SCADA系统概述.docx

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SCADA系统概述

SCADA系统概述

　　SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

　　SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

　　由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

　　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，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

　　SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。

在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

　　SCADA系统发展历程

　　SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。

SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。

SCADA系统发展到今天已经经历了三代。

　　第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。

这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。

　　第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。

在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。

第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。

　　90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。

这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。

这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。

　　第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备，预计将与21世纪初诞生。

该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

　　SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。

由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。

在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。

这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。

　　SCADA系统发展瞻望

　　SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。

当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：

　　SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成

　　SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。

同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水”。

所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（调度员模拟培训系统）、企业MIS系统的连接。

SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。

　　变电所综合自动化

　　以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。

变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。

　　专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用

　　利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。

　　面向对象技术、Internet技术、及JAVA技术的应用

　　面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于SCADA/EMS系统是发展趋势。

　　随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCADA/EMS系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系统中，传统的MMI界面将保留，主要供调度员使用，新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面。

　　JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面向对象的四大特性：

封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于C++，以及其它诸多特性，JAVA技术将导致EMS/SCADA系统的一场革命。

　　什么是SCADA?

　　SCADA是SupervisoryControlAndDataAcquisition的缩写，即数据采集与监控系统。

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

RTU英文全称RemoteTerminalUnit，中文全称为远程终端控制系统。

RTU具有的特点是：

   1、通讯距离较长

   2、用于各种恶劣的工业现场

   3、模块结构化设计，便于扩展。

   4、在具有遥信、遥测、遥控领域的水利，电力调度，市政调度等行业广泛使用。

   RTU产品目前与无线设备，工业TCP/IP产品结合使用，正在发挥越来越大的作用。

   RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。

与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。

正是由于RTU完善的功能，使得RTU产品在SCADA系统中得到了大量的应用。

   远程终端设备（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。

RTU将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。

它还将从中央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。

   监视控制和数据采集是一个含义较广的术语，应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。

SCADA系统可以设计满足各种应用（水、电、气、报警、通信、保安等等），并满足顾客要求的设计指标和操作概念。

SCADA系统可以简单到只需通过一对导线连在远端的一个开关，也可复杂到一个计算机网络，它由许多无线远程终端设备（RTU）组成并与安装在中控室的功能强大的微机通信。

   SCADA系统的远程终端设备可以用各种不同的硬件和软件来实现。

这取决于被控现场的性质、系统的复杂性、对数据通信的要求、实时报警报告、模拟信号测量精度、状态监控、设备的调节控制和开关控制。

  远程测控终端（RTU）述评  

 一、概述

　在生产过程自动化装置中，PLC、DCS是两类应用最广泛的控制系统，20世纪80年代之前，这些控制系统的I/O卡件均集中在远离现场的控制室内，与现场装置（其中包括AI/AO模拟量输入输出装置和DI/DO开关量输入输出装置等）的连接线都是一对一直接接线，我们现在还可以在很多现场看到进出控制室的大量电缆和敷设电缆的大尺寸桥架。

在80年代后期，PLC、DCS两类控制系统先后推出远离控制室安装的远程I/O卡件，它安装在现场，可就近与现场装置连线，而这些远程I/O卡件与PLC、DCS系统安装在控制室的控制器是通过单根电缆的通讯实现信息交换。

而在这之前，即在80年代初期，一些相对生产规模小一些的厂家利用它们在数据采集转换及通讯方面的优势，就已经推出远程测控终端RTU，并采用RTU构成计算机SCADA（Supervisory Control And DataAcquisition）系统，有时我们又将它称为四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）系统，像我们知道的英国施伦伯杰（Schelumberger）公司20世纪80年代初期开发的IMP远程测控终端及由它构成的SCADA系统就是RTU早期成功应用的一个例子。

