隨著信息技術的高速發展，國產組態軟件也迅速更新迭代，使得許多行業的過程控制都可以輕松使用SCADA系統的來管理和操作。SCADA系統對于工業組織至關重要，因為它們有助于提升生產效率，分析數據以做出更明智的決策，并傳達系統問題以減少停機時間。SCADA系統已是現代工業的支柱，廣泛應用于電力、石油和天然氣、水處理、能源以及制造業等領域。

SCADA系統定義

SCADA是監督控制和數據采集的縮寫。SCADA系統的目的是控制和監控特定的系統架構，通過收集、分析、管理和可視化數據的軟件和硬件解決方案提供自動化。

SCADA(監控和數據采集)是用于工業自動化以及工業過程實時控制和監控的軟件。

SCADA工作原理

SCADA系統是一種集中控制系統，有助于優化工業流程，特別是對于更大規模的設置。SCADA利用在監控計算機中運行的SCADA軟件，管理、控制和接收來自各種工業設備、傳感器和執行器的數據。這些設備與PLC和RTU相連，PLC和RTU管理SCADA系統與現場設備的通信。SCADA系統的另一個重要部分是GUI(圖形用戶界面)，例如HMI和平板電腦。

SCADA系統使用HMI上顯示的數據可視化，供現場工作人員通過近乎實時的數據更新來監控整個系統的性能。當設備的過程需要一些調整時，HMI還可以執行可操作的命令。所有這些集成的SCADA系統都通過連接到中央SCADA服務器的LAN或以太網的通信基礎設施連接。SCADA服務器可以位于本地工廠車間、遠程辦公室的不同位置，也可以完全設計為在云中運行。

SCADA系統架構

SCADA架構由多個層組成，這些層協同工作以提供完整的解決方案。以下是SCADA架構的五個級別：

第0級：現場設備

這是SCADA架構中的最低級別，包括從工業過程收集數據的物理設備。這些設備包括：傳感器、執行器、閥門、開關和其他可以測量和控制溫度、壓力、流量和液位等變量的組件。這些設備收集的數據被傳輸到SCADA架構的下一個級別，即1級。

第1級：本地控制站

該級別由負責控制現場設備的本地控制站組成。這些控制站從現場設備收集數據，對其進行處理，然后將其發送到 2 級。本地控制站通常是與現場設備通信的可編程邏輯控制器 (PLC) 或遠程終端單元 (RTU)。

第2級：監督控制

該級別包括主SCADA服務器或監控站，用于收集和分析來自多個本地控制站的數據。SCADA服務器從本地控制站接收數據，對其進行處理，然后為操作員提供圖形用戶界面(GUI)，以監視和控制工業過程。SCADA服務器還存儲歷史數據，生成警報和警報，并提供報告和分析工具。

第3級：制造執行系統 （MES）

第三級涉及制造執行系統(MES)，負責生產過程的管理。MES系統通常用于跟蹤訂單、安排生產運行和管理庫存。MES系統與SCADA服務器通信，以接收有關生產過程的數據，并將這些數據實時提供給操作員。

第4級：企業業務系統

第四層也是最后一層包括負責管理組織業務運營的企業業務系統。企業業務系統由企業資源規劃(ERP)系統和客戶關系管理(CRM)系統組成。ERP管理財務和會計數據。另一方面，CRM 管理客戶數據。SCADA系統與企業業務系統進行通信，為報告和分析提供數據。

SCADA系統組件

人機界面

它是一種輸入輸出設備，用于呈現由人工操作員控制的過程數據。它通過鏈接到SCADA系統的軟件程序和數據庫來提供管理信息，包括特定傳感器或機器的定期維護程序，詳細原理圖，物流信息，趨勢和診斷數據。HMI系統便于操作人員以圖形方式查看信息。

監控系統

監控系統用作服務器，用于在SCADA系統的設備(如RTU，PLC和傳感器等)與控制室工作站中使用的HMI軟件之間進行通信。主站或監控站包括較小SCADA系統中的單個PC，對于較大的SCADA系統，監控系統包括分布式軟件應用程序，災難恢復站點和多臺服務器。這些多服務器以熱備用或雙冗余形式配置，在服務器發生故障時持續控制和監視，以提高系統的完整性。

