1.2.2 上位機系統（監控中心）

1.上位機系統組成

國外文獻常稱上位機為“SCADA Server”或MTU，即Master Terminal Unit。上位機系統通常包括SCADA服務器、工程師站、操作員站、Web服務器等，這些設備通常采用以太網聯網。實際的SCADA系統上位機系統到底如何配置還要根據系統規模和要求而定，最小的上位機系統只要有一臺PC即可。根據安全性要求，上位機系統還可以實現冗余，即配置兩臺SCADA服務器，當一臺出現故障時，系統自動切換到另外一臺工作。上位機通過網絡，與在測控現場的下位機通信，以各種形式，如聲音、圖形、報表等方式顯示給用戶，以達到監視的目的。同時數據經過處理后，告知用戶設備的狀態（報警、正?；驁缶謴停?，這些處理后的數據可能會保存到數據庫中，也可能通過網絡系統傳輸到不同的監控平臺上，還可能與別的系統（如MIS、GIS）結合形成功能更加強大的系統；上位機還可以接受操作人員的指示，將控制信號發送到下位機中，以達到遠程控制的目的。

對結構復雜的SCADA系統，可能包含多個上位機系統。即系統除了有一個總的監控中心外，還包括多個分監控中心。如對于西氣東輸監控系統這樣的大型系統而言，就包含多個地區監控中心，它們分別管理一定區域的下位機。采用這種結構的好處是系統結構更加合理，任務管理更加分散，可靠性更高。每一個監控中心通常由完成不同功能的工作站組成一個局域網，這些工作站包括：

（1）數據服務器——負責收集從下位機傳送來的數據，并進行匯總。

（2）網絡服務器——負責監控中心的網絡管理及與上一級監控中心的連接。

（3）操作員站——在監控中心完成各種管理和控制功能，通過組態畫面監測現場站點，使整個系統平穩運行，并完成工況圖、統計曲線、報表等功能。操作員站通常是SCADA客戶端。

（4）工程師站——對系統進行組態和維護；改變下位機系統的控制參數等。

2.上位機系統功能

通過完成不同功能計算機及相關通信設備、軟件的組合，整個上位機系統可以實現如下功能。

1）數據采集和狀態顯示

SCADA系統的首要功能就是數據采集，即首先通過下位機采集測控現場數據，然后上位機通過通信網絡從眾多的下位機中采集數據，進行匯總、記錄和顯示。通常情況下，下位機不具有數據記錄功能，只有上位機才能完整地記錄和保持各種類型的數據，為各種分析和應用打下基礎。

上位機系統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、聲音等方式顯示設備的狀態和參數信息、報警信息等。

2）遠程監控

SCADA系統中，上位機匯集了現場的各種測控數據，這是遠程監視、控制的基礎。由于上位機采集數據具有全面性和完整性，監控中心的控制管理也具有全局性，能更好地實現整個系統的合理、優化運行。特別是對許多常年無人值守的現場，遠程監控是安全生產的重要保證。

遠程監控的實現不僅表現在管理設備的開、停及其工作方式，如手動還是自動，還可以通過修改下位機的控制參數來實現對下位機運行的管理和監控。

3）報警和報警處理

SCADA系統上位機的報警功能對于盡早發現和排除測控現場的各種故障，保證系統正常運行起著重要作用。上位機上可以以多種形式顯示發生的故障的名稱、等級、位置、時間和報警信息的處理或應答情況。上位機系統可以同時處理和顯示多點同時報警，并且對報警的應答做記錄。

4）事故追憶和趨勢分析

上位機系統的運行記錄數據，如報警與報警處理記錄、用戶管理記錄、設備操作記錄、重要的參數記錄與過程數據的記錄對于分析和評價系統運行狀況是必不可少的。對于預測和分析系統的故障，快速地找到事故的原因并找到恢復生產的最佳方法是十分重要的，這也是評價一個SCADA系統其功能強弱重要的指標之一。

5）與其他應用系統的結合

工業控制的發展趨勢就是管控一體化，也稱為綜合自動化，典型的系統架構就是ERP/MES/PCS三級系統結構，SCADA系統就屬于PCS層，是綜合自動化的基礎和保障。這就要求SCADA系統是開放的系統，可以為上層應用提供各種信息，也可以接收上層系統的調度、管理和優化控制指令，實現整個企業的優化運行。

3.工控機或商用機

上位機系統硬件組成主要有計算機、服務器、網絡與通信設備等。這里討論一下上位機系統的計算機到底選用工控機還是商用計算機。

在SCADA系統發展初期，上位機系統普遍采用工控機。因為工控機在商用計算機上進行了改裝與加固，以適應工業應用的要求，主要體現在：

（1）結構設計更合理——與商用機相比，多數工控機都具有無源底板，將商用機的底板功能采用CPU卡件的形式實現。普遍使用全鋼結構的標準機箱，機箱上帶有濾網、減振和加固壓條等裝置；配備多個冷卻風扇，并使得機箱內部保持空氣正壓。

（2）可靠性高——工控機對主要的硬件設備，如電源、主板、機箱等都采取了特別的強化措施，其平均無故障實際可以達到數萬小時。

（3）適應惡劣環境——工控機在電磁干擾嚴重、電源電壓波動較大、振動、溫度變化較大及粉塵較多的惡劣環境下都能夠正常運行。

然而，近年來，隨著商用機可靠性的不斷增強，以及商用機與工控機之間較大的價格差距，SCADA系統選用商用機做上位機已經十分普遍。對于可靠性要求高的場合，可以通過熱備等方式來實現。