SCADA系統軟件
一、匠興SCADA系統軟件概述
匠興 SCADA系統 (Supervisory Control And Data Acquisition)：數據采集及監視控制系統，是對分布距離遠、生產(chǎn)單位分散的工業(yè)現場(chǎng)運行設備進(jìn)行監視和控制，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，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統，能將生產(chǎn)現場(chǎng)狀態(tài)傳輸到不同的監控平臺，并以聲音、圖形、圖象等形式展示。
匠興SCADA系統軟件位于現場(chǎng)控制層和上層MES數據應用層之間，以OPC、TCP/IP、串口等幾種方式與控制層通訊，通過(guò)OPC、WCF、WebService、DCOM等方式將數據送往上層MES業(yè)務(wù)系統。
二、匠興SCADA系統軟件的運行
系統通過(guò)OPC/ModBUS/SECS等工業(yè)協(xié)議來(lái)連接工廠(chǎng)中的各種智能控制設備，并讓智能控制設備與生產(chǎn)過(guò)程和事務(wù)管理的設備或儀表相結合，實(shí)時(shí)感知設備各種參數狀態(tài)，將這些狀態(tài)信號轉換成數字信號，通過(guò)特定數字通信網(wǎng)絡(luò )傳遞到PLC設備中。
匠興SCADA系統軟件所連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，接收到PLC、智能表、板卡等設備的反饋信息后，系統以聲音、圖形、圖象等方式顯示給用戶(hù)終端，以達到監視的目的。通過(guò)SCADA系統與MES系統集成，SCADA系統負責與設備實(shí)時(shí)通訊、實(shí)時(shí)記錄與報警，其關(guān)鍵信息在處理之后，會(huì )傳遞與MES系統進(jìn)行歸檔與業(yè)務(wù)邏輯處理，SCADA系統的某些事件(Event)能觸發(fā)MES中的流程事務(wù)（Transaction），同時(shí)MES中流程控制邏輯、作業(yè)參數、配方等信息也可以交由SCADA系統執行。
三、匠興SCADA系統軟件結構
匠興SCADA系統軟件包括三大結構：下層現場(chǎng)設備層、中層過(guò)程監控層、上層業(yè)務(wù)管理層，覆蓋從底層現場(chǎng)設備到上層信息網(wǎng)絡(luò )的不同層面，通過(guò)這三大結構，可以對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數據采集及監控，還能完成與企業(yè)信息系統的數據交換和傳遞，比如ERP系統、MES系統等。
1、下層現場(chǎng)設備層
直接控制功能，對工業(yè)過(guò)程現場(chǎng)數據采集以及控制指令執行。包括各種傳感器、儀器儀表、動(dòng)作器等現場(chǎng)設備，采用開(kāi)放現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，各種現場(chǎng)設備以網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的形式掛接在現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，構成實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )化的現場(chǎng)控制系統。該現場(chǎng)設備層接受過(guò)程監控層的監控，并且向其傳輸各種現場(chǎng)數據。
下層現場(chǎng)設備層功能
數據采集：配置各種輸入設備（DI、AI等）進(jìn)行數據采集
控制：配置各種輸出設備（DO、AO等）對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制
下層現場(chǎng)設備層設備類(lèi)型
遠程終端單元（RTU）
RTU（Remote Terminal Unit,RTU）是安裝在遠程現場(chǎng)的電子設備，用來(lái)監視和測量安裝在遠程現場(chǎng)的傳感器和設備，它具有提高信號傳輸可靠性、減輕主機負擔、減少信號電纜用量、節省安裝費用等方面優(yōu)點(diǎn)。
RTU的主要作用是進(jìn)行數據采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時(shí)作為系統中一個(gè)獨立的工作站，可以獨立完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID等工業(yè)上常用的控制協(xié)調功能；進(jìn)行數據采集時(shí)作為一個(gè)遠程數據通訊單元，完成或響應本站與中心站或其他站的通訊和遙控任務(wù)。
