）選用工控機或商用機 在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期，上位機系統(tǒng) 普遍采用工控機。因為工控機在商用計算機 上進行了改裝與加固，以適應工業(yè)應用的要 求，主要體現(xiàn)在：硬件結構、系統(tǒng)可靠性、 抗干擾能力和環(huán)境適應性等。 然而，近年來，隨著商業(yè)機可靠性的不 斷增強，以及商用機與工控機之間較大的價 格差距，SCADA系統(tǒng)選用商用機做上位機 已經十分普遍。對于可靠性要求高的場合， 可以通過熱備等方式來實現(xiàn)。 3 3、通信網絡、通信網絡 通信網絡實現(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，通信網絡在SCADA系統(tǒng)中 扮演的作用更為重

9、要，這主要因為SCADA 系統(tǒng)監(jiān)控的過程大多具有地理分散的特點， 如無線通信機站系統(tǒng)的監(jiān)控。 （1 1）上位機系統(tǒng)： 主要是連接上位機、服務器、通信設備、 打印設備的局域網絡。 上位機還可以設置WEB服務器，提供遠 程監(jiān)控網絡。 （2 2）下位機系統(tǒng)： 包括連接I/O設備與控制器的現(xiàn)場總線， 各種設備級總線等。 （3 3）連接上、下位機的通信網絡 這部分網絡最復雜，形式最多樣，是 SCADA系統(tǒng)的重要特點。 4 4、檢測和執(zhí)行設備、檢測和執(zhí)行設備 （1 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

10、他各種參數(shù)，而數(shù)字量包括設備 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）實現(xiàn)。 （2）執(zhí)行器 執(zhí)行設備接受下位機（控制器）的輸出， 改變操縱變量，使生產過程按照預定要求正 常運行。在不同的行業(yè)中，執(zhí)行器類別不一 樣，如在生產過程監(jiān)控中，各種氣動執(zhí)行器 得到廣泛應用，典型的就是氣動薄膜調節(jié)閥， 還有各種開關閥門。而在制造業(yè)中，各種步 進電機、變頻器、伺服電機等調速設備得到 廣泛應用。 三、三、SCADA系統(tǒng)典型架構系統(tǒng)典型架構 SCADA系統(tǒng)的發(fā)展經歷了集中式 SCADA系統(tǒng)階段、分布式SCADA系統(tǒng) 階段和網絡式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

11、賴于一臺主機（mainframe），采用 廣域網連接現(xiàn)場RTU和主機。網絡協(xié) 議比較簡單，開放性差，功能較弱。 網絡化SCADA系統(tǒng)以各種網絡技術為 基礎，控制結構更加分散化，信息管 理更集中。系統(tǒng)普遍以客戶機服務 器（CS）和瀏覽器服務器結構 （BS）為基礎，多數(shù)系統(tǒng)結構上包 含這兩者結構，但以CS結構為主， BS結構主要是為了支持Internet應用， 以滿足遠程監(jiān)控的需要。 與第二代SCADA系統(tǒng)相比，第三代 SCADA系統(tǒng)在結構上更加開放，兼容 性更好，可以無縫集成到全廠綜合自 動化系統(tǒng)中。 由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)?？梢詮膸装冱c 到幾萬點，用戶對SCAD系統(tǒng)的需求是 多樣的，因此對其系

12、統(tǒng)架構提出了很 高的要求。 SCADA系統(tǒng)屬于典型的分布式計算機應用 系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，體系結構是軟件 系統(tǒng)中最本質的東西，良好的體系結構意 味著普適、高效和穩(wěn)定。由于體系結構是 對復雜事務的一種抽象，良好的體系結構 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，體系結構在一定的 時間內保持穩(wěn)定。當需求發(fā)生變化時，程 序員可以不用修改系統(tǒng)的體系結構。 1 1、客戶機服務器結構、客戶機服務器結構 CS結構中客戶機和服務器之間的通信以 “請求響應”的方式進行?？蛻魴C先向服務器發(fā) 出請求，服務器再響應這個請求，如圖1.3所示。 CS結構最重要的特征是：它不是一個主從 環(huán)境，而是一個平

