科普SCADA系统

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什么是SCADA系统？

在20世纪中期，工业设施依靠人员对设备进行物理控制和监控。然而，随着行业规模的扩大，设备控制的创新出现了。20世纪70年代初，监控与数据采集（SCADA）系统被发明。该系统允许自动控制系统监测和控制设备和过程。

与直接数字控制（DDC）类似的控制系统体系结构——将单个微处理器分配给管理多个控制功能的任务，并在微处理器单元之间进行数字通信——用于管理本质上分布在广阔地理区域的系统。此类系统通常被称为SCADA，这是代表监督控制和数据采集的缩写。

典型的SCADA系统由多个远程终端单元（RTU）设备组成，这些设备连接到过程变送器和最终控制元件，实现基本控制功能，如电机启动/停止和PID回路控制。

这些RTU设备与中央位置的主终端单元（MTU）设备进行数字通信，操作员可以在中央位置监控过程并发出命令。

SCADA系统是指由多个远程终端单元（或RTU）组成的系统，这些远程终端单元收集通过通信系统连接回主站的现场数据。主站显示获取的数据，还允许操作员执行远程控制任务。准确及时的数据（通常是实时的）可以优化工厂和工艺的运行。

SCADA体系结构由两个基本部分组成——RTU（远程终端单元）和PLC（可编程逻辑控制器）。PLC本质上是一台微型计算机，它直接与大量对象通信，如终端设备、传感器或许多工厂机器。

然而，PLC直接连接到工厂机器，而RTU顾名思义是远程使用的。SCADA软件的强大功能使我们能够处理、分发和显示所需的数据，从而使员工更容易对其进行分析，并在需要时提出解决方案。

基本的SCADA架构从可编程逻辑控制器（PLC）或远程终端单元（RTU）开始。PLC和RTU是微型计算机，它们与一系列对象（如工厂机器，HMI，传感器和终端设备）进行通信，然后使用SCADA软件将信息从这些对象路由到计算机。SCADA软件处理、分发和显示数据，帮助操作员和其他员工分析数据并做出重要决策。

另一个好处是更高效、更可靠，最重要的是更安全的操作。与早期的非自动化系统相比，这一切都导致了更低的操作成本。SCADA的成功安装取决于利用成熟可靠的技术，并对所有人员进行充分全面的系统操作培训。

总之，SCADA系统从远程位置或本地控制各种进程，通过HMI（人机界面）软件与传感器、泵、电机和阀门进行交互，监控、获取和处理实时数据，将事件记录到文件中。

SCADA系统有失败的历史——导致这些系统的因素包括系统各个组件的集成不足、系统不必要的复杂性、不可靠的硬件和未经验证的软件。

注意：PLC是一种基于硬件的设备，SCADA是一种与PLC协同工作的系统。但是，HMI也是一个与PLC协同工作的系统。

SCADA的发展

1890年代的远程控制和远程指示

1920年代的远程指挥与控制

1930年代基于机电技术的操作前检查（CEO）系统

1960年代的监控系统（远程控制和状态指示）

1960年代的数据采集游戏普及（DAS）SCADA应运而生。

1980年代的负荷调度中心和控制

1990年代的能源控制中心

2000年代的能源管理系统

SCADA的目标

SCADA的重要目标如下：

监测：对电压、电流等参数进行连续监测。

测量：用于处理的变量的测量。

数据采集：频繁从RTU和数据记录器/相量数据集中器（PDC）采集数据。

数据通信：从现场到控制中心的大量数据的传输和接收。

控制：闭环和开环过程的在线实时控制。

自动化：输电线路、CB等的自动切换任务。

SCADA的好处

重要的好处可以通过以下功能来解决：

过程的持续监控。

实时控制。

自动化和保护。

远程控制和操作。

SCADA系统的元素

SCADA系统的结构具有以下基本组件（图1）：

中央监控站：是一个或多个中央服务器（中央主机服务器）。

中间数据采集站：是RTU远程终端（远程终端单元）或PLC（可编程逻辑控制器）可编程控制块的输入块，带有带执行器（现场液位传感器、开关设备控制箱和执行器阀门…）的输送功能继电器。

