數字化工廠SCADA組成、網絡結構及系統典型架構解析
2021-8-13新聞
SCADA系統，即數據采集與監視控制系統，發展到今天已經經歷了四代。如今的SCADA系統主要采用Internet技術、面向對象技術、網絡技術、信息化技術等，極大的擴展了SCADA系統的應用范圍及與其它系統的集成能力。除傳統的電力、石油、化工、燃氣等領域，SCADA系統也越來越多的用在了智能制造領域，成為工業互聯網不可或缺的一部分。
從網絡構架來看，SCADA系統一般由下位機、上位機和通信網絡組成。如下：
下位機：
一般由RTU和PLC、底層設備、儀器儀表組成，側重采集和控制。
下位機側重現場儀表數據的采集和控制該節點具備數據采集、設備或過程的控制功能，并將狀態信號轉換為數字信號，通過各種通信方式傳遞到上位機系統，并且接受上位機的監控指令。常規的下位機包括RTU、PLC、PAC、智能儀表、底層設備等。
上位機：
HMI、計算機、組態軟件、應用軟件、數據庫、關聯設備（如：打印機）側重監控功能，主要起到遠程監控、報警處理、數據存儲以及與其他系統集合的作用。
通常具有友好的人機界面，通過網絡從各下位機中采集數據，實現遠程監視、控制功能。上位機側重監控功能。上位機在工業控制當中又被稱為HMI，就是一臺計算機，只不過它的作用是監控現場設備的運行狀態，當現場設備出現問題在上位機上就能顯示出各設備之間的狀態（如正常、報警、故障等）。HMI本質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，HMI可以是SCADA的一部分，但SCADA不是HMI的一部分。
通信網絡：
實現上位機、下位機之間數據通訊與交互。
SCADA系統是許多軟件、硬件的組合，包括傳感器、智能儀表、RTU、PLC、底層設備等，來自這些系統的數據被發送到中央SCADA單元。SCADA系統軟件通常也稱為組態軟件，是上位機軟件中的一種，用于數據采集與過程控制的專用軟件多使用于SCADA系統和DCS系統中。國外SCADA組態軟件常見的有IFIX、WinCC、InTouch。國內常見的SCADA組態軟件有三維力控、北京亞控、紫金橋、巨控王、昆侖通態等。
目前國內也有新一代的基于Web的SCADA系統軟件，如: 佰思杰公司的nebular IOT enabler系統軟件產品 ，其擁有獨立自主產權，靈活的系統架構可進行自由設計，層次化的測點結構可輕松完成現場實際生產結構的抽象模型，具有分布式實時/歷史數據庫的數據源管理模式，模塊化的設計環境可支持多人協作一機多屏配置，強大的數據采集能力支持300多種PLC、DCS、儀表，20多種智能工具、量具、機器人的數據采集，開放性的系統接口可與第三方平臺對接等功能，是一款性能穩定，產品優越的SCADA系統軟件。
集中式SCADA系統所有監控功能依賴于一臺主機，采用廣域網連接現場RTU和主機，網絡協議比較簡單，功能弱且系統不具有開放性，因而系統維護，升級以及與其它設備聯網構成很大困難。
分布式SCADA系統使用多臺計算機和工作站作為上位機，通過局域網相互連接實時共享數據，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據服務器。相當于將SCADA系統功能分散到多個站點中，與單個處理器比，數據處理能力更強。
網絡式SCADA系統階段以各種網絡技術為基礎，具備統一開放的系統架構、可集成廣泛的第三方軟件、實現網絡化分布式的混合控制，相對于集中式和分布式SCADA系統，在結構上更加開放，兼容性也更好，可以無縫集成到綜合自動化信息化系統中。
網絡式SCADA系統通常有兩種結構：
（1）客戶機/服務器結構（Client/Server結構，簡稱C/S結構）
C/S結構中的服務器通常采用高性能的pc或工作站，并配備大型數據庫系統。客戶機需要安裝客戶端軟件。C/S結構中客戶機和服務器之間的通信以“請求-響應”的方式進行?？蛻魴C向服務器發出請求，服務器在響應這個請求。C/S結構最重要的特點它不是一個主從環境，而是一個平等的環境，即C/S系統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器，此種結構可以充分利用兩端硬件環境優勢，將任務合理分配到客戶端和服務端來實現，降低了系統通訊開銷。
（2）瀏覽器/服務器結構（Browser/Server結構，簡稱B/S結構）
B/S結構是Web興起之后的一種網絡結構模式，Web瀏覽器是B/S結構客戶機上最主要的軟件。這種模式統一了客戶端，將用于系統功能實現的核心部分集中到Web服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用。B/S結構最大的特點是用戶可以通過瀏覽器去訪問Internet上的文本、數據、圖像等信息，這些信息都是由多個Web服務器產生的，而每一個Web服務器又可以通過各種方式與數據庫服務器連接，大量的數據實際存放在數據庫服務器，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系統應用領域很廣，它可以應用于電力、給水、石油、化工、油氣、軌道交通等傳統領域的數據采集與監控以及過程控制，能正確掌握系統運行狀態、加快決策、幫助快速診斷出系統故障等優勢，現已經成為生產過程中不可缺少的工具。
在智能制造領域，SCADA系統可對工廠、車間、產線、設備的各維度數據進行充分集成、處理分析、對生產現場進行實時可視化展現，對提高生產運行的可靠性、安全性與經濟效益，實現生產管理自動化，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、工業化的深度融合，SCADA系統將加快智能工廠與智慧城市建設的速度。大型智慧工業企業和智慧城市園區都需要完成從數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務的高度共享和傳承，打破條塊分割，實現面向績效目標的發展模式。基于分布式實時歷史數據庫的工業軟件平臺的智能管控系統是建設智能化系統的動力和引擎。在企業智能管控一體化的業務需求推動下，工業自動化軟件系統朝著智能化、分布式、集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等方向發展。
