SCADA系统-组件，硬件和软件架构，类型

SCADA(监督控制和数据采集)系统用于监视和控制工业设备的各个阶段，如开发、制造、生产和制造。本文将详细讨论SCADA系统的基本组成、软硬件架构、类型、应用、优缺点。

什么是SCADA系统?

什么是SCADA系统?

SCADA简介系统

在大型工业设施中，有几种流程在运行。监控这些过程很复杂，因为每台机器的输出能力都不一样。监控和数据采集系统有助于管理这一复杂的工业流程，保持效率，通过数据处理技术和系统问题的沟通来鼓励更明智的决策，以减少停机时间。

图1 - SCADA系统简介

SCADA是一个由硬件和软件组成的系统，便于过程控制。该中央控制系统由通信设备、网络接口、输入输出设备和软件组成。它允许组织执行下列职能:

• 远程或本地管理工业流程。
• 实时数据采集、监控和处理。
• 使用人机界面(HMI)软件与阀门、电机、泵、阀门等设备直接交互。
• 创建事件日志文件。

该系统用于监测和控制工业设备在开发，制造，生产和制造阶段。实时监控可以通过可编程逻辑控制器(plc)还有断路器。

SCADA系统基本组成

一个基本的SCADA系统由以下组件组成:

1. 人机界面
2. 监控系统
3. 远程终端设备
4. 可编程逻辑控制器(plc)
5. 通信基础设施
6. SCADA编程

图2 - SCADA系统组成

1.人机界面

它是一种I/O设备，允许人工操作员控制过程数据。这是通过连接SCADA的数据库和软件程序来实现的，以提供详细的原理图、定期维护、数据诊断和后勤信息等管理信息。操作人员还可以看到数据的图形表示。

图3 - SCADA的人机界面

2.监控系统

该系统作为控制室工作站人机界面软件与控制室工作站等设备之间的通信服务器制度、rtu、传感器等。

较小的监视控制和数据采集系统只有一台PC机作为监视或主系统。较大的监控和数据采集系统有多个服务器、用于灾难恢复的站点和分布式软件应用程序。服务器配置为双冗余或热备形式，用于连续监控服务器故障。

3.远程终端设备

该系统包含与远程终端单元(rtu)接口的物理对象。这些电子设备由微处理器控制，用于将记录的数据传输到监控系统。它们还从主系统接收数据，以控制连接的对象。

它们也被称为远程遥测单元。

4.可编程逻辑控制器

制度通过传感器在监控和数据采集系统中使用。它们被连接到传感器上，以便将传感器输出信号转换为数字数据。

由于它们的配置、灵活性、可负担性和多功能性，它们比rtu更受欢迎。

5.通信基础设施

通常，在监控和数据采集系统中使用直接有线连接和无线电的组合。然而，SDH/ SONET也可用于铁路和发电站等大型系统。

在紧凑型SCADA协议中，很少有公认的标准化协议仅在监控站轮询rtu时才交付信息。

6.SCADA编程

在HMI或主站中的SCADA编程用于创建流程图和地图，在过程或事件发生故障时提供重要信息。大多数商业监控和数据采集系统在编程中使用标准化接口。

这种编程一般使用C语言或派生的编程语言。

SCADA体系结构

通常，该系统由以下组件组成:操作设备、本地处理器、仪器、plc、rtu、主终端、智能电子设备和带有人机界面的PC机。但是，为了便于理解，SCADA架构可以分为两类:

• 硬件体系结构
• 软件架构

硬件体系结构

本系统硬件架构分为两部分:

• 客户端层:用于人机界面
• 数据服务器层:用于数据处理

SCADA站仅由一台PC机组成。设备与数据服务器之间通过rtu或rtu进行通信制度．的制度要么直接连接到数据服务器，要么通过总线和网络连接。本系统使用局域网和广域网实现设备与主站之间的通信。

图4 - SCADA硬件架构

传感器连接到制度或将传感器信号转换为数字数据的rtu。然后将这些数据发送到主单元以获得适当的反馈。rtu收到反馈后，将电信号应用到继电器上。188bet登入官网

软件架构

服务器主要用于实时数据库和多任务处理，负责数据的处理和收集。

图5 - SCADA软件架构

该系统的软件体系结构由提供趋势、诊断信息的程序组成。程序还有助于管理信息，如物流信息，维护计划，特定机器或传感器的详细原理图和故障排除指南。

SCADA的类型系统

有四种不同类型的SCADA系统，来自四代。它们是:

1. 早期或单片SCADA系统(第一代)
2. 分布式SCADA系统(第二代)
3. 网络化SCADA系统(第三代)
4. 物联网SCADA系统(第四代)

1.早期或单片SCADA系统(第一代)

小型计算机用于早期的监控和数据采集系统。单片系统是在普通网络服务不可用时开发的。这些系统被设计成独立的系统，与其他系统没有任何连接。

图6 -单片SCADA系统

备份主机用于从所有远程终端单元收集数据。这些早期系统的功能仅限于在紧急情况下标记操作和监测传感器。

2.分布式SCADA系统(第二代)

在这里，控制功能分布在使用局域网连接的几个系统上。命令处理和实时数据共享以执行控制操作。

图7 -分布式SCADA系统

第二代导致每个站的规模和成本的减少，但没有标准化的网络协议。由于协议是专有的，很少有人了解监控和数据采集系统安装的安全性，这一因素在很大程度上被忽略了。

3.网络化SCADA系统(第三代)

目前的监控和数据采集系统是联网的，通过电话或数据线在广域网系统上进行通信。光纤连接或以太网用于节点之间的数据传输。

图8 -网络SCADA系统

这些系统使用PLC)仅当需要进行重大决策时，才用于调整和监控标记操作。

4.物联网SCADA系统(第四代)

第四代通过采用这些系统可以降低基础设施成本物联网与云计算．集成和维护在第四代系统中也变得非常容易。

图8 -物联网SCADA系统

图片来源:blog.seeb

这些系统可以使用云计算实时报告状态。因此，可以实现传统plc上经常使用的复杂控制算法。

SCADA系统的应用

监控和数据采集系统主要用于监控多种数据，如电流、电压、温度、压力、水位等。如果检测到任何异常情况，将触发远程或中心站点的警报，以提醒操作员。SCADA系统的各种应用包括:

1. 发电与配电:用于监控电流、电压、断路器等功能。也用于远程开关电网。
2. 供水及排污系统:供市政公司调节和监测水流、水库状况、配水管压力等。
3. 工业及楼宇:用于控制暖通空调、中央空调、照明、进出门等。
4. 石油和天然气行业:用于调节和监测流量、储层状态、配管压力等。
5. 通信网络:用于监控服务器、网络和节点。
6. 制造业:用于库存管理，以控制生产/库存。也可用于监控和调节仪器仪表、工艺和产品质量。
7. 公共交通:用于地铁电力调节，交通信号/铁路道口自动化，航班/火车/公共汽车实时跟踪。

SCADA系统的优点

监控和数据采集系统的优点包括:

• 改善服务质素
• 可靠性提升
• 降低运行和维护成本
• 易于监控大型系统参数
• 按需提供实时信息
• 减少人手
• 增值服务
• 故障检测与定位(FDFL)
• 减少维修时间(系统停机时间)

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