SCADA数据采集与监视控制系统简介参考文档课件.ppt

1、1一、什么是SCADA系统 SCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，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污水处理SCADA系统。图1.1 SCADA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

2、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、二、SCADA功能功能6l(1)、数据采集DA(Data Acquisition)。l(2)、数据预处理及报警(Calculation & Alarm)。l(3)、事件顺序记录SOE(Sequeue Of Events)。l(4)、事故追忆PDR(Post Disturbance Review)。l(5)、远方控制(Control)。l(6)、远方调整(Adjustment)。 l(7)、趋势曲线(Trend)和棒图(Ba

3、rgraph)。 l(8)、历史数据存储(History)和制表打印(Report)。 l(9)、系统统一时钟(Clock)。 l(10)、模拟盘接口(Mimic board Interface)。 SCADA功能2.1 数据采集功能SCADA功能2.2 数据处理功能1）、模拟量处理模拟量处理：标度变换；消零飘；越限检查；积分计算和平均值计算；最大值、最小值计算；入库。2）、状态量处理：状态量处理：描述电网运行状态（将0/1状态变换为具有物理意义的信息）；告警；状态量的显示。3）、标牌设置：标牌设置：对所有设备均可进行挂牌操作，提供警示信息，如：检修、接地、故障、危险、并列等。4）、脉冲量处理

4、：脉冲量处理：计算本周期电量；积分电度计算；计算分时电量；信息入库。SCADA功能2.3 计算功能SCADA功能2.4 电网控制功能SCADA功能2.5 告警功能2.6 显示功能2.7 报表功能2.8 其他辅助功能 画面调用功能画面调用功能SCADA的图形操作画面调用及浏览器功能画面调用及浏览器功能3 历史告警浏览4 历史数据浏览5 图形浏览器三、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1.2 SCADA系统结构 1、下位机（1 1）下位机功能：

5、）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PLC（中、小型）可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 典型的小型PLC产品有三菱的FX2N系统PLC、西门子的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） Progra

6、mmable Automation Controller 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： 美国通用电气公司GE Fanuc的PACSystemsRX3i7i、美国国家仪器公司NI的Compact FieldPoint、A-B公司的CompactLogix、Beckoff公司 的CX1000、台湾泓格科技的WinConLinCon系列、PAC-7186EX和研华公司的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

7、智能流量计量表、冷量热量表、智能巡检仪等。 2、上位机（1 1）上位机组成：）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 2）上位机功能：）上位机功能：数据采集和状态显示。远程监控。报警和报警处理。 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

8、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，通信网络在SCADA系统中扮演的作用更为重要，这主要因为SCADA系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。（1 1）上位机系统：）上位机系统： 主要是连接上位机、服务器、通信设备、

9、打印设备的局域网络。 上位机还可以设置WEB服务器，提供远程监控网络。（2 2）下位机系统：）下位机系统： 包括连接I/O设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。（3 3）连接上、下位机的通信网络）连接上、下位机的通信网络 这部分网络最复杂，形式最多样，是SCADA系统的重要特点。4、检测和执行设备（1 1）检测元件）检测元件 SCADA系统中监控的参数按照数据类型可以分为模拟量、数字量和脉冲量等，模拟量包括温度、压力、物位、流量等典型过程参数和其他各种参数，而数字量包括设备的启停状态等。 这些信号的获取要靠各种检测元件（传感器）实现。（2）执行器）执行器 执行设备接受下位机（控制器）的输出

10、，改变操纵变量，使生产过程按照预定要求正常运行。在不同的行业中，执行器类别不一样，如在生产过程监控中，各种气动执行器得到广泛应用，典型的就是气动薄膜调节阀，还有各种开关阀门。而在制造业中，各种步进电机、变频器、伺服电机等调速设备得到广泛应用。 三、SCADA系统典型架构SCADA系统的发展经历了集中式SCADA系统阶段、分布式SCADA系统阶段和网络式SCADA系统三个阶段。集中式SCADA系统是所有的监控功能依赖于一台主机（mainframe），采用广域网连接现场RTU和主机。网络协议比较简单，开放性差，功能较弱。 网络化SCADA系统以各种网络技术为基础，控制结构更加分散化，信息管理更集中

