關(guān)于SCADA系統(tǒng)構(gòu)成的詳細(xì)剖析

?一、SCADA系統(tǒng)的意義

SCADA系統(tǒng)是Supervisory Control And Data Acquisition System的縮寫(xiě)，是對(duì)分布距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。

了解生產(chǎn)情況是實(shí)施科學(xué)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，如果生產(chǎn)過(guò)程分布很近，可以采用就近控制的辦法，就地接線(xiàn)，就地監(jiān)視，就地控制，對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程生產(chǎn)采用DCS系統(tǒng)控制的比較多，也有采用PLC的或者專(zhuān)業(yè)控制器。而對(duì)于生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)分布距離非常遠(yuǎn)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(xiàn)，油田，自來(lái)水管網(wǎng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們慢慢發(fā)展出遠(yuǎn)程采集監(jiān)視控制系統(tǒng)，稱(chēng)為SCADA系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于：

分布區(qū)域廣泛

主站與控制對(duì)象距離遠(yuǎn)

監(jiān)控終端的工作條件苛刻

通訊系統(tǒng)復(fù)雜多變

通訊系統(tǒng)不保證可靠傳輸

二、SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成

SCADA系統(tǒng)主要包括三部分組成，主站端，通訊系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端單元。

主站一般采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，有著良好的圖形支持，現(xiàn)在采用PC計(jì)算機(jī)和WINDOWS系統(tǒng)居多，在歷史上，曾經(jīng)有很多系統(tǒng)采用UNIX系統(tǒng)和XWINDOWS圖形界面。一個(gè)主站可能的分站數(shù)量從幾十到幾百、幾千個(gè)不等。

通訊系統(tǒng)就非常復(fù)雜了，有線(xiàn)的包括音頻電纜、載波電纜、光纖、電力載波等，無(wú)線(xiàn)的包括電臺(tái)、衛(wèi)星、微波等。

遠(yuǎn)程終端單元（RTUorTeleControl）的品種也很多，大的系統(tǒng)由很多機(jī)柜組成，小的系統(tǒng)可能就是一個(gè)小盒子。

三、SCADA的主站系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)的主站過(guò)去由很多著名的系統(tǒng)是基于UNIX操作系統(tǒng)家族和XWINDOW圖形界面的。

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，特別是PC機(jī)的發(fā)展，PC機(jī)和PC機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)在扮演著越來(lái)越重要的角色。

龐大的主站系統(tǒng)一般包括如下內(nèi)容：

通訊前置系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)解析各種不同的規(guī)約，完成通訊接口數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。包括前置計(jì)算機(jī)，串口池或者M(jìn)ODEM池，機(jī)架，防雷措施和網(wǎng)絡(luò)接口。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要包括運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器。

工程師工作站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的組態(tài)、畫(huà)面制作和系統(tǒng)的各種維護(hù)。

生產(chǎn)調(diào)度工作站，是監(jiān)控系統(tǒng)的主要用戶(hù)，顯示畫(huà)面，畫(huà)面瀏覽，實(shí)現(xiàn)各種報(bào)警等。

各種監(jiān)控工作站，主要用于特別龐大的系統(tǒng)，幾個(gè)人已經(jīng)無(wú)法監(jiān)控的情況，這時(shí)會(huì)根據(jù)需要，設(shè)立各種的監(jiān)控工作站，每個(gè)工作站有人員工作。

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，是SCADA系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)器。

WEB服務(wù)器，是現(xiàn)在SCADA主站系統(tǒng)的一個(gè)流行趨勢(shì)，只要用戶(hù)裝有瀏覽器軟件，得到相應(yīng)的授權(quán)，就可以訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的他關(guān)心的數(shù)據(jù)。

上層應(yīng)用工作站，主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的挖掘工作。在電力系統(tǒng)比如潮流分析，負(fù)荷預(yù)測(cè)，事故追憶，電網(wǎng)穩(wěn)定性分析，能量管理等等。在自來(lái)水行業(yè)包括管網(wǎng)壓力損耗分析，管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析，管網(wǎng)漏失分析等。在采油工程上，包括示功圖顯示，示功圖分析，泵況分析，功圖計(jì)產(chǎn)等等。

