SCADA(监视控制和数据采集)系统广泛用于控制地理上分布的过程，这些过程通常分散在数千公里以上，需要集中数据采集和控制来执行系统操作。
一些SCADA应用包括采矿业、供水系统和污水收集系统、现代工艺和制造业、公共和私营公用事业、电网、石油和天然气管道和铁路运输系统。
大纲
什么是SCADA系统?
顾名思义，SCADA系统通过获取和分析远程设备的数据，为各种工业自动化系统(如制造和过程控制自动化系统)提供监督控制、监视和管理。
它收集来自各个远程位置或工厂的实时数据，在各种HMIs上显示数据，在SCADA数据库管理上记录和记录数据。
它通过将数据采集和控制系统与遥测系统(换句话说，与数据传输系统)和HMI软件集成在一起，提供集中监控系统。
SCADA系统旨在收集传感器输出、各种机器的状态和设置各种工艺变量的限制等现场信息，并通过无线通信系统将其传输到中央计算机。
在监控端，接收到的信息以图形或文本的形式显示给操作员，因此操作员可以从中央控制位置监视、分析和控制整个系统。
根据所实现的控制系统，任何单个系统的控制都可以通过操作员的命令手动执行，也可以使用各种闭环控制策略自动执行。
SCADA系统结合了硬件和软件两部分。SCADA硬件包括位于中心位置的MTU(主终端单元)、通信设备，如电话线、无线电、电缆或卫星，以及一个或多个rtu(远程终端单元)或放置在地理上分布的现场站点的plc。
这些rtu或plc与各种传感器和执行器连接，负责收集数据和控制现场参数。主控终端单元MTU (Master Terminal Unit)负责采集和处理RTU或PLC输入输出的数据，而PLC或RTU则负责控制现场设备或本地进程。
SCADA软件实现了SCADA的功能，如何时获取和控制什么，获取数据的存储和访问，计算参数可接受范围(设限检查)，响应参数违规(超出范围)，提供HMI，报告和计费，产生告警等。
有不同的SCADA供应商，其中包括西门子、ABB、霍尼韦尔、罗克韦尔、施耐德电气、Technomatix和Tibbo Systems。
SCADA的体系结构
SCADA系统的典型架构如下图所示，描述了SCADA的一般配置和主要组件。在这种情况下，控制区或主站包含作为MTU和通信路由器的主服务器。
此外，控制区域包括工程工作站、HMI站、数据服务器和数据历史记录，它们都通过局域网(LAN)连接。主站负责监视和控制各个远程站。
远程站配备一个或多个rtu / plc，通过传感器(如电压、电流、温度和压力)进行本地监测，并通过执行器(如泵、继电器和阀门)进行本地控制。现场站点设备通过WAN网络连接，进行远程诊断。
现场站点和控制中心之间的通信或信息传输是通过专用通信协议进行的，通过串行通信，使用遥测技术，如电缆、电话线和射频。
SCADA组件或SCADA框图:
SCADA的主要组成部分包括
主终端单元(MTU)
它是SCADA系统的核心，可以是专用计算机、可编程逻辑控制器(PLC)或与远程现场rtu通信的网络服务器。它发起所有的通信，收集数据，将数据存储在数据库中，为操作员提供接口，并将信息发送到其他系统。
它允许用户根据收集到的数据对现场设备(如断路器、开关和其他执行器)执行控制功能。它与主站的其他设备持续通信，以方便数据记录、报警处理、趋势和报告、图形界面和安全系统。
远程终端单元(rtu)
RTUs从他们所工作的各个现场站点收集信息。每个RTU都连接着各种传感器和执行器，用于管理本地工艺或现场设备。
它从各种传感器收集信息，并将信息发送到MTU。同时，它接收来自MTU的控制命令，并相应地控制各种执行器。
许多rtu将数据存储在数据库中，等待MTU发送或传输数据的请求。在复杂的系统中，plc被用作rtu，直接传输现场数据并控制参数，而不需要来自MTU的请求。它使用局域网与各种现场智能设备通信。
通信设备/网络
它提供了rtu(在现场)到MTU(在控制中心)之间的链路。通信可以是有线或无线的，也可以是通过互联网进行的，这为RTU和MTU之间提供了双向不间断的通信。
SCADA系统可以使用各种通信介质进行连接，包括双绞线、同轴金属电缆、光纤电缆、卫星、高频无线电、电话线和微波无线电。
SCADA系统网络的拓扑结构取决于它所用于的系统或应用程序的类型。大多数冗余拓扑建议用于关键控制应用。
SCADA软件
它是每个SCADA系统的一个重要方面，向用户展示信息，并允许用户干预过程控制。许多SCADA系统使用商业专有软件，在此基础上开发SCADA系统。
该软件包括控制中央主机硬件的计算机操作系统、通信网络管理、人机界面图形生成工具、数据库管理和报表生成工具。
中央站的其他部件或辅助设备包括HMI站(提供现场参数的图形表示)、报警发生器(通知过程正常和异常情况)和记录器(在图表上产生模拟变量和离散变量的永久记录)。