RTU的配置與程序執行：主要配置有CPU模板、I/O（輸入/輸出）模板、通訊接口單元，以及通訊機、天線(xiàn)、電源、機箱等輔助設備；RTU能執行的任務(wù)流程取決于下載到CPU中的程序，應用程序可用工程中常用的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，如梯形圖、C語(yǔ)言等，有些設備采用C語(yǔ)言編程。
PLC（中、小型）
典型的小型PLC產(chǎn)品有三菱的FX2N系統PLC、西門(mén)子的S7200系統、OMRON的CPM1A等；有些SCADA系統會(huì )選用中型的PLC產(chǎn)品，如三菱的Q系列、西門(mén)子的S7-300、A-B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等
PAC（可編程自動(dòng)化控制器）
作為一種開(kāi)放型的自動(dòng)化控制設備，PAC在SCADA系統的下層現場(chǎng)設備層的應用逐步增多，主要產(chǎn)品有：GE Fanuc公司的PACSystemsRX3i/7i、NI公司的Compact FieldPoint、Beckoff公司的CX1000、A-B公司的CompactLogix和研華公司的ADAM-5510EKW等
智能儀表
在一些側重數據采集、信息集中管理與遠程監管的應用中，遠程控制功能要求較低，在這類(lèi)SCADA系統中，大量使用各種現場(chǎng)儀表作為下層設備層設備，如智能流量計量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。
2、中層過(guò)程監控層
這一層主要側重監控功能，一般由控制計算機完成，它與現場(chǎng)總線(xiàn)相連，或者通過(guò)專(zhuān)門(mén)的現場(chǎng)總線(xiàn)接口轉換器實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的連接。這一層從現場(chǎng)設備層獲取工業(yè)過(guò)程的數據，完成運行參數監視、報警和趨勢分析等功能，并發(fā)送各種控制指令。
中層過(guò)程監控層組成
包括SCADA系統的主控服務(wù)器、備份服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、人機界面、現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)的轉換設備等。
中層過(guò)程監控層功能
數據采集和狀態(tài)顯示
遠程監控
報警和報警處理
事故追憶和趨勢分析
與其他應用系統的結合
選用工控機或商用機
中層過(guò)程監控層一般采用工控機，因為工控機在商用計算機上進(jìn)行了改裝與加固，以適應工業(yè)應用的要求，主要體現在：硬件結構、系統可靠性、抗干擾性和環(huán)境適應性等。隨著(zhù)商業(yè)機可靠性不斷增強，以及商用機與工控機之間較大的價(jià)格差距，SCADA系統軟件選用商用機作為中層上位機，對于可靠性要求高的場(chǎng)合，可以通過(guò)熱備等方式來(lái)實(shí)現。
3、上層業(yè)務(wù)管理層
主要是企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )，通常與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通，是普通的IP網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中包括各種通用的服務(wù)器、主機、網(wǎng)絡(luò )設備、安全防護設備等，提供WEB、FTP、郵件等網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。在匠興SCADA系統軟件控制網(wǎng)絡(luò )模型中，現場(chǎng)設備層與過(guò)程監控層、業(yè)務(wù)管理層之間通過(guò)數據傳輸與交互，實(shí)現了控制網(wǎng)絡(luò )與信息網(wǎng)絡(luò )的緊密集成。另外，這一層通常還存在遠程用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，允許遠程用戶(hù)通過(guò)瀏覽器等方式查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)以及現場(chǎng)設備的狀況，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。對于有權限的用戶(hù)還可以遠程修改各種設備參數和運行參數，從而在廣域網(wǎng)范圍實(shí)現工業(yè)過(guò)程的遠程監控。