作為SCADA主站系統(tǒng)，大的系統(tǒng)可能有幾十個(gè)上百個(gè)工作站，多個(gè)服務(wù)器。為了保證系統(tǒng)的可靠性，采用雙前置系統(tǒng)，多服務(wù)器系統(tǒng)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。但是對(duì)于簡(jiǎn)單的SCADA主站系統(tǒng)可能就只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行一套軟件。

各種不同應(yīng)用的SCADA系統(tǒng)，可以說(shuō)大部分是相同的或者類(lèi)似的。但是各個(gè)行業(yè)有各個(gè)行業(yè)的特點(diǎn)，每個(gè)行業(yè)所關(guān)心的東西不一樣。比如電力行業(yè)非常關(guān)心每個(gè)線(xiàn)路電壓電流功率，而對(duì)于自來(lái)水行業(yè)就不是特別關(guān)心這些數(shù)據(jù)，而關(guān)心管道的壓力流量等。這樣就形成了不同行業(yè)的系統(tǒng)。也有通用的人機(jī)界面使用，但是這種界面一般無(wú)法滿(mǎn)足各個(gè)行業(yè)的特殊需要。

四、SCADA的通訊系統(tǒng)

SCADA通訊系統(tǒng)是最豐富多彩的，有很多通訊方式是很多人都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)的。一般分類(lèi)大體可以分為兩類(lèi)，有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)，但是隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，基于各種網(wǎng)絡(luò)的通訊方式也發(fā)展很快，這種通訊方式很難歸結(jié)到有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的范疇，所以也單獨(dú)作為一類(lèi)。

有線(xiàn)方式比較多：音頻電纜，架空明線(xiàn)，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。在有線(xiàn)上傳輸大體分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸，基帶傳輸是在介質(zhì)上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，可能也要經(jīng)過(guò)信號(hào)變化。調(diào)制解調(diào)傳輸要經(jīng)過(guò)模擬數(shù)字變換的傳輸。很多介質(zhì)既可以作為基帶傳輸也可以作為調(diào)制傳輸。

無(wú)線(xiàn)方式主要包括：電臺(tái)、微波、衛(wèi)星、光線(xiàn)、聲波等手段。

網(wǎng)絡(luò)方式是通訊系統(tǒng)架構(gòu)在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之上，比如幀中繼，ATM.，IP網(wǎng)，這種通訊方式可能是有線(xiàn)的也可能是無(wú)線(xiàn)的，甚至多次跨越無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)。其性能也明顯區(qū)分于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。比如不用考慮誤碼，不用考慮報(bào)文的大小，不考慮系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延可能比較大。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)或者CDMA傳輸SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)就是典型的例子。

五、SCADA的遠(yuǎn)方終端單元

SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的詞匯RTU?，F(xiàn)在術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)為T(mén)eleControl。

RTU一般包括通訊處理單元、開(kāi)關(guān)量采集單元、脈沖量采集單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元，開(kāi)關(guān)量輸出單元和脈沖量輸出單元等構(gòu)成。還有一些其他的接口方式，比如電力變壓器的分接頭，氣象的格雷碼接口，水文的BCD碼接口等等。

遠(yuǎn)方的通訊一般和RTU安裝在一起，這樣便于接線(xiàn)。

現(xiàn)在的RTU出來(lái)完成本身的數(shù)據(jù)采集工作和協(xié)議處理之外，還要完成和各種IED設(shè)備的接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。而且RTU的通訊處理單元的能力越來(lái)越強(qiáng)大，而相應(yīng)的采集工作卻在逐漸的弱化，由各種IED設(shè)備代替了。

RTU在中國(guó)電力系統(tǒng)的最大發(fā)展就是用交流采樣算法直接計(jì)算線(xiàn)路的電壓、電流、有功功、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、諧波等，取代了傳統(tǒng)的電力變送器，降低了成本，降低了接線(xiàn)復(fù)雜度，減少了誤差環(huán)節(jié)，提高了精度。而今綜合了保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了，而傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)已經(jīng)基本退出了歷史舞臺(tái)。