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SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）----監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統(tǒng)之一，它包含兩個層次的含義：一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機；另一個是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機HMI（Human Machine Interface）----人機界面系統(tǒng)。 <BR> <BR> <BR> 下位機一般意義上通常指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設備，如各種RTU、 FTU、PLC及各種智能控制設備等等。這些智能采集設備與生產(chǎn)過程和事務管理的設備或儀表相結合，時感知設備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉換成數(shù)字信號，并通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡傳遞到HMI系統(tǒng)中。必要的時候，這些智能系統(tǒng)也可以向設備發(fā)送控制信號。上位機HMI系統(tǒng)在接受這些信息后，以適當?shù)男问饺缏曇�、圖形、圖象等方式顯示給用戶，以達到監(jiān)視的目的，同時數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設備各種參數(shù)的狀態(tài)（報警、正常或報警恢復），這些處理后的數(shù)據(jù)可能會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)（如MIS，GIS）結合形成功能更加強大的系統(tǒng)；HMI還可以接受操作人員的指示，將控制信號發(fā)送到下位機中，以達到控制的目的。 <BR> <BR> 上位機與下位機結合的SCADA系統(tǒng)，作為操作員平臺和中央監(jiān)控系統(tǒng)，可以廣泛地應用到工業(yè)生產(chǎn)和事物管理的各個領域，主要有： <BR> <BR> <BR> 樓宇自動化 開放性能良好的SCADA系統(tǒng)可作為樓宇設備運行與管理子系統(tǒng)，監(jiān)控房屋設施的各項設備事務，如門警、電梯運營、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、水工、備用電力系統(tǒng)等等的自動化管理；<BR> 生產(chǎn)線管理 用于監(jiān)控和協(xié)調生產(chǎn)線上各種設備正常有序的運營和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的配方管理；<BR> 無人工作站系統(tǒng) 用于集中監(jiān)控無人看守系統(tǒng)的正常運行，這種無人值班系統(tǒng)廣泛分布在以下行業(yè)： <BR> <BR> 無線通訊基站網(wǎng)；<BR> <BR> 郵電通訊機房空調網(wǎng)；<BR> <BR> 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)；<BR> <BR> 鐵路系統(tǒng)電力系統(tǒng)調度網(wǎng)；<BR> <BR> 鐵路系統(tǒng)道口，信號管理系統(tǒng)；<BR> <BR> 壩體、隧道、橋梁、機場和碼頭等安全監(jiān)控網(wǎng)；<BR> <BR> 石油和天然氣等各種管道監(jiān)控管理系統(tǒng)；<BR> <BR> 地鐵、鐵路自動收費系統(tǒng)；<BR> <BR> 交通安全監(jiān)側；<BR> <BR> 城市供熱、供水系統(tǒng)監(jiān)控和調度；<BR> <BR> 鋼鐵工業(yè)高爐安全監(jiān)控系統(tǒng)；<BR> <BR> 環(huán)境、天文和氣象無人檢測網(wǎng)絡的管理；<BR> <BR> 各種工業(yè)鍋爐監(jiān)控保護系統(tǒng)；<BR> <BR> 其它各種需要實時監(jiān)控的設備。<BR> <BR> 機械人、機件臂系統(tǒng) 用于監(jiān)視和控制機械人的生產(chǎn)作業(yè)；<BR> <BR> 其它生產(chǎn)行業(yè) 如大型輪船生產(chǎn)運營、糧庫質量和安全監(jiān)測、設備維修故障檢測、高速公路流量監(jiān)控和記費系統(tǒng)等。