????一、系統概念

　　信息技術的發展必將推動自動化系統的革命。隨著信息技術的發展，各個領域的應用也不斷成熟，工業自動化系統在總體架構、管理模式、應用技術、綜合挖掘等方面均要發生重大變化，進一步向標準化、可擴展、開放化、低成本的總體目標前進。尤其物聯網概念的推出，使得越來越多的企業將目標監控、數據應用、開放互聯設計為一套完整的解決方案。

　　物聯網IOT(Internet of Things)是通過射頻識別(RFID) 等信息傳感設備，按約定的協議，利用互聯網進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現對物體實施智能化的控制與管理。

　　SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統是由計算機與網絡技術作為支撐，實現對現場數據采集、設備控制、數據測量、參數調節以及信號報警等。SCADA系統的應用已經非常成熟，其應用已完全超出了基本數據監視控制的范疇。一套完整的SCADA 系統已不僅僅是實現簡單的數據收集、遠程控制功能，而是被賦予了更豐富的內涵。

　　二、系統特點

　　2.1 物聯網系統

　　物聯網系統是利用計算機互聯網平臺，依賴射頻自動識別(RFID)技術，實現終端節點的自動識別和信息的互聯與共享。物聯網可分為三層：一是感知層，即物聯網的皮膚和五官識別物體，采集信息;二是網絡層，即物聯網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理;三是應用層，即物聯網與行業專業技術的深度融合，與行業需求結合，實現行業智能化。

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　　2.2 SCADA系統

　　通用SCADA系統可分為三層。第一層為數據采集層，由RTU與一次儀表構成，完成現場原始數據的采集與預處理。根據設計需求還可以實現現場的數據存儲，以保證通訊中斷后數據的連續性;第二層為數據監控層。在這層將利用各種軟件遠程仿真現場，實現數據的實時監控、實時報警。該層可根據對應的管理模式再分為分控中心、總控中心等，還可根據設計需求進行大量歷史數據的存儲;第三層為數據應用層。在應用層實現對已采集數據的分析、整理，并根據需要實現多種形式的發布。業界很多公司分別在數據采集層、數據監控層、數據應用層都擁有極其穩定的產品和豐富的系統集成經驗。

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　　2.3 其它分層

　　對于工業自動化的體系結構，還有一種分層理論也是三層。第一層，以PCS(過程控制系統)為代表的基礎自動化層。主要包括控制軟件、測量技術、數據庫技術、數據融合與數據處理技術、DCS、FCS、傳感技術、特種執行機構等等;第二層，以MES(生產過程制造執行系統)為代表的生產過程運行優化層。主要內容包括建模與流程模擬技術、先進計劃與調度技術、實時優化技術、動態成本與管理技術等等;第三層，以ERP(企業資源管理)為代表的企業生產經營優化層。主要內容包括企業資源管理、供應鏈管理、產品質量數據管理、數據倉庫技術、設備資源管理、企業電子商務平臺等等。

　????2.4 共同特點

　　SCADA系統、物聯網系統以及其它工業自動化系統，都屬于計算機網絡技術發展的產物。根據物聯網迅猛發展趨勢分析，其將逐步取代部分SCADA系統。通過分析兩類系統的架構體系，二者具備如下一些共同的特征：

　　(l)體系結構分層。兩類系統均具備清晰完整的層次結構，便于設計者、使用者理解。SCADA系統的三層與物聯網系統的三層都具備明確的定義及層間分界，但三層間功能上也有一些重疊。靠近現場的層由于采用現場總線技術，使得設備檔案及診斷信息更為豐富;中間層體現更多的是運行數據監控、設備管理;而最上位的應用層可以涉及數據深度應用、設備維護計劃、備品備件管理、設備資產管理等。

　　(2)一次儀表數據采集。兩類系統都需要有現場原始數據的采集，其準確性及數據可用性完全取決于該一次表的數據采集。在IOT 中，對控制功能的體現更為突出。在SCADA系統中，常規的控制策略主要為單回路控制、串級調節、比率調節、均勻調節、前饋調節、自動選擇調節、分程調節、非線性調節等，實現功能仍以PID調節為基礎，輔以一定的功能塊及控制算法。IOT中的常規控制得以擴展使用，各功能塊之間可多重串接、并聯連接、選擇性連接、自動補償、自動跟蹤、無擾切換等，多配方自動改變參數或功能塊連接方式，使得自動化應用變得透明、簡單。

