初学者介绍监控与数据采集（SCADA）

SCADA帮助工业组织保持效率，将系统问题传达以减少停机时间，并处理数据以做出更明智的决策。

许多工业厂房、遥远的站点和制造车间过去都依靠人员通过模拟刻度盘和按钮手动监控和控制电气设备。随着遥远站点和工业车间的扩大，它们需要更好的解决方案来远程控制电气设备。一些组织开始使用定时器和继电器提供更好的监控控制水平。

尽管定时器和继电器解决了一些大问题，但它们提供的自动化功能有限。而且，定时器和继电器难以配置，并且故障排查需要更多的空间。因此，出现了更多问题。

一种名为“SCADA”的技术被引入来解决这些问题。

PLC和微处理器的兴起使得SCADA能够比以前更好地监控和控制自动化过程。

在本文中，我将讨论SCADA，其用途、特点、组件、类型等等。

让我们开始吧！

什么是SCADA？

监控控制与数据采集（SCADA）是一种应用程序类型，允许工业企业控制其工业过程，例如从远程位置实时获取数据以控制设备的条件。它提供了许多在实时部署数据驱动决策所需的工具。

自20世纪70年代以来，SCADA解决了许多工业监控和控制过程。

在90年代末和2000年代初，SCADA采用了开放系统架构和非特定厂商的通信协议。这利用了以太网等通信技术，使系统能够与其他厂商进行通信，提升了旧SCADA系统的限制。

现代SCADA系统允许工业车间从世界各地访问实时数据。这种访问使得企业、个人和政府能够更好地决策如何改进其过程。如果没有SCADA软件，收集足够的数据将是不可能的。

此外，现代SCADA设计软件具有快速应用开发（RAD）功能。这使得用户即使没有软件开发知识也能轻松设计应用程序。

引入现代IT实践和标准，如基于Web的应用程序和SQL，改进了SCADA系统的安全性、可靠性、生产力和效率。

使用SQL数据库的一个很大优势是，它使得与ERP和MES系统的集成过程更加容易，使数据能够在整个组织中流动。

因此，SCADA是一种由硬件和软件元素组成的系统，使工业企业能够：

• 在远程位置或本地控制工业过程
• 实时监控、收集和处理数据
• 通过人机界面（HMI软件）直接与设备（如泵、阀门、传感器、电机等）交互
• 记录所有事件到日志文件中

其基本架构从远程终端单元（RTU）和可编程逻辑控制器（PLC）开始。这两个都是与各种对象（如传感器、终端设备、HMI和工厂机器）进行通信的微型计算机。RTU和PLC使用SCADA软件将对象的数据传输到计算机。

然而，SCADA软件处理、显示和分发数据，帮助员工和操作员分析信息并做出重要决策。

例如，SCADA系统迅速通知操作员有一批产品出现错误。操作员暂停操作，通过HMI查看系统数据，并确定问题的原因。然后操作员回顾信息，并发现“机器4”不工作。

这样SCADA系统帮助操作员识别问题，并及时解决，并且prevent further loss。

SCADA系统的组成部分

SCADA系统有各种组件，这些组件部署在现场以实时收集数据。这些组件使数据收集和工业自动化得到增强。

让我们详细讨论每个组件。

#1. 传感器和执行器

传感器是从工业过程中检测输入功能的设备或系统。执行器是控制工业过程机制的设备。传感器的功能类似于显示机器状态的仪表或表盘。

执行器类似于可以用来控制设备的刻度盘、控制或switch。两者都由SCADA现场控制器监控和控制。

#2. SCADA现场控制器

现场控制器直接与执行器和传感器进行接口。这有两个类别：

1. 远程遥测单元（RTU）与传感器进行接口，收集遥测数据，然后将其转发给主要系统进行下一步操作。
2. 可编程逻辑控制器（PLC）与执行器进行接口，根据RTUs收集的当前遥测来维护和控制工业过程。

#3. SCADA监控计算机

监控计算机控制与SCADA相关的所有过程。它们用于从现场设备收集数据，并向设备发送命令以控制工业过程。

#4. HMI软件

该软件提供了一个系统，确认并呈现来自SCADA现场设备的数据。它还使操作员能够理解和修改SCADA控制的过程的状态。

#5. 通信基础设施

通信基础设施允许SCADA监控系统与现场控制器和现场设备进行通信。这也使得SCADA系统能够从现场设备收集数据并控制这些设备。

SCADA系统的特点

SCADA系统包括特定应用或行业的特殊功能，大多数系统支持以下功能：

• 数据采集：这是SCADA系统的基础，传感器收集数据并将其传递给现场控制器。相应地，现场控制器将数据传递给SCADA计算机。
• 远程控制：通过对从现场传感器收集的数据进行控制来实现。控制现场执行器。
• 网络化数据通信：它允许所有SCADA功能。从传感器收集的数据传输到SCADA现场控制器，然后与SCADA监控计算机进行通信。远程控制命令从监控计算机传输回执行器。

