电力百科｜SCADA系统知多少

SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition SCADA是一种过程控制系统体系结构，它使用计算机，网络数据通信和图形化人机界面(HMI)来实现高级过程监督管理和控制。

SCADA系统与其他设备通信，例如可编程逻辑控制器(PLC)和PID控制器，从而与工业过程涉及到的工厂和设备进行交互。

SCADA系统占据控制系统工程的很大一部分。SCADA系统从实时分析的过程中收集信息和数据并记录数据，同时在各种HMI上显示收集到的数据。也就是说过程控制操作员可以通过远程的方式来监视现场发生的事情，并且操作员可以通过与HMI交互来控制这些过程。

比如SCADA系统在石油和天然气领域的应用。石油或者化学药品使用大型管道进行传输，这个过程中安全起着至关重要的作用，因此沿管道不应有任何泄漏，万一发生泄漏，则使用SCADA系统识别泄漏。它推断信息，将其传输到系统，在计算机屏幕上显示信息，并向操作员发出警报。

SCADA系统对于许多行业都是必不可少的，并广泛用于过程的控制和监视。SCADA系统被广泛使用，因为它具有以智能且无缝的方式控制/监视/传输数据的能力。数字化时代是一个以数据驱动的世界，数字化道路中我们需要寻找通过适当使用数据来提高自动化程度和做出更明智的方法，而SCADA系统就是实现这一目标的方法。

很多人在说到SCADA系统的时候都认为SCADA就是一个软件，其实通用SCADA系统包含硬件和软件组成。SCADA软件部分安装在用于计算的计算机端，而硬件组件用来接收输入数据，并将其传给系统以进行进一步分析。SCADA系统用于各种行业和制造部门，例如能源，食品和饮料，石油和天然气，电力，水和废物管理部门等等。

SCADA历史

在SCADA系统诞生之前，许多制造车间，工厂和远程站点都需要人员通过按钮和模拟拨盘开关手动控制和监视设备。

随着工业和制造单位规模的扩大，他们开始使用继电器和计时器，它们在一定程度上提供了监督控制，而不必派人到远程位置与每个设备进行交互。但继电器和计时器仅能以最少的自动化功能解决问题，并且很难重新配置系统和查找故障。因此，所有行业都需要一个更高效，完全自动化的监视和控制系统。

1950年代初期，出于工业控制目的开发了计算机，那时，监控开始在主要公用事业，石油和天然气管道以及其他工业市场中开始流行。

在1960年代，建立了用于监视的遥测技术，该技术允许自动通信将测量值和其他数据从远程站点传输到监视设备。

大约在1970年左右，SCADA一词是随着微处理器和PLC概念的发展而产生的。

在2000年代初期，开发了分布式SCADA系统。

现代SCADA系统的应运而生使我们能够控制和监视世界上任何地方的实时数据，使行业发展达到了更高的高度。即使操作员没有太多软件开发知识，他仍然能够管理现代SCADA系统。而且，大多数现代SCADA设计器应用程序都具有快速应用程序开发(RAD)功能，即使用户不具备广泛的软件开发知识，它们也可以使用户相对容易地设计应用程序。

将现代IT标准和实践(例如SQL和基于Web的应用程序)引入SCADA软件后，极大地提高了SCADA系统的效率，安全性，生产率和可靠性。与过时的SCADA软件相比，利用SQL数据库功能的SCADA软件具有巨大的优势。将SQL数据库与SCADA系统一起使用的一大优势是，它可以更轻松地集成到现有的MES和ERP系统中，从而使数据无缝地流经整个组织。来自SCADA系统的历史数据也可以记录在SQL数据库中，从而可以通过数据趋势分析更轻松地进行数据分析。

SCADA基础

SCADA要实现的目标：

监视: SCADA系统连续监视物理参数

测量：测量用于处理的参数

数据采集：从远程终端，数据记录器等获取数据

数据通信：通信和传输数据

控制：在线实时监视和控制过程

自动化：自动化传输，功能实现自动化

SCADA系统的组成：

主终端单元MTU: MTU是SCADA系统的核心。它包括计算机，服务器，实现MTU与RTU的通信，并收集和保存数据，实现系统与操作员的接口并实现与其他外部系统的通信。

