文章來源:/tec/scada.htm

   SCADA簡介
   SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文縮寫，國內流行叫法為監控組態軟件。從字面上講，它不是完整的控制系統，而是位于控制設備之上，側重于管理的純軟件。SCADA所接的控制設備通常是PLC（可編程控制器），也可以是智能表，板卡等。
   早期的SCADA運行與DOS,UNIX，VMS。現在多數運行在Windows操作系統中，有的可以運行在Linux系統。
SCADA不只是應用于工業領域，如鋼鐵、電力、化工，還廣泛用于食品，醫藥、建筑、科研等行業。其連接的I/O通道數從幾十到幾萬不等。下面就其結構、功能、接口、開發工具等方面予以介紹。
   SCADA體系結構
   1.1 硬件結構
   通常SCADA系統分為兩個層面，即客戶/服務器體系結構。服務器與硬件設備通信，進行數據處理何運算。而客戶用于人機交互，如用文字、動畫顯示現場的狀態，并可以對現場的開關、閥門進行操作。近年來又出現一個層面，通過Web發布在Internat上進行監控，可以認為這是一種“超遠程客戶”。
   硬件設備（如PLC）一般既可以通過點到點方式連接，也可以以總線方式連接到服務器上。點到點連接一般通過串口（RS232），總線方式可以是RS485，以太網等連接方式。總線方式與點到點方式區別主要在于：點到點是一對一，而總線方式是一對多，或多對多。
   在一個系統中可以只有一個服務器，也可以有多個，客戶也可以一個或多個。只有一個服務器和一個客戶的，并且二者運行在同一臺機器上的就是通常所說的單機版。服務器之間，服務器與客戶之間一般通過以太網互連，有些場合（如安全性考慮或距離較遠）也通過串口、撥號或GPRS方式相連。

   1.2 軟件體系結構
SCADA有很多任務組成，每個任務完成特定的功能。位于一個或多個機器上的服務器負責數據采集，數據處理（如量程轉換、濾波、報警檢查、計算、事件記錄、歷史存儲、執行用戶腳本等）。服務器間可以相互通訊。有些系統將服務器進一步單獨劃分成若干專門服務器，如報警服務器，記錄服務器，歷史服務器，登錄服務器等。各服務器邏輯上作為統一整體，但物理上可能放置在不同的機器上。分類劃分的好處是可以將多個服務器的各種數據統一管理、分工協作，缺點是效率低，局部故障可能影響整個系統。
典型的硬件配置圖如下：
 

   1.3 通信
   1.3.1內部通信
   客戶與服務器間以及服務器與服務器間一般有三種通信形式，請求式，訂閱式與廣播式。請求式：客戶周期性向服務器發出請求，然后服務器為客戶準備數據，傳送給客戶。
   訂閱式：客戶向服務器注冊所關心數據，服務器記錄每個用戶關心的數據。當數據變化通知相應的用戶。
   廣播式：當數據的變化時，服務器向所有客戶發出通知。
   1.3.2與I/O設備通信
   1） 通信模式
   設備驅動程序與I/O設備通訊一般采用請求式，大多數設備都支持這種通訊方式，當然也有的設備支持主動發送方式。主動發送方式即I/O設備在數據改變時主動向外界報告數據。有的設備也支持訂閱式通信。設備驅動程序應該能夠支持各種通信模式。
   2） 通信協議
   通信協議即與設備間的會話格式，可以理解為一種簡單的交流語言。這些語言有一定的地方性，尤其是國產的PLC，智能儀表。常見的協議有Modbus, Profibus等。設備驅動程序必須為每種協議編制相應的代碼。開發一設備驅動一般為1~5周，這要根據協議的復雜程度決定。軟件商一般將該部分做成標準開發包，用戶可以自己開發。
   服務器可同時帶有多個不同種類的驅動程序，這樣服務器就可以同時跟多種設備進行通信。

