技術(shù)：SCADA自動(dòng)化軟件平臺綜述

　　1.1 市場(chǎng)概述

　　SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統。以遠程數據采集和監控為主要功能的SCADA系統和DCS、PLC一樣，是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化和信息化不可或缺的基本系統。SCADA系統從70年代誕生，從基于專(zhuān)用計算機和專(zhuān)用操作系統到基于通用計算機、分布式計算機網(wǎng)絡(luò )和數據庫技術(shù)，能夠實(shí)現大范圍聯(lián)網(wǎng)，SCADA系統已經(jīng)發(fā)展為第三代以上。

　　SCADA系統呈現出向開(kāi)放的體系結構，在20世紀90年代中期，SCADA制造商與解決方案提供商越來(lái)越多地選擇了開(kāi)放的通信協(xié)議，如 IEC60870—5—101/104、IEC61850、DNP3串行和DNP3 LAN/WAN，這使得用戶(hù)在開(kāi)發(fā)系統時(shí)，可以更方便地從各種廠(chǎng)商的產(chǎn)品中加以選擇，來(lái)實(shí)現優(yōu)化的“混合匹配”。

　　到了20世紀90年代后期，各個(gè)I/O制造商繼續向著(zhù)開(kāi)放性的方向發(fā)展，更多偏向于采用像MODBUSRTU/ASCII那樣開(kāi)放的消息結構。2000年以后，隨著(zhù)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應用被普遍接受，大多數SCADA市場(chǎng)仍然接受了以太網(wǎng)技術(shù)。“軟件即是服務(wù)”理念也廣泛深入到SCADA各個(gè)領(lǐng)域。

　　由于 SCADA系統三代的演進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)日益滲透到第三代SCADA系統，我們明顯地發(fā)現ICT通信系統的迅猛發(fā)展極大地影響著(zhù)SCADA的體系結構，不但過(guò)去是這樣，今后還是這樣。SCADA系統已經(jīng)擴展到對移動(dòng)的過(guò)程、裝置和流程的數據進(jìn)行采集和監控，可實(shí)現無(wú)時(shí)不有、無(wú)處不在的SCADA。

　　力控eForceCon SCADA系統調度平臺軟件V5.0的用途涵蓋從現場(chǎng)監控站到調度中心，為企業(yè)提供從下到上的完整的生產(chǎn)信息采集與集成服務(wù)，從而為企業(yè)綜合自動(dòng)化、工廠(chǎng)數字化及完整的“管控一體化”的解決方案提供支撐平臺。

　　1.2 SCADA應用及功能

　　在實(shí)際應用中，SCADA比DCS、PLC的應用范圍更廣泛。它的應用一般分為三大類(lèi)：第一類(lèi)是工業(yè)過(guò)程，包括加工制造、生產(chǎn)、發(fā)電、裝配和煉油、石化等；依照其被加工的介質(zhì)流程分為連續、批處理和離散。第二類(lèi)是基礎設施，包括自來(lái)水廠(chǎng)和供水管網(wǎng)、廢水和污水管網(wǎng)和污水處理、輸油/輸氣管線(xiàn)、輸電和供電、大型通信系統及城市報警系統等。第三類(lèi)是公共設施，包括對中大型建筑物、機場(chǎng)、碼頭及地鐵等的空調監控、能源管理和安保監控等。

　　SCADA系統可以廣泛的應用于油田，天然氣，水利，能源管理、市政、煙草，煤礦等行業(yè)的生產(chǎn)調度中心、能源管控中心、遠程維護中心、企業(yè)數據中心的部署與建設。

　　在應用了SCADA系統后，可以取得了以下社會(huì )和經(jīng)濟效益：

　　極大地提高了生產(chǎn)和運行管理的安全性能和可靠程度；

　　生產(chǎn)配方管理的自動(dòng)化可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率；

　　極大地減低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作過(guò)程中第一位的人員的安全性；

　　可大大地減少不必要的人工浪費；

　　通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的集中控制和管理，極大地提高企業(yè)作為一個(gè)整體效率的競爭能力；