ERP的數據需求連接到車(chē)間，意味SCADA將成為ERP系統部署的橋梁。為了讓生產(chǎn)跟蹤和車(chē)間數據傳輸到ERP系統，需要將SCADA和MES系統等生產(chǎn)系統所在的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接到IT網(wǎng)絡(luò )。匠興科技SCADA系統軟件大部分連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（VPN）可以從任何地方連接遠程訪(fǎng)問(wèn)系統。
四、匠興SCADA系統軟件功能特點(diǎn)
匠興 SCADA系統 (Supervisory Control And Data Acquisition)：數據采集及監視控制系統，是對分布距離遠、生產(chǎn)單位分散的工業(yè)現場(chǎng)運行設備進(jìn)行監視和控制，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，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統，能將生產(chǎn)現場(chǎng)狀態(tài)傳輸到不同的監控平臺，并以聲音、圖形、圖象等形式展示。
匠興SCADA系統軟件位于現場(chǎng)控制層和上層MES數據應用層之間，以OPC、TCP/IP、串口等幾種方式與控制層通訊，通過(guò)OPC、WCF、WebService、DCOM等方式將數據送往上層MES業(yè)務(wù)系統。
二、匠興SCADA系統軟件的運行
系統通過(guò)OPC/ModBUS/SECS等工業(yè)協(xié)議來(lái)連接工廠(chǎng)中的各種智能控制設備，并讓智能控制設備與生產(chǎn)過(guò)程和事務(wù)管理的設備或儀表相結合，實(shí)時(shí)感知設備各種參數狀態(tài)，將這些狀態(tài)信號轉換成數字信號，通過(guò)特定數字通信網(wǎng)絡(luò )傳遞到PLC設備中。
匠興SCADA系統軟件所連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，接收到PLC、智能表、板卡等設備的反饋信息后，系統以聲音、圖形、圖象等方式顯示給用戶(hù)終端，以達到監視的目的。通過(guò)SCADA系統與MES系統集成，SCADA系統負責與設備實(shí)時(shí)通訊、實(shí)時(shí)記錄與報警，其關(guān)鍵信息在處理之后，會(huì )傳遞與MES系統進(jìn)行歸檔與業(yè)務(wù)邏輯處理，SCADA系統的某些事件(Event)能觸發(fā)MES中的流程事務(wù)（Transaction），同時(shí)MES中流程控制邏輯、作業(yè)參數、配方等信息也可以交由SCADA系統執行。
三、匠興SCADA系統軟件結構
匠興SCADA系統軟件包括三大結構：下層現場(chǎng)設備層、中層過(guò)程監控層、上層業(yè)務(wù)管理層，覆蓋從底層現場(chǎng)設備到上層信息網(wǎng)絡(luò )的不同層面，通過(guò)這三大結構，可以對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數據采集及監控，還能完成與企業(yè)信息系統的數據交換和傳遞，比如ERP系統、MES系統等。
1、下層現場(chǎng)設備層
直接控制功能，對工業(yè)過(guò)程現場(chǎng)數據采集以及控制指令執行。包括各種傳感器、儀器儀表、動(dòng)作器等現場(chǎng)設備，采用開(kāi)放現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，各種現場(chǎng)設備以網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的形式掛接在現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，構成實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )化的現場(chǎng)控制系統。該現場(chǎng)設備層接受過(guò)程監控層的監控，并且向其傳輸各種現場(chǎng)數據。
下層現場(chǎng)設備層功能
數據采集：配置各種輸入設備（DI、AI等）進(jìn)行數據采集
控制：配置各種輸出設備（DO、AO等）對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制
