SCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，譯成中文就是監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。從其名稱可以看出，其包含兩個(gè)層次的功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。下圖所示為一個(gè)市政工程SCADA系統(tǒng)。
SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能儀表
在一些側(cè)重?cái)?shù)據(jù)采集、信息集中管理與遠(yuǎn)程監(jiān)管的應(yīng)用中，遠(yuǎn)程控制功能要求較低。在這類SCADA系統(tǒng)中，大量使用各種現(xiàn)場(chǎng)儀表做下位機(jī)，如智能流量計(jì)量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。
2.2上位機(jī)
（1）上位機(jī)組成：
上位機(jī)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(shí)際的SCADA系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)到底如何配置還是根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和要求而定。根據(jù)安全性要求，上位機(jī)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)冗余，即配置兩臺(tái)SCADA服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)卻換到另外一臺(tái)工作。
（2）上位機(jī)功能：
數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示。
遠(yuǎn)程監(jiān)控。
報(bào)警和報(bào)警處理。
事故追憶和趨勢(shì)分析。>與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合。
（3）選用工控機(jī)或商用機(jī)
在SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期，上位機(jī)系統(tǒng)普遍采用工控機(jī)。因?yàn)楣た貦C(jī)在商用計(jì)算機(jī)上進(jìn)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：硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)可靠性、抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)性等。
然而，近年來(lái)，隨著商業(yè)機(jī)可靠性的不斷增強(qiáng)，以及商用機(jī)與工控機(jī)之間較大的價(jià)格差距，SCADA系統(tǒng)選用商用機(jī)做上位機(jī)已經(jīng)十分普遍。對(duì)于可靠性要求高的場(chǎng)合，可以通過(guò)熱備等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.3通信網(wǎng)絡(luò)
通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分。與一般的過(guò)程監(jiān)控相比，通信網(wǎng)絡(luò)在SCADA系統(tǒng)中分演的作用更為重要，這主要因?yàn)镾CADA系統(tǒng)監(jiān)控的過(guò)程大多具有地理分散的特點(diǎn)，如無(wú)線通信機(jī)站系統(tǒng)的監(jiān)控。
（1）上位機(jī)系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)：
主要是連接上位機(jī)、服務(wù)器、通信設(shè)備、打印設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)。
上位機(jī)還可以設(shè)置WEB服務(wù)器，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
（2）下位機(jī)系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)：
包括連接I/O設(shè)備與控制器的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種設(shè)備級(jí)總線等。
（3）連接上、下位機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)：
這部分網(wǎng)絡(luò)最復(fù)雜，形式最多樣，是SCADA系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。
2.4檢測(cè)和執(zhí)行設(shè)備
（1）檢測(cè)元件
SCADA系統(tǒng)中監(jiān)控的參數(shù)按照數(shù)據(jù)類型可以分為模擬量、數(shù)字量和脈沖量等，模擬量包括溫度、壓力、物位、流量等典型過(guò)程參數(shù)和其他各種參數(shù)，而數(shù)字量包括設(shè)備的啟/停狀態(tài)等。
這些信號(hào)的獲取要靠各種檢測(cè)元件（傳感器）實(shí)現(xiàn)。
（2）執(zhí)行器
執(zhí)行設(shè)備接受下位機(jī)（控制器）的輸出，改變操縱變量，使生產(chǎn)過(guò)程按照預(yù)定要求正常運(yùn)行。在不同的行業(yè)中，執(zhí)行器類別不一樣，如在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控中，各種氣動(dòng)執(zhí)行器得到廣泛應(yīng)用，典型的就是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，還有各種開(kāi)關(guān)閥門。而在制造業(yè)中，各種步進(jìn)電機(jī)、變頻器、伺服電機(jī)等調(diào)速設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。
3.SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu)
SCADA系統(tǒng)的發(fā)展三個(gè)階段：
集中式SCADA系統(tǒng)階段
分布式SCADA系統(tǒng)階段
網(wǎng)絡(luò)式SCADA系統(tǒng)
3.1集中式SCADA系統(tǒng)
所有監(jiān)控功能依賴于一臺(tái)主機(jī)，采用廣域網(wǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)RTU和主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較簡(jiǎn)單，開(kāi)放性差，功能較弱。
網(wǎng)絡(luò)化SCADA系統(tǒng)以各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，控制結(jié)構(gòu)更加分散化，信息管理更集中。
客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S)。
瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（B/S），支持Internet應(yīng)用，以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控需要。
與第二代SCADA系統(tǒng)相比，第三代SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加開(kāi)放，兼容性更好，可以無(wú)縫集成到全廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。
由于SCADA系統(tǒng)的規(guī)模可以從幾百點(diǎn)到幾萬(wàn)點(diǎn)，用戶對(duì)SCAD系統(tǒng)的需求是多樣的，因此對(duì)其系統(tǒng)架構(gòu)提出了很高的要求。
SCADA系統(tǒng)屬于典型的分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)中最本質(zhì)的東西，良好的體系結(jié)構(gòu)意味著普適、高效和穩(wěn)定。由于體系結(jié)構(gòu)是對(duì)復(fù)雜事務(wù)的一種抽象，良好的體系結(jié)構(gòu)是普遍適用的，它可以高效地處理多種多樣的個(gè)體需求。同時(shí)，體系結(jié)構(gòu)在一定的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)需求發(fā)生變化時(shí)，程序員可以不用修改系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。
3.2客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