   1.3.3與外界通信
   為了效率，服務器上的實時數據和歷史數據一般都以私有格式存放，實時數據駐留在內存中，而歷史數據保存在磁盤中，事件記錄也可能以私有格式保存在磁盤中，但有些軟件可以將其直接存放到關系數據庫（如Ms SQL Server，ORACLE）中。由于無論采用直接方式還是ODBC與關系數據庫通訊，速度都是比較慢的，所以不可能將快速變化的數據都存放到關系數據庫中。那么服務器內這些私有格式的數據是如何與外界的呢，下面簡要說明。
   SCADA通過多種方式與外界通信。如OPC，一般都會提供OPC客戶端，用來與設備廠家提供的OPC服務器進行通訊。因為OPC有微軟內定的標準，所以OPC客戶端無需修改就可以與各家提供的OPC服務器進行通訊。現在國外的硬件廠商大多都能提供OPC服務器，而國內的硬件廠商確很少。SCADA供應商一般也會提供自己的OPC服務器，以便別人通過OPC訪問自己，這樣也實現了不同SCADA間的互聯。此外還有其他的一些通訊手段，如：
   ODBC，第三方程序通過ODBC訪問歷史數據，事件記錄等。
   API接口：可以在編程環境（如VB,VC）中使用該接口。
   OLE控件：可以在各種編程環境下使用，也可以嵌入到支持OLE包容器的程序中，如Ms Word。
   DDE：微軟的動態數據交換協議。
   2．整體構架
   由服務器，客戶端構成了SCADA C/S結構，由服務器，Web服務器，Web客戶構成了SCADA B/S結構。服務器配置在不同的機器上，甚至不同的操作系統平臺上，彼此分工協作，形成統一整體，構成了SCADA的分布式體系結構。
   為了增加系統的可靠性，服務器端允許雙機熱備，重要場合可以一機多備。服務器雙機熱備一般是將兩臺機器配置相同，一臺作為主站，另一臺機器作為副站，主站完成服務器的正常工作，另一臺與其同步。當主站故障時，副站接替主站的工作。主站與副站是相對的，可互換的。雙機熱備包含I/O通道的熱備。 由于多個客戶可以同時訪問一個服務器端，所以客戶端本來就是多重的。
   一個系統中，可以有多個服務器，每個服務器可帶有多個I/O設備。客戶端可以訪問一臺或多臺服務器。Web服務器可以作為多個服務器的代理，將Web客戶與各服務器連接起來.