　　系統通過(guò)對設備生產(chǎn)趨勢的保留和處理，可提高預測突發(fā)事件的能力，在緊急情況下的快速反應和處理能力可極大地減少生命和財產(chǎn)的損失，從而可帶來(lái)潛在的社會(huì )和經(jīng)濟效益；

　　力控eForceCon SCADA系統調度平臺軟件V5.0在調度控制中心和區域控制站通過(guò)SCADA系統可完成對系統的監控和運行管理，各工藝站場(chǎng)可實(shí)現無(wú)人職守。

　　主要功能如下

　　調度控制中心

　　調度控制中心的主要任務(wù)是通過(guò)各站控系統或RTU對管網(wǎng)進(jìn)行數據采集及監控，同時(shí)實(shí)現系統的在線(xiàn)模擬、運行計劃、危險源及定位、運行優(yōu)化、計量管理、模擬培訓等任務(wù)。調度控制中心的操作人員通過(guò)SCADA系統操作員工作站所提供/顯示的管網(wǎng)系統工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、密度、設備運行狀態(tài)等信息，完成對整個(gè)系統的操作和管理。其主要功能如下：

　　數據采集和處理；工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示；報警顯示、管理以及事件的查詢(xún)、打??；實(shí)時(shí)數據的采集、歸檔、管理以及趨勢圖顯示；歷史數據的歸檔、管理以及趨勢圖顯示；生產(chǎn)統計報表的生成和打??；用戶(hù)信息管理；下達調度和操作命令；危險源定位；系統事故處理，發(fā)出ESD命令；安全保護；控制權限的確定；對全系統進(jìn)行時(shí)鐘同步；SCADA系統診斷；自控設備、儀表的故障診斷和分析；網(wǎng)絡(luò )監視及管理；通信信道監視及管理；數據通信信道故障時(shí)主備信道的切換；為信息化系統提供數據；與企業(yè)自動(dòng)化管理系統平臺連接、進(jìn)行數據交換；與上級計算機系統通信等。

　　后備控制中心

　　為保證在意外事件發(fā)生時(shí)，仍能實(shí)時(shí)地對系統運行進(jìn)行調度管理，保持實(shí)時(shí)數據的采集、處理、存儲的功能。后備控制中心的作用是在調度控制中心由于任何原因不能對系統實(shí)施監控時(shí)，后備控制中心將接管系統控制權。

　　主、備調度控制中心之間切換

　　在正常情況下，各工藝站場(chǎng)與主調度控制中心交換信息。調度控制中心與后備控制中心通過(guò)電信公網(wǎng)的DDN專(zhuān)線(xiàn)（主信道）和無(wú)線(xiàn)通訊（備用信道）進(jìn)行數據實(shí)時(shí)傳輸，保證數據同步。后備控制中心隨時(shí)監視和跟蹤調度控制中心的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現調度控制中心異常，立即自動(dòng)或人工手動(dòng)啟動(dòng)門(mén)站的后備控制中心接管監控權。另外，調度控制中心也可向通信網(wǎng)管中心提出請求，將各工藝站場(chǎng)SCS與RTU的通信切換到后備控制中心。調度控制中心恢復正常后，它首先完成與后備控制中心的數據同步，然后恢復對管網(wǎng)的監控權。

　　1.3 市場(chǎng)分析及預測

　　由于各個(gè)應用領(lǐng)域對SCADA的要求不同，所以不同應用領(lǐng)域的SCADA系統發(fā)展也不完全相同。

　　國家的重點(diǎn)大型項目的水利及市政項目中如南水北調干線(xiàn)、多個(gè)軌道交通SCADA上都是也以國外產(chǎn)品為主，市政行業(yè)的SCADA早期的調度市場(chǎng)主要的集成商有安控、清華紫光、清華同方等，他們在項目集成中選用的SCADA平臺產(chǎn)品也主要低端組態(tài)軟件為主，隨著(zhù)兩化融合趨勢的發(fā)展，對大型SCADA調度軟件平臺提出更高的要求。