   那么什么是RTU呢？

RTU是RemoteTerminalUnit（远程测控终端）的缩写，是SCADA系统的基本组成单元。

一个RTU可以有几个，几十个或几百个I/O点，可以放置在测量点附近的现场。

RTU应该至少具备以下两种功能：

数据采集及处理、数据传输（网络通信），当然，许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。

   远程测控终端RTU作为体现“测控分散、管理集中”思路的产品从20世纪80年代起介绍到中国并迅速得到广泛的应用。

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。

   二、远程测控终端RTU的应用

（一）应用场合

   除了在传统的工业生产过程中大量应用（例如电厂、钢铁厂、化工厂）之外在测控点特别分散的场合，例如在以下行业中远程测控终端RTU得到广泛的应用：

城市供水自动化控制系统；城市废水处理系统；城市煤气管网综合调度系统；天然气、石油行业自动化系统；电力远程数据集控系统；热网管道自动化控制；大气/水质等环保监测；水情水文测报系统；灯塔信标、江河航运、港口、矿山调度系统。

（二）应用实例

   甘肃玉门发电厂2×130t/h锅炉、25MW汽机数采系统由34台解放军南京工程兵学院生产的893-IDCB型远程测控终端RTU和5台微机组成，采集控制全系统380个模拟量输入信号、30个模拟量输出信号、125个开关量输入信号和6个开关量输出信号，实现了火力发电机组运行参数的在线监测、设备故障诊断、参数变化趋势分析等功能。

   新疆塔里木油田桑塔木作业区是一个方圆数百平方公里的作业区，地处塔克拉玛干沙漠边缘，自然环境十分恶劣。

全区范围内分布着80口油井，平时油井无人值守，油井的计量数据采集只能靠人工巡视。

但由于地域宽阔、自然条件差，一次巡视往往要用大半天的时间才能完成，而且设备故障不能及时发现，为此作业区下定决心对涉及5个计量站，2个阀组站的油田计量系统进行改造，数采、控制部分采用和利时公司的FOPLC系统，再通过数传电台将设备运行状态信息传到中心站。

本系统在塔里木油田应用后，运行稳定，中心站对7个RTU站的轮询只要几分钟就可以完成（中心站与RTU站间最远距离为13公里），所有数据采集准确无误，避免人为因素采集数据错误，真正实现了计量自动化。

   昆明市环保局污水远程监控系统由控制中心和分散于昆明市区的数百个监控点的远程测控终端组成，远程测控终端采用的是带GSM/GPRS模块的微型PLC。

远程测控终端将监控点的数据（包括排放污水流量值、污水处理设备运行时间等数据）以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将以上数据传送到控制中心，录入SQLServer数据库，并对录入的排放污水流量值、污水处理设备运行时间进行实时累计。

在每天晚上的固定时间将当日累计数据上报数据中心。

此外，控制中心监控人员可随时察看分散于昆明市区的监控点的实时运行数据，了解各监控点的实际运行情况，如污水处理装置是否运行，实际排放污水量的大小等数据。

什么是SCADA

SCADA系统概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

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，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。

在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

二．SCADA系统发展历程

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。

SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。

SCADA系统发展到今天已经经历了三代。

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。

这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。

第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。

在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。

第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。

90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。

这一阶段是我国 SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。

这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。

第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备，预计将与21世纪初诞生。

该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。

由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。

在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的 DWY微机远动系统等。

这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。

三．SCADA系统发展瞻望 SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。

当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：

1． SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成

SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。

同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为"无源之水"。

所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（调度员模拟培训系统）、企业MIS系统的连接。

SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。

2． 变电所综合自动化

以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。

变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。

3． 专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用

利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。

4． 面向对象技术、Internet技术、及JAVA技术的应用

面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于SCADA/EMS系统是发展趋势。

随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCADA/EMS系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系统中，传统的MMI界面将保留，主要供调度员使用，新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面。

JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面向对象的四大特性：

封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于C++，以及其它诸多特性，JAVA技术将导致EMS/SCADA系统的一场革命。