遠程終端單元

SCADA系統中的物理對象與稱為遠程終端單元(RTU)的微處理器控制的電子設備連接。這些單元用于將遙測數據傳輸到監控系統，并從主系統接收消息以控制連接的對象。因此，這些也稱為遠程遙測單元。

可編程邏輯控制器

在SCADA系統中，PLC連接到傳感器以收集傳感器輸出信號，以便將傳感器信號轉換為數字數據。使用 PLC 代替 RTU，因為與 RTU 相比，PLC 具有靈活性、配置、多功能性和經濟性等優勢。

通信基礎設施

通常，SCADA系統使用無線電和直接有線連接的組合，但在發電站和鐵路等大型系統的情況下，經常使用SONET/SDH。在SCADA系統中使用的非常緊湊的SCADA協議中，一些標準化的通信協議被SCADA供應商認可 - 僅在監控站輪詢RTU時發送信息。

SCADA編程

主站或HMI中的SCADA編程用于創建地圖和圖表，這些地圖和圖表將在事件故障或過程故障時提供重要的情境信息。標準接口用于對大多數商用SCADA系統進行編程。

SCADA主要功能

數據采集：從現場設備收集和處理實時數據。通常將各種模擬數據轉換為數字信息。

數據呈現：從現場收集的數據經過處理、組織，并以可視化形式呈現，供操作員監控和控制過程。

遠程控制：使用戶和操作員能夠遠程或本地執行命令，并調整直接與現場設備交互的特定功能。

網絡通信：從現場收集的數據實時傳輸或響應請求命令。通信通道可以是數字(TCP/IP、RS485)或模擬(POTS、T202)。SCADA系統還將事件記錄到日志文件中，或將數據提供給歷史數據庫以供將來分析。

SCADA歷史演變

SCADA已經從提供監督和控制發展到提供實時遙測和高級自動化。以下是SCADA系統集成歷經四代發展而來的里程碑：

第一代 – 單片式SCADA系統

這種類型的SCADA系統執行系統的所有功能，包括數據收集、處理、顯示和控制。為此，單片式SCADA系統使用單一的集中式軟件程序。

第二代 – 分布式SCADA系統

這種系統使用分布式控制和數據收集架構。它實現了對任務的分散控制和監控。這允許更大的靈活性、可擴展性和處理大量數據的能力。

第三代 – 聯網式SCADA系統

這些系統的特點是使用現代通信技術以及各種IT和控制系統的集成。它的設計比第一代和第二代更靈活、更安全、更高效。聯網的SCADA系統具有先進的安全功能，如加密、防火墻和入侵檢測，以防止網絡威脅。

第四代 – 物聯網SCADA系統

其特點是集成了物聯網技術、使用云計算和大數據分析。這些系統的設計比其他SCADA系統更加靈活、高效和可擴展。在該系統中，控制和監控功能由許多智能設備組成的網絡執行。

SCADA系統應用

SCADA系統被廣泛集成，以實現各種工業應用的自動化。SCADA已真正成為工業自動化設置的支柱，提供工業過程的安全性、效率和可靠性，特別是對于關鍵任務應用。以下是集成了SCADA系統的應用：

· 電力工業中：SCADA系統監測和控制電力的產生、傳輸和分配。

· 水和廢水處理行業：SCADA系統監測和控制水處理過程，如水的收集、分配和處理。此外，SCADA系統還監測水質。

· 石油和天然氣行業：SCADA系統監測和控制石油和天然氣生產過程。這些過程包括鉆井、生產、儲存、運輸、管道監測等。

· 運輸行業：SCADA系統監測和控制各種運輸系統，如鐵路、公路和機場。

· 制造業：SCADA系統監測和控制工業過程，如裝配線、生產設施和能源消耗。

SCADA開發工具

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總結

希望本文能幫你了解什么是SCADA系統，SCADA已經是當今標準制造實踐中不可或缺的系統。選擇合適的SCADA系統將確保管理者對生產車間、設施和公用事業供應進行最佳控制，更不用說保護正在生產的昂貴工廠設備和產品了。

審核編輯 黃宇