【導讀】隨著信息技術的發(fā)展，各個領域的應用也不斷成熟，工業(yè)自動化系統(tǒng)在總體架構、管理模式、應用技術、綜合挖掘等方面均要發(fā)生重大變化，進一步向標準化、可擴展、開放化、低成本的總體目標前進。我愛方案網小編為大家介紹如何運用SCADA系統(tǒng)在物聯(lián)網過渡呢?
一、概述
信息化的發(fā)展必將推動自動化系統(tǒng)的革命。尤其物聯(lián)網概念的推出，使得越來越多的企業(yè)將目標監(jiān)控、數據應用、開放互聯(lián)設計為一套完整的解決方案。
物聯(lián)網IOT（InternetOfThings）是通過射頻識別（RFID）等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，利用互聯(lián)網進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。物聯(lián)網的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現對物體實施智能化的控制與管理。
SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)是由計算機與網絡技術作為支撐，實現對現場數據采集、設備控制、數據測量、參數調節(jié)以及信號報警等。SCADA系統(tǒng)的應用已經非常成熟，其應用已完全超出了基本數據監(jiān)視控制的范疇。一套完整的SCADA系統(tǒng)已不僅僅是實現簡單的數據收集、遠程控制功能，而是被賦予了更豐富的內涵。
二、系統(tǒng)特點
1、物聯(lián)網系統(tǒng)
物聯(lián)網系統(tǒng)是利用計算機互聯(lián)網平臺，依賴射頻自動識別（RFID）技術，實現終端節(jié)點的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網可分為三層：一是感知層，即物聯(lián)網的皮膚和五官識別物體，采集信息；二是網絡層，即物聯(lián)網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理；三是應用層，即物聯(lián)網與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，與行業(yè)需求結合，實現行業(yè)智能化。
2、SCADA系統(tǒng)
通用SCADA系統(tǒng)可分為3層。第1層為數據采集層，由RTU與一次儀表構成，完成現場原始數據的采集與預處理。根據設計需求還可以實現現場的數據存儲，以保證通訊中斷后數據的連續(xù)性；第2層為數據監(jiān)控層。在這層將利用各種軟件遠程仿真現場，實現數據的實時監(jiān)控、實時報警。該層可根據對應的管理模式再分為分控中心、總控中心等，還可根據設計需求進行大量歷史數據的存儲；第3層為數據應用層。在應用層實現對已采集數據的分析、整理，并根據需要實現多種形式的發(fā)布。業(yè)界很多公司分別在數據采集層、數據監(jiān)控層、數據應用層都擁有極其穩(wěn)定的產品和豐富的系統(tǒng)集成經驗。
3、其它分層
對于工業(yè)自動化的體系結構，還有一種分層理論也是3層。第一層，以PCS（過程控制系統(tǒng)）為代表的基礎自動化層。主要包括控制軟件、測量技術、數據庫技術、數據融合與數據處理技術、DCS、FCS、傳感技術、特種執(zhí)行機構等等；第二層，以MES（生產過程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產過程運行優(yōu)化層。主要內容包括建模與流程模擬技術、先進計劃與調度技術、實時優(yōu)化技術、動態(tài)成本與管理技術等等；第三層，以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產經營優(yōu)化層。主要內容包括企業(yè)資源管理、供應鏈管理、產品質量數據管理、數據倉庫技術、設備資源管理、企業(yè)電子商務平臺等等。
4、共同特點
SCADA系統(tǒng)、物聯(lián)網系統(tǒng)以及其它工業(yè)自動化系統(tǒng)，都屬于計算機網絡技術發(fā)展的產物。根據物聯(lián)網迅猛發(fā)展趨勢分析，其將逐步取代部分SCADA系統(tǒng)。通過分析2類系統(tǒng)的架構體系，二者具備如下一些共同的特征：
1）體系結構分層。兩類系統(tǒng)均具備清晰完整的層次結構，便于設計者、使用者理解。SCADA系統(tǒng)的3層與物聯(lián)網系統(tǒng)的3層都具備明確的定義及層間分界，但3層間功能上也有一些重疊。靠近現場的層由于采用現場總線技術，使得設備檔案及診斷信息更為豐富；中簡層體現更多的是運行數據監(jiān)控、設備管理；而最上位的應用層可以涉及數據深度應用、設備維護計劃、備品備件管理、設備資產管理等。
2）一次儀表數據采集。兩類系統(tǒng)都需要有現場原始數據的采集，其準確性及數據可用性完全取決于該一次表的數據采集。在IOT中，對控制功能的體現更為突出。在SCADA系統(tǒng)中，常規(guī)的控制策略主要為單回路控制、串級調節(jié)、比率調節(jié)、均勻調節(jié)、前饋調節(jié)、自動選擇調節(jié)、分程調節(jié)、非線性調節(jié)等，實現功能仍以PID調節(jié)為基礎，輔以一定的功能塊及控制算法。IOT中的常規(guī)控制得以擴展使用，各功能塊之間可多重串接、并聯(lián)連接、選擇性連接、自動補償、自動跟蹤、無擾切換等，多配方自動改變參數或功能塊連接方式，使得自動化應用變得透明、簡單。
