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一文了解SCADA系统的前世今生

发布时间:2020-07-27来源:瑞迅科技浏览量:

       SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写,即数据采集与监控系统,是工业过程自动化和信息化不可或缺的基本系统。
 
  在实际生产中,如果生产过程分布很近,那么我们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、生产单位分散的,比如距离几公里、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、自来水管网等生产系统,为了实现科学生产,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。以实现对工业现场进行本地或远程的自动控制,对生产工艺执行情况进行全面的实时的监控,为生产和管理提供必要的数据支撑,即SCADA著名的“四遥”功能。
 
  SCADA系统可以广泛应用于电力、冶金、石油、化工、天然气、水利、能源管理、市政、烟草、煤矿等行业的生产调度中心、能源管控中心、远程维护中心、企业数据中心的部署与建设。目前在电力系统中的应用更为广泛,发展技术也最为成熟。
  SCADA系统四代更迭的历程
  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四代的更迭历程,4代更迭主要是让SCADA系统完成从集中式SCADA系统阶段到分布式SCADA系统阶段,最终发展到网络式SCADA系统阶段。
 
  第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统。这一阶段持续到20世纪70年代。
 
  第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统,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。
 
  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。
 
  第三代是按照开放的原则,基于分布式计算机网络以及关系据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统。这一阶段各种最新的计算机技术汇集进SCADA系统中,是我国SCADA系统发展最快的阶段。
 
  第四代是SCADA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系统软件从70年代诞生,从基于专用计算机和专用操作系统到基于通用计算机、分布式计算机网络和数据库技术,能够实现大范围联网,SCADA系统软件已经发展为第三代以上。SCADA系统软件呈现出向开放的体系结构,在20世纪90年代中期, SCADA制造商与解决方案提供商越来越多地选择了开放的通信协议,如IEC60870—5—101/104、IEC61850、DNP3串行和DNP3 LAN/WAN,这使得用户在开发系统时,可以更方便地从各种厂商的产品中加以选择,来实现优化的“混合匹配”。到了20世纪90年代后期,各个I/O制造商继续向着开放性的方向发展,更多偏向于采用像MODBUSRTU/ASCII那样开放的消息结构。2000年以后,随着以太网在工业领域应用被普遍接受,大多数SCADA系统软件市场仍然接受了以太网技术。
 