<BR> <BR> 這些行業(yè)在應用了SCADA系統(tǒng)后，可以取得了以下社會和經(jīng)濟效益：<BR> <BR> 極大地提高了生產(chǎn)和運行管理的安全性能和可靠程度； <BR> <BR> 生產(chǎn)配方管理的自動化可大大提高產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)的效率； <BR> <BR> 極大地減低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作過程中第一位的人員的安全性； <BR> <BR> 可大大地減少不必要的人工浪費； <BR> <BR> 通過生產(chǎn)過程的集中控制和管理，極大地提高企業(yè)作為一個整體效率的競爭能力； <BR> <BR> 系統(tǒng)通過對設備生產(chǎn)趨勢的保留和處理，可提高預測突發(fā)事件的能力，在緊急情況下的快速反應和處理能力可極大地減少生命和財產(chǎn)的損失，從而可帶來潛在的社 會和經(jīng)濟效益； <BR> <BR> 1.SCADA系統(tǒng)的功能要求<BR> <BR> SCADA系統(tǒng)，從傳統(tǒng)用戶的角度來講主要解決以下三個問題：<BR> 設備各種參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信息的發(fā)送 這部分涉及兩個含義：一是怎樣采集設備參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)？它通常由智能設備生產(chǎn)廠家解決，及作為下位機在市場中出售，并提供可編程的通訊協(xié)議和協(xié)議處理芯片；二是設備生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)如何傳遞到上位機系統(tǒng)處理？目前上位機通常通過標準串口或IO卡運行專用的上層采集模塊，從下位機中實時地采集設備各種參數(shù)和發(fā)送控制信息；解決問題效率的高低表現(xiàn)在采集周期的長短上，這也是衡量一個系統(tǒng)是否適合于某個行業(yè)的一個重要指標。目前上位機可達到平均毫秒級的采集周期。 <BR> <BR> <BR> 監(jiān)控參數(shù)的圖形動畫表達和報警處理 報警作為監(jiān)控的一個重要目的，是所有上位機系統(tǒng)必須解決的問題。如果說各種圖形、圖象、動畫、聲音等方式用于表達設備的各種參數(shù)運行狀態(tài)是必不少的話，那么若上位機系統(tǒng)不能有效的處理設備的報警狀態(tài)，所有的表現(xiàn)形式都是多余的。評價上位機系統(tǒng)可靠性和高效性的一個重要指標是看它能否不遺漏地處理多點同時報警。 <BR> <BR> 事故追憶和趨勢分析 監(jiān)控的另外一個目的是評價生產(chǎn)設備的運轉情況和預測系統(tǒng)可能發(fā)生的事故。在發(fā)生事故時能快速地找到事故的原因，并找到恢復生產(chǎn)的最佳方法。從這個意義出發(fā)，實時歷史數(shù)據(jù)的保留和系統(tǒng)操作情況記錄變得非常重要。因而評價一個SCADA系統(tǒng)，其功能強弱最為重要的指標之一就是對實時歷史數(shù)據(jù)記錄和查詢的準確和高效。 <BR> <BR> <BR> 現(xiàn)代計算機軟硬件技術的發(fā)展和應用的需要，又使得SCADA系統(tǒng)還要能解決以下一些問題：<BR> 與管理信息系統(tǒng)（MIS）的結合。在現(xiàn)代企業(yè)中，生產(chǎn)過程管理和企業(yè)日常事物管理的結合是不可分割的，信息流的分層次流動適合于不同的管理需要，而且地域和行政部門的分布，在企業(yè)集團化管理的趨勢下變得越來越明顯，因此現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)除了生產(chǎn)設備的分步式管理之外，上位機系統(tǒng)的分布式要求變得越來越重要。評價一個SCADA系統(tǒng)功能的強弱，其網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫功能將是一個不可缺少的評價指標。<BR> 與地理信息系統(tǒng)（GIS）的結合。SCADA系統(tǒng)應用面臨的眾多領域中，對地理信息系統(tǒng)的要求越來越高。從這種角度上說，將一個適合于工業(yè)和事物管理的地理信息系統(tǒng)嵌套于SCADA系統(tǒng)中，將帶來不可估量的效益，從而也是評價SCADA系統(tǒng)的一個重要指標。 <BR> <BR> <BR> 為了滿足以上要求，從計算機軟硬件技術要求來看，SCADA系統(tǒng)作為一個應用軟件系統(tǒng)，它涉及到IT技術的方方面面，集中強調以下幾種技術的綜合利用： <BR> <BR> <BR> 通訊技術：面臨多種通訊協(xié)議模式如：ASCII、RTU等，通訊方式表現(xiàn)為同步、異步和主被動結合等，通訊媒體包括有線和無線方式； <BR> <BR> <BR> 計算機網(wǎng)絡技術：應用表現(xiàn)為標準局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、撥號網(wǎng)絡、串口組網(wǎng)等等，協(xié)議包括TCP/IP、專用協(xié)議等，系統(tǒng)結構囊括點對點、客戶/服務器等方式； <BR> <BR> <BR> 分布式數(shù)據(jù)庫技術：強調實時高性能數(shù)據(jù)庫的應用和與通用數(shù)據(jù)庫的開放接口等等； <BR> <BR> <BR> 編譯技術：由于SCADA系統(tǒng)應用領域的特殊性，不同的應用對監(jiān)控各方面的要求均不一樣，因而，SCADA系統(tǒng)通常提供可編程功能，由于效率要求和保護二次開發(fā)知識產(chǎn)權的關系，設計一個好的專用語言,并提供一個好的編譯系統(tǒng)將是至關重要的； <BR> <BR> <BR> 