智能制造中的 SCADA 系统

SCADA 是什么

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统是一种集监控、控制和数据采集功能于一体的工业自动化系统，广泛应用于制造业、能源、电力、交通等各个行业。它通过传感器、远程终端单元（RTU）、PLC（可编程逻辑控制器）等设备，实时采集现场的数据，将其传输至中央控制系统（MTU），并通过人机界面（HMI）呈现给操作员，最终实现对工业过程的实时监控和控制。

SCADA 的历史

SCADA 系统的起源可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时工业自动化的需求日益增加，但手动控制和继电器的应用已经难以满足复杂的生产需求。最初，工厂和制造业依赖人工操作和简单的继电器控制来实现设备开关，然而，这种方式效率低下且难以扩展。

随着计算机技术的不断发展，尤其是微处理器和可编程逻辑控制器（PLC）的出现，工业控制逐渐步入自动化时代。1960 年代，遥测技术的应用使得 SCADA 系统能够通过远程通信将数据从偏远地区传输到中央控制站，极大地提高了监控效率。

到了 1970 年代，随着计算机的普及和技术的发展，SCADA 系统开始采用微处理器，进入了一个全新的阶段。进入 21 世纪后，SCADA 系统不断向分布式、互联网化、面向对象化和智能化发展。如今，SCADA 系统不仅仅局限于传统的工业自动化控制，还被广泛应用于能源、交通、化工、石油天然气等多个领域，成为了智能制造和工业物联网（IIoT）中不可或缺的一部分。

回顾 SCADA 系统的诞生发展，就是需求推动，追求高效的过程，从传统的自动化控制到如今的智能工厂，SCADA 的演变一直是对高效、精准生产过程需求的回应。

SCADA 系统的组成

主终端单元（MTU）：SCADA 系统的核心部分，负责数据收集、处理和控制命令的发送。MTU 通常由计算机和服务器组成，用于与远程设备进行通信，并作为与操作员交互的界面。

远程终端单元（RTU）：RTU 负责采集现场传感器的数据，并将其传输到主终端单元。它通常与 PLC（可编程逻辑控制器）一起工作，进行数据的采集和传输。

人机界面（HMI）：操作员通过 HMI 与 SCADA 系统进行交互。它为用户提供直观的图形化界面，显示系统状态、设备运行情况以及报警信息。

通信网络：SCADA 系统的各个部分通过通信网络连接，确保远程设备与中央系统之间的信息流通。

数据库系统：SCADA 系统会将实时数据存储在数据库中，供后续分析和报告生成使用。

SCADA 系统构成的路径

SCADA 系统的具体构成可以根据不同的使用场景而有所变化。常见的构成路径有三种：

传感器/控制器——数据/采集服务器——企业/应用服务器；

传感器/控制器——PLC 和 RTU——数据/采集服务器——企业/应用服务器；

传感器/控制器——PLC 和 RTU——数据/采集服务器——HMI——企业/应用服务器；

这三种路径各有特点，具体选择取决于企业的生产规模、设备复杂度和所需功能。无论是单一设备的简单监控，还是复杂工厂的全局监控，SCADA 系统都能够提供灵活的解决方案。

智能制造中 SCADA 的定位

硬件系统层（PLC 等）——人机交互层（SCADA 等）——制造执行层（MES 等）——业务执行层（CRM 等）——业务管理层（ERP）；

SCADA 在智能 IT 系统比较偏向设备层。

在制造企业中，通常有着这样的两条主线：管理线与生产线。

在管理主线上，以市场为导向的资源管理形成了 ERP；在生产主线上，以设备为核心的远程控制形成了 SCADA；在设备，生产与管理中，SCADA 在设备层，ERP 在管理层，管理生产的就是 MES；

由此可见，SCADA 的定位是自动控制层面的集大成，监控、控制；是 AIOT、机器学习的重要数据来源，数采；是数字孪生的早期模型，监控、数采、控制；是智能工厂的重要核心，监控、控制；是数字化工厂的基础建设，数采；

SCADA 的重要性

SCADA 系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它通过采集生产过程中生成的数据，提供实时监控和控制功能。这些数据通常以产品为中心，涵盖了生产过程中涉及的所有关键要素，包括人机料法环等。SCADA 系统将这些信息进行整合分析，帮助企业优化生产流程、提高设备利用率和确保产品质量。

SCADA 的功能在业内被总结为“四遥”，即遥测、遥控、遥调和遥信，这四个方面共同构成了现代工业发展的核心支柱。

遥测：通过传感器和其他设备，实时采集生产设备的各种数据，确保操作员能够及时掌握设备状态，快速响应异常情况。

遥控：允许操作员远程控制生产设备，进行开关机、调节参数等操作，从而避免频繁的现场干预，提高操作效率。

遥调：基于实时数据，自动调整生产参数，确保生产过程稳定且高效，优化生产质量。

遥信：提供数据交换和信息传输功能，支持系统与其他管理平台（如 ERP、MES 等）的协同工作，实现信息共享和管理一体化。

SCADA 的行业软件

组态软件是 SCADA 的专用软件，通过灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件广泛应用于机械、汽车、石油、化工造纸、水处理以及过程控制等诸多领域。

做 SCADA 项目的实施流程

需求——方案设计——数据定义——数据接口、协议——上下位测试——上下位同步开发——测试——验收——上线

SCADA 系统的疑问与解答 Q&A

Q：SCADA 系统与 MES 系统之间是什么关系？

A：SCADA 其实和 MES 没有太大的关系，SCADA 是设备控制的顶级状态，把设备相关集中在一起，其中有 MES 系统需要的数据；如果是大的项目需要，可以专门做 SCADA 系统进行设备控制，如果是一个小项目，MES 系统就足够获取设备方面的数据；

Q：中小企业使用 SCADA 系统的价值怎么体现？

A：中小企业设备不是很多的情况下，可以使用一些小的 HMI 来做设备控制，看规模来决定是不是要用 SCADA，比如汽车电力行业就用的较多，中小企业使用 SCADA 的必要性不高；

Q：数据格式怎么统一？

A：数据格式在越底层越乱，最往上层就越统一，数据格式的统一就是从下往上一层一层的格式转化，转化到应用服务器层，现场的工业协议如果有 300 多种，如果此时有这么一个软件能够一次性将 300 多种协议转化为一种协议，那么就完成了统一。