13、等的環(huán)境，即CS系統(tǒng)中各計算 機在不同的場合既可能是客戶機，也可能是服務器。 在CS應用中，用戶只關心完整地解決自己的應用 問題，而不關心這些應用問題由系統(tǒng)中哪臺或哪幾 臺計算機來完成。 圖1.3 客戶機服務器結構 如在SCADA系統(tǒng)中，當SCADA服務器向 PLC請求數(shù)據(jù)時，它是客戶機，而當其他操 作站向SCADA服務器請求服務時，它就是服 務器。顯然，這種結構可以充分利用兩端硬 件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務合理分配到客戶端和 服務器端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。 2 2、瀏覽器、瀏覽器/ /服務器結構服務器結構 隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機 終端和CS結構都無法滿足當前的全球網

14、絡開放、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型結構，如圖 1.4所示。 圖1.4 瀏覽器服務器結構 BS結構最大特點是：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、視頻點播和聲音信息，這些信息都是 由許許多多的Web服務器產生的，而每一個 Web服務器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫服 務器連接，大量的數(shù)據(jù)實際存放在數(shù)據(jù)庫服 務器中。這種結構的最大優(yōu)點是：客戶機統(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的問題。 3 3、兩種結構比較、兩種結構比較 （1）BS模式的優(yōu)點和缺點 BS結構的優(yōu)點表現(xiàn)在： 具有分布性特點，可以隨時隨地進

15、行查詢、 瀏覽等業(yè)務處理。 業(yè)務擴展簡單方便，通過增加網頁即可增 加服務器功能。 維護簡單方便，只需要改變網頁，即可實 現(xiàn)所有用戶的同步更新。 開發(fā)簡單，共享性強。 BS 結構的缺點表現(xiàn)在： 個性化特點明顯降低，無法實現(xiàn)具有個性 化的功能要求。 操作是以鼠標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，響應速度明顯降低。 功能弱化，難以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功 能要求。 （2）CS模式的優(yōu)點和缺點 CS結構的優(yōu)點表現(xiàn)在： 由于客戶端實現(xiàn)與服務器的直接相連，沒 有中間環(huán)節(jié)，因此響應速度快。 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。 CS結構的管理信息系統(tǒng)具有較強

16、的事 務處理能力，能實現(xiàn)復雜的業(yè)務流程。 CS結構的缺點表現(xiàn)在： 需要專門的客戶端安裝程序，分布功能弱，針對點 多面廣且不具備網絡條件的用戶群體，不能夠實現(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)水準的技術人員 才能完成。 四、四、SCADA、PLC與與DCS SCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能 強和DCS系統(tǒng)的組網通訊能力的兩大優(yōu)點，性能 價格比高，特別適合測控點極為分散，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，

17、性能穩(wěn)定， 可靠性高，技術成熟，使用廣泛，價格合理 。 PLC多作為SCADA系統(tǒng)的下位機。 DCS 系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），適用于測 控點數(shù)多、測控精度高、測控速度快的工業(yè) 現(xiàn)場，其特點是分散控制和集中監(jiān)視，具有 組網通訊能力、測控功能強、運行可靠、易 于擴展、組態(tài)方便、操作維護簡便，但系統(tǒng) 的價格昂貴。 SCADA系統(tǒng)在結構上體現(xiàn)為上、下位機 的結構，下位機完成設備的直接控制，而上 位機側重于信息集中管理，上、下位機通過 通信網絡連接。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

18、種測 控產品，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。 五、五、SCADA系統(tǒng)的應用系統(tǒng)的應用 在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應用最為廣泛，技 術發(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)已經成為電力調度不可缺少的工 具。 它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益， 減輕調度員的負擔，實現(xiàn)電力調度自動化與現(xiàn)代化 有著不可替代的作用。 1、定義 SCADA系統(tǒng)是一類功能強大的計算機 遠程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利 用了計算機技術、控制技術、通信與網絡 技術，完成了對測控點分散的各種過程或 設備的實時數(shù)據(jù)采集，本地或遠程的自動 控制，以及生產過程的全面實時監(jiān)控，并 為安全生產、調度、管理、優(yōu)化和故障診 斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術手段。 SCADA功能 2.5 告警功能 2.6 顯示功能 2.7 報表功能 2.8 其他輔助功能 畫面調用及瀏覽器功能 3 歷史告警瀏覽 4 歷史數(shù)據(jù)瀏覽 5 圖形瀏覽器 4 4、檢測和執(zhí)行設備、檢測和執(zhí)行設備 （1 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