前言

典型的工業(yè)控制系統(tǒng)包括監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)（DCS）。SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的簡稱，翻譯成中文就是“監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集”，國內(nèi)有些文獻(xiàn)將其稱為“數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制”。SCADA系統(tǒng)與用于流程工業(yè)的DCS有明顯不同。一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計算機(jī)測控系統(tǒng)，主要用于對測控點(diǎn)十分分散、分布范圍廣泛的生產(chǎn)過程或設(shè)備的監(jiān)控，在通常情況下，測控現(xiàn)場是無人或少人值班的，如城市排水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、城市煤氣管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、電力調(diào)度自動化等。

SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，不同應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)和監(jiān)控要求導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)解決方案具有多樣性和行業(yè)屬性烙印，因此對SCADA系統(tǒng)的認(rèn)識有所不同。但無論在哪個領(lǐng)域應(yīng)用，用戶對SCADA系統(tǒng)的要求都是一致的。從其名稱可以看出，SCADA系統(tǒng)包含兩個層次的基本功能：監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集。因此，SCADA系統(tǒng)除了在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能上有相似性，在開發(fā)與調(diào)試等方面也有共性。本書正是基于此，有針對性地闡述SCADA系統(tǒng)的共性知識，以及近幾年影響SCADA系統(tǒng)的新技術(shù)和規(guī)范。

本書的最早版本可以追溯到2010年1月出版的《監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)及其應(yīng)用》，隨后在2012年9月出版了第2版。2017年2月，在第2版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大改動，重新以《工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇》出版。近5年來，隨著企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要和工業(yè)控制軟硬件的發(fā)展，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的驅(qū)動，在SCADA系統(tǒng)作為工業(yè)控制基礎(chǔ)層的地位不變的基礎(chǔ)上，一方面與企業(yè)IT系統(tǒng)融合，另一方面吸收了新的技術(shù)，SCADA系統(tǒng)的內(nèi)容更加豐富。為了使讀者了解近5年來SCADA系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的深入，遂對《工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇》第1版內(nèi)容進(jìn)行了大幅修改、補(bǔ)充與完善，出版了第2版。

《工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用——SCADA系統(tǒng)篇（第2版）》共8章，主要內(nèi)容如下。

第1章是工業(yè)控制系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)概述。首先介紹由工業(yè)生產(chǎn)的不同特點(diǎn)而產(chǎn)生的工業(yè)自動化與流程工業(yè)自動化，對兩者的內(nèi)涵、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了概述。然后重點(diǎn)分析了SCADA系統(tǒng)的組成、功能、特點(diǎn)與發(fā)展趨勢。最后對SCADA系統(tǒng)在電力、交通、能源等行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了概述性介紹。

第2章是數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要介紹SCADA系統(tǒng)中常用的通信技術(shù)。本章內(nèi)容包括通用串行通信、現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)等。對SCADA系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)容進(jìn)行了闡述。結(jié)合工控網(wǎng)絡(luò)與通信應(yīng)用實(shí)例，通過Wireshark抓包來對部分典型工控通信協(xié)議進(jìn)行分析，以加深讀者對網(wǎng)絡(luò)體系與協(xié)議的直觀理解。

第3章是工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用。本章對工業(yè)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹，對工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)、I/O接口功能與分類進(jìn)行了分析。結(jié)合實(shí)例介紹了各類數(shù)據(jù)采集技術(shù)，包括基于PC的數(shù)據(jù)采集、PLC與數(shù)據(jù)采集設(shè)備串行通信協(xié)同數(shù)據(jù)采集、PLC與數(shù)據(jù)采集設(shè)備基于Modbus TCP協(xié)同數(shù)據(jù)采集、基于物聯(lián)網(wǎng)MQTT通信的數(shù)據(jù)采集等。

第4章是SCADA系統(tǒng)應(yīng)用軟件編程與組態(tài)。本章內(nèi)容主要包括下位機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)與上位機(jī)組態(tài)軟件開發(fā)。介紹了SCADA系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)的主要內(nèi)容和工具軟件，重點(diǎn)介紹SCADA系統(tǒng)下位機(jī)編程規(guī)范IEC61131-3，并結(jié)合實(shí)例介紹了下位機(jī)編程語言及其應(yīng)用。本章概述了上位機(jī)組態(tài)軟件的發(fā)展及其主要內(nèi)容，對主要的上位機(jī)組態(tài)軟件產(chǎn)品進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)例闡述了如何利用組態(tài)軟件開發(fā)上位機(jī)人機(jī)界面及進(jìn)行調(diào)試。

第5章是經(jīng)典OPC與OPC UA標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用。首先闡述了經(jīng)典OPC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生、特點(diǎn)、主要內(nèi)容、體系結(jié)構(gòu)等，結(jié)合實(shí)例介紹了OPC DA服務(wù)器的應(yīng)用。然后對OPC UA標(biāo)準(zhǔn)及其主要內(nèi)容進(jìn)行了介紹，結(jié)合實(shí)例闡述了OPC UA標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用。最后給出了基于經(jīng)典OPC通信的CSTR過程工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)字化仿真的應(yīng)用案例。

第6章是安全儀表系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全，本章除了介紹經(jīng)典的功能安全，特別是安全儀表系統(tǒng)的內(nèi)容，還重點(diǎn)介紹了近年來備受重視的工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全，對其產(chǎn)生的根源、工業(yè)控制系統(tǒng)的脆弱性、工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護(hù)等進(jìn)行了詳細(xì)分析。

第7章是SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，主要介紹了SCADA系統(tǒng)設(shè)計的原則、步驟、內(nèi)容和調(diào)試等，并介紹了SCADA系統(tǒng)可靠性設(shè)計。

第8章是SCADA系統(tǒng)應(yīng)用案例分析，也是本書的重點(diǎn)部分。精選了污水處理、能源集控、原油長距離輸送管線的SCADA系統(tǒng)和冶金企業(yè)電力調(diào)度自動化系統(tǒng)4個富有特色的案例，對案例中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析，以培養(yǎng)讀者通過案例學(xué)習(xí)SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)技能。

本書編著者長期從事與工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)控制技術(shù)、工控信息安全相關(guān)的教學(xué)、科研與工程實(shí)踐。在編寫本書的過程中，除了引用編著者多年的工程實(shí)踐與研究內(nèi)容，還參考了不少國內(nèi)外論文、期刊、書籍及互聯(lián)網(wǎng)上的資料，受篇幅限制，無法將所有文獻(xiàn)在參考文獻(xiàn)中一一列出，編著者對這些資料的作者表示由衷感謝，同時聲明，所參考文獻(xiàn)的版權(quán)屬于原作者。

本書由華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院王華忠編著。本書的出版獲華東理工大學(xué)研究生教育基金資助，在此表示感謝。MOX（萬科思）自動化、OPTO 22等公司為本書提供了技術(shù)資料，在此一并表示感謝！

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限于時間和編著者的水平，SCADA系統(tǒng)涉及的內(nèi)容龐雜，書中難免存在不當(dāng)之處，殷切希望讀者提出批評建議，懇請專家、學(xué)者批評指正，也歡迎讀者交流討論，編著者的E-mail是hzwang＠ecust.edu.cn。

編著者

2023年1月