数据采集与监控系统SCADA
数据采集与监视控制系统
一。
SCADA系统概述SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。
SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。
SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。
它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。
在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。
它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。
它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。
在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。
二．SCADA系统发展历程SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。
SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。
SCADA系统发展到今天已经经历了三代。
第一代是基于专用计算机和专用*作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。
SCADA系统介绍完整版
RTU能执行旳任务流程取决于下载到 CPU中旳程序。应用程序可用工程中常 用旳编程语言编写，如梯形图、C语言等。 有些设备采用C语言编程。
RTU旳特点： （1）同步提供多种通讯端口和通讯机制。 （2）提供大容量程序和数据存储空间。 （3）高度集成旳、更紧凑旳模块化构造设
3、两种构造比较
• （1）B／S模式旳优点和缺陷 • B／S构造旳优点体现在： • 具有分布性特点，能够随时随处进行查询、
浏览等业务处理。
• 业务扩展简朴以便，经过增长网页即可增 长服务器功能。
• 维护简朴以便，只需要变化网页，即可实 现全部顾客旳同步更新。
• 开发简朴，共享性强。
• B／S 构造旳缺陷体现在：
HELP ALPHA
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现场人 机界面
现I/O
图1.1 SCADA系统实例－污水处理厂监控系统
1、定义
SCADA系统是一类功能强大旳计算机 远程监督控制与数据采集系统，它综合利 用了计算机技术、控制技术、通信与网络 技术，完毕了对测控点分散旳多种过程或 设备旳实时数据采集，本地或远程旳自动 控制，以及生产过程旳全方面实时监控， 并为安全生产、调度、管理、优化和故障 诊疗提供必要和完整旳数据及技术手段。
工作站
数据服务器
WEB服务器
污水泵站
以太网
Profibus
SCADA 服务器
进水泵房
SCADA 服务器
电台
曝气池
污泥处理
配电间
现场I/O
HUB/MAU
NIC
%UTILIZATION
数据采集与监控(SCADA)开发及应用方案(一)
数据采集与监控（SCADA）开发及应用方案1. 实施背景随着工业4.0和中国制造2025的推进，传统的制造业正在经历一场由信息技术驱动的重大变革。
其中，数据采集与监控（SCADA）系统成为了实现产业自动化和智能化的重要工具。
本方案旨在从产业结构改革的角度，探讨SCADA系统的开发和应用。
2. 工作原理SCADA系统是基于计算机技术、网络通信技术及自动化控制技术的一套控制系统。
其工作原理是通过对现场数据进行实时采集、传输、存储和分析，实现对设备运行状态的监控和管理。
3. 实施计划步骤（1）需求分析：明确系统的需求，包括需要监控的设备、需要采集的数据、需要优化的工艺流程等。
（2）系统设计：根据需求分析结果，设计系统的架构、功能和界面。
（3）系统开发：依据设计文档，开发SCADA系统。
（4）系统测试：对开发完成的系统进行严格的测试，包括功能测试、性能测试及安全测试等。
（5）系统部署：将SCADA系统部署到现场，与设备连接，进行系统调试。
（6）运行维护：对系统进行日常的运行维护和升级。
4. 适用范围本方案适用于各种制造业领域，如石油、化工、钢铁、电力等。
通过SCADA系统的实施，企业可以实现生产过程的自动化、信息化和智能化，提高生产效率，降低运营成本。
5. 创新要点（1）采用云计算技术，实现数据的高效存储和计算。
（2）利用大数据分析技术，对生产数据进行深度挖掘，为决策提供数据支持。
（3）引入物联网技术，实现设备的远程监控和管理。
（4）采用人工智能技术，实现系统的智能预警和自动控制。
6. 预期效果通过SCADA系统的实施，企业可以预期达到以下效果：（1）提高生产效率：通过自动化控制和实时监控，可以提高设备的运行效率和产品质量。
（2）降低运营成本：通过对能源、物料等资源的优化管理，可以降低企业的运营成本。
（3）增强安全性：通过实时监控和预警，可以及时发现和处理设备故障和安全隐患，保障企业生产的安全性。
（4）提高决策效率：通过大数据分析和人工智能技术，企业可以更快地做出决策，提高决策效率。
数据采集和监控(SCADA)系统
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统即数据采集和监控系统，它是电网调度自动化系统的基础和核心，负责采集和处理电力系统运行中的各种实时和非实时数据，是电网调度中心各种应用软件主要的数据来源。
SCADA 系统包括实时数据采集、数据通信、SCADA 系统支撑平台、前置子系统、后台子系统等。
