數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介演示文稿

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介演示文稿當(dāng)前第1頁\共有46頁\編于星期二\7點（優(yōu)選）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡介.當(dāng)前第2頁\共有46頁\編于星期二\7點一、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)采集和監(jiān)控。圖1.1所示為一個市政工程污水處理SCADA系統(tǒng)。當(dāng)前第3頁\共有46頁\編于星期二\7點圖1.1SCADA系統(tǒng)實例－污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前第4頁\共有46頁\編于星期二\7點1、定義

SCADA系統(tǒng)是一類功能強大的計算機遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利用了計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了對測控點分散的各種過程或設(shè)備的實時數(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。當(dāng)前第5頁\共有46頁\編于星期二\7點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(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。當(dāng)前第6頁\共有46頁\編于星期二\7點二、SCADA功能7(1)、數(shù)據(jù)采集DA(DataAcquisition)。(2)、數(shù)據(jù)預(yù)處理及報警(Calculation&Alarm)。(3)、事件順序記錄SOE(SequeueOfEvents)。(4)、事故追憶PDR(PostDisturbanceReview)。(5)、遠(yuǎn)方控制(Control)。(6)、遠(yuǎn)方調(diào)整(Adjustment)。(7)、趨勢曲線(Trend)和棒圖(Bargraph)。(8)、歷史數(shù)據(jù)存儲(History)和制表打印(Report)。(9)、系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘(Clock)。(10)、模擬盤接口(MimicboardInterface)。當(dāng)前第7頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA功能2.1數(shù)據(jù)采集功能1）、模擬量采集功能（遙測）2）、狀態(tài)量采集功能（遙信）3）、脈沖量采集功能4）、繼電保護及綜自信息采集5）、時間信息6）、前置機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集性能當(dāng)前第8頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA功能2.2數(shù)據(jù)處理功能1）、模擬量處理：標(biāo)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(wǎng)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(biāo)牌設(shè)置：對所有設(shè)備均可進行掛牌操作，提供警示信息，如：檢修、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。當(dāng)前第9頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA功能2.3計算功能1）、總加計算：關(guān)口功率、電量總加。2）、限值計算：計算越限總時間，合格率。3）、累加計算：按時間計算總和，一般是電量。4）、功率因數(shù)計算：計算各線路、主變及一個地區(qū)的功率因數(shù)。5）、平衡率計算：分線路、變電站或區(qū)域進行進出功率平衡的比較（網(wǎng)損）。當(dāng)前第10頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA功能2.4電網(wǎng)控制功能1、遙控操作：主要指開關(guān)的合/分操作；無功補償設(shè)備的投/切；改變有載調(diào)壓變壓器分接頭。可靠性要求極高，有嚴(yán)格的遙控反送校核程序。2、遙調(diào)操作：類似于遙控操作，有嚴(yán)格反校程序。當(dāng)前第11頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA功能2.5告警功能1）、告警類型：事故報警；越限報警；工況變化報警；正常變位報警。2）、報警方式：圖形，文字，語音，打印，短信等。3）、告警信息入庫：帶時標(biāo)存入歷史庫。2.6顯示功能2.7報表功能2.8其他輔助功能當(dāng)前第12頁\共有46頁\編于星期二\7點

畫面調(diào)用功能1、實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)畫面實時畫面5s刷新一次遙信變位及事故變位立即反映用顏色區(qū)分不同狀態(tài)2、歷史數(shù)據(jù)及狀態(tài)畫面可調(diào)用任一時段的歷史數(shù)據(jù)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)刷新畫面3、事故追憶畫面調(diào)出任一事故斷面進行事故反演當(dāng)前第13頁\共有46頁\編于星期二\7點畫面調(diào)用功能4、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲磉_(dá)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息表達(dá)運行狀態(tài)5、調(diào)度員操作調(diào)度員在畫面中完成各種調(diào)度操作6、應(yīng)用切換同一畫面可以切換不同的應(yīng)用對象當(dāng)前第14頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA的圖形操作1、鼠標(biāo)操作＋彈出菜單2、操作選項參數(shù)檢索遙控遙信對位變位檢索SOE檢索遙信封鎖設(shè)置標(biāo)志牌當(dāng)前第15頁\共有46頁\編于星期二\7點畫面調(diào)用及瀏覽器功能3歷史告警瀏覽1）、告警信息首先實時顯示，同時存入歷史數(shù)據(jù)庫。2）、分類遙信變位其他……4歷史數(shù)據(jù)瀏覽5圖形瀏覽器當(dāng)前第16頁\共有46頁\編于星期二\7點三、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位機：側(cè)重監(jiān)控功能下位機：直接控制功能通信網(wǎng)絡(luò)：實現(xiàn)上、下位機數(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。當(dāng)前第17頁\共有46頁\編于星期二\7點圖1.2SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第18頁\共有46頁\編于星期二\7點1、下位機（1）下位機功能：數(shù)據(jù)采集下位機配置的各種輸入設(shè)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(shè)備（DO、AO等）對現(xiàn)場設(shè)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)當(dāng)前第19頁\共有46頁\編于星期二\7點PLC（中、小型）可編程邏輯控制器

