一文了解SCADA系統(tǒng)的前世今生，看國內(nèi)外企業(yè)如何瓜分市場

在工控自動化控制領(lǐng)域，SCADA與DSC、PLC是無法繞過軟件系統(tǒng)。不久前，OFweek小編寫過一篇《PLC簡史》，今天，我們就來看看構(gòu)成自動化控制系統(tǒng)穩(wěn)定三角的另一重要系統(tǒng)——SCADA。SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的縮寫，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，是工業(yè)過程自動化和信息化不可或缺的基本系統(tǒng)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果生產(chǎn)過程分布很近，那么 我們可以采用就近控制的辦法，就地接線，就地監(jiān)視，就地控制，對于復(fù)雜的過程生產(chǎn)采用DCS系統(tǒng)控制的比較多，也有采用PLC的或者專業(yè)控制器。而對于生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)分布距離非常遠(yuǎn)、生產(chǎn)單位分散的，比如距離幾公里、幾十公里、幾百公里甚至幾千公里的，如變電站、天然氣管線、油田、自來水管網(wǎng)等生產(chǎn)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)生產(chǎn)，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)，稱為SCADA系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動控制，對生產(chǎn)工藝執(zhí)行情況進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)的監(jiān)控，為生產(chǎn)和管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐，即SCADA著名的“四遙”功能。

SCADA系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、天然氣、水利、能源管理、市政、煙草、煤礦等行業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度中心、能源管控中心、遠(yuǎn)程維護(hù)中心、企業(yè)數(shù)據(jù)中心的部署與建設(shè)。目前在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛，發(fā)展技術(shù)也最為成熟。

SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了四代的更迭歷程，4代更迭主要是讓SCADA系統(tǒng)完成從集中式SCADA系統(tǒng)階段到分布式SCADA系統(tǒng)階段，最終發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)式SCADA系統(tǒng)階段。

第一代是基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)。這一階段持續(xù)到20世紀(jì)70年代。

第二代是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，廣泛采用VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。

第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。

第三代是按照開放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)。這一階段各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)匯集進(jìn)SCADA系統(tǒng)中，是我國SCADA系統(tǒng)發(fā)展最快的階段。

第四代是SCADA系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營的需要。

SCADA系統(tǒng)軟件從70年代誕生，從基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)到基于通用計(jì)算機(jī)、分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)，SCADA系統(tǒng)軟件已經(jīng)發(fā)展為第三代以上。

SCADA系統(tǒng)軟件呈現(xiàn)出向開放的體系結(jié)構(gòu)，在20世紀(jì)90年代中期， SCADA制造商與解決方案提供商越來越多地選擇了開放的通信協(xié)議，如IEC60870—5—101/104、IEC61850、DNP3串行和DNP3 LAN/WAN，這使得用戶在開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，可以更方便地從各種廠商的產(chǎn)品中加以選擇，來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的“混合匹配”。

到了20世紀(jì)90年代后期，各個(gè)I/O制造商繼續(xù)向著開放性的方向發(fā)展，更多偏向于采用像MODBUSRTU/ASCII那樣開放的消息結(jié)構(gòu)。

2000年以后，隨著以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用被普遍接受，大多數(shù)SCADA系統(tǒng)軟件市場仍然接受了以太網(wǎng)技術(shù)。

隨著SCADA系統(tǒng)的更迭演進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益滲透到第三代SCADA系統(tǒng)軟件，SCADA系統(tǒng)軟件已經(jīng)擴(kuò)展到對移動的過程、裝置和流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)無時(shí)不有、無處不在的SCADA。

SCADA的功能在行業(yè)內(nèi)被大家簡稱為“四遙”,即圍繞生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)設(shè)備過程監(jiān)控、生產(chǎn)設(shè)備異常報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表及儀表盤展示四個(gè)方面。SCADA系統(tǒng)對生產(chǎn)過程中采集的數(shù)據(jù)是以產(chǎn)品為中心，對人、機(jī)、料、法、環(huán)、檢測、研發(fā)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分布，是以生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為核心的。它的特性主要有4個(gè)方面：

1、支持5000多種通訊協(xié)議，滿足市場上99.99%的控制器、儀器儀表的通訊要求?？纱蛲ㄗ詣踊布到y(tǒng)與信息化軟件系統(tǒng)信息傳遞。

2、將辦公網(wǎng)絡(luò)IP與工業(yè)設(shè)備IP進(jìn)行硬件隔離，避免IP沖突。

3、實(shí)時(shí)監(jiān)控直觀展示生產(chǎn)動態(tài)，對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接或間接控制，滿足可視化管理的需求。

4、進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并通過儀表盤進(jìn)行展示。

SCADA系統(tǒng)包含5個(gè)子系統(tǒng)，分別為HMI（人機(jī)界面）、（計(jì)算機(jī)）監(jiān)控系統(tǒng)、RTU（遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)）、PLC和通信網(wǎng)絡(luò)。

1、HMI（人機(jī)界面）：HMI元素的功能是以易于理解的圖形方式顯示收到的信息，并歸檔收到的所有數(shù)據(jù)。

2、（計(jì)算機(jī)）監(jiān)控系統(tǒng)：可以采集數(shù)據(jù)，也可以提交命令監(jiān)控程序的進(jìn)行。

3、RTU（Remote Terminal Unit，遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)）：RTU可連接許多程序中用到的傳感器，它的功能是收集現(xiàn)場信息，并且在通信軟件的幫助下將該信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)。

4、PLC（programmable logic controller，可編程邏輯控制器）：適用于工業(yè)現(xiàn)場的測量控制，現(xiàn)場測控功能強(qiáng)，不提供人機(jī)界面。SCADA是調(diào)度管理層，PLC是現(xiàn)場設(shè)備層。因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，用途廣泛，也常用作現(xiàn)場設(shè)備，取代特殊功能的遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)。