数据采集包括反映物理过程特征的数据的产生，数据发送、接收和数据处理；监视控制不仅包括对物理过程的直接控制，还包括管理性控制，只下发调控指令，由厂站端或者下级调度人工调控。
通常数据采集装置和控制装置安放在厂站端，与主站端监控系统并不在一起，所以要实现数据采集和直接控制功能需要双向数据通信，普通认为数据采集是信号上行的通信，而直接控制是信号下行的通信。
一个 SCADA 系统通常由一个主站和多个子站(远方终端装置 RTU 或者变电站综合自动化系统) 组成。
主站通常在调度控制中心 (主站端) ，子站安装在变电站或者发电厂(厂站端) ，主站通过远动通道或者广域网实现与子站的通信，完成数据采集和监视控制。
国分为五级调度，主站除接收子站信息，还以数据通信方式接受从下级调度控制中心主站转发来的信息，又向上级调度控制中心主站转发本站的信息。
厂站端是 SCADA 系统的实时数据源，又是进行控制的目的地。
SCADA 所采集的数据包括摹拟量测量 (又称为“遥测”)，状态测点 (又称为“遥信”) 和脉冲累加量 (又称为“遥脉”)。
SCADA 系统的主站分为前置子系统和后台子系统，二者通过局域网相联相互进行通信。
前置子系统主要完成与厂站端及其它调度控制中心的通信，并将获得的数据发送给后台子系统。
后台子系统进行数据处理。
SCADA 把这些最近扫描的已经处理的反映被监视系统状态的数据存储在数据库中。
画面联结数据库，于是画面就直观地给出该系统状态的正确景象。
SCADA 为每一个量测量赋予一个状态和记录数值的变化趋势，当设备处于不正常状态或者运行限值已被超过时通知调度员。
scada系统标准
scada系统标准SCADA系统标准。
SCADA系统（Supervisory Control And Data Acquisition）是指监控和数据采集系统，它是一种用于实时监控、数据采集和远程控制的自动化系统。
SCADA系统广泛应用于电力、石油、天然气、水务、交通等领域，是现代工业自动化的重要组成部分。
为了确保SCADA系统的安全、可靠和高效运行，制定了一系列的标准规范，本文将对SCADA系统标准进行详细介绍。
首先，SCADA系统应符合国家相关标准和规范，如《SCADA系统设计规范》、《SCADA系统安全技术规范》等。
这些标准规范涵盖了SCADA系统的设计、安全、通信、数据采集、远程控制等方面，对系统的各个环节都有详细的要求和规定，确保系统的稳定性和可靠性。
其次，SCADA系统的硬件设备应符合国际相关标准，如IEC 61850、IEC 60870等。
这些标准规定了SCADA系统的硬件设备的技术要求、性能指标、通信协议等，确保设备的互操作性和兼容性，提高系统的可靠性和安全性。
另外，SCADA系统的软件应符合国际相关标准，如IEC 61131、IEC 61508等。
这些标准规定了SCADA系统的软件开发、编程、测试、验证等方面的要求，确保软件的稳定性和安全性，提高系统的可靠性和可维护性。
此外，SCADA系统的网络通信应符合国际相关标准，如IEC 62351、IEC 62320等。
这些标准规定了SCADA系统的网络通信协议、数据加密、身份认证等方面的要求，确保网络通信的安全性和可靠性，防止网络攻击和数据泄露。
最后，SCADA系统应符合行业相关标准，如电力行业的DL/T、石油行业的SY/T等。
这些标准是针对特定行业的SCADA系统制定的，包括了行业特有的技术要求、安全规范、应用案例等，确保系统能够满足行业的实际需求，提高系统的适用性和可操作性。
综上所述，SCADA系统标准涵盖了系统设计、硬件设备、软件开发、网络通信、行业应用等方方面面，是保障系统安全、可靠和高效运行的重要基础。
监控与数据采集技术SCADA系统介绍
2．分布式微机远动装置
• 分布式微机远动装置较集中式微机远动装置 具有如下优点：布置灵活，便于采集地理上 分布的信号；连线简单，可靠性高；便于扩 容，容量可以增大；便于采用交流采样方式； 便于实现多规约转发和一发多收。
• 分布式微机远动装置的特征为：多CPU、串 行总线、智能模块，既可以柜集中组屏，又 可以分散布置。
TAB
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X2.5
电台
Байду номын сангаасPLC
RTU
（1）上位机组成： 上位机系统通常包括SCADA服务器、工程师站、操作
员站、WEB服务器等，这些设备通常采用以太网联网。
RTU结构原框图
2 SCADA系统结构
RTU的功能： RTU的主要作用是进行数据采集及本地
控制，进行本地控制时作为系统中一个独立 的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控 制、前馈控制、反馈控制、PID等工业上常用 的控制调节功能；进行数据采集时作为一个 远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心 站或其它站的通讯和遥控任务。
2 SCADA系统结构
RTU的配置与程序执行： RTU的主要配置有CPU模板、I／O（输入／输出）
模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机 箱等辅助设备。
RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程 序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯 形图、C语言等。有些设备采用C语言编程。
2 SCADA系统结构
2 SCADA系统结构
SCADA系统介绍
SCADA系统介绍SCADA系统是工控领域的一个重要应用形态，是一种基于现代信息处理技术及监测技术实现生产过程自动化控制和数据管理的系统，可以实现生产设备的远程监测和控制。
本文将对SCADA系统的定义、功能、组成部分、原理及应用领域等进行详细介绍。
