數(shù)字化工廠SCADA組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)典型架構(gòu)解析
2021-8-13新聞
SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了四代。如今的SCADA系統(tǒng)主要采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)等，極大的擴展了SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用范圍及與其它系統(tǒng)的集成能力。除傳統(tǒng)的電力、石油、化工、燃氣等領(lǐng)域，SCADA系統(tǒng)也越來越多的用在了智能制造領(lǐng)域，成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一部分。
從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來看，SCADA系統(tǒng)一般由下位機、上位機和通信網(wǎng)絡(luò)組成。如下：
下位機：
一般由RTU和PLC、底層設(shè)備、儀器儀表組成，側(cè)重采集和控制。
下位機側(cè)重現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的采集和控制該節(jié)點具備數(shù)據(jù)采集、設(shè)備或過程的控制功能，并將狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過各種通信方式傳遞到上位機系統(tǒng)，并且接受上位機的監(jiān)控指令。常規(guī)的下位機包括RTU、PLC、PAC、智能儀表、底層設(shè)備等。
上位機：
HMI、計算機、組態(tài)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫、關(guān)聯(lián)設(shè)備（如：打印機）側(cè)重監(jiān)控功能，主要起到遠程監(jiān)控、報警處理、數(shù)據(jù)存儲以及與其他系統(tǒng)集合的作用。
通常具有友好的人機界面，通過網(wǎng)絡(luò)從各下位機中采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)視、控制功能。上位機側(cè)重監(jiān)控功能。上位機在工業(yè)控制當(dāng)中又被稱為HMI，就是一臺計算機，只不過它的作用是監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題在上位機上就能顯示出各設(shè)備之間的狀態(tài)（如正常、報警、故障等）。HMI本質(zhì)上是一個用戶控制站，通常以觸摸屏或者帶按鈕的屏幕出現(xiàn)，HMI可以是SCADA的一部分，但SCADA不是HMI的一部分。
通信網(wǎng)絡(luò)：
實現(xiàn)上位機、下位機之間數(shù)據(jù)通訊與交互。
SCADA系統(tǒng)是許多軟件、硬件的組合，包括傳感器、智能儀表、RTU、PLC、底層設(shè)備等，來自這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被發(fā)送到中央SCADA單元。SCADA系統(tǒng)軟件通常也稱為組態(tài)軟件，是上位機軟件中的一種，用于數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件多使用于SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)中。國外SCADA組態(tài)軟件常見的有IFIX、WinCC、InTouch。國內(nèi)常見的SCADA組態(tài)軟件有三維力控、北京亞控、紫金橋、巨控王、昆侖通態(tài)等。
目前國內(nèi)也有新一代的基于Web的SCADA系統(tǒng)軟件，如: 佰思杰公司的nebular IOT enabler系統(tǒng)軟件產(chǎn)品 ，其擁有獨立自主產(chǎn)權(quán)，靈活的系統(tǒng)架構(gòu)可進行自由設(shè)計，層次化的測點結(jié)構(gòu)可輕松完成現(xiàn)場實際生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的抽象模型，具有分布式實時/歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源管理模式，模塊化的設(shè)計環(huán)境可支持多人協(xié)作一機多屏配置，強大的數(shù)據(jù)采集能力支持300多種PLC、DCS、儀表，20多種智能工具、量具、機器人的數(shù)據(jù)采集，開放性的系統(tǒng)接口可與第三方平臺對接等功能，是一款性能穩(wěn)定，產(chǎn)品優(yōu)越的SCADA系統(tǒng)軟件。
集中式SCADA系統(tǒng)所有監(jiān)控功能依賴于一臺主機，采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場RTU和主機，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡單，功能弱且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護，升級以及與其它設(shè)備聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。
分布式SCADA系統(tǒng)使用多臺計算機和工作站作為上位機，通過局域網(wǎng)相互連接實時共享數(shù)據(jù)，每個站點只需要處理特定的工作，有的站點可作為操作站，為操作人員提供操作界面，有的站點作為計算處理器或數(shù)據(jù)服務(wù)器。相當(dāng)于將SCADA系統(tǒng)功能分散到多個站點中，與單個處理器比，數(shù)據(jù)處理能力更強。
網(wǎng)絡(luò)式SCADA系統(tǒng)階段以各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，具備統(tǒng)一開放的系統(tǒng)架構(gòu)、可集成廣泛的第三方軟件、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化分布式的混合控制，相對于集中式和分布式SCADA系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上更加開放，兼容性也更好，可以無縫集成到綜合自動化信息化系統(tǒng)中。
網(wǎng)絡(luò)式SCADA系統(tǒng)通常有兩種結(jié)構(gòu)：
（1）客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（Client/Server結(jié)構(gòu)，簡稱C/S結(jié)構(gòu)）
C/S結(jié)構(gòu)中的服務(wù)器通常采用高性能的pc或工作站，并配備大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?？蛻魴C需要安裝客戶端軟件。C/S結(jié)構(gòu)中客戶機和服務(wù)器之間的通信以“請求-響應(yīng)”的方式進行。客戶機向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器在響應(yīng)這個請求。C/S結(jié)構(gòu)最重要的特點它不是一個主從環(huán)境，而是一個平等的環(huán)境，即C/S系統(tǒng)中的各計算機在不同的場合既可能是客戶機也可能是服務(wù)器，此種結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)通訊開銷。
（2）瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（Browser/Server結(jié)構(gòu)，簡稱B/S結(jié)構(gòu)）
B/S結(jié)構(gòu)是Web興起之后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，Web瀏覽器是B/S結(jié)構(gòu)客戶機上最主要的軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將用于系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到Web服務(wù)器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用。B/S結(jié)構(gòu)最大的特點是用戶可以通過瀏覽器去訪問Internet上的文本、數(shù)據(jù)、圖像等信息，這些信息都是由多個Web服務(wù)器產(chǎn)生的，而每一個Web服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，大量的數(shù)據(jù)實際存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這樣不僅使用起來更加方便而且客戶端不存在維護問題。
SCADA系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力、給水、石油、化工、油氣、軌道交通等傳統(tǒng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控以及過程控制，能正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、幫助快速診斷出系統(tǒng)故障等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為生產(chǎn)過程中不可缺少的工具。
在智能制造領(lǐng)域，SCADA系統(tǒng)可對工廠、車間、產(chǎn)線、設(shè)備的各維度數(shù)據(jù)進行充分集成、處理分析、對生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時可視化展現(xiàn)，對提高生產(chǎn)運行的可靠性、安全性與經(jīng)濟效益，實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化，提高效率方面有著不可替代的作用。
未來，隨著“兩化融合”信息化、工業(yè)化的深度融合，SCADA系統(tǒng)將加快智能工廠與智慧城市建設(shè)的速度。大型智慧工業(yè)企業(yè)和智慧城市園區(qū)都需要完成從數(shù)字化到智慧層的跨越，通過云計算平臺從信息共享上升到知識業(yè)務(wù)的高度共享和傳承，打破條塊分割，實現(xiàn)面向績效目標(biāo)的發(fā)展模式?；诜植际綄崟r歷史數(shù)據(jù)庫的工業(yè)軟件平臺的智能管控系統(tǒng)是建設(shè)智能化系統(tǒng)的動力和引擎。在企業(yè)智能管控一體化的業(yè)務(wù)需求推動下，工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)朝著智能化、分布式、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化、綜合管理等方向發(fā)展。
