监督控制与数据采集SCADA系统概述

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1、监督控制与数据采集技术华东理工大学自动化系王华忠hzwang@ecust.edu.cnCh1SCADA系统概述一、什么是SCADA系统SCADA的英文是SupervisoryControlAndDataAcquisition，译成中文就是监督控制与数据采集。从其名称可以看出，其包含两个层次的功能：数据采集和监控。图1.1所示为一个市政工程SCADA系统。图1.1SCADA系统实例－污水处理厂监控系统1、定义SCADA系统是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集，本

2、地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。2、特点一般来讲，SCADA系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值守。二、SCADA系统结构上位机：侧重监控功能下位机：直接控制功能通信网络：实现上、下位机数据交换如图1.2所示。从其结构可以看出，SCADA系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。图1.2SCADA系统结构1、下位机（1）下位机功能：数据采集下位机配置的各种输入设备（DI、AI等）进行数据

3、采集控制下位机配置的各种输出设备（DO、AO等）对现场设备进行控制下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据（2）下位机类型：远程终端单元RTURTU（RemoteTerminalUnit，RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。RTU的功能：RTU的主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集

4、时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。RTU的配置与程序执行：RTU的主要配置有CPU模板、I／O（输入／输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机箱等辅助设备。RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图、C语言等。有些设备采用C语言编程。RTU的特点：（1）同时提供多种通讯端口和通讯机制。（2）提供大容量程序和数据存储空间。（3）高度集成的、更紧凑的模块化结构设计。（4）更适应恶劣环境应用的品质。PLC（中、小型）典型的小型PLC产品有三菱的FX2N系统PLC、西门子

5、的S7200系统、OMRON的CPM1A等。一些中、大型的SCADA系统的下位机会选用中型的PLC产品，如三菱的Q系列、西门子的S7-300、A-B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等。PAC（可编程自动化控制器）作为一种开放型的自动化控制设备，PAC在SCADA系统的下位机的应用逐步增多，主要的产品有：GEFanuc公司的PACSystemsRX3i／7i、NI公司的CompactFieldPoint、Beckoff公司的CX1000、泓格科技的WinCon／LinCon系列、μPAC-7186EX、A-B公司的CompactLogix和研华公

6、司的ADAM-5510EKW等。智能仪表在一些侧重数据采集、信息集中管理与远程监管的应用中，远程控制功能要求较低。在这类SCADA系统中，大量使用各种现场仪表做下位机，如智能流量计量表、冷量热量表、智能巡检仪等。2、上位机（1）上位机组成：上位机系统通常包括SCADA服务器、工程师站、操作员站、WEB服务器等，这些设备通常采用以太网联网。实际的SCADA系统上位机系统到底如何配置还是根据系统规模和要求而定。根据安全性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台SCADA服务器，当一台出现故障时，系统自动却换到另外一台工作。（2）上位机功能：数据采集和状态显示。远程监控。报

7、警和报警处理。事故追忆和趋势分析。与其他应用系统的结合。（3）选用工控机或商用机在SCADA系统发展初期，上位机系统普遍采用工控机。因为工控机在商用计算机上进行了改装与加固，以适应工业应用的要求，主要体现在：硬件结构、系统可靠性、抗干扰能力和环境适应性等。然而，近年来，随着商业机可靠性的不断增强，以及商用机与工控机之间较大的价格差距，SCADA系统选用商用机做上位机已经十分普遍。对于可靠性要求高的场合，可以通过热备等方式来实现。3、通信网络通信网络实现SCADA系统的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络