SCADA系统基本概述_第1页
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文档简介

1、SCAD/系统基本概述一、SCAD;系统介绍SCADA是 Supervisory ControI And Data AcquiSition System(数据采集与监视控制系统)的缩写,SCAD系统是对分布距离远,生产单位分散的生产系 统的一种数据采集、监视和控制系统。它应用领域很广,可以应用于电力、冶金、 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,其中在电力系统中的应用更为广泛,发展技术也最为成熟。它在远动系统中占重要地位,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,即我们所知的“四遥”功能。RTU远程终端单元

2、),FTU馈线终端单元)是它的重要组成部分。在现今的变电站综合自动化建 设中起了相当重要的作用。它是架构在PC之上的生产自动化控制系统。当然不 同领域的应用,所需功能也不尽相同,但是它们都具有以下基本特色:图形操作 介面;系统状态动态模拟;即时和历史资料趋势曲线显示;警报处理系统;资料 获取取与记录;报表输出。二、SCADA模块构成SCAD系统会包括以下的子系统:1、人机界面(human machi ne in terface ,简称HMD是一个可以显示程序 状态的设备,操作员可以依此设备监控及控制程序。人机界面(或简称为HMD 个可以显示程序状态的设备,操作员可以依此 设备监控及控制程序。H

3、MI会链接到SCAD系统的数据库及软件,读取相关信息, 以显示趋势、诊断数据及相关管理用的信息,如定期维护程序、物流信息、特定 传感器或机器的细部线路图、或是可以协助故障排除的专家系统。HMI系统常会用图像的方式显示系统的信息,而且会用图像模拟实际的系 统。操作员可以看到待控制系统的示意图。例如一个连接到管路的泵浦图标,可 以显示泵浦正在运转,及管路中液体的流量,操作员可以使泵浦停机,HMI软件会显示管路中液体流量随时间下降。模拟图会包括线路图及示意图来表示制程中 的元素,也可能用制程设备的图片,上面再加上动画说明制程情形。SCAD系统的HMI软件一般会包括绘图软件,可以让系统维护者修改系统在

4、 HMI中的呈现方式。呈现方式可以简单到只有屏幕上的灯号,用灯号表示现场实 际的状态情形,也可以复杂到是用多台投影机显示摩天大楼中所有的电梯位置或 是铁路中所有列车的位置。实现SCADA系统时,警告处理是很重要的一个部份。系统会监控指定的警告 条件是否成立,以确定是否有警告事件发生。当有警告事件时,系统会采取对应 的行动,例如启动一个或多个警告指示,或发出电子邮件或短信给系统管理者或SCADAS作员,告知已有警告事件。SCADAS作员需确认警告事件,有些警告事 件在确认后其警告指示就会关闭,也有一些警告指示要在警告条件清除后才会关 闭。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

5、的进行。3、 远程终端控制系统(Remote Terminal Unit ,简称RTU连接许多程序 中用到的传感器,数据采集(Data acquisition )后将数字的数据传送给监控系 统。远程终端控制系统(RTU可连接到其他设备。RTU可将设备上的电气信号 转换为数字的值,例如一个开关或阀开/关的状态,或是仪器量测到的压力、流 量、电压或电流。也可以借由信号转换及传送信号来控制设备,例如特定开关或阀的打开/关闭,或是设置一个泵浦的速度。4、 可编程逻辑控制器(programmable logic controller,简称PLC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

6、远程终端控制系统。SCADA1调度管理层,PLC是现场设备层。PLC系统,即可编程控制器,适 用于工业现场的测量控制,现场测控功能强,性能稳定,可靠性高,技术成熟, 使用广泛,价格合理。SCADA勺重点是在监视、控制,可以实现部分逻辑功能, 基本用于上位;PLC单纯的实现逻辑功能和控制,不提供人机界面,实现操作需 借助与按钮指示灯、HMI以及SCADA系统;5、通信网络则是提供监控系统及 RTU(或PLC之间传输数据的管道。传统的SCADAK统会使用广播、串行或是调制解调器来达到通信的机能,有 些大型的SCADAK统(例如发电厂或铁路)也常会使用架构在同步光网络(SONET 或同步数字体系(S

7、DH上的以太网或网络协议。SCADA系统中的远程管理或监 视机能常称为遥测。三、系统的数据实现SCAD是指一个可以监控及控制所有设备的集中式系统,或是在由分散在一 个区域(小到一个工厂,大到一个国家)中许多系统的组合。其中大部份的控制 是由远程终端控制系统(RTU或PLC进行,主系统一般只作系统监控层级的控 制。例如在一个系统中,由PLC来控制制程中冷却水的流量,而SCADA系统可以 让操作员改变流量的目标值,设置需显示及记录的警告条件 (例如流量过低,温 度过高)。PLC或RTU会利用回授控制来控制流量或温度,而 SCADA则监控系统 的整体性能。数据采集(Data acquisition

