有关 SCADA 系统的所有信息:什么是 SCADA?
随着信息技术的高速发展,国产组态软件也迅速更新迭代,使得许多行业的过程控制都可以轻松使用 SCADA 系统的来管理和操作。SCADA 系统对于工业组织至关重要,因为它们有助于提升生产效率,分析数据以做出更明智的决策,并传达系统问题以减少停机时间。SCADA 系统已是现代工业的支柱,广泛应用于电力、石油和天然气、水处理、能源以及制造业等领域。
SCADA 系统定义
SCADA 是监督控制和数据采集的缩写。SCADA 系统的目的是控制和监控特定的系统架构,通过收集、分析、管理和可视化数据的软件和硬件解决方案提供自动化。
SCADA(监控和数据采集)是用于工业自动化以及工业过程实时控制和监控的软件。
SCADA 工作原理
SCADA 系统是一种集中控制系统,有助于优化工业流程,特别是对于更大规模的设置。SCADA 利用在监控计算机中运行的 SCADA 软件,管理、控制和接收来自各种工业设备、传感器和执行器的数据。这些设备与 PLC 和 RTU 相连,PLC 和 RTU 管理 SCADA 系统与现场设备的通信。SCADA 系统的另一个重要部分是 GUI(图形用户界面),例如 HMI 和平板电脑。
SCADA 系统使用 HMI 上显示的数据可视化,供现场工作人员通过近乎实时的数据更新来监控整个系统的性能。当设备的过程需要一些调整时,HMI 还可以执行可操作的命令。所有这些集成的 SCADA 系统都通过连接到中央 SCADA 服务器的 LAN 或以太网的通信基础设施连接。SCADA 服务器可以位于本地工厂车间、远程办公室的不同位置,也可以完全设计为在云中运行。
SCADA 系统架构
SCADA 架构由多个层组成,这些层协同工作以提供完整的解决方案。以下是 SCADA 架构的五个级别:
第 0 级:现场设备
这是 SCADA 架构中的最低级别,包括从工业过程收集数据的物理设备。这些设备包括:传感器、执行器、阀门、开关和其他可以测量和控制温度、压力、流量和液位等变量的组件。这些设备收集的数据被传输到 SCADA 架构的下一个级别,即 1 级。
第 1 级:本地控制站
该级别由负责控制现场设备的本地控制站组成。这些控制站从现场设备收集数据,对其进行处理,然后将其发送到 2 级。本地控制站通常是与现场设备通信的可编程逻辑控制器 (PLC) 或远程终端单元 (RTU)。
第 2 级:监督控制
该级别包括主 SCADA 服务器或监控站,用于收集和分析来自多个本地控制站的数据。SCADA 服务器从本地控制站接收数据,对其进行处理,然后为操作员提供图形用户界面(GUI),以监视和控制工业过程。SCADA 服务器还存储历史数据,生成警报和警报,并提供报告和分析工具。
第 3 级:制造执行系统 (MES)
第三级涉及制造执行系统(MES),负责生产过程的管理。MES 系统通常用于跟踪订单、安排生产运行和管理库存。MES 系统与 SCADA 服务器通信,以接收有关生产过程的数据,并将这些数据实时提供给操作员。
第 4 级:企业业务系统
第四层也是最后一层包括负责管理组织业务运营的企业业务系统。企业业务系统由企业资源规划(ERP)系统和客户关系管理(CRM)系统组成。ERP 管理财务和会计数据。另一方面,CRM 管理客户数据。SCADA 系统与企业业务系统进行通信,为报告和分析提供数据。
SCADA 系统组件
人机界面
它是一种输入输出设备,用于呈现由人工操作员控制的过程数据。它通过链接到 SCADA 系统的软件程序和数据库来提供管理信息,包括特定传感器或机器的定期维护程序,详细原理图,物流信息,趋势和诊断数据。HMI 系统便于操作人员以图形方式查看信息。
监控系统
监控系统用作服务器,用于在 SCADA 系统的设备(如 RTU,PLC 和传感器等)与控制室工作站中使用的 HMI 软件之间进行通信。主站或监控站包括较小 SCADA 系统中的单个 PC,对于较大的 SCADA 系统,监控系统包括分布式软件应用程序,灾难恢复站点和多台服务器。这些多服务器以热备用或双冗余形式配置,在服务器发生故障时持续控制和监视,以提高系统的完整性。
远程终端单元
SCADA 系统中的物理对象与称为远程终端单元(RTU)的微处理器控制的电子设备连接。这些单元用于将遥测数据传输到监控系统,并从主系统接收消息以控制连接的对象。因此,这些也称为远程遥测单元。