C/S結(jié)構(gòu)中客戶機(jī)和服務(wù)器之間的通信以
“請(qǐng)求一響應(yīng)”的方式進(jìn)行?？蛻魴C(jī)先向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器再響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，如圖1.3所示。
C/S結(jié)構(gòu)最重要的特征是：它不是一個(gè)主從環(huán)境，而是一個(gè)平等的環(huán)境，即C/S系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)在不同的場(chǎng)合既可能是客戶機(jī)，也可能是服務(wù)器。在C/S應(yīng)用中，用戶只關(guān)心完整地解決自己的應(yīng)用問(wèn)題，而不關(guān)心這些應(yīng)用問(wèn)題由系統(tǒng)中哪臺(tái)或哪幾臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。
客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
如在SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)SCADA服務(wù)器向PLC請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，它是客戶機(jī)，而當(dāng)其他操作站向SCADA服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，它就是服務(wù)器。顯然，這種結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來(lái)實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開(kāi)銷。
3.3瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機(jī)/終端和C/S結(jié)構(gòu)都無(wú)法滿足當(dāng)前的全球網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、互連、信息隨處可見(jiàn)和信息共享的新要求，于是就出現(xiàn)了B/S型結(jié)構(gòu)，如圖所示。
瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
B/S結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是：用戶可以通過(guò)瀏覽器去訪問(wèn)Internet上的文本、數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻點(diǎn)播和聲音信息，這些信息都是由許許多多的Web服務(wù)器產(chǎn)生的，而每一個(gè)Web服務(wù)器又可以通過(guò)各種方式與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接，大量的數(shù)據(jù)實(shí)際存放在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是：客戶機(jī)統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶端不存在維護(hù)的問(wèn)題
3.4兩種結(jié)構(gòu)比較
（1）B/S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：
具有分布性特點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。
業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡(jiǎn)單方便，通過(guò)增加網(wǎng)頁(yè)即可增加服務(wù)器功能。
維護(hù)簡(jiǎn)單方便，只需要改變網(wǎng)頁(yè)，即可實(shí)現(xiàn)所有用戶的同步更新。>開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，共享性強(qiáng)。
B/S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：
個(gè)性化特點(diǎn)明顯降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)具有個(gè)性化的功能要求。
操作是以鼠標(biāo)為最基本的操作方式，無(wú)法滿足快速操作的要求。
頁(yè)面動(dòng)態(tài)刷新，響應(yīng)速度明顯降低。
功能弱化，難以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求。
（2）C/S模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：
由于客戶端實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的直接相連，沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，因此響應(yīng)速度快。
操作界面漂亮、形式多樣，可以充分滿足客戶自身的個(gè)性化要求。
C/S結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。
C/S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：
需要專門的客戶端安裝程序，分布功能弱，針對(duì)點(diǎn)多面廣且不具備網(wǎng)絡(luò)條件的用戶群體，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署安裝和配置。
兼容性差，對(duì)于不同的開(kāi)發(fā)工具，具有較大的局限性。若采用不同工具，需要重新改寫程序。
開(kāi)發(fā)成本較高，需要具有一定專業(yè)水準(zhǔn)的技術(shù)人員才能完成。
4.SCADA、PLC與DCS
SCADA系統(tǒng)集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能強(qiáng)和DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點(diǎn)，性能價(jià)格比高，特別適合測(cè)控點(diǎn)極為分散，對(duì)控制的要求不是特別高的場(chǎng)合。
PLC系統(tǒng)，即可編程控制器系統(tǒng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠性高，技術(shù)成熟，使用廣泛，價(jià)格合理。
PLC多作為SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)。
DCS系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），適用于測(cè)控點(diǎn)數(shù)多、測(cè)控精度高、測(cè)控速度快的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其特點(diǎn)是分散控制和集中監(jiān)視，具有組網(wǎng)通訊能力、測(cè)控功能強(qiáng)、運(yùn)行可靠、易于擴(kuò)展、組態(tài)方便、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，但系統(tǒng)的價(jià)格昂貴。
SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為上、下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，下位機(jī)完成設(shè)備的直接控制，而上位機(jī)側(cè)重于信息集中管理，上、下位機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接。由于SCADA系統(tǒng)的控制對(duì)象分布可能極為分散，因此，SCADA系統(tǒng)的通信通常比DCS要復(fù)雜，通信的形式也會(huì)多種多樣。
SCADA系統(tǒng)可以集成不同廠家的各種測(cè)控產(chǎn)品，開(kāi)放性更好。而某一過(guò)程的DCS控制系統(tǒng)通常是某固定型號(hào)的。
5.SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用
在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。
它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。
它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化有著不可替代的作用。
具體應(yīng)用：
樓宇自動(dòng)化
生產(chǎn)線管理它
機(jī)械人、機(jī)件臂系統(tǒng)
其它生產(chǎn)行業(yè)
無(wú)人工作站系統(tǒng)