　　以西氣東輸和川氣東送的上游油氣管線(xiàn)領(lǐng)域的SCADA設備以進(jìn)口品牌為主，各大城市燃氣公司由于企業(yè)擴張及管控的需要，對SCADA平臺提出了更高的要求，自2007年公開(kāi)資料就開(kāi)始認為中國SCADA整體市場(chǎng)增長(cháng)率約為10-15%。其中市政和配網(wǎng)自動(dòng)化可能成為SCADA增長(cháng)最快的行業(yè)領(lǐng)域。

　　電力系統中的SCADA系統應用相對最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。以RTU、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統，變電所的綜合自動(dòng)化已經(jīng)在我國得到大規模應用。電力系統中該領(lǐng)域的主要供應商有南瑞集團、北京四方、國電南自、許繼電氣等，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也特定的用在電力領(lǐng)域，其中220kV及以上的調度系統，由于技術(shù)門(mén)檻較高，目前只有南瑞科技、南瑞繼保、北京四方、國電南自、許繼電氣等少數幾家國內供應商可以提供相應產(chǎn)品。

　　隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入到城市軌道交通的大發(fā)展時(shí)期，2015年我國已建成地鐵接近3000公里，2020年總里程將達6200公里。城市軌道交通綜合監控系統作為通用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，即數據采集與監視控制系統）系統在城市軌道交通行業(yè)的具體應用，綜合監控系統用系統化方法將各分散的自動(dòng)化系統聯(lián)結為一個(gè)有機的整體，實(shí)現軌道交通各專(zhuān)業(yè)系統之間的信息互通、資源共享，也廣泛的帶動(dòng)了SCADA綜合調度市場(chǎng)。

　　基于windows平臺的國外中高端的SCADA產(chǎn)品主要是施耐德的wonderware，GE公司的proficy，HoneyWell的PKS系統等?；诳缙脚_的中高端的國外產(chǎn)品主要是施耐德的telvent與西門(mén)子公司的PVSS等。國內工業(yè)通用中大型SCADA平臺主要是力控科技的eForceCon產(chǎn)品系列與亞控科技的 kingScada等。國外的各個(gè)廠(chǎng)家也紛紛推出一體化集成的解決方案來(lái)適配新一代調度監控的要求，國內SCADA平臺廠(chǎng)家中北京力控科技也逐步推出了基于統一架構平臺的解決方案。相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在城市燃氣、油氣田、市政、水利得到了廣泛的應用，隨著(zhù)產(chǎn)品統一架構不斷的提升也已逐步推廣到大型分布式 SCADA系統中的應用。

　　一般工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的壽命期都在五年左右，SCADA調度平臺軟件作為工業(yè)IT由于受到IT業(yè)的摩爾定律影響，升級及運維的要求更高，使得產(chǎn)品版本迭代升級頻繁。SCADA調度平臺軟件有一個(gè)特點(diǎn)，穩定性是第一重要指標，而且采用新技術(shù)會(huì )比其他行業(yè)的軟件稍滯后一段時(shí)間。SCADA調度系統的經(jīng)濟壽命期與操作系統有很大的關(guān)系，如果操作系統沒(méi)有大的變化，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，本項目產(chǎn)品還可以通過(guò)升級換代而延長(cháng)其壽命期，因此，會(huì )有一個(gè)相當長(cháng)的經(jīng)濟壽命期。