可编程逻辑控制器
在 SCADA 系统中,PLC 连接到传感器以收集传感器输出信号,以便将传感器信号转换为数字数据。使用 PLC 代替 RTU,因为与 RTU 相比,PLC 具有灵活性、配置、多功能性和经济性等优势。
通信基础设施
通常,SCADA 系统使用无线电和直接有线连接的组合,但在发电站和铁路等大型系统的情况下,经常使用 SONET/SDH。在 SCADA 系统中使用的非常紧凑的 SCADA 协议中,一些标准化的通信协议被 SCADA 供应商认可 - 仅在监控站轮询 RTU 时发送信息。
SCADA 编程
主站或 HMI 中的 SCADA 编程用于创建地图和图表,这些地图和图表将在事件故障或过程故障时提供重要的情境信息。标准接口用于对大多数商用 SCADA 系统进行编程。
SCADA 主要功能
数据采集:从现场设备收集和处理实时数据。通常将各种模拟数据转换为数字信息。
数据呈现:从现场收集的数据经过处理、组织,并以可视化形式呈现,供操作员监控和控制过程。
远程控制:使用户和操作员能够远程或本地执行命令,并调整直接与现场设备交互的特定功能。
网络通信:从现场收集的数据实时传输或响应请求命令。通信通道可以是数字(TCP/IP、RS485)或模拟(POTS、T202)。SCADA 系统还将事件记录到日志文件中,或将数据提供给历史数据库以供将来分析。
SCADA 历史演变
SCADA 已经从提供监督和控制发展到提供实时遥测和高级自动化。以下是 SCADA 系统集成历经四代发展而来的里程碑:
第一代 – 单片式 SCADA 系统
这种类型的 SCADA 系统执行系统的所有功能,包括数据收集、处理、显示和控制。为此,单片式 SCADA 系统使用单一的集中式软件程序。
第二代 – 分布式 SCADA 系统
这种系统使用分布式控制和数据收集架构。它实现了对任务的分散控制和监控。这允许更大的灵活性、可扩展性和处理大量数据的能力。
第三代 – 联网式 SCADA 系统
这些系统的特点是使用现代通信技术以及各种 IT 和控制系统的集成。它的设计比第一代和第二代更灵活、更安全、更高效。联网的 SCADA 系统具有先进的安全功能,如加密、防火墙和入侵检测,以防止网络威胁。
第四代 – 物联网 SCADA 系统
其特点是集成了物联网技术、使用云计算和大数据分析。这些系统的设计比其他 SCADA 系统更加灵活、高效和可扩展。在该系统中,控制和监控功能由许多智能设备组成的网络执行。
SCADA 系统应用
SCADA 系统被广泛集成,以实现各种工业应用的自动化。SCADA 已真正成为工业自动化设置的支柱,提供工业过程的安全性、效率和可靠性,特别是对于关键任务应用。以下是集成了 SCADA 系统的应用:
· 电力工业中:SCADA 系统 监测和控制电力的产生、传输和分配。
· 水和废水处理行业:SCADA 系统监测和控制水处理过程,如水的收集、分配和处理。此外,SCADA 系统还监测水质。
· 石油和天然气行业:SCADA 系统监测和控制石油和天然气生产过程。这些过程包括钻井、生产、储存、运输、管道监测等。
· 运输行业:SCADA 系统监测和控制各种运输系统,如铁路、公路和机场。
· 制造业:SCADA 系统 监测和控制工业过程,如装配线、生产设施和能源消耗。
SCADA 开发工具
Sovit2D 是一款功能强大的基于 Web 的可视化 2D 组态编辑器,采用标准 HTML5 技术,基于 B/S 架构进行开发,支持 WEB 端呈现,支持在浏览器端完成便捷的人机交互,简单的拖拽即可完成可视化页面的设计。可快速构建和部署可扩展的 SCADA、HMI、仪表板或 IIoT 系统。使用 Sovit2D 组态编辑器,可以创建现代化、可视化、形象化的流程,来反映机器设备和实时数据的状态,为自动化工业工厂的控制仪表进行个性化设计。
总结
希望本文能帮你了解什么是 SCADA 系统,SCADA 已经是当今标准制造实践中不可或缺的系统。选择合适的 SCADA 系统将确保管理者对生产车间、设施和公用事业供应进行最佳控制,更不用说保护正在生产的昂贵工厂设备和产品了。
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