远程终端单元RTU: RTU通常与传感器和执行器相连，用于从这些传感器收集信息，然后将数据发送到MTU。通常在SCADA解决方案中我们利用PLC作为RTU，有助于直接传输和控制数据。

通信网络: 现场RTU与中央MTU之间的连接。在实施SCADA系统的时候网络拓扑定义也很重要

SCADA系统的功能

SCADA系统是硬件和软件组件的集合，这些组件相互作用从而使制造单位能够执行特定的功能。

实时监视和收集数据

通过人机界面(HMI)实现现场设备和控制站的交互

记录系统事件

以虚拟方式控制制造过程

信息存储和报告

如何选择SCADA系统

SCADA软件在整个过程分析和控制中起着重要作用，全球有几家大型企业专门研究SCADA系统。我们在选择和实施SCADA系统之前，需要考虑许多因素。比如

软件的使用期限/寿命：在购买SCADA时会投入大量资金，因此最好检查软件是否可以持续使用5到10年

信息索取：获取有关供应商和卖方的详细信息，供应商特定的专业领域，地理位置，和产业动态的讯息在产品选择中起到主要作用。如果你从特定供应商处购买软件，则需要考虑这个供应商是否具有能够提供技术支持的能力。

Historian：该软件需要能够保存带有时间戳的数据以备将来查阅。软件需要能够熟练处理现场数据并进行记录。

SCADA技术：技术不断在发展的，我们在选择某个软件或系统解决方案时并不总是需要使用市场上的最新技术。相反，应该选择一种可以长时间保持稳定和安全的技术。

警报监控和管理：SCADA系统需要具备的警报功能。警报系统有两种类型，即系统定义的警报(由系统本身管理)和用户定义的警报(由用户管理)。

市场上一些大型企业提供的SCADA：

Citect SCADA –施耐德 由施耐德电气开发的紧凑，灵活和可靠的SCADA软件。他们发布的最新产品是Citect SCADA 2018。Citect SCADA仍然是常用的SCADA技术之一，如果你是SCADA开发人员那很有必要了解一下该平台。

InTouch – Wonderware InTouch已成为市场上最大的SCADA供应商之一，它来自现在由施耐德电气所有的Wonderware。Wonderware在市场上上流行起来的速度非常快。Wonderware系统平台是SCADA系统，具有许多模块化的非常通用的“即插即用”部件，这种模块化的方案，使我们可以轻松地根据需要对其进行自定义。InTouch的好处是它们使用开放的通信标准，并且可以在大多数PLC系统上运行。

Experion SCADA – 霍尼韦尔 霍尼韦尔(Honeywell)通常用于PLC系统，也是SCADA市场的重要参与者，为SCADA和HMI软件系统的编程提供了软件平台。用户既可以将其软件用于独立的SCADA方案，也可以将其与Honeywell的PLC平台一起使用。

IFIX – 通用电气 GE是全球最大的制造企业之一，也是SCADA市场的重要参与者。IFIX是他们的软件解决方案之一，它是一个非常灵活的SCADA系统。使用iFIX的优点是可以使用HTML5快速开发屏幕。另一个原因是它有许多驱动程序供你设置网络和分布式系统并实现与大多数现代PLC连接和交换信息。GE也有自己的品牌PLC-但是GE SCADA系统不要求使用这些GE PLC来运行。

Ignition – Inductive Automation Ignition这一个SCADA解决方案利用最新的IoT架构来发挥其全部潜力。如果你想要一个使用所有工业4.0规范和技术的最新系统，那么Ignition是一个非常不错的选择。与某些资深SCADA系统相比，Ignition相对较新，不过由于Ignition的IoT集成以及它可以和大多数PLC系统一起使用的优点，Ignition已被许多企业选择为其SCADA解决方案。

