1.2 SCADA系統(tǒng)概述

1.2.1 SCADA系統(tǒng)及其典型特征

SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的簡(jiǎn)稱，直譯成中文就是“監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集”。此外，國(guó)內(nèi)還有文獻(xiàn)將其翻譯成“數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制”。但英文“Supervisory”本身沒有“視”的意思，而是監(jiān)督、管理的含義。英文單詞“Surveillance”具有監(jiān)視、監(jiān)督的含義。當(dāng)然，SCADA系統(tǒng)的一些監(jiān)控功能是通過(guò)人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即操作人員通過(guò)看人機(jī)界面，了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程調(diào)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。在一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，還把SCADA稱作“數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控”，這種譯法有其一定意義，即數(shù)據(jù)采集在先，監(jiān)控在后，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)作用。SCADA的叫法不同也說(shuō)明了SCADA系統(tǒng)的使用面很廣、行業(yè)跨度大，但這并不影響其應(yīng)用。

SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，行業(yè)跨度大，有鮮明的行業(yè)特點(diǎn)，不同行業(yè)的SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)，設(shè)備的名稱甚至不一樣。本書從SCADA系統(tǒng)的共性角度出發(fā)，對(duì)SCADA的組成、結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行介紹。

無(wú)論是哪個(gè)領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)、功能基本都是一致的，即該系統(tǒng)至少包含兩個(gè)層次的設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)，具有監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集功能。圖1.9所示為大型油田SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)包括位于井口的現(xiàn)場(chǎng)控制層設(shè)備（如RTU）、轉(zhuǎn)接站監(jiān)控子系統(tǒng)、聯(lián)合站工業(yè)控制系統(tǒng)（通常采用DCS）和油田中心站監(jiān)控管理系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)在其他類似的監(jiān)控系統(tǒng)中經(jīng)常可以看到，如城市公用事業(yè)（自來(lái)水、污水處理、燃?xì)猓┻h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、油氣遠(yuǎn)距離輸送控制系統(tǒng)、電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等。

目前對(duì)SCADA系統(tǒng)并無(wú)統(tǒng)一的定義，參考國(guó)內(nèi)外的一些文獻(xiàn)，這里給出一個(gè)SCADA系統(tǒng)的定義：SCADA系統(tǒng)是一類功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成對(duì)測(cè)控點(diǎn)分散的各種過(guò)程或設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，對(duì)本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，以及對(duì)運(yùn)行過(guò)程的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理、安全控制，并為MES等上級(jí)系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)接口，接受上級(jí)系統(tǒng)的調(diào)度和管理。

一般來(lái)講，SCADA主要用于對(duì)測(cè)控點(diǎn)十分分散、分布范圍廣泛的生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的監(jiān)控，通常情況下，測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)是無(wú)人或少人值守的。SCADA一般由處于測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備（通常稱作下位機(jī)，Slave Computer），以及位于中控室的集中監(jiān)視、管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的計(jì)算機(jī)（通常稱作上位機(jī)，Master Computer或Master Terminal Unit）。復(fù)雜的SCADA系統(tǒng)可以有多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心與一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)控制站通信，完成對(duì)一定范圍內(nèi)的設(shè)備的監(jiān)控。上一層的調(diào)度中心再和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心通信，對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)整個(gè)被控設(shè)備、過(guò)程進(jìn)行集中管理。對(duì)于重要的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如西氣東輸SCADA系統(tǒng)這樣的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)控制系統(tǒng)，除了具有常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，以及多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心，在通信層還會(huì)采取冗余措施，以提高系統(tǒng)的可用性，在現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)還會(huì)采用安全儀表系統(tǒng)，以降低發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性。對(duì)通信系統(tǒng)要進(jìn)行加密，以確保數(shù)據(jù)的保密性等。

需要說(shuō)明的是，雖然可以采用一臺(tái)計(jì)算機(jī)配接各種I/O卡件，運(yùn)行自行開發(fā)的應(yīng)用軟件也可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集，但是這類小規(guī)模的系統(tǒng)并不是本書重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。當(dāng)然，本書介紹的內(nèi)容也可以幫助讀者開發(fā)這種小型的SCADA系統(tǒng)。

圖1.9 油田大型SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