什么是SCADA

SCADA是一個功能強大的控制系統，旨在收集，分析和可視化來自工業設備的數據。

SCADA系統自動提取、監控、處理、分發、記錄和顯示從遠程現場設備(如傳感器、工廠機器、電機、泵、閥門)和工業企業、制造設施、核電站和煉油廠等資產密集型環境中的其他終端設備收集的數據。

SCADA系統開發涉及例程和應用程序的編程，以根據通過監督控制中心收集和處理的指標自動響應事件，該中心包括通信網絡，用戶界面，設備控制器，客戶端和服務器計算機以及存儲設施。

SCADA系統不是全控制系統，執行有限的監督控制功能。它們監控和收集壓力、溫度、流速、pH 值、循環時間和體積等指標。指標用于衡量工業流程的性能和效率、數據和產品的質量以及是否符合制造標準和法規。自動SCADA命令控制響應輸入數據，以調節和控制現場設備的狀態和行為，例如調節數據中心的溫度。

中央樞紐的機器操作員和IT管理員使用SCADA系統，通過人機界面(HMI)查看有關遠程設備(例如泄漏管道)的行為和狀態的信息，并手動遠程控制設備。

SCADA的組件

現場設備

SCADA系統中的現場設備，也稱為現場儀表硬件，包括傳感器、采樣器、執行器、繼電器、控制單元、變送器和傳輸器。傳感器是檢測或測量物理特性的現場設備，例如機器是打開還是關閉，或油箱中的燃油液位。執行器是控制組件的現場設備，例如關閉閥門。它們通過 RTU、IED 和 PLC 進行管理。

RTU

RTU、IED 和 PLC 是基于微處理器的物理現場設備控制器。SCADA系統中的現場設備控制器實時監控和收集來自現場設備的數據，將信息從設備位置傳輸到稱為MTU的監控控制器，并對其進行編譯，以便在由人工操作員操作的集中控制中心向系統操作員提供最佳呈現。它們通常安裝在面板上，并通過I/O模塊與現場設備連接，并使用串行或網絡通信與中央控制集線器連接。

RTU 是一種基于微處理器的電子設備。它由 I/O 硬件和通信接口組成，并支持無線連接。RTU 負責將從現場設備收集的數據傳輸到控制中樞，并從控制中心向現場設備發出命令。

PLC是一種物理上堅固的微控制器，可以承受工業環境中可能發現的惡劣物理條件。微控制器是用于控制電子設備特定功能的集成電路(IC)。微處理器具有中央處理器 (CPU)，而微控制器在一個芯片上具有 CPU、內存和 I/O 功能。PLC 提供 SCADA 系統根據 SCADA 系統程序和功能中的編碼指令自動化過程或響應警報所需的信息。PLC取代了早期SCADA系統的繼電器和定時器。與繼電器不同，PLC能夠監視和控制電路，并且可以編程。傳統的SCADA系統幾乎總是有PLC。有一些專有的I/O模塊可以在沒有PLC的情況下進行簡單的監控和自動化。 可以通過無線電波進行通信的PLC可以用作RTU的替代品。

在SCADA系統中，IED是一種基于微處理器的設備，用于從現場設備發送和接收數據。它們有時被描述為對傳統RTU的升級，主要區別在于IED與其監視和控制的設備集成在一起，并具有內置的計量，數據傳輸和計算功能。簡易爆炸裝置的例子包括繼電保護裝置、斷路器控制器和電壓調節器。IED有時被比作PLC。PLC和IED之間的主要區別在于PLC通常用于集中(本地)自動化任務，而IED通常用于變電站(遠程)自動化任務。

RTU、IED 和 PLC 的功能重疊，區分它們可能會令人困惑，但它們有不同的用途。RTU被認為比PLC更適合遠程地理遙測，因為它們支持無線通信，而PLC更適合本地控制任務，例如在工廠和倉庫中。在某些情況下，IED可以直接與控制器通信，或者可以設置系統，以便RTU輪詢IED以獲取數據并將其傳遞給控制器。

