什么是SCADA？

SCADA 代表 監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是一種基于軟件的應(yīng)用程序，在工業(yè)制造領(lǐng)域，用于控制一系列硬件組件。此外，正如首字母縮略詞所暗示的那樣，SCADA系統(tǒng)將包含一個(gè)數(shù)據(jù)組件，該組件將向用戶提供系統(tǒng)的歷史概述。此類系統(tǒng)用于制造環(huán)境，以整合對(duì)多條生產(chǎn)線的控制，收集可操作的數(shù)據(jù)并推動(dòng)業(yè)務(wù)決策，從而實(shí)現(xiàn)過程控制和改進(jìn)。

SCADA系統(tǒng)任務(wù)和組件

一、SCADA系統(tǒng)任務(wù)

SCADA系統(tǒng)通常會(huì)管理整個(gè)制造工廠或其中的大部分。SCADA系統(tǒng)的實(shí)施考慮到了特定的目標(biāo)。為了更好地理解系統(tǒng)實(shí)施過程，以下是SCADA的主要任務(wù)：

控制工廠車間的制造設(shè)備

控制和查看工廠車間設(shè)備：可編程邏輯控制器、傳感器、閥門、變頻驅(qū)動(dòng)器、溫度探頭等

實(shí)時(shí)顯示關(guān)鍵過程信息

歷史數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和顯示

SCADA系統(tǒng)的架構(gòu)是通過直接連接到制造堆棧中的上下層來實(shí)現(xiàn)的。讓我們檢查每個(gè)組件以及它如何綁定到SCADA系統(tǒng)中。

儀表層

儀表層（Instrumentation）包含負(fù)責(zé)獲取信息并直接控制過程的所有工廠車間設(shè)備。這包括光眼、溫度探頭、氣動(dòng)閥、變頻驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、流量計(jì)等。換句話說，直接發(fā)送或接收數(shù)字或模擬信號(hào)的每個(gè)設(shè)備都被視為駐留在該層內(nèi)。這一層不會(huì)直接與SCADA通信。但是，SCADA系統(tǒng)從PLC接收信息，該P(yáng)LC將與該層通信。

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想象一下，同一臺(tái)磨床能夠出現(xiàn)故障。由于缺乏維護(hù)(低油位)、不可預(yù)見的故障(進(jìn)料處堵塞)或操作員失誤(安全門打開)，它可能會(huì)停止。這些故障狀態(tài)中的每一個(gè)都由直接在電氣面板上的 LED 顯示。由于我們有這些信息，我們可以選擇將其添加到HMI中，為操作員提供更精細(xì)的反饋機(jī)制，從而消除固有故障。

PLC 和人機(jī)界面層

儀表層（Instrumentation）中的設(shè)備與 PLC 接口。PLC通過輸入接收信息來了解過程的當(dāng)前狀態(tài)，并通過使用輸出來做出決策和控制過程。人機(jī)界面(HMI)是一個(gè)本地屏幕，允許操作員觀察過程的狀態(tài)并控制某些部分。典型的HMI系統(tǒng)將顯示系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，與資產(chǎn)相關(guān)的警報(bào)以及用于進(jìn)行調(diào)整的控制屏幕。HMI會(huì)將信息發(fā)送到PLC，反之亦然；它不會(huì)直接與檢測(cè)交互。

SCADA層

SCADA系統(tǒng)將直接與制造車間的多個(gè)PLC通信。此外，許多SCADA系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)工程師創(chuàng)建一個(gè)通信層，該通信層將在每個(gè)PLC中實(shí)例化，以便相應(yīng)地傳遞數(shù)據(jù)。這一層中的一個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施是網(wǎng)絡(luò)。盡管PLC和HMI層需要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，但由于SCADA系統(tǒng)將消耗大量數(shù)據(jù)，因此會(huì)對(duì)工廠網(wǎng)絡(luò)造成額外的壓力。

除了地板人機(jī)界面之外，SCADA系統(tǒng)還能夠提供HMI服務(wù)。主要區(qū)別在于，基于SCADA的HMI解決方案將聯(lián)網(wǎng)到服務(wù)器，而PLC和HMI層的解決方案僅與本地PLC通信。SCADA系統(tǒng)將實(shí)施一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來存儲(chǔ)從工廠車間收集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)可能專用于系統(tǒng)或與上述層共享。通常，在可以改造MES系統(tǒng)的新安裝期間，會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)集中到一個(gè)位置，并備份冗余。