下層現場(chǎng)設備層設備類(lèi)型
遠程終端單元（RTU）
RTU（Remote Terminal Unit,RTU）是安裝在遠程現場(chǎng)的電子設備，用來(lái)監視和測量安裝在遠程現場(chǎng)的傳感器和設備，它具有提高信號傳輸可靠性、減輕主機負擔、減少信號電纜用量、節省安裝費用等方面優(yōu)點(diǎn)。
RTU的主要作用是進(jìn)行數據采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時(shí)作為系統中一個(gè)獨立的工作站，可以獨立完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID等工業(yè)上常用的控制協(xié)調功能；進(jìn)行數據采集時(shí)作為一個(gè)遠程數據通訊單元，完成或響應本站與中心站或其他站的通訊和遙控任務(wù)。
RTU的配置與程序執行：主要配置有CPU模板、I/O（輸入/輸出）模板、通訊接口單元，以及通訊機、天線(xiàn)、電源、機箱等輔助設備；RTU能執行的任務(wù)流程取決于下載到CPU中的程序，應用程序可用工程中常用的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，如梯形圖、C語(yǔ)言等，有些設備采用C語(yǔ)言編程。
PLC（中、小型）
典型的小型PLC產(chǎn)品有三菱的FX2N系統PLC、西門(mén)子的S7200系統、OMRON的CPM1A等；有些SCADA系統會(huì )選用中型的PLC產(chǎn)品，如三菱的Q系列、西門(mén)子的S7-300、A-B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等
PAC（可編程自動(dòng)化控制器）
作為一種開(kāi)放型的自動(dòng)化控制設備，PAC在SCADA系統的下層現場(chǎng)設備層的應用逐步增多，主要產(chǎn)品有：GE Fanuc公司的PACSystemsRX3i/7i、NI公司的Compact FieldPoint、Beckoff公司的CX1000、A-B公司的CompactLogix和研華公司的ADAM-5510EKW等
智能儀表
在一些側重數據采集、信息集中管理與遠程監管的應用中，遠程控制功能要求較低，在這類(lèi)SCADA系統中，大量使用各種現場(chǎng)儀表作為下層設備層設備，如智能流量計量表、冷量熱量表、智能巡檢儀等。
2、中層過(guò)程監控層
這一層主要側重監控功能，一般由控制計算機完成，它與現場(chǎng)總線(xiàn)相連，或者通過(guò)專(zhuān)門(mén)的現場(chǎng)總線(xiàn)接口轉換器實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的連接。這一層從現場(chǎng)設備層獲取工業(yè)過(guò)程的數據，完成運行參數監視、報警和趨勢分析等功能，并發(fā)送各種控制指令。
中層過(guò)程監控層組成
包括SCADA系統的主控服務(wù)器、備份服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、人機界面、現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)的轉換設備等。
中層過(guò)程監控層功能
數據采集和狀態(tài)顯示
遠程監控
報警和報警處理
事故追憶和趨勢分析
與其他應用系統的結合
選用工控機或商用機
中層過(guò)程監控層一般采用工控機，因為工控機在商用計算機上進(jìn)行了改裝與加固，以適應工業(yè)應用的要求，主要體現在：硬件結構、系統可靠性、抗干擾性和環(huán)境適應性等。隨著(zhù)商業(yè)機可靠性不斷增強，以及商用機與工控機之間較大的價(jià)格差距，SCADA系統軟件選用商用機作為中層上位機，對于可靠性要求高的場(chǎng)合，可以通過(guò)熱備等方式來(lái)實(shí)現。
3、上層業(yè)務(wù)管理層
