監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)概述

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1、監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集技術(shù)華東理工大學(xué)自動(dòng)化系王華忠hzwang@ecust.edu.cnCh1SCADA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(gè)層次的功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。圖1.1所示為一個(gè)市政工程SCADA系統(tǒng)。圖1.1SCADA系統(tǒng)實(shí)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(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(shí)數(shù)據(jù)采集，本

2、地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)時(shí)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。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。二、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位機(jī)：側(cè)重監(jiān)控功能下位機(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。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)

3、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)（2）下位機(jī)類型：遠(yuǎn)程終端單元RTURTU（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。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(shí)作為系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的工作站，這時(shí)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

4、時(shí)作為一個(gè)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的特點(diǎn)：（1）同時(shí)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(chǔ)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)。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

5、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(huì)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。PAC（可編程自動(dòng)化控制器）作為一種開放型的自動(dòng)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

6、司的ADAM-5510EKW等。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。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)。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(tái)SCADA服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)卻換到另外一臺(tái)工作。（2）上位機(jī)功能：數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。遠(yuǎn)程監(jiān)控。報(bào)

7、警和報(bào)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。（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(jià)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、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)