　　(3)對通訊網絡的依賴。兩類系統均需要依賴網絡，而物聯網系統則更加依賴無線通訊網絡。由此可見，保證無線通訊是實現物聯網的必要條件。無線通訊主要的特點是安裝便捷、應用靈活、低成本、易于擴展等，最主要是適用于多種協議標準，包括802.11a、802.11b、最新混合標準802.11g。

　　(4)數據處理應用。原始數據采集后，兩類系統對所得的數據都進行了綜合應用處理。通過結構可以看出，物聯網系統對數據處理更深入。企業海量的生產數據是企業經營決策的重要依據，對于采購管理、成本控制、提高經營的經濟效益具有重要的參考價值，對于控制生產成本、擴大利潤同樣可提供重要參考數據，從而保證企業利潤目標的實現。由此可見，數據的深度處理后，對指導全企業生產經營，具有十分重要的意義。

　　三、過渡方案

　　物聯網是工業自動化必然的發展趨勢，將使得工業自動化的分布式、開放化、信息化、規模化等諸多特點得以最大化體現。物聯網的分布式結構確保每一個智能終端能獨立運行，互通信息的同時也將系統危險分散;開放化特點則是網絡自身具備多種標準接口，便于新的終端節點無縫接入;信息化使得系統信息能夠及時對采集數據進行綜合處理，借助網絡技術實現大閉環;規模化則是降低終端節點的接入成本、購置成本、使用成本，在最優綜合成本的前提下完成規模應用。

　　由于物聯網完全是一個開放的網絡，涉及行業機密或是國家安全的SCADA系統，將仍然保持現有狀態。所以，物聯網取代部分SCADA 系統是必然的一個趨勢。根據兩類系統的對比，無論是新建物聯網系統，還是基于SCADA系統的改造，可以參考如下方案：

　　(1)SCADA系統建設模式非常成熟，現有的案例、方案均具備非常高的參考價值。物聯網做架構設計時，可參考SCADA系統架構。在滿足企業的生產管理需求后，進一步實現先進控制、在線優化、在線性能監控、在線設備臺帳管理等信息化技術的集成。

　　(2)網絡系統選擇時，感知層(或采集層)均采用無線設計，數據應用層則可采用光纖通訊等快速網絡。整個網絡結構設計要充分考慮靈活、高速、多冗余、高性能、高安全等特點，可靈活使用線性結構、環形結構、星型結構、倒掛樹結構及各種組合等網絡拓撲結構。由于網絡中任意二個設備之間提供了多重通訊路徑，從而使得通訊不會受單節點故障的影響，將會極大提高通訊的冗余性能和可靠性。

　　(3)加設終端狀態監測點。SCADA系統中，對儀表等設備特征、狀態關注較少，但根據物聯網的要求，對所有的終端監測都是必要的，所以對未設計監測的終端加設監測點。工業自動化一般使用的現場儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量儀表、在線過程分析儀、執行器等。現場儀表的穩定工作是真實數據的保證，所以除常規的運行功能外，監測儀表的工作狀態是非常有必要的。

　　(4)加大數據的深度挖掘，提供豐富穩定的數據接口。物聯網系統是一個開放的系統，為保證所涉及終端信息的互通，與外圍其它網絡會有大量數據交換。而SCADA系統是一個相對獨立的系統，與其它系統接口相對較少。一個成功的自動化系統，應該是一個具備多種標準接口的系統。操作系統的選擇、現場產品的選擇，都將決定標準接口實現的可能性。同時，標準化的程序接口還保證了不同廠家軟硬件產品的數據交換，而不必擔心他們之間的通訊。這也是應用規模化的前提。

　　(5)加強反控功能的穩定性。SCADA系統更多的關注的監視功能，而相對控制較弱。物聯網系統要求全網信息互通，但為保證全網的終端監測數據平衡，需要根據實時數據進行一些反控。在現在控制理論的推動下，各種智能化算法應運而生。除業界熟知的PID控制，多變量預測已完成生產實踐階段。物聯網是一個強大數據的集合，并且數據是動態更新的。所以，適當采用多變量預側控制與PID串級控制相結合的方案，可以非常有效地實現反控功能的穩定性。