MTU

MTU 也稱為控制服務器、主控制器或監督控制器。MTU 托管的軟件提供有關必須如何處理從 RTU 和 PLC 收集的數據的說明。

SCADA網絡通信協議

SCADA系統依賴于系統元件和中央SCADA控制中樞之間的復雜通信網絡。通信選項包括以太網、電話線和光纖線等硬連線選項，以及 Wi-Fi、無線電、微波和蜂窩等無線選項。

SCADA系統中使用的一些最流行的協議是標準Modbus，以太網/ IP，Profibus，Conitel，RP-570.IEC 60870-5(T101基于此)和分布式網絡協議(DNP3)。

Modbus RTU是工業電子設備之間串行通信的事實標準協議。

IEC 60870-5是由國際電工委員會(IEC)制定的一套規范，旨在為SCADA數據傳輸提供開放標準，并廣泛用于電氣應用。

T101.也稱為IEC 60870-5-101.是主要用于電力系統的通信和控制的國際標準。

DNP3 廣泛用于過程自動化應用，如水和能源行業。

人機界面

人們通過HMI查看，調節和報告數據，HMI在SCADA系統中充當中央處理中心和圖形用戶界面(GUI)。

HMI和GUI之間的區別在于，雖然GUI的主要功能是提供用戶友好的界面，允許人們有效地瀏覽應用程序，但HMI的主要功能是允許操作員使用各種界面執行控制任務，而不僅僅是視覺界面。HMI 不依賴于賞心悅目的界面，可以包括一個帶有旋鈕、按鈕和杠桿的基本控制臺來執行控制任務。

HMI 不收集數據，而是報告由 RTU、PLC 和 IED 收集的數據。雖然SCADA系統理論上可以在沒有HMI的情況下運行，但在大多數情況下，這是毫無意義的，因為操作員無法看到數據或接收報告。HMI旨在自動監控過程和設備，通知操作員日常維護要求，在系統或設備發生故障時發送警報，并在必要時觸發對設備的修改，例如關閉機器。

HMI為組織的管理層提供趨勢，趨勢是歷史和實時數據的圖形說明。

存儲設備

SCADA系統中的數據可以存儲在本地或云數據庫中。SCADA中的數據庫有時被稱為數據歷史學家。數據歷史記錄經過優化，可有效地收集、存儲和處理用于顯示 SCADA 系統中趨勢的時間序列數據。

SCADA的功能

監控

SCADA系統旨在監督和監控監督級別的特定流程和行為。監控系統的主要作用是將操作員與從現場設備獲取的數字數據聯系起來。SCADA系統是事件驅動的，并非旨在主動執行高級過程控制功能。它們通過自動或手動遠程關閉設備來響應實時事件，例如提醒設備過熱。

監控系統可以由小型SCADA系統中的單臺計算機組成，也可以由運行分布式軟件應用程序并鏈接到大型SCADA網絡中的多個災難恢復站點的多臺計算機組成。

SCADA系統中的監控是通過監控控制器實現的，該控制器連接輸入和輸出元件，并與位于中央集線器并由人操作的人機界面集成。雖然監督控制中心負責大部分數據的采集、處理和傳輸，但這些信息始終被引導到中央控制中心，以便人員進行分析、報告和性能監控。

工業控制

SCADA系統屬于ICS的總稱。ICS 的一些示例包括可編程自動化控制器 (PAC)、HMI、PLC、分布式控制系統 (DCS)、IED 和 RTU。

ICS 按其功能、應用和復雜性進行分類。例如，RTU將不同類型的硬件連接到其他控制系統，如SCADA系統或DCS，而HMI控制人機(H2M)通信。PLC 設計用于監視和控制傳感器和執行器等現場設備。