　　1.4 新一代自動(dòng)化軟件平臺

　　隨著(zhù)“兩化融合”信息化、工業(yè)化的深度融合，加快了智能工廠(chǎng)與智慧城市建設的速度。大型智慧工業(yè)企業(yè)和智慧城市園區都需要完成從數字化到智慧層的跨越，通過(guò)云計算平臺從信息共享上升到知識業(yè)務(wù)的高度共享和傳承，打破條塊分割，實(shí)現面向績(jì)效目標的發(fā)展模式?；诜植际綄?shí)時(shí)歷史數據庫的工業(yè)軟件平臺的智能管控系統是建設智能工廠(chǎng)的一體化的生產(chǎn)指揮系統的動(dòng)力和引擎。在企業(yè)智能管控一體化的業(yè)務(wù)需求推動(dòng)下，工業(yè)自動(dòng)化軟件系統朝著(zhù)智能化、分布式、集成化、網(wǎng)絡(luò )化、平臺化、綜合管理等方向發(fā)展。

　　適配“兩化深度融合”的統一架構平臺需要完成從數據采集、數據存儲、數據傳輸及數據應用、數據安全、網(wǎng)絡(luò )安全等所有環(huán)節自頂向下進(jìn)行數據模型和業(yè)務(wù)模型的抽象，力控科技的ForceCon產(chǎn)品家族是以“分布式實(shí)時(shí)數據庫”為核心搭建力控家族“工業(yè)控制消息總線(xiàn)”，并支持集成面向服務(wù)（SOA）系統架構的“信息服務(wù)總線(xiàn)”。

　　消息總線(xiàn)和服務(wù)總線(xiàn)提供可靠通用的信息交互機制和廣域服務(wù)機制，實(shí)現整個(gè)系統間的安全高效的數據通信和應用集成。貫穿整個(gè)企業(yè)信息化業(yè)務(wù)，可以自由構建不同規模的應用，實(shí)現從底層工業(yè)現場(chǎng)控制（小型場(chǎng)站系統、嵌入式 HMI）、到生產(chǎn)調度指揮管理（SCADA）及上層信息化管理（MES、ERP）的融合，也可以完全擁抱虛擬化云計算所帶來(lái)的可擴展性，創(chuàng )建混合解決方案將數據推向云端的并保證其完整性，促進(jìn)企業(yè)信息化融合。

　　力控科技的統一架構平臺組成的SCADA調度系統具有靈活的系統架構，以分布式實(shí)時(shí)數據庫為消息總線(xiàn)自由構建不同規模的應用，從單用戶(hù)的系統到服務(wù)器/客戶(hù)端、Web、冗余等混合應用的大型系統，系統架構可由用戶(hù)自由設計。軟件具有高擴展性，可便捷添加客戶(hù)機，不影響現有系統的正常運行。

　　力控科技的統一架構平臺組成的SCADA調度系統以分布式區域實(shí)時(shí)數據庫為核心，分布式實(shí)時(shí)數據庫技術(shù)可以保證生產(chǎn)數據精確輸出并完成可視化，實(shí)時(shí)數據庫無(wú)限的分層結構可使大型企業(yè)信息盡收眼底。力控SCADA系統調度平臺軟件具有靈活的系統應用架構，可以自由構建不同規模的應用，滿(mǎn)足用戶(hù)對企業(yè)信息化的多樣性要求，用戶(hù)在此基礎上可以靈活的構建適合企業(yè)應用的解決方案。

　　力控科技的統一架構平臺組成的SCADA調度系統支持獨立的歷史歸檔數據庫，可進(jìn)行海量歷史數據歸檔，方便歷史數據追憶。具備分布式的數據源管理模式，SCADA平臺軟件的可視化人機交互界面無(wú)需編程，直接通過(guò)遠程數據源的配置方式就能與遠程數據庫進(jìn)行信息交互，完成生產(chǎn)監控、查詢(xún)、曲線(xiàn)分析等各項功能。

　　Web服務(wù)器經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單配置就可以將生產(chǎn)數據進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)布，實(shí)現在任何地方對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，滿(mǎn)足企業(yè)“兩化融合”的需要。