主要是企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )，通常與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通，是普通的IP網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中包括各種通用的服務(wù)器、主機、網(wǎng)絡(luò )設備、安全防護設備等，提供WEB、FTP、郵件等網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。在匠興SCADA系統軟件控制網(wǎng)絡(luò )模型中，現場(chǎng)設備層與過(guò)程監控層、業(yè)務(wù)管理層之間通過(guò)數據傳輸與交互，實(shí)現了控制網(wǎng)絡(luò )與信息網(wǎng)絡(luò )的緊密集成。另外，這一層通常還存在遠程用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，允許遠程用戶(hù)通過(guò)瀏覽器等方式查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)以及現場(chǎng)設備的狀況，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。對于有權限的用戶(hù)還可以遠程修改各種設備參數和運行參數，從而在廣域網(wǎng)范圍實(shí)現工業(yè)過(guò)程的遠程監控。
ERP的數據需求連接到車(chē)間，意味SCADA將成為ERP系統部署的橋梁。為了讓生產(chǎn)跟蹤和車(chē)間數據傳輸到ERP系統，需要將SCADA和MES系統等生產(chǎn)系統所在的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接到IT網(wǎng)絡(luò )。匠興科技SCADA系統軟件大部分連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（VPN）可以從任何地方連接遠程訪(fǎng)問(wèn)系統。
四、匠興SCADA系統軟件功能特點(diǎn)
1、圖形化界面。界面采用模塊化設計，并考慮整體工藝流程，數據點(diǎn)與界面進(jìn)行緊密關(guān)聯(lián)，可圖形化展示工廠(chǎng)的生產(chǎn)工藝過(guò)程，并將機臺指標進(jìn)行掛鉤及實(shí)時(shí)展示以方便人們可以直觀(guān)的監視整個(gè)系統，查看采集上來(lái)的數據。整體界面加入了設備形象化處理元素，達到看圖便知的作用。
2.系統狀態(tài)動(dòng)態(tài)模擬，匠興SCADA系統軟件一般都是實(shí)時(shí)性的把數據傳送到監控中心，利用動(dòng)態(tài)模擬可以很直觀(guān)的監測系統。
3.實(shí)時(shí)資料和歷史趨勢。匠興SCADA系統軟件對各個(gè)數據點(diǎn)進(jìn)行歷史記錄，記錄頻次達到秒級。只有將實(shí)時(shí)數據完整的記錄下來(lái)，并且在此基礎上利用相關(guān)的計算方式進(jìn)行計算得出相關(guān)的數據，系統才可以起到真正的作用。
4.報警處理系統，當系統出現異常情況時(shí)，系統可以發(fā)出告警信息，以及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題。
5.數據采集及記錄，系統通過(guò)相關(guān)數據采集設備將分布在各個(gè)地點(diǎn)的數據采集到監控中心，并且記錄下來(lái)供系統使用?？梢灾付ㄈ我鈺r(shí)間段去檢索數據，并形成數據表格及曲線(xiàn)走勢，幫助用戶(hù)更好的分析指標的穩定性和是否存在異常；
6.數據分析，匠興SCADA系統軟件將數據進(jìn)行相關(guān)分析，分析后數據可供管理者決策數據支持
7.報表或圖表輸出，對采集數據及分析數據進(jìn)行圖表化或報表話(huà)展現
2.系統狀態(tài)動(dòng)態(tài)模擬，匠興SCADA系統軟件一般都是實(shí)時(shí)性的把數據傳送到監控中心，利用動(dòng)態(tài)模擬可以很直觀(guān)的監測系統。
3.實(shí)時(shí)資料和歷史趨勢。匠興SCADA系統軟件對各個(gè)數據點(diǎn)進(jìn)行歷史記錄，記錄頻次達到秒級。只有將實(shí)時(shí)數據完整的記錄下來(lái)，并且在此基礎上利用相關(guān)的計算方式進(jìn)行計算得出相關(guān)的數據，系統才可以起到真正的作用。
4.報警處理系統，當系統出現異常情況時(shí)，系統可以發(fā)出告警信息，以及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題。
5.數據采集及記錄，系統通過(guò)相關(guān)數據采集設備將分布在各個(gè)地點(diǎn)的數據采集到監控中心，并且記錄下來(lái)供系統使用?？梢灾付ㄈ我鈺r(shí)間段去檢索數據，并形成數據表格及曲線(xiàn)走勢，幫助用戶(hù)更好的分析指標的穩定性和是否存在異常；
6.數據分析，匠興SCADA系統軟件將數據進(jìn)行相關(guān)分析，分析后數據可供管理者決策數據支持
7.報表或圖表輸出，對采集數據及分析數據進(jìn)行圖表化或報表話(huà)展現
五、匠興SCADA系統軟件應用案例
