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关于SCADA系统构成的详细剖析

2018年10月30日 16:17 ? 次阅读

?一、SCADA系统的意义

SCADA系统是Supervisory Control And Data Acquisition System的缩写,是对分布距离远,生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。

了解生产情况是实施科学生产的基础,如果生产过程分布很近,可以采用就近控制的办法,就地接线,就地监视,就地控制,对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多,也有采用PLC的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的,比如几公里,几十公里,几百公里甚至几千公里的,如变电站,天然气管线,油田,自来水管网,随着技术的发展,人们慢慢发展出远程采集监视控制系统,称为SCADA系统。

SCADA系统与其他系统的区别在于:

分布区域广泛

主站与控制对象距离远

监控终端的工作条件苛刻

通讯系统复杂多变

通讯系统不保证可靠传输

二、SCADA系统的构成

SCADA系统主要包括三部分组成,主站端,通讯系统和远程终端单元。

主站一般采用先进的计算机,有着良好的图形支持,现在采用PC计算机和WINDOWS系统居多,在历史上,曾经有很多系统采用UNIX系统和XWINDOWS图形界面。一个主站可能的分站数量从几十到几百、几千个不等。

通讯系统就非常复杂了,有线的包括音频电缆、载波电缆、光纤、电力载波等,无线的包括电台、卫星、微波等。

远程终端单元(RTUorTeleControl)的品种也很多,大的系统由很多机柜组成,小的系统可能就是一个小盒子。

关于SCADA系统构成的详细剖析

三、SCADA的主站系统

SCADA系统的主站过去由很多著名的系统是基于UNIX操作系统家族和XWINDOW图形界面的。

随着计算机系统的发展,特别是PC机的发展,PC机和PC机上运行的操作系统在扮演着越来越重要的角色。

庞大的主站系统一般包括如下内容:

通讯前置系统,主要负责解析各种不同的规约,完成通讯接口数据处理,包括数据转发。包括前置计算机,串口池或者MODEM池,机架,防雷措施和网络接口。

实时数据库系统,主要包括运行实时数据库的服务器。

工程师工作站,负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。

生产调度工作站,是监控系统的主要用户,显示画面,画面浏览,实现各种报警等。

各种监控工作站,主要用于特别庞大的系统,几个人已经无法监控的情况,这时会根据需要,设立各种的监控工作站,每个工作站有人员工作。

历史数据库服务器,是SCADA系统保存历史数据的服务器。

WEB服务器,是现在SCADA主站系统的一个流行趋势,只要用户装有浏览器软件,得到相应的授权,就可以访问相应的他关心的数据。

上层应用工作站,主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析,负荷预测,事故追忆,电网稳定性分析,能量管理等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析,管网经济性分析,管网漏失分析等。在采油工程上,包括示功图显示,示功图分析,泵况分析,功图计产等等。

作为SCADA主站系统,大的系统可能有几十个上百个工作站,多个服务器。为了保证系统的可靠性,采用双前置系统,多服务器系统,两个网络。但是对于简单的SCADA主站系统可能就只有一台计算机,运行一套软件。

各种不同应用的SCADA系统,可以说大部分是相同的或者类似的。但是各个行业有各个行业的特点,每个行业所关心的东西不一样。比如电力行业非常关心每个线路电压电流功率,而对于自来水行业就不是特别关心这些数据,而关心管道的压力流量等。这样就形成了不同行业的系统。也有通用的人机界面使用,但是这种界面一般无法满足各个行业的特殊需要。

四、SCADA的通讯系统

SCADA通讯系统是最丰富多彩的,有很多通讯方式是很多人都没有听说过的。一般分类大体可以分为两类,有线和无线,但是随着通讯技术的发展,基于各种网络的通讯方式也发展很快,这种通讯方式很难归结到有线或者无线的范畴,所以也单独作为一类。

有线方式比较多:音频电缆,架空明线,载波电缆,同轴电缆,光纤,电力载波等。在有线上传输大体分为基带传输和调制传输,基带传输是在介质上传输的是数字信号,可能也要经过信号变化。调制解调传输要经过模拟数字变换的传输。很多介质既可以作为基带传输也可以作为调制传输。

无线方式主要包括:电台、微波、卫星、光线、声波等手段。

网络方式是通讯系统架构在一个计算机网络之上,比如帧中继,ATM.,IP网,这种通讯方式可能是有线的也可能是无线的,甚至多次跨越无线和有线。其性能也明显区分于有线和无线系统。比如不用考虑误码,不用考虑报文的大小,不考虑系统的拓扑结构,但是网络的时延可能比较大。通过GPRS网络或者CDMA传输SCADA系统数据就是典型的例子。

五、SCADA的远方终端单元

SCADA系统远程终端单元有一个专门的词汇RTU。现在术语中称为TeleControl。

RTU一般包括通讯处理单元、开关量采集单元、脉冲量采集单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元,开关量输出单元和脉冲量输出单元等构成。还有一些其他的接口方式,比如电力变压器的分接头,气象的格雷码接口,水文的BCD码接口等等。

远方的通讯一般和RTU安装在一起,这样便于接线。

现在的RTU出来完成本身的数据采集工作和协议处理之外,还要完成和各种IED设备的接口和协议转换工作。而且RTU的通讯处理单元的能力越来越强大,而相应的采集工作却在逐渐的弱化,由各种IED设备代替了。

RTU在中国电力系统的最大发展就是用交流采样算法直接计算线路的电压、电流、有功功、无功功率、功率因数、频率、谐波等,取代了传统的电力变送器,降低了成本,降低了接线复杂度,减少了误差环节,提高了精度。而今综合了保护、远动、计量的设备已经出现了,而传统的远动已经基本退出了历史舞台。

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