ProgrammableLogicController

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。

當(dāng)前第20頁\共有46頁\編于星期二\7點PAC（可編程自動化控制器）

ProgrammableAutomationController

作為一種開放型的自動化控制設(shè)備，PAC在SCADA系統(tǒng)的下位機的應(yīng)用逐步增多，主要的產(chǎn)品有：

美國通用電氣公司GEFanuc的PACSystemsRX3i／7i、美國國家儀器公司NI的CompactFieldPoint、A-B公司的CompactLogix、Beckoff公司的CX1000、臺灣泓格科技的WinCon／LinCon系列、μPAC-7186EX和研華公司的ADAM-5510EKW等。當(dāng)前第21頁\共有46頁\編于星期二\7點智能儀表在一些側(cè)重數(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，如智能流量計量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。當(dāng)前第22頁\共有46頁\編于星期二\7點2、上位機（1）上位機組成：上位機系統(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(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。當(dāng)前第23頁\共有46頁\編于星期二\7點（2）上位機功能：數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。遠(yuǎn)程監(jiān)控。報警和報警處理。事故追憶和趨勢分析。與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合。當(dāng)前第24頁\共有46頁\編于星期二\7點（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(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(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現(xiàn)。當(dāng)前第25頁\共有46頁\編于星期二\7點3、通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)在SCADA系統(tǒng)中扮演的作用更為重要，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。當(dāng)前第26頁\共有46頁\編于星期二\7點（1）上位機系統(tǒng)：主要是連接上位機、服務(wù)器、通信設(shè)備、打印設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)。上位機還可以設(shè)置WEB服務(wù)器，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前第27頁\共有46頁\編于星期二\7點（2）下位機系統(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。（3）連接上、下位機的通信網(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。當(dāng)前第28頁\共有46頁\編于星期二\7點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）實現(xiàn)。當(dāng)前第29頁\共有46頁\編于星期二\7點（2）執(zhí)行器執(zhí)行設(shè)備接受下位機（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，各種步進電機、變頻器、伺服電機等調(diào)速設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第30頁\共有46頁\編于星期二\7點三、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（mainframe），采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場RTU和主機。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡單，開放性差，功能較弱。當(dāng)前第31頁\共有46頁\編于星期二\7點網(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／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。當(dāng)前第32頁\共有46頁\編于星期二\7點與第二代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。由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)模可以從幾百點到幾萬點，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。當(dāng)前第33頁\共有46頁\編于星期二\7點SCADA系統(tǒng)屬于典型的分布式計算機應(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)。當(dāng)前第34頁\共有46頁\編于星期二\7點1、客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)C／S結(jié)構(gòu)中客戶機和服務(wù)器之間的通信以“請求－響應(yīng)”的方式進行?？蛻魴C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)中各計算機在不同的場合既可能是客戶機，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)中哪臺或哪幾臺計算機來完成。

當(dāng)前第35頁\共有46頁\編于星期二\7點圖1.3客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)當(dāng)前第36頁\共有46頁\編于星期二\7點

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，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)器端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。當(dāng)前第37頁\共有46頁\編于星期二\7點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／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。當(dāng)前第38頁\共有46頁\編于星期二\7點圖1.4瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)當(dāng)前第39頁\共有46頁\編于星期二\7點B／S結(jié)構(gòu)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(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。當(dāng)前第40頁\共有46頁\編于星期二\7點3、兩種結(jié)構(gòu)比較（1）B／S模式的優(yōu)點和缺點B／S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點表現(xiàn)在：具有分布性特點，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。業(yè)務(wù)擴展簡單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能。維護簡單方便，只需要改變網(wǎng)頁，即可實現(xiàn)所有用戶的同步更新。開發(fā)簡單，共享性強。當(dāng)前第41頁\共有46頁\編于星期二\7點B／S結(jié)構(gòu)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(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，難以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求。當(dāng)前第42頁\共有46頁\編于星期二\7點（2