8、)由RTU或 PLC进行,包括读取传感器数据, 依SCADA!求通信传送设备的状态报告。数据有特定的格式,控制室中的操作员 可以用HMI了解系统状态,并决定是否要调整 RTU(或PLC的控制,或是暂停 正常的控制,进行特殊的处理。数据也会传送到历史记录器(Operatio nal historian ),一般会是架构在商用的数据库管理系统上, 以便追踪趋势并进行分 析。SCAD系统会配合分散式数据库使用,一般称为标签数据库(tag database), 其中的数据元素称为标签( tag )或点( point )。一个点表示一个单一的输入或 输出值,可能是由系统所监视或是控制。点可以是硬件(ha

9、rd)的或是软件(soft ) 的。一个硬件的点表示系统中实际的输入或是输出, 而软件的点则是根据其他点 进行数学运算或逻辑运算后的结果 (有些系统会把所有的点都视为软件的点, 无 视其实际上是硬件或软件) 。一个点通常都是会以数据 - 时间戳记对的方式存储, 其中有数据, 以及数据计算或记录时的时间戳记。 一个点的历史记录即可以用一 连串的数据 - 时间戳记对所表示。常常也会在存储时加上其他的信息,例如现场 设备或PLC暂存器的路径,设计的注解及警告信息。四、主要应用SCADA系统的主要应用在楼宇自动化;生产线管理;机械人、机件臂系统; 其它生产行业;无人工作站系统等方面举例无人工作站系统具

10、体实例有: 无线通讯基站网; 邮电通讯机房空调网; 电力系统配电网;铁路系统电力系统调度网;铁路系统道口,信号管理系统;坝 体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网;石油和天然气等各种管道监控管理 系统;地铁、铁路自动收费系统;交通安全监侧;城市供热、供水系统监控和调 度;环境、天文和气象无人检测网络的管理;其它各种需要实时监控的设备。在高速公路电力SCADAK统中包含两个层次,一是分步式的数据采集系统, 即智能数据采集系统, 也就是通常所说的下位机; 另一个是数据处理和显示系统, 即中心上位机 HMI( Human Machine Interface )系统。在高速公路电力SCADA监控系统中

11、心的上位机部分,监控主站通常采用局域 网络方式如传输速率为10MBPS/100MBP自适应的以太网,构成以计算机设备为 核心,以功能为模块,以节点为单元的调度中心系统。监控子站系统通常由数据采集设备和通讯接口设备构成,称为 RTU监控子 站与主站的通信通道可为远程拔号、载波、微波、光纤、无线、专线 ISDN等多 种形式,SCAD系统支持多种通讯规约。整个SCADA系统的网络数据通讯总体上采取的是客户/服务 ( Client/Server )模式,即被称为“按需求传送数据”的方式。这种方式有以 下优点:1 、使网络向担大大减轻; 2、提高了网络中各个节点之间的相互独立性; 3、极其简便系统的扩充

12、; 3、多路径访问能力。下面以广州市北部地区(新国际机场)高速公路的电力自动化监控系统为例, 叙述高速公路电力SCADA监控系统一般的配置及功能。广州机场高速公路从三元里至新国际机场, 全线设置一套电力监控 ( SCAD)A 系统,对所管辖的变电所、 变配电所及箱式变电站等供电设施进行监控管理, 该 监控系统由设在蚌湖控制中心大楼内的控制站, 数据传输通道设在沿线的各被控 站设备组成,被控站包括九个变电所,一个中心变配电所和入个箱式变电站。并且,系统在设计时, 控制站设备的容量及通信接口容量充分考虑到了规划 中北延线供电设备的管理。根据广州机场高速公路电力监控 SCADA系统方案,以及高速公路

13、现场的情 况,选定了 Schneider公司的Compact系列PLC产品来构成系统的下位机。除数 据采集外, 其强大的编程功能保证了系统的各类控制功能的需求。 现场中我们所 需的采样数据可分类模拟量输入(AI)、离散量输入(DI)和离散量输出(DO 三类。Quantum系列PLC组成系统的通讯前置机;此系列PLC的CPL采用Intel586 133MHz芯片,具有极高的数据处理能力,在通讯方面可提供多种通信方式。通 讯前置机通过网桥与系统下位机的 PLC控制(采样)单元相联,从而实现网络协 议的转换。而通讯前置机与上位机系统则通过以太网协议直接相联。SCADA监控系统的上位机,采用工业控制机和 WINDOWS 200作为基础的硬 件平台和软件平台,同时

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