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SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控)系統(tǒng)構(gòu)成解析



發(fā)布時(shí)間:2022-05-07

  一、SCADA系統(tǒng)的意義

  SCADA系統(tǒng)是Supervisory Control And Data Acquisition System的縮寫,是對(duì)分布距離遠(yuǎn),生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。

  了解生產(chǎn)情況是實(shí)施科學(xué)生產(chǎn)的基礎(chǔ),如果生產(chǎn)過(guò)程分布很近,可以采用就近控制的辦法,就地接線,就地監(jiān)視,就地控制,對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程生產(chǎn)采用DCS系統(tǒng)控制的比較多,也有采用PLC的或者專業(yè)控制器。而對(duì)于生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)分布距離非常遠(yuǎn)的,比如幾公里,幾十公里,幾百公里甚至幾千公里的,如變電站,天然氣管線,油田,自來(lái)水管網(wǎng),隨著技術(shù)的發(fā)展,人們慢慢發(fā)展出遠(yuǎn)程采集監(jiān)視控制系統(tǒng),稱為SCADA系統(tǒng)。

  SCADA系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于:

  分布區(qū)域廣泛

  主站與控制對(duì)象距離遠(yuǎn)

  監(jiān)控終端的工作條件苛刻

  通訊系統(tǒng)復(fù)雜多變

  通訊系統(tǒng)不保證可靠傳輸

  二、SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成

  SCADA系統(tǒng)主要包括三部分組成,主站端,通訊系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端單元。

  主站一般采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī),有著良好的圖形支持,現(xiàn)在采用PC計(jì)算機(jī)和WINDOWS系統(tǒng)居多,在歷史上,曾經(jīng)有很多系統(tǒng)采用UNIX系統(tǒng)和XWINDOWS圖形界面。一個(gè)主站可能的分站數(shù)量從幾十到幾百、幾千個(gè)不等。

  通訊系統(tǒng)就非常復(fù)雜了,有線的包括音頻電纜、載波電纜、光纖、電力載波等,無(wú)線的包括電臺(tái)、衛(wèi)星、微波等。

  遠(yuǎn)程終端單元(RTUorTeleControl)的品種也很多,大的系統(tǒng)由很多機(jī)柜組成,小的系統(tǒng)可能就是一個(gè)小盒子。

  三、SCADA的主站系統(tǒng)

  SCADA系統(tǒng)的主站過(guò)去由很多著名的系統(tǒng)是基于UNIX操作系統(tǒng)家族和XWINDOW圖形界面的。

  隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展,特別是PC機(jī)的發(fā)展,PC機(jī)和PC機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)在扮演著越來(lái)越重要的角色。

  龐大的主站系統(tǒng)一般包括如下內(nèi)容:

  通訊前置系統(tǒng),主要負(fù)責(zé)解析各種不同的規(guī)約,完成通訊接口數(shù)據(jù)處理,包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。包括前置計(jì)算機(jī),串口池或者M(jìn)ODEM池,機(jī)架,防雷措施和網(wǎng)絡(luò)接口。

  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),主要包括運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器。

  工程師工作站,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的組態(tài)、畫面制作和系統(tǒng)的各種維護(hù)。

  生產(chǎn)調(diào)度工作站,是監(jiān)控系統(tǒng)的主要用戶,顯示畫面,畫面瀏覽,實(shí)現(xiàn)各種報(bào)警等。

  各種監(jiān)控工作站,主要用于特別龐大的系統(tǒng),幾個(gè)人已經(jīng)無(wú)法監(jiān)控的情況,這時(shí)會(huì)根據(jù)需要,設(shè)立各種的監(jiān)控工作站,每個(gè)工作站有人員工作。

  歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,是SCADA系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)器。

  WEB服務(wù)器,是現(xiàn)在SCADA主站系統(tǒng)的一個(gè)流行趨勢(shì),只要用戶裝有瀏覽器軟件,得到相應(yīng)的授權(quán),就可以訪問(wèn)相應(yīng)的他關(guān)心的數(shù)據(jù)。

  上層應(yīng)用工作站,主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的挖掘工作。在電力系統(tǒng)比如潮流分析,負(fù)荷預(yù)測(cè),事故追憶,電網(wǎng)穩(wěn)定性分析,能量管理等等。在自來(lái)水行業(yè)包括管網(wǎng)壓力損耗分析,管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析,管網(wǎng)漏失分析等。在采油工程上,包括示功圖顯示,示功圖分析,泵況分析,功圖計(jì)產(chǎn)等等。

