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SCADA系统新技术

发布时间:

2023-12-14 16:16

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即远程控制和数据采集与监视系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于石油、化工、电力系统、给水系统、市政等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。
一般将SCADA系统可以分为监控中心，通讯网络，和现场远程测控系统三部分。
监控中心的由软件和硬件组成。其中硬件常用通用的服务器或服务器集群组成，是通用商用设备。软件则多采用专用的SCADA系统软件。目前这类软件很多，随了网络技术等技术的发展，监控中心软件展现出越来越先进的特性，如：
支持手机作为操作终端
现在已经有一部分SCADA系统软件直接支持手机作为操作终端。这使得SCADA的使用范围从监控室扩大到任何手机网络可以到达的区域。
视频与工业数据一体化
大很多情况下，视频监控和工业数据监控是一起上的，或服务于同一应用的。将视频与SCADA系统集成在一起的要求越来越普遍。这两在行业的软件产品正在相互融合，但能完全集成在一起的来不多。国内已经有将视频监控画面集成到工业数据监控画面中的产品。
B/S结构
B/S结构即浏览器/服务器结构的软件。软件本身类似于一个大型服务网站。有不少软件有B/S的版本，但完全B/S结构的SCADA中心软件不多。
大地域，大视图，海量数据
常见的工业组态软件实用上限都定位于几千点以内。当系统的I/O点数超过一万时，性能等可用性方面会出现问题。而实际高端应用往往达到数十万点，一天的历史数据就可达到几个G到十几个G的容量。这种情况下只有少数的SCADA平台的满足要求。
在线组态及组态与显示一体化技术
组态环境与运行环境一体化，大大简化了系统实施和维护的难度。目前有少数软件支持这一特性。
远程组态和维护技术
如果SCADA系统的组态环境也是B/S结构的，就可以提供很强的远程维护支持。大大降低项目实施和维护的成本，同时也降低最终用户的维护成本。
复杂的权限管理
过去SCADA系统的操作员是限定在很少的几个人，现在SCADA系统由一个专业的，使用面狭窄的软件，向面向全企业不同层面，不同部门的人员提供服务的网站发展，这就要求SCADA软件内置复杂的权限支持。
随着手机网络和互联网的发展，用于SCADA的通讯网络也由原来的无线射频、电话网络为主转向GPRS，CDMA、ADSL、宽带、光纤等为主。

基于ADSL的SCADA系统
ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)是非对称数字线路缩写，是在普通电话线上传输高速数字信号的技术。通过采用新的技术在普通电话线上利用原来没有使用的传输特性，在不影响原有语音信号的基础上，扩展了电话线路的功能。
北京硕人时代科技的上位机软件HOMS直接支持包括ADSL在内的Internet联接，支持动态域名和控制器IP机制，同时支持静态和动态的IP。
下位机STEC系列控制器有很强的通讯能力，自带以太网接口。目前ADSL模块多为以太网接口方式，这样，STEC系列控制器直接支持ADSL通讯模块接入。STEC控制与ADSL模块相联，以ADSL通讯模块作为TCP/IP的网关，联接到INTERNET，或者通过运行于LINUX操作系统上的 PPPOE的驱动，联入Internet，获得Internet上的一个合法IP。在控制中心可搭建与INTERNET相联的中央服务器，通过 INTERNET在IP层与控制器直接通讯。
下图为ADSL方式的SCADA系统组网方式的示意图：

基于GPRS的SCADA系统
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。
基于GPRS网络平台的无线DDN可以提供点对点、外围设备间、外围设备与中心节点之间的通信方式，适用于信息互传、数据互备、远程监测等行业应用。特别适用于突发性、高频率、点多分散、小流量的数据传输。
北京硕人时代提供的基于GPRS 的SCADA系统支持多种GPRS通讯模式。支持点对点轮询方式、数据中心模式、基于Internet组网模式、基于APN内部GPRS组网方式，支持动态IP、动态域名。

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下位机STEC系列控制器支持与GPRS的透明传输，提供专门适合于GPRS通讯的通讯协议。支持232、485和以太网接口方式的GPRS DCU模块。

? 电话拨号轮询SCADA系统
公共电话网（PTSN）是上百年历史的网络，尽管通讯技术的发展日新月异，基于公共电话网的通讯方式仍占有一席之地。
北京硕人时代科技有限公司是最早实现全功能的基于电话拨号的SCADA系统的公司之一。全面实现了数据采集、远程控制和故障上传的功能。
SCADA系统的一般模式为：
监控中心采用两台通讯服务器，一台负责数据采集、控制指令发送、一台负责专门接受各热力站的报警信息；一台数据库服务器，采用大型数据库；一台网络发布服务器运行B/S结构网络版监控软件HOMS。
下图为系统图：

图：硕人时代科技基于PTSN的SCADA系统

这种通讯方式成熟可靠。需要为每个下位站设电话线。初投资和运行费都相对较为经济。

现场采集和控制系统的核心是现场采集与控制器，或称为远程终端单元RTU(Remote Terminal Unit)。除了一般控制器要求的功能外，RTU要求有很强的远程通讯能力。
上文提到的STEC系列控制器对最新的基于互联网、ADSL、以太网、GPRS、GSM、光纤等通讯和传统的电话拨号等方式的通讯都有很好的支持，并且有大量的实际应用案例。
STEC系列控制器具有以下特点：
1．嵌入式技术，多功能、高度集成
2．模块化设计，很高的应用伸缩性
3．强大通讯功能，支持以太网、PTSN、GPRS、VPDN、ADSL等多种通讯方式，内置TCP/IP、PPP、HTTP、FTP协议
4．强大的Internet网络服务，支持远程维护，内置HTTP Server, FTP Server, Telnet Server等网络服务，提供XML数据源，方便应用与调试
5．内置历史数据存储模块和可扩充的16M电子盘，无须编程可存储长时间的历史数据
6．支持彩色液晶显示模块
7．提供虚拟机支持，使用者可以离机在ＰＣ上仿真控制器的运行，极大方便调试与维护
8．支持所见即所得的可视化的人机界面组态
9．适应时代的灵活易学的控制脚本，易于为新一代工程师学习掌握
10．可实现一般控制器无法实现的复杂控制逻辑和控制策略，同时内置大量可配置的PID和逻辑控制回路
11．强大的通讯的组态与脚本开发，便与工程师实现与现场智能仪表的通讯，以及实现与第三方的数据采集中心的通讯
12．提供数据滤波功能
13．可配置的故障检测与自动上传，上传方式多样
14．全光电隔离

市场上也有很多面各特定通讯方式配套的产品，如为GPRS通讯方式配套的RTU。硕人时代的ARKA系列远程测控模块专为配合GPRS/CDMA远程通讯设计，具有更高的性价比。