   3．內部組織概述
   3.1 服務器內部組織
   服務器包括過程數據庫，I/O驅動，Web服務器等。服務器的核心是過程數據庫，下面對其內部組織加以介紹。
   過程數據庫是由完成各種特定功能的算法塊組成，這些算法塊也被稱為“內部儀表”或“虛擬儀表”，更常用的稱呼是“點”。
   點是組成過程數據庫的基本單位，點分為很多類型，每種類型的點完成一定的功能，如模擬I/O點，專門用于對模擬I/O進行處理，PID點完成PID控制運算等。點由各種參數組成，不同的點有不同的參數，如模擬I/O點有NAME，PV，LO，HI等參數。可以想象點類型相當于關系數據庫中的表結構，參數相當于字段。與表結構不同的是，每種點類型有特定的內部處理算法，參數間存在內定的，如LO是PV的低限報警值，PV低于LO將產生低限報警，報警檢查是點的內置功能，不需要編寫另外的程序來實現。
   參數是組成數據庫的zui小單位。一般地，一個點只有一個參數與外界相連，通常稱其為測量值（PV）。其他參數作為PV的輔助參數，如LO為PV的低限報警限值，HI為PV的高限報警限值，SP為PV的目標值等。有的系統允許一個點有多個參數與外界相連。
   點的測量值（PV）通常與控制器（如PLC）的輸入/輸出通道相連。PV值代表I/O量的大小或狀態。
   按照裝置或場地可以將點邏輯的劃分為區域或單元。一般區域包括單元。
   3.2 人機界面內部組織
   人機界面由很多窗口組成，窗口包含圖形和文字。文字和圖形可動態變化。如文字可顯示現場I/O量的大小，圖形的顏色變化表示現場狀態量的改變等。
   同時顯示的窗口一般只有一個，窗口間可以互相連接、跳轉，也可以設立菜單或專門的窗口負責窗口間的切換。
   人機界面開發環境中提供了各種繪畫工具，如畫矩形、橢圓、文字、位圖等工具。同時提供了動畫連接手段，使圖形、文字等與現場的數據相關聯。現場數據變化則畫面上圖形顏色、位置等也相應改變，通過觀察畫面上的圖形文字就可以知曉現場的狀態，并稱這種圖形文字與數據之間的為“動畫鏈接”。
可以手工的繪制各種工藝對象，如罐、閥門、泵等。為了方便使用人機界面開發環境都提供了現成的小圖形，稱之為“子圖”。在子圖中可以找到各種現成的圖形，如各種形狀的閥門。有的子圖還與特定的動畫連接捆綁，更加方便使用。
   趨勢圖人機界面*的組成部分。趨勢圖以曲線的形式顯示過程數據庫中實時數據或歷史數據。一般實時數據和歷史數據分別在不同的趨勢圖中顯示。一幅趨勢圖中通常zui多顯示八條曲線，曲線可以放大、滾動。趨勢筆可以在開發環境中定義，也可以在運行時動態。
   報表是人機界面的重要組成部分。開發環境提供專門的報表生成工具，方便的形成各種報表。報表中的數據可以有瞬時值、歷史值、統計值。還可以讓報表定時打印。另外還可以利用SCADA的Excel插件，用Ms Excel生成報表。
   此外，在人機界面中還有許多其它種類的組件，如XY曲線、報警瀏覽、總貌等。另外人機界面幾乎都是OLE容器，可以嵌入OLE對象，或ActiveX控件。
   4．重要功能
   過程報警
   過程報警是過程數據庫的基本功能。報警是對測量值的范圍、變化速度的預警。報警包括限值報警，變化率報警，偏差報警，異常報警等。更復雜的報警可以通過對測量值進行數學運算，然后對運算結果進行報警檢查而產生。發生報警后，操作員可以通過報警畫面對報警進行“確認”，“確認”就是告訴系統我知道了發生的事，以免系統再次提醒。報警信息，報警確認信息，報警恢復（報警消除）等信息都可以被系統自動記錄下來。報警按照重要程度可分為多個優先級，如低級、、緊急。
   報警發生時系統可以通過多種方式通知用戶，如彈出報警窗、發出聲響，甚至可以發送短信或電子郵件。至于使用哪種方式，用戶可以自由。
   歷史存儲
   對實時數據可以進行歷史存儲。歷史數據對于生產狀況分析、實現*/優化控制、以及生產事故分析非常重要，所以將重要的工藝數據都會進行長期歷史保存。為了節省存儲介質空間，對保存的數據使用壓縮保存。常用的保存方式有周期性保存和變化保存（數據只有變化到一定程度才保存）。
   腳本語言
   除了固定格式的功能，如點內部處理（能夠完成幾種固定形式的功能，如量程轉換、報警檢查、PID運算），動畫連接（能夠完成幾種固定形式的動畫，如顏色、位置改變）等，SCADA還允許用戶定義特殊的邏輯、運算，這是通過SCADA的內置編程語言實現的。SCADA的提供的編程環境有的是內嵌VBA編譯器，有的是自定義的類似BASIC或類似C語言的編譯器。無論是哪種編程環境SCADA都要提供很多訪問自身數據的屬性、方法，以便在編程環境中與SCADA系統交互。這種內置的編程語言經常稱作“動作”，現在更多的稱呼是“腳本”。這里的腳本與Excel中的“宏”類似。通過腳本用戶可以自由擴展系統功能。
   腳本與一般編程語言類似，在腳本中提供多種運算操作（如賦值、數學運算、邏輯運算），控制語句（如條件判斷，循環，分支），以及內置函數等。有的SCADA還支持自定義函數。
   腳本的觸發方式有多種：一次性執行（如進入窗口時執行）；周期執行；事件觸發執行（如數據改變時執行，按鍵觸發）。
   腳本也能產生多種輸出動作：如向過程數據庫寫數據；發送短信；調用窗口；產生聲響等。
   5. SCADA的益處
   使用SCADA軟件能夠帶來的好處可列舉如下：
   提率。SCADA的開發一般需要20~100人年，并且不斷的采用新技術，吸取用戶的經驗，在使用中不斷提高。SCADA綜合用戶的需求，將工程中共性東西提煉出來，制成相應的模式或模塊，以幫助用戶快速實現自己的工程。因此使用SCADA可以跟上時代的發展，并能提高自己的工作效率。
   一致性。SCADA的提供固定的格式，讓用戶實現自己的工程，有的是填表式的，有的是向導式的。無論是誰來組態，同樣的工程要求，形成的組態結果都是相同的，或者差異很小。
   可維護性。SCADA內部功能強大，組織復雜，但是對用戶是透明的，所以用戶的組態工作量不大，或者只是重復性較大。因此工程易于維護。
   使用SCADA能夠得到有效的。不但包括使用SCADA上的，也可能包括你工程上的。因為SCADA人員經常與各行業的人員交流，所以可以將你的同行經驗介紹給你。
   以上是對SCADA的一些總結。有問題請mailto:support@.