1.3.2 上位機系統(tǒng)

1.上位機系統(tǒng)的組成

國外文獻常稱上位機為“SCADA Server”或MTU（Master Terminal Unit）。上位機系統(tǒng)通常包括SCADA服務(wù)器、工程師站、操作員站、Web服務(wù)器等，這些設(shè)備通常采用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。實際的SCADA系統(tǒng)上位機系統(tǒng)到底如何配置還要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和要求而定，最小的上位機系統(tǒng)只要有一臺PC即可。為了提高可靠性，上位機系統(tǒng)還可以實現(xiàn)冗余，即配置兩臺SCADA服務(wù)器，當一臺SCADA服務(wù)器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切換到另外一臺SCADA服務(wù)器工作。上位機通過網(wǎng)絡(luò)與測控現(xiàn)場的下位機通信，并以各種形式（如聲音、圖形、報表等）顯示給用戶，以達到監(jiān)控的目的。處理數(shù)據(jù)后，告知用戶設(shè)備的狀態(tài)（報警、正?；驁缶謴?fù)），這些處理后的數(shù)據(jù)可能被保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)（如MIS、GIS）結(jié)合形成功能更加強大的系統(tǒng)；上位機系統(tǒng)還可以接受操作人員的指示，將控制指令發(fā)送到下位機中，以達到遠程控制的目的。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的SCADA系統(tǒng)可能包含多個上位機系統(tǒng)。即系統(tǒng)除了有一個總監(jiān)控中心，還包括多個分監(jiān)控中心。如對西氣東輸監(jiān)控系統(tǒng)這樣的大型系統(tǒng)而言，就包含多個地區(qū)監(jiān)控中心，它們分別管理一定區(qū)域的下位機。采用這種結(jié)構(gòu)的好處是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理、管理更加分散、可靠性更高。每個監(jiān)控中心通常由完成不同功能的工作站組成一個局域網(wǎng)，具體如下。

（1）SCADA服務(wù)器——負責收集從下位機傳送來的數(shù)據(jù)，并進行匯總。

（2）Web服務(wù)器——負責監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)管理及與上一級監(jiān)控中心的連接。

（3）操作員站——在監(jiān)控中心完成各種管理和控制功能，通過組態(tài)畫面監(jiān)測現(xiàn)場站點，使整個系統(tǒng)平穩(wěn)運行，并制作工況圖、統(tǒng)計曲線、報表等。操作員站通常是SCADA客戶端。

（4）工程師站——對系統(tǒng)進行組態(tài)和維護，修改控制邏輯等。

一些企業(yè)的調(diào)度中心可以以SCADA系統(tǒng)上位機的功能為基礎(chǔ)構(gòu)建，詳見本書第8章的案例介紹。

2.上位機系統(tǒng)的功能

通過完成不同功能的計算機及相關(guān)通信設(shè)備、軟件的組合，整個上位機系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能。

（1）數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。

SCADA系統(tǒng)的首要功能就是數(shù)據(jù)采集，即首先通過下位機采集測控現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，然后上位機通過通信網(wǎng)絡(luò)從眾多的下位機中采集數(shù)據(jù)，進行匯總、記錄和顯示。通常情況下，下位機不具有數(shù)據(jù)記錄功能，只有上位機能完整地記錄和保持各種類型的數(shù)據(jù)，為各種分析和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

上位機系統(tǒng)通常具有非常友好的人機界面，人機界面可以以各種圖形、圖像、動畫、聲音等方式顯示設(shè)備的狀態(tài)信息、參數(shù)信息、報警信息等。

（2）遠程監(jiān)控。

在SCADA系統(tǒng)中，上位機匯集了現(xiàn)場的各種測控數(shù)據(jù)，這是遠程監(jiān)視、控制的基礎(chǔ)。由于上位機采集數(shù)據(jù)具有全面性和完整性，監(jiān)控中心的控制管理也具有全局性，能更好地優(yōu)化整個系統(tǒng)，使其合理運行。特別是對于許多常年無人值守的現(xiàn)場，遠程監(jiān)控是安全生產(chǎn)的重要保證。

遠程監(jiān)控的實現(xiàn)不僅表現(xiàn)在管理設(shè)備的開/停及其工作方式（如手動或自動）上，還可以通過修改下位機的控制參數(shù)來實現(xiàn)對下位機運行的管理和監(jiān)控。

（3）報警和報警處理。

SCADA系統(tǒng)上位機的報警功能對盡早發(fā)現(xiàn)和排除測控現(xiàn)場的各種故障、保證系統(tǒng)正常運行起著重要作用。上位機可以以多種形式顯示發(fā)生的故障的名稱、等級、位置、時間及對報警信息的處理和應(yīng)答情況。上位機系統(tǒng)可以同時顯示和處理多點報警，并且對報警的應(yīng)答做記錄。

（4）事故追憶和趨勢分析。

對上位機系統(tǒng)的運行記錄數(shù)據(jù)（如報警與報警處理記錄、用戶管理記錄、設(shè)備操作記錄、重要參數(shù)記錄與過程數(shù)據(jù)記錄）對于分析和評價系統(tǒng)運行狀況來說是必不可少的。對于預(yù)測和分析系統(tǒng)的故障，快速找到事故的原因并找到恢復(fù)生產(chǎn)的方法是十分重要的，這也是評價一個SCADA系統(tǒng)功能強弱的重要指標之一。

3.工控機與商用機

上位機系統(tǒng)硬件主要包括計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備等。這里討論一下上位機系統(tǒng)的計算機到底是選用工控機還是商用機。

在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期，上位機系統(tǒng)普遍采用工控機。因為工控機在商用機上進行了改裝與加固，以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理——與商用機相比，多數(shù)工控機都具有無源底板，采用CPU卡件的形式實現(xiàn)商用機的底板功能。普遍使用全鋼結(jié)構(gòu)的標準機箱，機箱上帶有濾網(wǎng)、減振器和加固壓條等裝置，配備多個冷卻風扇，使機箱內(nèi)部保持空氣正壓。

（2）可靠性高——工控機對主要的硬件設(shè)備，如電源、主板、機箱等都采取了特別的強化措施，其平均無故障時間可以達到數(shù)萬小時。

（3）適應(yīng)惡劣環(huán)境——工控機在電磁干擾嚴重、電源電壓波動較大、振動幅度大、溫度變化較大及粉塵較多的惡劣環(huán)境下也能正常運行。

然而，近年來，隨著商用機的可靠性的不斷增強，以及商用機與工控機之間較大的價格差距，SCADA系統(tǒng)選用商用機作為上位機已經(jīng)十分普遍。對可靠性要求高的場合可以采用熱備等方式。由于工作人員通過操作員站實現(xiàn)監(jiān)控操作，這就要求操作員站及其系統(tǒng)軟件具有高穩(wěn)定性和高可靠性，能夠快速地從故障中恢復(fù)。目前普遍使用工作站作為操作員站主機，并配置高性能CPU、內(nèi)存、RAID冗余硬盤結(jié)構(gòu)及光盤驅(qū)動器等大容量外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。