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什么是SCADA（监控和数据采集）以及它是如何工作的？ SCADA（监督控制和数据采集）是一类用于控制工业过程的软件应用程序，它是从远程位置实时收集数据以控制设备和条件。SCADA为组织提供了制定和部署有关其工业流程的数据驱动决策所需的工具。SCADA是最常用的工业控制系统类型之一，可用于管理几乎任何类型的工业过程。
SCADA系统包括硬件和软件组件。硬件收集数据并将数据输入现场控制器系统，现场控制器系统将数据转发给其他系统，这些系统及时处理并将其呈现给人机界面(HMI)。SCADA系统还记录和记录所有事件以报告过程状态和问题。当情况变得危险时，SCADA应用程序通过发出警报来发出警告。 SCADA系统的组件 SCADA系统包括部署在现场以收集实时数据的组件，以及支持数据收集和增强工业自动化的相关系统。SCADA组件包括以下内容： 1、传感器和执行器。传感器是检测工业过程输入的设备或系统的特征。致动器是控制过程机制的设备或系统的特征。简单来说，传感器的功能就像仪表或仪表，显示机器的状态；执行器的作用类似于可用于控制设备的开关、刻度盘或控制阀。传感器和执行器均由SCADA现场控制器控制和监控。 2、SCADA现场控制器。这些直接与传感器和执行器接口。现场控制器有两类：
A/远程遥测单元，也称为远程终端单元(RTU)，与传感器连接以收集遥测数据并将其转发到主系统以采取进一步行动。 B/可编程逻辑控制器(PLC)与执行器接口以控制工业过程，通常基于RTU收集的当前遥测数据和为过程设定的标准。 3、SCADA监控计算机。这些控制所有SCADA过程，并用于从现场设备收集数据并向这些设备发送命令以控制工业过程。 4、人机界面软件。这提供了一个系统，可以整合和呈现来自SCADA现场设备的数据，并使操作员能够了解并在需要时修改SCADA控制过程的状态。 5、通信基础设施。这使SCADA监控系统能够与现场设备和现场控制器进行通信。该基础设施使SCADA系统能够从现场设备收集数据并控制这些设备。 SCADA有时与工业物联网(IIoT)相比较，虽然有相当多的重叠，但这两个术语是不同的。SCADA供应商倾向于提供更完整的单片系统，并在各个级别和设备之间实现紧密集成，而IIoT供应商可能会为在整个组织中部署系统和设备提供更大的互操作性和更多选项。 SCADA系统的特点 尽管SCADA系统可能包含针对特定行业或应用的特殊功能，但大多数系统都支持以下功能： 1、数据采集??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，后者又将数据馈送到SCADA计算机。 2、根据从现场传感器获取的数据，通过控制现场执行器来实现远程控制。 3、网络数据通信支持所有SCADA功能。从传感器收集的数据必须传输到SCADA现场控制器，后者又与SCADA监控计算机通信；远程控制命令从SCADA监控计算机传回执行器。 4、数据呈现是通过HMI实现的，HMI向运行SCADA系统的操作员表示当前和历史数据。 5、实时和历史数据都是SCADA系统的重要组成部分，因为它们使用户能够根据历史趋势跟踪当前性能。 6、警报提醒SCADA操作员注意系统中潜在的重要状况。可以配置警报以在流程被阻止、系统发生故障或SCADA流程的其他方面需要停止、启动或调整时通知操作员。 7、SCADA系统操作报告可以包括系统状态报告、过程性能报告和针对特定用途定制的报告。 SCADA架构 SCADA系统在Purdue Enterprise Reference Architecture中定义的用于企业集成的六个级别中的五个级别上运行： 1、0级。现场级包括用于转发与现场过程相关的数据的传感器等现场设备和用于控制过程的执行器。 2、级别1。直接控制级别包括本地控制器，例如PLC和RTU，它们直接与现场设备接口，包括接受来自传感器的数据输入和向现场设备执行器发送命令。 3、级别2。工厂监控级别包括本地监控系统，这些系统汇总来自级别控制器的数据并发出命令让这些控制器执行。 4、级别3。生产控制级别包括系统范围的监督系统，这些系统汇总来自第2级系统的数据以生成对生产调度级别的持续报告，以及其他站点或区域范围的功能，如警报和报告。 5、级别4。生产调度级别包括用于管理正在进行的流程的业务系统。 SCADA用例和行业示例 SCADA用于协助自动化和管理已经变得过于复杂或繁琐而无法进行人工监控的工业流程。SCADA对于可以远程监控和控制的过程特别有用，尤其是在可以减少浪费和提高效率的情况下。 SCADA工业自动化的一些常见行业示例如下： 1、发电和配电； 2、石油和天然气精炼业务； 3、电信基础设施； 4、运输和航运基础设施； 5、制造和其他工业加工； 6、食品和饮料加工； 7、化学制造； 8、公用事业基础设施，包括水和废物控制。 使用SCADA，可以密切监控这些过程并进行调整，以随着时间的推移提高性能。 SCADA架构的演进 SCADA的历史与企业计算的历史平行。最早的SCADA系统是在大型工业企业中实施的，因为它们首先开始将大型机计算资源与工业流程集成。 随着计算、网络和过程监控系统的改进，SCADA经历了以下四个阶段： 1、第一代：单片系统。在1960年代和1970年代实施的SCADA系统通常在工业现场结合RTU，直接连接到大型机或小型计算机系统，通常也现场或通过广域网连接 2、第二代：分布式系统。SCADA系统在1980年代利用了专有局域网和更小、更强大的计算机的广泛可用性，以实现在工厂级别及其他级别更大程度地共享操作数据。然而，缺乏开放的网络标准阻碍了SCADA产品供应商之间的互操作性。 3、第三代：网络系统。SCADA系统依赖于1990年代行业认可和标准网络协议的结合所提供的更大的互操作性。SCADA系统可以更容易地扩展，因为企业能够在他们自己的工业基础设施中集成系统，同时使用更广泛的设备和系统。 4、第四代：基于Web或IIoT的系统。SCADA系统在2000年代初开始出现，因为SCADA供应商采用Web软件开发工具来实现透明的互操作性和通过通用接口（例如在手持设备、笔记本电脑和台式计算机上运行的Web浏览器）实现透明的互操作性和访问。 随着云计算日益主导企业计算领域，它也在改变SCADA系统。通过根据需求分配云计算资源以应对激增的需求，并在需求下降时减少这些资源，SCADA系统可以更快、更轻松地进行扩展。 传统与现代SCADA 组织仍然使用传统的SCADA计算资源，例如大型机和旧的专有传感器和执行器。这些系统可能仍然有效，在这种情况下，组织可能不愿意投资更现代的SCADA系统。依赖网络互操作性、分布式计算和现代通信基础设施的现代SCADA系统可提供更好的时间和资源投资回报。 现代SCADA的优势 更新传统SCADA系统的好处包括： 1、可扩展性。由于多种原因，现代SCADA系统比传统系统更具可扩展性，包括支持的硬件和软件的更好可用性以及使用云计算来满足工作负载需求。 2、互操作性。传统SCADA系统依赖于专有硬件和软件，导致供应商锁定。 3、通讯。现代SCADA系统支持更广泛支持的现代通信协议，从而可以更好地访问SCADA数据和控制。 4、支持。传统SCADA系统的支持选项可能有限，而现代系统更有可能得到供应商的良好支持。使用现成的商业硬件、开放网络标准和现代软件开发平台也使得第三方支持更容易获得。 |