#1. 分布式 SCADA 系统

早期或第一代 SCADA 系统被称为分布式 SCADA 系统。在这种系统中使用小型计算机。当没有可用的常见网络服务时，可以进行分布式 SCADA 系统的开发。该系统的设计就像是一个独立的系统，这意味着一个系统的设计不需要与另一个系统相关。

可以使用主机从 RTU 收集数据。第一代系统的关键功能仅限于标记进程并监视传感器。

#2. 网络化 SCADA 系统

分布式SCADA系统也被称为第二代系统。通过连接局域网，将控制功能分布在各个系统之间。通过命令处理和共享实时数据来执行控制操作。

在这个系统中，每个站点的成本和大小都降低了，但没有一致的网络协议。

#3. 网络化SCADA系统

网络化SCADA系统被称为第三代系统。现有SCADA系统的通信网络通过电话或数据线通过广域网系统工作。

节点之间的数据传输通过光纤或以太网连接来完成。这使用PLC来调整、监控和控制标记操作。

#4.物联网SCADA系统

IoTSCADA系统被称为第四代系统。在这里，通过实现物联网来最小化系统的基础设施成本。与其他系统相比，集成和维护这些系统更加容易。

在实时系统中，可以通过云计算轻松报告组件或设备的状况。

SCADA的优势

SCADA系统的优势如下：

• 可扩展性：现代SCADA系统具有可扩展性的原因有很多，比如更好的支持软件和硬件、使用云计算以满足工作负载需求等。
• 互操作性：现代SCADA系统不依赖专有软件和硬件，从而消除了供应商限制。
• 通信：SCADA支持现代通信协议，可以更方便地访问SCADA控制和数据。
• 支持：现代SCADA系统得到供应商的良好支持。使用开放的网络标准、现代软件开发平台和商用硬件，也使得第三方供应商更易于接触。

SCADA的局限性

SCADA系统的一些局限性如下：

• 它带有复杂的硬件单元和依赖模块。
• 维护需要程序员、熟练的操作员和分析员。
• 安装成本高。
• 许多人认为SCADA可能导致失业率上升。

SCADA的应用案例

SCADA在许多工业场地上用于辅助管理和自动化工业过程和目的，因为这些过程对人类的控制和监视变得复杂和繁琐。

SCADA对于可以远程控制和监视的过程非常有用，特别是在可以最大限度减少浪费和提高效率的情况下。

SCADA自动化的常见行业示例如下：

• 石油和天然气精炼操作
• 电力的生成和分配
• 化学制造
• 电信基础设施
• 制造和相关过程
• 交通和航运基础设施
• 水和废物控制等公用设施基础设施
• 食品和饮料加工

借助SCADA技术，这些过程可以得到紧密跟踪和适当控制，以改善性能。有效的系统可以显著节省资金和时间。

现代世界正在使用某种类型的SCADA系统。一些例子包括维护制冷系统，在炼油厂确保生产安全，在污水处理厂获得质量标准，在家中跟踪能源使用等。

如何实施SCADA解决方案

在实施SCADA系统时，必须考虑以下重要步骤：

• 清楚地定义您想要监控的内容并加以理解
• 确定您想要收集的数据类型以及如何收集
• 添加网关以连接最近的数据收集点
• 如果需要，创建数据收集点
• 将数据集中到您想要的监控位置
• 在您选择的SCADA应用程序中映射数据
• 添加控制和数据处理的可视化
• 定义规则和自动化

完成所有操作后，SCADA软件会处理剩余的事情。它帮助您与设备进行交互，提醒问题，通知预测性维护，并对设备进行控制。

结论

SCADA提供了控制和管理工业流程和数据的有效方式，并检测系统问题并及时通知以进行修复。因此，与其手动完成所有操作或浪费时间和金钱，您可以利用SCADA系统自动化这些流程。

SCADA是为实现特定目标而实施的。因此，当您希望在公司中实施它时，请确定您的需求并相应地自动化流程。