操作系統(tǒng)技術：SCADA系統(tǒng)面臨的應用需要一個多任務、并發(fā)控制的系統(tǒng)結構，因此在開發(fā)系統(tǒng)時需要引入先進的調度算法和運行機制； <BR> <BR> 可靠性保障技術：由于SCADA系統(tǒng)應用的特殊性，系統(tǒng)通常需要提供多種可靠性保障技術，包含硬件如備用網(wǎng)絡技術、備用數(shù)據(jù)采集設備和軟件（如備用運行系統(tǒng)）等等，以及軟件的多機熱備用技術； <BR> <BR> 多媒體技術：需要結合動畫、聲音、圖形圖象等多媒體技術的綜合應用，以便真實客觀地反映設備生產(chǎn)過程的狀態(tài)和方便事務管理的要求； <BR> <BR> <BR> <BR> 圖形用戶界面技術：由于SCADA系統(tǒng)面臨的用戶的計算機應用能力參差不齊，方便易學的圖形用戶界面是極為必要的； <BR> <BR> 2.SCADA系統(tǒng)現(xiàn)狀和主要問題<BR> <BR> 基于PC機Windows平臺的SCADA上位機系統(tǒng)是目前發(fā)展的趨勢，特別是基于95/98/NT平臺的SCADA系統(tǒng)。目前，國際和國內(nèi)市場上基于以上兩種平臺，應用比較廣泛的SCADA上位機系統(tǒng)有：WondWare的InTouch、西門子公司的WinCC、澳大利亞的CiTech、美國Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等，這些系統(tǒng)較好地解決了傳統(tǒng)SCADA上位機系統(tǒng)的功能主要方面： <BR> <BR> <BR> 數(shù)據(jù)采集與控制信息發(fā)送 提供基于進程間通訊的數(shù)據(jù)采集方法（主要表現(xiàn)為開發(fā)DDE服務程序），并且已開發(fā)了常用的多種智能數(shù)據(jù)采集設備的服務程序； <BR> <BR> 報警處理 具有多點同時報警處理功能，提供報警信息的顯示，登錄，部分提供用戶應答功能；<BR> 歷史趨勢顯示與記錄 提供基于專用實時數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控點數(shù)據(jù)的記錄、查詢和圖形曲線顯示；同時，針對管理和控制的需要，這些系統(tǒng)還提供以下工業(yè)過程控制和管理中相當有幫助的功能：<BR> <BR> 配方管理功能：控制系統(tǒng)按一定的配方完成生產(chǎn)管理； <BR> 網(wǎng)絡通訊功能：提供非透明網(wǎng)絡通訊機制，可以構筑上位機的分布式監(jiān)控處理功能； <BR> 開放系統(tǒng)功能：提供基于DDE數(shù)據(jù)交換機制與其它應用程序交換數(shù)據(jù)，部分提供ODBC與其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。 <BR> <BR> 但是這些系統(tǒng)在完成以下功能時具有明顯的缺陷：<BR> 與企業(yè)MIS系統(tǒng)的結合性能差； <BR> 不具備GIS功能； <BR> 網(wǎng)絡通訊不透明，不適合開發(fā)現(xiàn)代企業(yè)基于局域或專線網(wǎng)的網(wǎng)狀層次結構監(jiān)控管理系統(tǒng)； <BR> 數(shù)據(jù)采集速度有待進一步提高； <BR> 系統(tǒng)事故追憶能力差； <BR> 缺乏高效能的控制任務調度算法的支持； <BR> <BR> <BR> <BR> 針對國內(nèi)的需要，這些系統(tǒng)有明顯的弱點：<BR> 本地化差：雖然部分系統(tǒng)已經(jīng)漢化，但是中國市場中某些行業(yè)規(guī)范，他們很難滿足； <BR> 價格昂貴：這些系統(tǒng)，動則上萬美元，很難為國內(nèi)一般應用所接受。 <BR> 同國外系統(tǒng)相比，大部分國產(chǎn)通用系統(tǒng)具有較高的性能價格比，本地化能力較強，如三維科技公司的力控、北京亞控科技公司的組態(tài)王等。但多數(shù)產(chǎn)品仍有諸如：與MIS集成能力差、GIS功能薄弱、多任務調度能力差，事故追憶和診斷能力缺乏等等致命的弱點，要滿足企業(yè)級和行業(yè)部門級大型集中監(jiān)控管理GIS系統(tǒng)的要求，還需要相當?shù)臅r間。而且人力資源以及資金限制使得它們可能在很長時間內(nèi)只能維持對現(xiàn)有系統(tǒng)功能的維護和補充。在這種情況下，國內(nèi)對于大型監(jiān)控項目的開發(fā)還需要系統(tǒng)集成公司開發(fā)專用的結合MIS，GIS和SCADA的系統(tǒng)來滿足需要。 <BR> <BR> <BR> 目前，三維公司開發(fā)的《流程行業(yè)智能集成制造軟件平臺》，已成功地將監(jiān)控組態(tài)軟件、實時數(shù)據(jù)庫、管理信息系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)有機地結合起來，可以滿足大型企業(yè)CIMS建設的需要。
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力控科技
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張平
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