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SCADA系统----史博士《制造业自动化技术系列讲座》之四
 (多云)  2008-3-16 16:35:00

SCADA的由来

    SCADA系统，对于熟悉这个系统的人来说就是SCADA系统，对于不熟悉的人员来说，很难找英文原意给它一个确切的译名。

    SCADA的原文是：Supervisory Control And Data Acquisition. ，直译是数据采集与监控系统。中文与它的意义比较接近的词是遥控遥测系统，过去有“三遥”（遥测、遥信、遥控）和“四遥”（前三遥加上遥调）的说法，这是首先在电力系统采用的叫法；遥测指远程模拟量输入采集，遥信指远程开关量输入采集，遥控指远程开关量控制、遥调指远程模拟量输出控制。

    其实，SCADA在国外首先也是在电力系统先使用的，指对远程设备的监控。我国电力系统的“远动”系统也是SCADA的一种。现在，SCADA系统已经在油田、水井、燃气、油气和供水管网、以及大型厂区和库区的监控中获得广泛的应用。

SCADA的结构

    SCADA系统的结构很简单，就是分为中心站和远程站。中心站通常设在控制中心，中心站通常有计算机、监视器、人机界面软件、控制软件和通讯模件组成，控制人员可以在中心站的操作站上观看远程的数据和图形信息，也可以向这些远程站发送指令。大多数情况下，对远程站的控制程序都设在远程站本地，而中心站只是监视数据。中心站具有类似DCS操作站的功能，可进行数据监视、数据记录、历史记录、报警、事件打印和定时打印、流程图刷新等各类功能。此外，中心站的通讯模件负责与远程站的通讯和数据采集。

    SCADA系统的远程站有一个专用的术语，叫RTU（Remote Terminal Unit），中文是远程终端单元。这个术语最早也是从电力系统上叫出来的。RTU的结构与PLC十分类似，通常在一个机柜内，有电源、通讯、CPU和各类I/O器件，CPU内部有固化软件可以进行数据采集和控制，并通过通讯模件与中心站进行通讯，可以进行程序的下载和上载。事实上，有许多PLC就直接被用来当作RTU使用。

RTU与PLC的区别

    RTU与PLC相比，在硬件结构上比较特别的是，它由于多数是在野外无人值守的地方工作，因此，机柜要适合全天候的气象条件，比如防止日晒、雨淋、风沙等，对温度的要求要比普通PLC要高，有时要求在零下四十到零上八十摄氏度的温度下都能正常工作，有的地方（如盐湖、海边以及海岛上）还有防盐雾的要求。如果是安装在石油或天然气管道上的RTU，根据现场的环境还有可能要求防爆。

    SCADA系统与PLC系统最重要的区别是它的通讯系统。由于SCADA主要是被用来进行远程监控的，因此，它的通讯系统就要适合远程的通讯。与DCS和PLC不同，这些系统可以完全根据系统自身的需要来进行通讯硬件的设计和施工布线，而SCADA系统由于牵涉到远程通信，其站与站间的通信距离通常是几十公里甚至几百公里，通常没有可能为了一个SCADA系统来铺设数百公里的电缆或光缆，除了成本的不允许以外，如果是在城市区域，考虑到施工的难度，更加没有可能了。

RTU的通讯方式

    因此，SCADA的通讯系统通常有三种方式，一种是租用公用有线通讯线路；最简单的是租用专线或普通电话线，通过MODEM来进行拨号方式的远程通讯。这是比较早期使用的一种方式，由于拨号的速度较慢，通常适用于站数不多或数据传输速度要求不高的情况下。另外，如果租用专线，则月租费非常昂贵。但对于一些大型厂矿企业，有自建的通讯网络和线路，则采用这种方式是比较方便的。

    SCADA的第二种通信方式是利用无线通讯，可以采用射频的电台或者微波扩频电台。射频电台可以实现一点对多点的通讯，但距离不能太远，在野外空旷的区域，通常在20KM以内。如果在城市区域，因无线电管制的原因往往受到限制。而微波扩频电台则可以达到很远的距离（最远可以到六十公里甚至更远），但只能是点对点的通讯，通常是适用于将数个远程站采用本地网络（串口或以太网）连在一起，然后通过一个微波通讯模块与总站进行点对点的通讯。微波扩频可以不受无线电频率管制，但成本较高。这两种无线方式由于用户的自主性高，且一次投资后不须每月再缴纳月租费，因此，获得较广泛的应用，是目前为止SCADA系统采取的主要方式之一。

    SCADA的第三种通讯方式是利用公共的无线移动网络。目前，GSM、CDMA的移动网络覆盖面越来越广，而且除了话音通信外，这些移动通讯运营商还大量提供短信息、彩信服务，近期还推出了GPRS的无线联网服务。目前，相关的硬件也已经推出，用户只要采购一个卡件，通过串口、以太网口或USB口将RTU与该卡件相连，就可以通过GSM网络或CDMA网络来进行数据通讯。如果RTU传递的数据量不大的话，可以用短信的方式，每次才几分钱的成本，而且无须拨号，上位站通过一个服务器和同样的通讯卡件来接收信息，非常方便而且低廉。而且公共的无线通讯网络的可靠性也是非常高的。如果下面的RTU站有图象或视频信息，则可以通过GPRS的卡件，直接将信息上传到上位机的服务器中，实现高速信息传递。这种方式，将会是今后SCADA系统的主要的通讯方式。

    除了上述三种方式外，SCADA系统也有采用自己架设电缆或光缆的传输方式，这种情况通常用在距离不算太远的地方，通讯方式与PLC的方式类似；另外还有采用电力线传输，但应用较少。

    SCADA的通讯网络有可能是多级网络，这样，在中心站和RTU之间还有一些中继站，这些中继站主要任务是对下辖各RTU和中心RTU的信息进行中继传输，但有时可能本地也有一些与RTU相似的监控任务或者有需要监控的设备。比如，在油田，中心站通常设在采油厂，各井口设有RTU，而中继站就可以设在计量站，计量站的中继RTU除了要将井口的RTU信号上传到中心站外，还要对本地的三相计量分离器进行控制。

SCADA系统的应用

    SCADA系统通过对远端的数据采集，可以了解到有关的工艺实时数据，比如在油田，对于分析油井工艺情况，了解井口的参数以便于油井增产；对管网，可以了解远端的加压站、泵站或调压站，可以了解油气水的输送质量和安全隐患，而对电力SCADA，就对保障电力运行和设备的安全都有重要的保证作用。

    除了在油田、油气水管网、输配电等传统能源工业外，SCADA系统还将越来越广泛地应用在城市供水、排水、燃气输配、城市轨道交通、城市道路安全交通、环保设施、物流系统以及林业监测和大型厂区和库区的监测系统中。现在工厂里很时兴的MES系统和EMS的能源和物料监测系统，都要用到SCADA的技术，才能在整个企业内部建立起来的一个全厂监控网络。

     ----史博士<制造业的自动化技术系列讲座之四>