5、通信網(wǎng)絡(luò)：是提供監(jiān)控系統(tǒng)及RTU（或PLC）之間傳輸數(shù)據(jù)的管道。

1、幫助企業(yè)實(shí)時(shí)采集到生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù)，代替了人工作業(yè)的同時(shí)，也避免了一定的因人員工作失誤所帶來的損失，不僅提高了工作效率，也能實(shí)時(shí)監(jiān)測到生產(chǎn)過程中的所有不正常數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品的質(zhì)量又提供了一層保障。

2、SCADA系統(tǒng)提供每臺設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使得生產(chǎn)情況直觀明了，方便企業(yè)管理層人員對生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，同時(shí)幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)計(jì)劃變得更科學(xué)與更合理。

3、實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品、生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)效率、質(zhì)量信息、設(shè)備運(yùn)行等管理過程的數(shù)字化與智能化改善，優(yōu)化生產(chǎn)過程的數(shù)字化管控能力。

SCADA可謂現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的支柱，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要應(yīng)用在項(xiàng)目型行業(yè)中，大致可以分為三類：

◆ 第一類是過程工業(yè)：包括加工制造、發(fā)電、裝配、煉油、石化等；

◆ 第二類是市政基礎(chǔ)設(shè)施：包括自來水廠和供水管網(wǎng)、廢水和污水處理、輸油和輸氣管線、輸電和供電、大型通信系統(tǒng)及城市報(bào)警系統(tǒng)等；

◆ 第三類是公共設(shè)施：包括對中大型建筑物、機(jī)場、碼頭及地鐵等的空調(diào)監(jiān)控、能源管理和安保監(jiān)控等。

全球市場洞察公司最新調(diào)查報(bào)告稱，到2026年，全球SCADA市場價(jià)值將超過500億美元。在多個(gè)行業(yè)中，工業(yè)4.0解決方案的日益普及為市場創(chuàng)造了積極的前景。RTU細(xì)分市場將獲得更大份額的SCADA市場，因?yàn)樗哂械统杀尽⒁子趯?shí)施和更強(qiáng)的可擴(kuò)展性等多種優(yōu)勢。到2026年，由于全球智能電網(wǎng)投資的增加，電力行業(yè)將實(shí)現(xiàn)最高增長。

SCADA市場的主要領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)包括艾默生電氣、施耐德電氣、ABB、羅克韋爾自動化、歐姆龍、西門子、霍尼韋爾、Partita IVA、橫河電機(jī)、三菱電機(jī)和東芝基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與解決方案公司。

國內(nèi)SCADA企業(yè)主要有力控、臺達(dá)電子、研華、安控、昆侖縱橫、紫金橋軟件等。

根據(jù)公開資料顯示，目前，中國SCADA的市場格局基本上是國產(chǎn)品牌行業(yè)應(yīng)用占比60%左右，在在市政、石油、基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用領(lǐng)域形成了相對穩(wěn)定成熟的市場；外資品牌市占率40%，在電子半導(dǎo)體、軌道交通、煙草、食品飲料、水處理等行業(yè)應(yīng)用廣泛。

圖片來源：OFweek維科網(wǎng)

在2019年SCADA市場行業(yè)分布中，由市政、公共設(shè)施、化工組成的TOP3行業(yè)占據(jù)近一半市場份額，占比高達(dá)40%以上。TOP10行業(yè)中市政、化工、冶金市場份額同比增長20%-30%，增速位居前列；礦業(yè)、石油 、公共基礎(chǔ)設(shè)施增速較快，市場表現(xiàn)較好。

一、產(chǎn)品平臺化：下游用戶和產(chǎn)品供應(yīng)商均傾向于將SCADA作為基礎(chǔ)平臺產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上集成管理控制、定位報(bào)警等多元化功能，最大化開發(fā)SCADA軟件相應(yīng)功能。

二、網(wǎng)絡(luò)化：隨著科技的進(jìn)步，以及目前人工智能的快速發(fā)展，最終用戶往往要求軟件工程師足不出戶就能監(jiān)控到所有的程序，這就要求設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、更新存儲、監(jiān)控分析等功能軟件都能及時(shí)跟蹤監(jiān)控。

三、跨系統(tǒng)化：為了適應(yīng)目前操作系統(tǒng)的多樣性，未來的SCADA軟件也需要具備跨多種操作系統(tǒng)應(yīng)用的功能，提升其應(yīng)用的靈活性。

四、開放化：未來軟件的特點(diǎn)具有開放性，軟件采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，比如ActiveX、OL技術(shù)（Obiect Linking And Embedding）、VBA、OPC（OLE forProcess Control）等技術(shù)。當(dāng)用戶在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，如軟件的現(xiàn)有功能不能滿足要求，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行二次開發(fā)。

五、應(yīng)用領(lǐng)域多元化：隨著當(dāng)前中國社會經(jīng)濟(jì)、高新技術(shù)的快速發(fā)展，人類社會將逐步進(jìn)入信息化和智能化時(shí)代，SCADA在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通、實(shí)驗(yàn)室等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前，我國新基建浪潮推動數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)走向發(fā)展黃金期，通信、交通、電力等多個(gè)社會民生領(lǐng)域的數(shù)字化建設(shè)催生一批新項(xiàng)目，形成全產(chǎn)業(yè)鏈帶動效應(yīng)，項(xiàng)目型市場進(jìn)一步拉動SCADA應(yīng)用需求。綜合來看，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的不斷深入、工業(yè)4.0解決方案的日益普及等，SCADA市場未來發(fā)展前景仍被看好。