  作為SCADA主站系統(tǒng),大的系統(tǒng)可能有幾十個(gè)上百個(gè)工作站,多個(gè)服務(wù)器。為了保證系統(tǒng)的可靠性,采用雙前置系統(tǒng),多服務(wù)器系統(tǒng),兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。但是對(duì)于簡(jiǎn)單的SCADA主站系統(tǒng)可能就只有一臺(tái)計(jì)算機(jī),運(yùn)行一套軟件。

  各種不同應(yīng)用的SCADA系統(tǒng),可以說(shuō)大部分是相同的或者類似的。但是各個(gè)行業(yè)有各個(gè)行業(yè)的特點(diǎn),每個(gè)行業(yè)所關(guān)心的東西不一樣。比如電力行業(yè)非常關(guān)心每個(gè)線路電壓電流功率,而對(duì)于自來(lái)水行業(yè)就不是特別關(guān)心這些數(shù)據(jù),而關(guān)心管道的壓力流量等。這樣就形成了不同行業(yè)的系統(tǒng)。也有通用的人機(jī)界面使用,但是這種界面一般無(wú)法滿足各個(gè)行業(yè)的特殊需要。

  四、SCADA的通訊系統(tǒng)

  SCADA通訊系統(tǒng)是最豐富多彩的,有很多通訊方式是很多人都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)的。一般分類大體可以分為兩類,有線和無(wú)線,但是隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,基于各種網(wǎng)絡(luò)的通訊方式也發(fā)展很快,這種通訊方式很難歸結(jié)到有線或者無(wú)線的范疇,所以也單獨(dú)作為一類。

  有線方式比較多:音頻電纜,架空明線,載波電纜,同軸電纜,光纖,電力載波等。在有線上傳輸大體分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸,基帶傳輸是在介質(zhì)上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào),可能也要經(jīng)過(guò)信號(hào)變化。調(diào)制解調(diào)傳輸要經(jīng)過(guò)模擬數(shù)字變換的傳輸。很多介質(zhì)既可以作為基帶傳輸也可以作為調(diào)制傳輸。

  無(wú)線方式主要包括:電臺(tái)、微波、衛(wèi)星、光線、聲波等手段。

  網(wǎng)絡(luò)方式是通訊系統(tǒng)架構(gòu)在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之上,比如幀中繼,ATM.,IP網(wǎng),這種通訊方式可能是有線的也可能是無(wú)線的,甚至多次跨越無(wú)線和有線。其性能也明顯區(qū)分于有線和無(wú)線系統(tǒng)。比如不用考慮誤碼,不用考慮報(bào)文的大小,不考慮系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延可能比較大。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)或者CDMA傳輸SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)就是典型的例子。

  五、SCADA的遠(yuǎn)方終端單元

  SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元有一個(gè)專門的詞匯RTU?,F(xiàn)在術(shù)語(yǔ)中稱為TeleControl。

  RTU一般包括通訊處理單元、開(kāi)關(guān)量采集單元、脈沖量采集單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元,開(kāi)關(guān)量輸出單元和脈沖量輸出單元等構(gòu)成。還有一些其他的接口方式,比如電力變壓器的分接頭,氣象的格雷碼接口,水文的BCD碼接口等等。

  遠(yuǎn)方的通訊一般和RTU安裝在一起,這樣便于接線。

  現(xiàn)在的RTU出來(lái)完成本身的數(shù)據(jù)采集工作和協(xié)議處理之外,還要完成和各種IED設(shè)備的接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。而且RTU的通訊處理單元的能力越來(lái)越強(qiáng)大,而相應(yīng)的采集工作卻在逐漸的弱化,由各種IED設(shè)備代替了。

  RTU在中國(guó)電力系統(tǒng)的最大發(fā)展就是用交流采樣算法直接計(jì)算線路的電壓、電流、有功功、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、諧波等,取代了傳統(tǒng)的電力變送器,降低了成本,降低了接線復(fù)雜度,減少了誤差環(huán)節(jié),提高了精度。而今綜合了保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了,而傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)已經(jīng)基本退出了歷史舞臺(tái)。


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