SIMATIC WinCC V7 – 西门子 西门子SCADA系统已经存在很多年了，被称为“ WinCC”。西门子是PLC和SCADA行业的最大参与者之一，西门子多年来一直在发展其PLC和SCADA平台融入现代技术，因为西家在SCADA行业中丰富经验，许多企业信任并使用他们的SCADA系统。

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SCADA系统的应用

SCADA在自动化复杂系统中充分利用了灵活性，可靠性和可伸缩性等功能。在现实世界中有无数的应用，SCADA已经可以有效地提供从能源生产到农业系统的广泛领域的监视和控制替代方案。SCADA广泛用于化学，天然气，水，通信和电力系统等不同领域。

发电，输电和配电 使用SCADA系统检测电流和线路电压，监视断路器的运行，并监控电网联机或脱机状态。

制造单位 SCADA系统用于调节工业自动化和机器人，并监控过程和质量控制

运输和铁路 使用SCADA来调节地铁，电车和无轨电车的电力。自动化铁路交通信号。监视和识别火车和公共汽车，并控制铁路道口

水，废水和污水处理 水务部门使用SCADA监视和控制水流量，水箱，管道压力等其它数据

建筑物，设施和环境 设施经理使用SCADA来调节HVAC，制冷，照明和输入系统

火力发电厂 火力发电厂的大多数运行检查都是自动的，但是有时可能需要手动操作。因此需要配备了监视和警报系统，当某些工作参数计数器大大偏离其正常范围时，会向工厂操作员发出警报。在火力发电厂中对可靠性和有效性要求非常高，为了提高可靠性，需要自动化来提高一般电厂的效率。自动化是通过使用PLC和SCADA建立的，从而减少了工人的错误，SCADA系统用于监督整个过程

林业，制浆造纸业 林业，纸浆和造纸行业也依赖SCADA系统。从自动化和过程控制，能源管理，驱动控制，电源保护，机柜系统和安全性来看，SCADA在行业中有很多用途。SCADA系统在整个纸张供应链中使用-包括削片，蒸发，精制，清洁，干燥和压榨等各种流程。通过使用已建立的SCADA系统，这种从头到尾的从树到纸的复杂处理是自动化的。

PLC和SCADA的关系

刚接触控制工程时可能会混淆PLC和SCADA，虽然他们是相关的，但他们彼此之间明显不同。

PLC - Programmable Logic Controller PLC 可编程逻辑控制器 从本质上讲，这是一台坚固耐用的微型计算机，放置于现场中且处于一个面板内，拥有从现场设备导入PLC的大量输入和输出。PLC将监视这些输入的状态(比如电动机的速度)，并根据内部程序逻辑进行判断，并输出各种信号来控制这些现场设备(比如停止电动机)。

SCADA系统(Supervisory Control and Data Acquisition) 我们从ISA95来看SCADA处于PLC的上一层，PLC属于SCADA网络的一部分，并在现场和SCADA之间形成接口。SCADA通常通过与PLC的通信来获取数据，记录并存储。PLC不停地执行其程序，读取输入并写入输出，PLC本身的数据存储容量是有限的，而SCADA系统则用于保留这些输入和输出的历史状态，以便用于数据分析或审计。

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尽管我们可以对SCADA系统进行编程从而实现对现场的控制，但通常我们会将易于编程的逻辑内容放到PLC中(编程到PLC中)，这样PLC能够自动运行并处理遇到的任何情况。当然在现实情况中的情况可能是非常复杂的，我们需要操作员的输入才能使系统正常运行，这时操作员可以通过SCADA屏幕(即HMI)来实现控制。总的来说，SCADA系统主要用于监视和数据采集，但是它也具备在不规则或复杂情况下使用的控制功能。SCADA允许操作员(和控制系统工程师)从远处看到工厂的概况，从而使他们能够响应任何异常状态。

应该注意的是，SCADA系统在技术上包括PLC，且SCADA与PLC通信。PLC位于现场，将根据其编程方式读取现场的所有输入(例如，传送带已停止)并写入输出(例如，启动传送带)。PLC构成SCADA网络的一部分，它接收和执行来自SCADA的某些命令(例如，用于停止泵的操作员命令)。