SCADA功能
1.数据采集
在SCADA系统中，MTU从rtu定期采集数据。如前所述，RTU可以响应来自MTU的请求，或者在参数状态发生变化或超出参数限制时连续传输数据，甚至不需要来自MTU的请求。
数据采集过程包括RTU内部数据库的内部扫描、RTU按MTU定期轮询、RTU向MTU传输数据、将数据扩展为工程单元以及更新数据库中先前的值或状态。
2.人机界面(HMI)
SCADA产品在多个屏幕上显示信息，结合了文本和天气图。它为人工操作人员提供了持续监测操作的条件，并在必要时进行干预。
SCADA HMI软件由图形符号库组成，标签名称与特定设备或参数相关联，如开关的ON/OFF状态，坦克的水平信息等)。
HMI上的显示选择主要以树形结构组织，其中索引页面允许操作员使用光标、键盘、轨迹球或触摸屏定位技术选择各种显示。
3.监督控制
它是从远程位置控制设备操作的过程。在SCADA系统中，主站的MTU向远站的RTU发送设置点和离散控制命令等控制指令。在远程工作站，RTU接收命令，并相应地控制适当的执行器。
监视控制包括选择远程站，选择要控制的设备和执行所需的命令，如关闭或跳闸。大多数系统采用操作前检查的方法，对远程设备进行正确的选择和操作。
4.趋势
所有SCADA产品都提供趋势工具，在各种图表上显示收集的(实时)或保存的(历史)数据。在特定图表上趋势化的参数可以在线定义，也可以预先定义。
这些图表能够使用一个或多个图显示一个或多个参数。它提供了数据的自动滚动和增强的缩放功能。历史学家趋势可以通过存档数据库实现。
5.报警处理
它涉及通过告知事件发生地点、发生时间、设备ID和事件性质，向操作员发出计划外事件的警报。
通过将接收到的数据与适当的限制进行比较，在主控制站上逻辑地编写报警程序。可以对多个优先级的告警进行处理。警报可以被单独或作为一个完整的组抑制。
6.信息存储和报告
SCADA将收集到的数据存储在磁盘或永久存储设备上。数据的日志记录是循环执行的，这意味着循环历史文件的时间跨度是有限的(可能是40天或12个月)。
一旦周期完成或日志被填满，它将数据归档到永久存储设备，然后丢弃超过文件时间跨度的信息。这允许用户在需要时检索和分析数据。
SCADA使用SQL类型查询提供报表生成。历史文件为生成各种报告提供了信息源。SCADA还有助于打印和存档报告。
SCADA应用
SCADA的灵活性、可靠性和可扩展性等特点使其广泛应用于复杂系统的自动化。
SCADA在许多实际应用中已经成功地为从能源生产到农业系统的广泛行业提供了监视和控制解决方案。下面给出了其中一些应用程序。
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废水处理
废水处理包括从井或地面过滤原水，并将清洁的水排放到分配系统。水处理过程中的处理区域包括低扬程或原水站、预处理、过滤、高扬程或处理水站和化学注入系统。
在这里，每个级都使用plc作为rtu，以及传感器和执行器，用于现场水平的监测和操作控制。SCADA系统通过通信网络从水处理的各个阶段收集数据，使中央监控全面的HMI工作站成为可能。
配电系统
SCADA系统使用智能电子设备(ied)作为rtu自动化配电任务。SCADA监督整个配电系统，以减少停机时间，实现最佳运行。SCADA在配电系统中的功能包括变电站控制、馈线控制和终端用户负荷控制。
变电站、馈线或终端使用装置中的rtu / ied收集现场数据，包括开关、变压器、断路器的状态、故障信息、能耗和计费。
在中央监控端，MTU接收来自rtu的数据，在HMIs上显示数据，提供数据趋势和日志记录。它还维持所需的电流、电压和功率因数水平，并相应地产生报警并将控制信号发送回远程工作站。
发电电站
在火电厂，各种设备分布在厂区内，所有设备都与SCADA系统相连。SCADA能够监测和控制大量的锅炉，涡轮机和泵。
SCADA自动化和监督工厂的操作，包括煤粉，蒸汽流量的控制，涡轮启动/停止状态，进入锅炉的水控制，电源分配和控制。
对于风力发电厂，SCADA提供了远程电厂的实时可视性，方便了对电厂的远程集中控制。在这种情况下，SCADA控制风力涡轮机在启动、发电、关闭和停止(故障)的情况下。此外，它还提供在线数据、历史、报警和HMI。
工业控制
SCADA的使用经常出现在许多工业应用程序中，包括制造业(钢铁厂)、过程工业、石油和天然气工业、食品加工等。
SCADA与工业过程的集成提高了生产率，提高了产品质量，并提供了高成本效益的操作。在这些行业中，plc在处理现场参数和将其转移到中央控制站方面起着主要作用。
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