易用、易实施的SCADA软件解决方案

　　自从20世纪80年代后期以来，Wonderware易用和易实施的SCADA软件解决方案已在几乎每个行业中得到应用，包括石油天然气、水与废水以及电力输送。

这些解决方案提供一些与众不同的功能，它们可以使公司看到实施一个新的SCADA解决方案或升级已有的系统所带来的巨大好处。

　　最容易和最有效的开放的SCADA软件解决方案

　　高度可用的、可靠的和规模灵活的SCADA应用

　　配置简单的软件冗余

　　凭借ArchestrA架构对运行和系统的安全进行方便地配置和管理，并和已有的IT安全机制相兼容

　　增强用户设计、建立、部署和维护标准化的SCADA应用

　　最低的总体系统生命周期成本

　　易配置、简化维护

　　Wonderware为SCADA环境提供一个灵活的、可维护的和安全的软件平台。

这些解决方案构建并集成在一个单一的、开放的和灵活的软件架构，它能够连接到当今使用的任何自动化系统、远程终端（RTU）、智能电子设备（IED）、可编程逻辑控制器（PLC）、数据库、历史数据库或者企业系统。

这个平台的开放性能可以使用户无需购买新的硬件或者控制系统就可以拓展它们已有的系统。

　　Wonderware解决方案能够分散点到点的通讯。

另外，已有的设施可以在软件内作为模型。

这在添加新的油井、变电站、设备或者其它监控站时会节省极其大量的时间。

这是因为工程师可以重用那些包含所有对控制来说所必需的信息的模板，例如脚本、报警和通讯方式。

由于软件已有的模板是经过现场验证的，从而它还大大地提高系统的可靠性。

　　无与伦比的安全性

　　安全已经成为越来越重要的考虑因素，同时对石油天然气、水与废水以及电力输送系统来说将继续变得非常关键。

Wonderware一直在安全性方面保持着强大的功能，同时具备内建功能可以在自动化过程的任何级别进行安全验证。

Wonderware提供尽可能最低一级数据的安全，同时将MicrosoftWindows安全模型延伸到物理设备层，保护你的系统。

我们的软件提供的安全范围从远程站点监控登录到系统的程序变更。

用户还可以容易地进行配置和管理运行以及系统安全，从而满足用户已有的IT安全集成的需要。

　　无限的规模灵活性

　　应用程序灵活到足以使公司随意添加如钻井或者泵站这样的设备，同时继续保持早期工程投资和工程工作。

从几百个I/O到1百万I/O，从一个单一的节点到上百个工作站，Wonderware始终满足您目前和未来系统的需求。

　　配置简单的软件冗余

　　Wonderware为SCADA系统提供易用和易实施的软件冗余。

它包括SCADA节点、设备通讯、历史归档以及HMI显示的冗余。

只须一点鼠标，一个监控节点就可以在另外一台专门的电脑节点上备份，或者两个监控节点能够相互备份。

在你系统畚份时使用已有节点还能显著地降低成本和提高您的SCADA系统的可靠性和稳定性。

　　降低总体拥有成本

　　在SCADA应用开发中工程的生产率常常不好估计.当多个开发公司或系统集成商（SIs）进行这项工作时会有更多这方面的问题。

然而，有了Wonderware的SCADA软件解决方案，整个SCADA环境中的设备和系统可以作为对象模板的模型。

例如，一个远程的泵站可以作为一个对象。

一旦配置对象，就可以在整个系统中重用它们，从而在必要的时候容易地添加泵站。

这在添加泵站或者RTUs以及简化维护上会节省非常大量的时间。

同时，由于将泵站的信息作为一个模板加以存储，系统的完整性和设备的可靠性会得到充分的提高。

Wonderware的SCADA软件解决方案和工具使公司可以将设计、建立、部署以及维护标准化。

可以拥有更低的系统运行周期成本的安全的、可靠的解决方案。

　　新旧系统的数据收集和分析

　　Woderware的历史数据库提供开箱即用的易用性和灵活性，可定义如何采集、存储及查询数据。

所有的数据，无论它的来源或者