3）對通訊網絡的依賴。兩類系統(tǒng)均需要依賴網絡，而物聯(lián)網系統(tǒng)則更加依賴無線通訊網絡。由此可見，保證無線通訊是實現物聯(lián)網的必要條件。無線通訊主要的特點是安裝便捷、應用靈活、低成本、易于擴展等，最主要是適用于多種協(xié)議標準，包括802.11a、802.11b、最新混合標準802.11g。
4）數據處理應用。原始數據采集后，兩類系統(tǒng)對所得的數據都進行了綜合應用處理。通過結構可以看出，物聯(lián)網系統(tǒng)對數據處理更深入。企業(yè)海量的生產數據是企業(yè)經營決策的重要依據，對于采購管理、成本控制、提高經營的經濟效益具有重要的參考價值，對于控制生產成本、擴大利潤，從而保證企業(yè)利潤目標的實現。由此可見，數據的深度處理后，對指導全企業(yè)生產經營，具有十分重要的意義。
三、過渡方案
物聯(lián)網是工業(yè)自動化必然的發(fā)展趨勢，將使得工業(yè)自動化的分布式、開放化、信息化、規(guī)模化等諸多特點得以最大化體現。物聯(lián)網的分布式結構確保每一個智能終端能獨立運行，互通信息的同時也將系統(tǒng)危險分散；開放化特點則是網絡自身具備多種標準接口，便于新的終端節(jié)點無縫接入；信息化使得系統(tǒng)信息能夠及時對采集數據進行綜合處理，借助網絡技術實現大閉環(huán)；規(guī)?；瘎t是降低終端節(jié)點的接入成本、購置成本、使用成本，在最優(yōu)綜合成本的前提下完成規(guī)模應用。
由于物聯(lián)網完全是一個開放的網絡，涉及行業(yè)機密或是國家安全的SCADA系統(tǒng)，將仍然保持現有狀態(tài)。所以，物聯(lián)網取代部分SCADA系統(tǒng)是必然的一個趨勢。根據兩類系統(tǒng)的對比，無論是新建物聯(lián)網系統(tǒng)，還是基于SCADA系統(tǒng)的改造，可以參考如下方案：
1）SCADA系統(tǒng)建設模式非常成熟，現有的案例、方案均具備非常高的參考價值。物聯(lián)網做架構設計時，可參考SCADA系統(tǒng)架構。在滿足企業(yè)的生產管理需求后，進一步實現先進控制、在線優(yōu)化、在線性能監(jiān)控、在線設備臺帳管理等信息化技術的集成。
2）網絡系統(tǒng)選擇時，感知層（或采集層）均采用無線設計，數據應用層則可采用光纖通訊等快速網絡。整個網絡結構設計要充分考慮靈活、高速、多冗余、高性能、高安全等特點，可靈活使用線性結構、環(huán)形結構、星型結構、倒掛樹結構及各種組合等網絡拓撲結構。由于網絡中任意二個設備之間提供了多重通訊路徑，從而使得通訊不會受單節(jié)點故障的影響，將會極大提高通訊的冗余性能和可靠性。
3）加設終端狀態(tài)監(jiān)測點。SCADA系統(tǒng)中，對儀表等設備特征、狀態(tài)關注較少，但根據物聯(lián)網的要求，對所有的終端監(jiān)測都是必要的，所以對未設計監(jiān)測的終端加設監(jiān)測點。工業(yè)自動化一般使用的現場儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量儀表、在線過程分析儀、執(zhí)行器等。現場儀表的穩(wěn)定工作是真實數據的保證，所以除常規(guī)的運行功能外，監(jiān)測儀表的工作狀態(tài)是非常有必要的。
4）加大數據的深度挖掘，提供豐富穩(wěn)定的數據接口。物聯(lián)網系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，為保證所涉及終端信息的互通，與外圍其它網絡會有大量數據交換。而SCADA系統(tǒng)是一個相對獨立的系統(tǒng)，與其它系統(tǒng)接口相對較少。一個成功的自動化系統(tǒng)，應該是一個具備多種標準接口的系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的選擇、現場產品的選擇，都將決定標準接口實現的可能性。同時，標準化的程序接口還保證了不同廠家軟硬件產品的數據交換，而不必擔心他們之間的通訊。這也是應用規(guī)?；那疤帷?br />
5）加強反控功能的穩(wěn)定性。SCADA系統(tǒng)更多的關注的監(jiān)視功能，而相對控制較弱。物聯(lián)網系統(tǒng)要求全網信息互通，但為保證全網的終端監(jiān)測數據平衡，需要根據實時數據進行一些反控。在現在控制理論的推動下，各種智能化算法應運而生。除業(yè)界熟知的PID控制，多變量預測已完成生產實踐階段。物聯(lián)網是一個強大數據的集合，并且數據是動態(tài)更新的。所以，適當采用多變量預測控制與PID串級控制相結合的方案，可以非常有效地實現反控功能的穩(wěn)定性。
物聯(lián)網技術的普及是不可阻擋的。其改變的不僅是生產過程的優(yōu)化，還將是管理模式的重大轉變。物聯(lián)網充分結合先進的工藝裝備技術、現代管理技術、以先進控制與優(yōu)化技術為代表的信息技術，為工業(yè)自動化提供整體解決方案，以實現企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競爭力的核心高技術。
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