一、 SCADA系统的定义SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition系统的简称，也叫作监控与数据采集系统。
SCADA系统是一种应用于工业生产控制领域的现代化自动化系统。
SCADA系统通过远程数据采集和数据传输技术，实现了对生产设备的远程监测、控制和管理，其主要功能包括数据采集、数据处理、数据存储、报警和自动控制等。
二、 SCADA系统的功能SCADA系统在企业生产中的主要功能是实现生产设备的远程监测和控制，包括以下几个方面的功能：1、远程监测：通过远程传输数据技术，实时监测生产现场的各项参数数据，如温度、湿度、压力、流量、浓度、电流、电压等。
2、远程控制：通过远程控制技术，远程控制生产线上的各项设备，包括开关灯、开关机、调节温度、调节压力等。
3、数据记录：自动记录生产现场的各项参数数据，并进行存储，便于历史数据的查询和统计分析。
4、报警提示：根据预设的参数阈值，当生产现场某些参数出现异常时，及时发出报警提示，以保障生产设备的安全运行。
三、 SCADA系统的组成部分SCADA系统分为两个主要部分:前端和后端。
前端负责数据采集、数据处理、监视等工作，后端负责数据存储、统计分析、报警处理等工作。
下面将对SCADA系统的组成部分进行详细介绍。
1、前端前端包括数据采集设备、人机界面和通信模块等几个部分。
（1）数据采集设备数据采集设备通常由传感器、信号处理器、数据采集卡、数据采集仪器等组成。
传感器主要负责测量生产现场各项参数，信号处理器则负责对传感器采样的模拟信号进行处理，并将处理后的信号转化为数字量信号，数字量信号经过数据采集卡转化为计算机能够识别的信号，最后数据采集仪器将数据发送到计算机，供后续处理使用。
数据采集和监控系统
数据采集和监控系统数据采集和监控系统（Supervisory Control and Data Acquisition，简称SCADA系统）是一种用于自动化控制和监测大型工业设施的软件和硬件系统。
它集成了数据采集、集中控制、网络通信以及数据存储和处理等功能，旨在提高工业过程的效率、可靠性和安全性。
SCADA系统通常由四个主要组件组成：用户接口、远程终端单元（RTU）、通信网络以及控制中心。
用户接口提供了操作员与系统交互的界面，通常以人机界面（HMI）软件的形式呈现。
远程终端单元是传感器和执行器的集合，用于监测和控制工业设施。
通信网络则负责将数据从远程终端单元传输到控制中心，并通过远程终端单元向工业设备发送指令。
最后，控制中心是系统的核心，负责存储和处理数据，并将结果反馈给操作员。
SCADA系统可以应用于许多不同的行业，如制造业、能源、水务、交通等。
它的主要功能包括数据采集、实时控制、过程监测以及报警和故障诊断。
数据采集是SCADA系统的核心功能之一、通过连接传感器和执行器，系统可以实时采集各种数据，如温度、压力、流量等。
这些数据可以用于监测工业过程的状态和性能，并用于实时控制和决策。
实时控制是SCADA系统的另一个重要功能。
它允许操作员通过控制中心向工业设备发送指令，以便调整工业过程的参数和操作。
操作员可以根据监测到的数据来优化工业过程，并通过实时控制来实现。
过程监测是SCADA系统的第三个关键功能。
监测功能通过对采集到的数据进行存储和处理，以检测异常情况和趋势，并生成相应的警报。
这些警报可以提醒操作员有问题的设备或工业过程，并采取相应的措施。
最后，SCADA系统还提供了报警和故障诊断功能。
如果系统检测到异常情况或设备故障，它将生成警报并通知操作员。
操作员可以通过控制中心进行故障诊断，并采取相应的措施来修复设备或工业过程。
总之，SCADA系统是一种重要的工业自动化系统，可以提高工业过程的效率、可靠性和安全性。
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SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。
SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。
SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。
它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。
在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。
它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。
它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。
在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。
SCADA在石油管道工程中占有重要的地位，如用在系统管理石油管道的顺序控制输送、设备监控、数据同步传输记录，监控管道沿线及各站控系统运行状况等。
各站场的站控系统作为管道自动控制系统的现场控制单元，除完成对所处站场的监控任务外，同时负责将有关信息传送给调度控制中心并接受和执行其下达的命令，并将所有的数据记录储存。
除此之外的基本功能，现在的SCADA管道系统还具备泄露检测、系统模拟、水击提前保护等新功能。
石油方面应用
目前，国外已广泛采用SCADA系统来实现对城市燃气管道的自动监控和自动保护，并已发展成为燃气管道自动控制系统的基本模式。
SCADA系统的工作原理是：根据数据采集系统获得的系统运行工况参数与设计工况参数的比较结果，然后通过由调节阀和与之配套的电动、气动、电液联动或气液联动执行机构以及检测被调参数的仪表等组成的自动调节系统对某些偏离设计工况的运行参数进行自动纠偏调节。
