SCADA系統

1.1.SCADA系統的意義

　　SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的縮寫，是對分布距離遠，生產單位分散的生產系統的一種數據採集、監視和控制系統。

　　了解生產情況是實施科學生產的基礎，如果生產過程分布很近，可以採用就近控制的辦法，就地接線，就地監視，就地控制，對於複雜的過程生產採用DCS系統控制的比較多，也有採用PLC的或者專業控制器。而對於生產各個環節分布距離非常遠的，比如幾公里，幾十公里，幾百公里甚至幾千公里的，如變電站，天然氣管線，油田，自來水管網，隨著技術的發展，人們慢慢發展出遠程採集監視控制系統，稱為SCADA系統。

　SCADA系統與其他系統的區別在於：

　　分布區域廣泛

　　主站與控制對象距離遠

　　監控終端的工作條件苛刻

　　通訊系統複雜多變

　　通訊系統不保證可靠傳輸

1.2.SCADA系統的構成

　　SCADA系統主要包括三部分組成，主站端，通訊系統和遠程終端單元。

　　主站一般採用先進的計算機，有著良好的圖形支持，現在採用PC計算機和WINDOWS系統居多，在歷史上，曾經有很多系統採用UNIX系統和XWINDOWS圖形界面。一個主站可能的分站數量從幾十到幾百、幾千個不等。

　　通訊系統就非常複雜了，有線的包括音頻電纜、載波電纜、光纖、電力載波等，無線的包括電台、衛星、微波等。

　　遠程終端單元(RTU or TeleControl )的品種也很多，大的系統由很多機櫃組成，小的系統可能就是一個小盒子。

1.3.SCADA的主站系統

　　SCADA系統的主站過去由很多著名的系統是基於UNIX操作系統家族和XWINDOW圖形界面的。

　　隨著計算機系統的發展，特別是PC機的發展，PC機和PC機上運行的操作系統在扮演著越來越重要的角色。

　　龐大的主站系統一般包括如下內容：

　　通訊前置系統，主要負責解析各種不同的規約，完成通訊介面數據處理，包括數據轉發。包括前置計算機，串口池或者MODEM 池，機架，防雷措施和網路介面。

　　實時資料庫系統，主要包括運行實時資料庫的伺服器。

　　工程師工作站，負責系統的組態、畫面製作和系統的各種維護。

生產調度工作站，是監控系統的主要用戶，顯示畫面，畫面瀏覽，實現各種報警等。

　　各種監控工作站，主要用於特別龐大的系統，幾個人已經無法監控的情況，這時會根據需要，設立各種的監控工作站，每個工作站有人員工作。

　　歷史資料庫伺服器，是SCADA系統保存歷史數據的伺服器。

　　WEB伺服器，是現在SCADA主站系統的一個流行趨勢，只要用戶裝有瀏覽器軟體，得到相應的授權，就可以訪問相應的他關心的數據。

　　上層應用工作站，主要用於實時數據和歷史數據的挖掘工作。在電力系統比如潮流分析，負荷預測，事故追憶，電網穩定性分析，能量管理 等等。在自來水行業包括管網壓力損耗分析，管網經濟性分析，管網漏失分析等。在採油工程上，包括示功圖顯示，示功圖分析，泵況分析，功圖計產等等。

　　作為SCADA主站系統，大的系統可能有幾十個上百個工作站，多個伺服器。為了保證系統的可靠性，採用雙前置系統，多伺服器系統，兩個網路。但是對於簡單的SCADA主站系統可能就只有一台計算機，運行一套軟體。

　　各種不同應用的SCADA系統，可以說大部分是相同的或者類似的。但是各個行業有各個行業的特點，每個行業所關心的東西不一樣。比如電力行業非常關心每個線路電壓電流功率，而對於自來水行業就不是特別關心這些數據，而關心管道的壓力流量等。這樣就形成了不同行業的系統。也有通用的人機界面使用，但是這種界面一般無法滿足各個行業的特殊需要。

1.4.SCADA的通訊系統

　　SCADA通訊系統是最豐富多彩的，有很多通訊方式是很多人都沒有聽說過的。一般分類大體可以分為兩類，有線和無線，但是隨著通訊技術的發展，基於各種網路的通訊方式也發展很快，這種通訊方式很難歸結到有線或者無線的範疇，所以也單獨作為一類。

　　有線方式比較多：音頻電纜，架空明線，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。在有線上傳輸大體分為基帶傳輸和調製傳輸，基帶傳輸是在介質上傳輸的是數字信號，可能也要經過信號變化。調製解調傳輸要經過模擬數字變換的傳輸。很多介質既可以作為基帶傳輸也可以作為調製傳輸。

　　無線方式主要包括: 電台、微波、衛星、光線、聲波等手段。

　　網路方式是通訊系統架構在一個計算機網路之上，比如幀中繼，ATM.，IP網，這種通訊方式可能是有線的也可能是無線的，甚至多次跨越無線和有線。其性能也明顯區分於有線和無線系統。比如不用考慮誤碼，不用考慮報文的大小，不考慮系統的拓撲結構，但是網路的時延可能比較大。通過GPRS網路或者CDMA傳輸SCADA系統數據就是典型的例子。

1.5.SCADA的遠方終端單元

　　SCADA系統遠程終端單元有一個專門的辭彙RTU。現在術語中稱為TeleControl。

　　RTU一般包括通訊處理單元、開關量採集單元、脈衝量採集單元、模擬量採集單元、模擬量輸出單元，開關量輸出單元和脈衝量輸出單元等構成。還有一些其他的介面方式，比如電力變壓器的分接頭，氣象的格雷碼介面，水文的BCD碼介面等等。

　　遠方的通訊一般和RTU安裝在一起，這樣便於接線。

　　現在的RTU出來完成本身的數據採集工作和協議處理之外，還要完成和各種IED設備的介面和協議轉換工作。而且RTU的通訊處理單元的能力越來越強大，而相應的採集工作卻在逐漸的弱化，由各種IED設備代替了。

　　RTU在中國電力系統的最大發展就是用交流採樣演算法直接計算線路的電壓、電流、有功功、無功功率、功率因數、頻率、諧波等，取代了傳統的電力變送器，降低了成本，降低了接線複雜度，減少了誤差環節，提高了精度。而今綜合了保護、遠動、計量的設備已經出現了，而傳統的遠動已經基本退出了歷史舞台。

　　在其他行業的發展限於作者的知識範圍，無法多寫。

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