使用物聯(lián)網(wǎng)建立新型數據采集與監控系統

　1 引言

　　物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings），即通過(guò)射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )，通俗的說(shuō)就是可實(shí)現“感知世界”的網(wǎng)絡(luò )。

　　數據采集與監控系統即SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統，是以計算機為基礎的生產(chǎn)過(guò)程控制與調度自動(dòng)化系統。它可以對現場(chǎng)的運行設備進(jìn)行監視和控制，以實(shí)現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類(lèi)信號報警等各項功能，也就是實(shí)現在具體應用領(lǐng)域的“感知”。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對自動(dòng)化工程師而言并不是一個(gè)陌生的概念。因為，無(wú)論工廠(chǎng)的現場(chǎng)設備，還是電網(wǎng)、自來(lái)水管網(wǎng)、燃氣管道、鐵路、橋梁、隧道、水文水利系統，甚至我們的飛船、衛星運行監測，無(wú)不是通過(guò)將物物相聯(lián)的這個(gè)“物聯(lián)”網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現的，只不過(guò)我們傳統上將這些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的“物聯(lián)”應用稱(chēng)之為SCADA系統。當然從定義上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)更廣泛意義上的“感知”網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)我們可將“感知”擴展到每臺設備、每件商品，甚至每個(gè)人，實(shí)現對靜態(tài)物的監控與管理、對動(dòng)態(tài)物的定位與跟蹤、對商品的識別，以真正達到“感知中國”、“智慧地球”的目標。因此，從嚴格意義上說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)既是SCADA這一傳統“感知”技術(shù)在概念與應用的延伸，又是對SCADA技術(shù)發(fā)展的一個(gè)質(zhì)的提升。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )與通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將促進(jìn)SCADA系統體系結構的變革與升級，使SCADA系統的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣，除了在傳統的供水、供氣、環(huán)保、能源、軌道交通、機場(chǎng)、鐵路、電力、石油、石化等行業(yè)外，在大眾的日常工作生活及其它各種領(lǐng)域中也將得到廣泛應用，最終使SCADA這一物聯(lián)網(wǎng)的垂直具體應用系統真正發(fā)展成為“感知世界”的智慧網(wǎng)。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)的三種應用架構

　　物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運用于各行各業(yè)中，使物理世界與信息世界相聯(lián)結。物聯(lián)網(wǎng)應用有三種架構：

　?。?）基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應用架構電子標簽可能是三類(lèi)技術(shù)體系中能夠最靈活地把“物”改變成為智能物件的，其主要應用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標簽，實(shí)現各種跟蹤和管理。

　?。?）基于傳感網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)應用架構主要是指無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )（WSN,WirelessSensorNetworks），WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無(wú)線(xiàn)傳感器組成，共同協(xié)作完成對特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監控。WSN中的一個(gè)節點(diǎn)（或叫Mote）一般由一個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。WSN一般是自治重構（Ad-Hoc或Self-Configuring）網(wǎng)絡(luò )，包括無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)（MeshNetworks）和移動(dòng)自重構網(wǎng)（MANET）等。

　?。?）基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應用架構業(yè)界認同的M2M理念和技術(shù)架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種通信方式。

　　M2M覆蓋和拓展了工業(yè)信息化（兩化融合）中傳統的SCADA系統。

　　3 新型SCADA系統設計

　　3.1 傳統SCADA系統

　　一般SCADA系統由監控中心、通訊網(wǎng)絡(luò )和遠程數據采集終端組成。監控中心即數據處理和顯示系統，也稱(chēng)上位機HMI（HumanMachineInterface）——人機界面系統由軟件和硬件組成，其中硬件主要包括服務(wù)器、管理員站和操作員站，軟件采用專(zhuān)用的SCADA系統軟件。SCADA系統通訊網(wǎng)絡(luò )大體可以分為兩類(lèi)：

　　有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)。遠程數據采集終端，即各種智能數據采集設備，也就是通常所說(shuō)的下位機，如各種RTU、PLC及各種智能控制設備等。SCADA系統的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖1所示：

　　SCADA系統已經(jīng)從最初的主機控制系統、分布式控制系統，發(fā)展到了今天的網(wǎng)絡(luò )化的控制系統。SCADA也從專(zhuān)有協(xié)議的封閉系統演變?yōu)橐砸蕴W(wǎng)和TCP/IP協(xié)議為主流的開(kāi)放系統。