关于Scada的最全入门指南

随着信息技术的高速发展，国产组态软件也迅速更新迭代，使得许多行业的过程控制都可以轻松使用SCADA系统的来管理和操作。SCADA系统对于工业组织至关重要，因为它们有助于提升生产效率，分析数据以做出更明智的决策，并传达系统问题以减少停机时间。SCADA系统已是现代工业的支柱，广泛应用于电力、石油和天然气、水处理、能源以及制造业等领域。

SCADA系统定义

SCADA是监督控制和数据采集的缩写。SCADA系统的目的是控制和监控特定的系统架构，通过收集、分析、管理和可视化数据的软件和硬件解决方案提供自动化。

SCADA(监控和数据采集)是用于工业自动化以及工业过程实时控制和监控的软件。

SCADA工作原理

SCADA系统是一种集中控制系统，有助于优化工业流程，特别是对于更大规模的设置。SCADA利用在监控计算机中运行的SCADA软件，管理、控制和接收来自各种工业设备、传感器和执行器的数据。这些设备与PLC和RTU相连，PLC和RTU管理SCADA系统与现场设备的通信。SCADA系统的另一个重要部分是GUI(图形用户界面)，例如HMI和平板电脑。

SCADA系统使用HMI上显示的数据可视化，供现场工作人员通过近乎实时的数据更新来监控整个系统的性能。当设备的过程需要一些调整时，HMI还可以执行可操作的命令。所有这些集成的SCADA系统都通过连接到中央SCADA服务器的LAN或以太网的通信基础设施连接。SCADA服务器可以位于本地工厂车间、远程办公室的不同位置，也可以完全设计为在云中运行。

SCADA系统架构

SCADA架构由多个层组成，这些层协同工作以提供完整的解决方案。以下是SCADA架构的五个级别：

第0级：现场设备

这是SCADA架构中的最低级别，包括从工业过程收集数据的物理设备。这些设备包括：传感器、执行器、阀门、开关和其他可以测量和控制温度、压力、流量和液位等变量的组件。这些设备收集的数据被传输到SCADA架构的下一个级别，即1级。

第1级：本地控制站

该级别由负责控制现场设备的本地控制站组成。这些控制站从现场设备收集数据，对其进行处理，然后将其发送到 2 级。本地控制站通常是与现场设备通信的可编程逻辑控制器 (PLC) 或远程终端单元 (RTU)。

第2级：监督控制

该级别包括主SCADA服务器或监控站，用于收集和分析来自多个本地控制站的数据。SCADA服务器从本地控制站接收数据，对其进行处理，然后为操作员提供图形用户界面(GUI)，以监视和控制工业过程。SCADA服务器还存储历史数据，生成警报和警报，并提供报告和分析工具。

第3级：制造执行系统 （MES）

第三级涉及制造执行系统(MES)，负责生产过程的管理。MES系统通常用于跟踪订单、安排生产运行和管理库存。MES系统与SCADA服务器通信，以接收有关生产过程的数据，并将这些数据实时提供给操作员。

第4级：企业业务系统

第四层也是最后一层包括负责管理组织业务运营的企业业务系统。企业业务系统由企业资源规划(ERP)系统和客户关系管理(CRM)系统组成。ERP管理财务和会计数据。另一方面，CRM 管理客户数据。SCADA系统与企业业务系统进行通信，为报告和分析提供数据。

SCADA系统组件

人机界面

它是一种输入输出设备，用于呈现由人工操作员控制的过程数据。它通过链接到SCADA系统的软件程序和数据库来提供管理信息，包括特定传感器或机器的定期维护程序，详细原理图，物流信息，趋势和诊断数据。HMI系统便于操作人员以图形方式查看信息。

监控系统

监控系统用作服务器，用于在SCADA系统的设备(如RTU，PLC和传感器等)与控制室工作站中使用的HMI软件之间进行通信。主站或监控站包括较小SCADA系统中的单个PC，对于较大的SCADA系统，监控系统包括分布式软件应用程序，灾难恢复站点和多台服务器。这些多服务器以热备用或双冗余形式配置，在服务器发生故障时持续控制和监视，以提高系统的完整性。