发展历程
SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。
SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。
SCADA系统发展到今天已经经历了三代。
第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。
这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。
第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。
在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。
第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。
90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。
这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进
SCADA/EMS系统中。
这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。
第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备，预计将与21世纪初诞生。
该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。
SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。
由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。
在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。
这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA 系统在铁道电气化上的应用功不可没。
发展瞻望
SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。
当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：
1．SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成
SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。
同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水”。
所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（调度员模拟培训系统）、企业MIS系统的连接。
SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA 系统的一个发展方向。
2．变电所综合自动化
以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。
变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。
3．新技术研究与应用
专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用
利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。
4．面向对象、Internet、及JAVA的应用
面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于SCADA/EMS系统是发展趋势。
随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCADA/EMS系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系统中，传统的MMI界面将保留，主要供调度员使用，新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面。
JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面向对象的四大特性：封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于C++，以及其它诸多特性，JAVA技术将导致EMS/SCADA系统的一场革命。
泄漏监测系统
SCADA泄漏监测系统（以一条管线为例）由变送器，服务器，远程客户端，通信网络等部分组成，如图A 所示。
目前安装在长输管线上的变送器主要有压力变送器、温度变送器和流量变送器几种。
需要指出的是，国内大部分管线两端都未安装流量变送器。
通信网络是系统内部信息传输的物理途径。
F9G与上层服务器进行通信及数据传输、远程客户端对服务器数据库的访问以及对服务器的0’) 访问均是通过通信网络进行的。
该系统可基于局域网、光纤及电话线、微波等不同类型的通信方式，具有良好的适应能力。
此外，系统提供了0’) 访问功能，使得任何一台与服务器建立了网络连接并且安装有ST 或其他网络浏览器的计算机均可成为系统的0’) 客户。
该系统应用在某油田输油管线上取得了显著的成效,系统的使用大大提高了油田生产和管理的自动化水平，为油田创造了明显的经济效益和社会效益。