SCADA ICS的主要功能是促進基于采集數據的不同遠程硬件設備和人類操作員之間的通信。

遙測

遙測涉及測量和傳輸數據以及遠程設備的狀態到可以對其進行分析的中心位置。SCADA系統使用遙測技術來獲取、分析、存儲和報告現場設備的狀態和測量數據。

數據采集

在SCADA系統中，數據采集是指從遠程傳感器(輸入)收集數據并通過現場控制器將其傳輸到中央控制中心的過程。傳感器的類型包括運動、溫度、壓力和振動傳感器。收集的數據經過處理和分析，可用于遠程控制執行器(輸出)。執行器的示例包括伺服電機、步進電機、氣缸、LED、噴油器和螺線管。數據采集系統還用于預測未來事件，例如通過監測天氣模式來預測洪水等潛在的自然災害。

過程控制與過程自動化

SCADA系統是一種過程控制系統(PCS)(有時稱為ICS)和一種過程自動化系統(PAS)。過程自動化和過程控制是相互關聯的。

過程自動化是指使用各種技術來自動化特定流程，這些流程可能包括大量重復、復雜或危險的高層次任務。

過程控制可能有兩種不同的含義，具體取決于方案。在第一種情況下，可用于指控制和監測簡單的事件或設備，例如瓶中的液位。從這個意義上說，PCS可以指像液位傳感器這樣的物理設備。在第二種情況下，可以指復雜自動化系統在高層次上的監視和控制。在這種情況下，PCS可以指使操作員能夠監控眾多自動化過程并響應警報和通知的軟件和界面，例如裝瓶機過熱。從這個意義上說，過程控制將一個或多個自動化過程的所有元素聯系在一起。

報警

報警是SCADA系統的一個關鍵功能。警報是通知操作員有關事件的通知，范圍從日常維護提醒到緊急警報。一些常見的緊急SCADA警報觸發器是設備故障，系統停機時間和所需設備指標的偏差。SCADA 警報可能會提供有關性能不佳和不合規的通知。

警報可能會觸發自動響應，例如通知操作員車站停電，同時自動激活UPS和備用電源。

SCADA的好處

訪問實時數據使企業和個人能夠快速做出數據驅動的決策

可以通過產生一致的輸出和自動化質量控制檢查來提高產品和服務質量

通過在危險的工作環境中用機器代替人來提高安全標準

提供眾多指標，助力行業加速轉型

自動執行任務復雜、重復或容易出現人為錯誤的流程，如交通系統

允許實施監控流程以保護環境并優化能源使用

允許在本地或云中存儲大量數據，并輕松添加其他資源以實現高可擴展性

單元冗余可在發生系統錯誤或故障時強化流程

現代 IT 標準和協議提高了基于云的 SCADA 系統的安全性、效率和可靠性

SCADA的應用

SCADA系統可以針對任何工業應用進行配置，從為連鎖超市提供制冷服務的小型系統到監控國家電網的復雜裝置。工業企業被定義為商業或服務企業以外的企業，但SCADA系統通常用于任何需要大量處理，需要定期干預或任務控制系統中可能需要立即遠程修復的重資產系統。

SCADA通常用于食品飲料、建筑設施管理、工業自動化、石油天然氣、化工、運輸、農業、廢物控制、航空航天、國防、木材生產、建筑、水泥和金屬制造以及水凈化等行業。

SCADA應用的例子包括：在關鍵任務系統中為擴展的地理區域提供電力，控制工廠自動化設備的行為，遠程監控石油和天然氣行業的海上資產，監測采礦業的環境影響，調節地鐵等公共交通的電源，控制零售部門的照明和溫度， 以及調節大壩的水位。

SCADA系統用于強制遵守法規且沒有人為錯誤的行業，例如健康和制藥行業。它們用于自動化對業務有益的環境，例如在裝配線或空間站上制造產品。

SCADA組態軟件

Sovit2D、Sovit3D是一款功能強大的基于Web的可視化2D、3D組態編輯器，采用標準HTML5技術，基于B/S架構進行開發，支持WEB端呈現，支持在瀏覽器端完成便捷的人機交互，簡單的拖拽即可完成可視化頁面的設計。可快速構建和部署可擴展的SCADA、HMI、儀表板或IIoT系統。使用Sovit2D、Sovit3D組態編輯器，可以創建現代化、可視化、形象化的流程，來反映機器設備和實時數據的狀態，為自動化工業工廠的控制儀表進行個性化設計。

審核編輯黃宇