通信系统：包括工业通信网络、电信设备和多路交换设备，具有向控制单元和服务器传输现场级数据的功能

SCADA系统中传输的数据可以是连续（模拟）、数字（数字）或脉冲（脉冲）。

SCADA系统中的数据传输仅以称为数据字段的数字形式显示。该数字数据由逻辑信号（开/关）、模拟/电流信号、高速脉冲信号等形成…。

在终端操作的基本界面是GUI（图形用户界面）屏幕，用于显示整个监控系统或系统中的设备。在某一点上，数据显示为静态图像，当数据发生变化时，图像也会发生变化。

在系统数据随时间连续变化的情况下，SCADA系统通常以图形的形式在图形界面（GUI）屏幕上显示更改这些数据的过程。

SCADA系统的一大优点是当系统发生错误时能够非常成功地处理错误。通常，当出现问题时，SCADA系统可以选择以下方式之一：

使用存储在RTU中的数据：在SCADA系统中，有具有大内存容量的RTU，当系统稳定运行时，数据将备份在RTU的内存中。因此，当系统出现故障时，RTU将暂时使用这些数据，直到系统再次恢复正常。

系统冗余硬件的使用：大多数SCADA系统都设计有额外的备件，如双向通信系统、双RTU或两台服务器…因此，当SCADA系统崩溃或离线工作时（可能用于维护、维修、测试等），这些备件将投入使用。

SCADA的功能

SCADA的重要功能如下所示。

数据采集

信息显示

监督控制

报警处理

信息存储和报告

事件采集顺序

数据计算

特殊RTU处理/控制

SCADA的使用

SCADA可用于管理任何类型的设备。通常，SCADA系统用于自动化复杂的工业过程，其中人工控制是困难的。

例如，在控制中心的操作员无法管理更多控制因素的系统中。

SCADA系统广泛用于以下领域的控制

1.发电、输电和配电：电力公司使用SCADA系统来检测电流和线路电压，监测断路器的运行，并使电网部分在线或离线。

5.公共交通：交通当局使用SCADA来调节地铁、有轨电车和无轨电车的电力；使铁路系统的交通信号自动化；追踪和定位火车和公共汽车；以及控制铁路道口的闸门。

6.交通信号：SCADA调节交通信号灯，控制交通流量，检测故障信号。

使用SCADA的实时监控

从控制的角度来看，以下是SCADA的重要功能。SCADA能够实现以下功能

随着时间的推移，立即获取定量测量值。

一旦出现问题，立即进行检测、诊断和纠正。

测量一段时间内的趋势，并准备报告和图表。

随着时间的推移发现并消除瓶颈，提高效率。

能够用少数专业人员控制大型复杂流程。

SCADA提供了将操作员的经验知识微调到系统中的设施。传感器可以放置在要管理和控制的过程中的每个关键点。随着SCADA技术的改进，可以放置更多的传感器来提高效率。

SCADA具有通过软件实时查看大功率过程运行情况的能力。GIS（Geographical Information System，地理信息系统）是一种广泛应用于电力应用的软件。有了这样的am=n能力，就有可能纠正错误和诊断。

因此，即使是非常复杂的制造过程、大型发电厂等，你也可以对每一个正在发生的事件都有一个敏锐的视角——这意味着你有一个知识库，可以从中纠正错误并提高效率。有了SCADA，您可以以更低的成本做更多的事情，从而直接提高盈利能力。

参见：

What is SCADA System ? – Basics of SCADA – InstrumentationTools

Engineers Community

HMI vs SCADA, The difference between HMI and SCADA – PLCynergy

SCADA & Telemetry Systems – Inst Tools

Applications of SCADA – Objectives of SCADA – InstrumentationTools

Functions of SCADA – Tutorials of SCADA – InstrumentationTools

Difference between DCS and PLC Systems | InstrumentationTools.com

How to Select a SCADA for New PLC Project? – Choose Right SCADA

SCADA-科能融合通信

hmi-scada-and-plcs

Search for SCADA | OSTI.GOV

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