远程终端单元

SCADA系统中的物理对象与称为远程终端单元(RTU)的微处理器控制的电子设备连接。这些单元用于将遥测数据传输到监控系统，并从主系统接收消息以控制连接的对象。因此，这些也称为远程遥测单元。

可编程逻辑控制器

在SCADA系统中，PLC连接到传感器以收集传感器输出信号，以便将传感器信号转换为数字数据。使用 PLC 代替 RTU，因为与 RTU 相比，PLC 具有灵活性、配置、多功能性和经济性等优势。

通信基础设施

通常，SCADA系统使用无线电和直接有线连接的组合，但在发电站和铁路等大型系统的情况下，经常使用SONET/SDH。在SCADA系统中使用的非常紧凑的SCADA协议中，一些标准化的通信协议被SCADA供应商认可 - 仅在监控站轮询RTU时发送信息。

SCADA编程

主站或HMI中的SCADA编程用于创建地图和图表，这些地图和图表将在事件故障或过程故障时提供重要的情境信息。标准接口用于对大多数商用SCADA系统进行编程。

SCADA主要功能

数据采集：从现场设备收集和处理实时数据。通常将各种模拟数据转换为数字信息。

数据呈现：从现场收集的数据经过处理、组织，并以可视化形式呈现，供操作员监控和控制过程。

远程控制：使用户和操作员能够远程或本地执行命令，并调整直接与现场设备交互的特定功能。

网络通信：从现场收集的数据实时传输或响应请求命令。通信通道可以是数字(TCP/IP、RS485)或模拟(POTS、T202)。SCADA系统还将事件记录到日志文件中，或将数据提供给历史数据库以供将来分析。

SCADA历史演变

SCADA已经从提供监督和控制发展到提供实时遥测和高级自动化。以下是SCADA系统集成历经四代发展而来的里程碑：

第一代 – 单片式SCADA系统

这种类型的SCADA系统执行系统的所有功能，包括数据收集、处理、显示和控制。为此，单片式SCADA系统使用单一的集中式软件程序。

第二代 – 分布式SCADA系统

这种系统使用分布式控制和数据收集架构。它实现了对任务的分散控制和监控。这允许更大的灵活性、可扩展性和处理大量数据的能力。

第三代 – 联网式SCADA系统

这些系统的特点是使用现代通信技术以及各种IT和控制系统的集成。它的设计比第一代和第二代更灵活、更安全、更高效。联网的SCADA系统具有先进的安全功能，如加密、防火墙和入侵检测，以防止网络威胁。

第四代 – 物联网SCADA系统

其特点是集成了物联网技术、使用云计算和大数据分析。这些系统的设计比其他SCADA系统更加灵活、高效和可扩展。在该系统中，控制和监控功能由许多智能设备组成的网络执行。

SCADA系统应用

SCADA系统被广泛集成，以实现各种工业应用的自动化。SCADA已真正成为工业自动化设置的支柱，提供工业过程的安全性、效率和可靠性，特别是对于关键任务应用。以下是集成了SCADA系统的应用：

· 电力工业中：SCADA系统监测和控制电力的产生、传输和分配。

· 水和废水处理行业：SCADA系统监测和控制水处理过程，如水的收集、分配和处理。此外，SCADA系统还监测水质。

· 石油和天然气行业：SCADA系统监测和控制石油和天然气生产过程。这些过程包括钻井、生产、储存、运输、管道监测等。

· 运输行业：SCADA系统监测和控制各种运输系统，如铁路、公路和机场。

· 制造业：SCADA系统监测和控制工业过程，如装配线、生产设施和能源消耗。

SCADA开发工具

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总结

希望本文能帮你了解什么是SCADA系统，SCADA已经是当今标准制造实践中不可或缺的系统。选择合适的SCADA系统将确保管理者对生产车间、设施和公用事业供应进行最佳控制，更不用说保护正在生产的昂贵工厂设备和产品了。

审核编辑 黄宇