  随着SCADA系统的更迭演进,工业互联网技术日益渗透到第三代SCADA系统软件,SCADA系统软件已经扩展到对移动的过程、装置和流程的数据进行采集和监控,可实现无时不有、无处不在的SCADA。
  SCADA系统的特性
  SCADA的功能在行业内被大家简称为“四遥”,即围绕生产数据实时采集、生产设备过程监控、生产设备异常报警、数据分析、报表及仪表盘展示四个方面。SCADA系统对生产过程中采集的数据是以产品为中心,对人、机、料、法、环、检测、研发进行关联分布,是以生产设备运行过程中所产生的数据为核心的。它的特性主要有4个方面:
  1、支持5000多种通讯协议,满足市场上99.99%的控制器、仪器仪表的通讯要求。可打通自动化硬件系统与信息化软件系统信息传递。
  2、将办公网络IP与工业设备IP进行硬件隔离,避免IP冲突。
  3、实时监控直观展示生产动态,对现场设备实现直接或间接控制,满足可视化管理的需求。
  4、进行数据统计分析,并通过仪表盘进行展示。
  SCADA系统的5个主要构成元素
  SCADA系统包含5个子系统,分别为HMI(人机界面)、(计算机)监控系统、RTU(远程终端控制系统)、PLC和通信网络。
  1、HMI(人机界面):HMI元素的功能是以易于理解的图形方式显示收到的信息,并归档收到的所有数据。
  2、(计算机)监控系统:可以采集数据,也可以提交命令监控程序的进行。
  3、RTU(Remote Terminal Unit,远程终端控制系统):RTU可连接许多程序中用到的传感器,它的功能是收集现场信息,并且在通信软件的帮助下将该信息传送到监控系统。
  4、PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器):适用于工业现场的测量控制,现场测控功能强,不提供人机界面。SCADA是调度管理层,PLC是现场设备层。因为其价格便宜,用途广泛,也常用作现场设备,取代特殊功能的远程终端控制系统,
  5、通信网络:是提供监控系统及RTU(或PLC)之间传输数据的管道。
  SCADA系统的三大优点
  1、帮助企业实时采集到生产过程中的各类数据,代替了人工作业的同时,也避免了一定的因人员工作失误所带来的损失,不仅提高了工作效率,也能实时监测到生产过程中的所有不正常数据,为产品的质量又提供了一层保障。
  2、SCADA系统提供每台设备生产数据,使得生产情况直观明了,方便企业管理层人员对生产情况进行分析,同时帮助企业优化生产,使生产计划变得更科学与更合理。
  3、实现对产品、生产进度、生产效率、质量信息、设备运行等管理过程的数字化与智能化改善,优化生产过程的数字化管控能力。
  SCADA系统的三大行业应用
  SCADA可谓现代工业发展的支柱,其应用领域非常广泛,主要应用在项目型行业中,大致可以分为三类:
  ◆ 第一类是过程工业:包括加工制造、发电、装配、炼油、石化等;
  ◆ 第二类是市政基础设施:包括自来水厂和供水管网、废水和污水处理、输油和输气管线、输电和供电、大型通信系统及城市报警系统等;
  ◆ 第三类是公共设施:包括对中大型建筑物、机场、码头及地铁等的空调监控、能源管理和安保监控等。
  SCADA系统的国内外企业市场格局
  全球市场洞察公司最新调查报告称,到2026年,全球SCADA市场价值将超过500亿美元。在多个行业中,工业4.0解决方案的日益普及为市场创造了积极的前景。RTU细分市场将获得更大份额的SCADA市场,因为它具有低成本、易于实施和更强的可扩展性等多种优势。到2026年,由于全球智能电网投资的增加,电力行业将实现最高增长。
  SCADA市场的主要领导企业包括艾默生电气、施耐德电气、ABB、罗克韦尔自动化、欧姆龙、西门子、霍尼韦尔、Partita IVA、横河电机、三菱电机和东芝基础设施系统与解决方案公司。
  国内SCADA企业主要有力控、台达电子、研华、安控、昆仑纵横、紫金桥软件等。
  根据公开资料显示,目前,中国SCADA的市场格局基本上是国产品牌行业应用占比60%左右,在在市政、石油、基础设施等应用领域形成了相对稳定成熟的市场;外资品牌市占率40%,在电子半导体、轨道交通、烟草、食品饮料、水处理等行业应用广泛。

在2019年SCADA市场行业分布中,由市政、公共设施、化工组成的TOP3行业占据近一半市场份额,占比高达40%以上。TOP10行业中市政、化工、冶金市场份额同比增长20%-30%,增速位居前列;矿业、石油 、公共基础设施增速较快,市场表现较好。
  SCADA系统未来发展方向展望
  一、产品平台化:下游用户和产品供应商均倾向于将SCADA作为基础平台产品,在此基础上集成管理控制、定位报警等多元化功能,最大化开发SCADA软件相应功能。
  二、网络化:随着科技的进步,以及目前人工智能的快速发展,最终用户往往要求软件工程师足不出户就能监控到所有的程序,这就要求设备数据的实时采集、更新存储、监控分析等功能软件都能及时跟踪监控。
  三、跨系统化:为了适应目前操作系統的多样性,未来的SCADA软件也需要具备跨多种操作系统应用的功能,提升其应用的灵活性。
  四、开放化:未来软件的特点具有开放性,软件采用“标准化技术”,比如ActiveX、OL技术(Obiect Linking And Embedding)、VBA、OPC(OLE forProcess Control)等技术。当用户在实际应用的时候,如软件的现有功能不能满足要求,用户可以根据自己的需求进行二次开发。
  五、应用领域多元化:随着当前中国社会经济、高新技术的快速发展,人类社会将逐步进入信息化和智能化时代,SCADA在农业、工业、交通、实验室等众多领域得到广泛应用。
  当前,我国新基建浪潮推动数字化基础设施建设走向发展黄金期,通信、交通、电力等多个社会民生领域的数字化建设催生一批新项目,形成全产业链带动效应,项目型市场进一步拉动SCADA应用需求。综合来看,随着产业结构优化的不断深入、工业4.0解决方案的日益普及等,SCADA市场未来发展前景仍被看好。




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