11、。系统普遍以客户机服务器（CS）和浏览器服务器结构（BS）为基础，多数系统结构上包含这两者结构，但以CS结构为主，BS结构主要是为了支持Internet应用，以满足远程监控的需要。 与第二代SCADA系统相比，第三代SCADA系统在结构上更加开放，兼容性更好，可以无缝集成到全厂综合自动化系统中。 由于SCADA系统的规模可以从几百点到几万点，用户对SCAD系统的需求是多样的，因此对其系统架构提出了很高的要求。 SCADA系统属于典型的分布式计算机应用系统，在这样的系统中，体系结构是软件系统中最本质的东西，良好的体系结构意味着普适、高效和稳定。由于体系结构是对复杂事务的一种抽象，良好的体系结构是

12、普遍适用的，它可以高效地处理多种多样的个体需求。同时，体系结构在一定的时间内保持稳定。当需求发生变化时，程序员可以不用修改系统的体系结构。 1、客户机服务器结构 CS结构中客户机和服务器之间的通信以“请求响应”的方式进行。客户机先向服务器发出请求，服务器再响应这个请求，如图1.3所示。 CS结构最重要的特征是：它不是一个主从环境，而是一个平等的环境，即CS系统中各计算机在不同的场合既可能是客户机，也可能是服务器。在CS应用中，用户只关心完整地解决自己的应用问题，而不关心这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。 图1.3 客户机服务器结构 如在SCADA系统中，当SCADA服务器向PLC请

13、求数据时，它是客户机，而当其他操作站向SCADA服务器请求服务时，它就是服务器。显然，这种结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来实现，降低了系统的通讯开销。 2、浏览器/服务器结构 随着Internet的普及和发展，以往的主机终端和CS结构都无法满足当前的全球网络开放、互连、信息随处可见和信息共享的新要求，于是就出现了BS型结构，如图1.4所示。 图1.4 浏览器服务器结构 BS结构最大特点是：用户可以通过浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息，这些信息都是由许许多多的Web服务器产生的，而每一个Web服务器又可以通过各种方式

14、与数据库服务器连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中。这种结构的最大优点是：客户机统一采用浏览器，这不仅让用户使用方便，而且使得客户端不存在维护的问题。 3、两种结构比较（1）BS模式的优点和缺点模式的优点和缺点BS结构的优点表现在：具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。 业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能。 维护简单方便，只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新。 开发简单，共享性强。BS 结构的缺点表现在：个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。 操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求。 页面动态刷新，响应速度明显降低。 功能弱化

15、，难以实现传统模式下的特殊功能要求。（2）CS模式的优点和缺点模式的优点和缺点CS结构的优点表现在：由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。 操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求。 CS结构的管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。 CS结构的缺点表现在：需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置。 兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性。若采用不同工具，需要重新改写程序。 开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。 四、SCADA、PLC与DCS

16、SCADA系统集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高，特别适合测控点极为分散，对控制的要求不是特别高的场合。 PLC 系统，即可编程控制器系统，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理 。 PLC多作为SCADA系统的下位机。 DCS 系统（集散控制系统），适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统的价格昂贵。 SCADA系统在结构上体现为上、下位机的结构，下位机完成设备的直接控制，而

17、上位机侧重于信息集中管理，上、下位机通过通信网络连接。由于SCADA系统的控制对象分布可能极为分散，因此，SCADA系统的通信通常比DCS要复杂，通信的形式也会多种多样。 SCADA系统可以集成不同厂家的各种测控产品，开放性更好。而某一过程的DCS控制系统通常是某固定型号的。五、SCADA系统的应用在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。 它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化有着不可替代的作用。