制造執(zhí)行系統(tǒng)層

制造執(zhí)行系統(tǒng)層（MES）將收集有關(guān)制造過程的信息，并提供原材料到最終產(chǎn)品信息的高級(jí)概述。換句話說，該系統(tǒng)通常會(huì)根據(jù)生產(chǎn)的最終產(chǎn)品跟蹤進(jìn)入工廠的原材料數(shù)量和生產(chǎn)活動(dòng)的結(jié)果。

這些系統(tǒng)包括幾個(gè)各種類型的子系統(tǒng)。OEE，或整體設(shè)備效率，允許制造工廠跟蹤制造車間設(shè)備的可靠性。此外，OEE被用作關(guān)鍵的制造指標(biāo)，它將提供有關(guān)每種資產(chǎn)生產(chǎn)率的管理信息。MES系統(tǒng)用于制造，分銷，供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)等。

企業(yè)資源規(guī)劃層

企業(yè)資源規(guī)劃層（ERP）系統(tǒng)擴(kuò)展到制造設(shè)施之外。它們有助于向第三方跟蹤資產(chǎn)、原材料和成品。這些可能包括供應(yīng)商、供應(yīng)商、配送中心等。這些系統(tǒng)的目標(biāo)是提供操作流程的數(shù)據(jù)和問責(zé)制。ERP將創(chuàng)建必要的信息來管理運(yùn)輸，接收，運(yùn)輸，采購(gòu)等。

二、SCADA系統(tǒng)組件

SCADA系統(tǒng)通常是指操作的基礎(chǔ)軟件組件。但是，如上所述，SCADA系統(tǒng)將依賴于制造環(huán)境中的多個(gè)硬件組件。在本節(jié)中，我們將探討這些組件及其在系統(tǒng)中的角色。

服務(wù)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

SCADA軟件在位于設(shè)施內(nèi)或云中的服務(wù)器上運(yùn)行。該層的適當(dāng)實(shí)現(xiàn)非常關(guān)鍵，并將影響SCADA系統(tǒng)捕獲的數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。服務(wù)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的正確實(shí)現(xiàn)將通過雙冗余可靠，通過虛擬機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展，并通過適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正確聯(lián)網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)

由于大量數(shù)據(jù)流向SCADA系統(tǒng)，因此需要正確建立網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施才能實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行。此外，各種各樣的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使得在實(shí)踐中難以建立這一點(diǎn)。就最佳實(shí)踐而言，工業(yè)制造工廠在部署SCADA之前應(yīng)具有已建立的網(wǎng)絡(luò)。但是，這兩種集成可以并行進(jìn)行。為支持不斷增長(zhǎng)的SCADA系統(tǒng)而構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)將包括交換機(jī)冗余，路由表和VLAN，用于分段工廠以及冗余硬件，以消除故障點(diǎn)。

可視化和人機(jī)界面

SCADA系統(tǒng)將從制造車間收集數(shù)據(jù)，并通過專用的可視化介質(zhì)提供數(shù)據(jù)。這些可能是整個(gè)樓層的專用人機(jī)界面(HMI)，控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)，Web界面和移動(dòng)應(yīng)用程序。無論使用何種媒介，數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)在系統(tǒng)中都起著重要作用。因此，重要的是要了解誰將使用SCADA系統(tǒng)以及如何將此信息傳送到這些設(shè)備。最簡(jiǎn)單的SCADA實(shí)施只會(huì)將數(shù)據(jù)提供給工廠管理層。

SCADA可以利用分布式拓?fù)鋪聿渴瓞F(xiàn)場(chǎng)的HMI系統(tǒng)。換句話說，數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)將以節(jié)點(diǎn)的形式從服務(wù)器到地板應(yīng)用程序提供服務(wù)。這種集成需要到目前為止提到的組件，并且由于通過這種分配所需的終端成本低，為制造工廠節(jié)省了大量成本。

可編程邏輯控制器

PLC是SCADA與之交互最多的設(shè)備;數(shù)據(jù)將在兩者之間連續(xù)流動(dòng)。因此，必須在兩端創(chuàng)建強(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)。從 PLC 向上發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)該是準(zhǔn)確的、緩沖的，并且在斷開連接的情況下仍然可用。PLC端通常通過高效的代碼滿足這一要求，這些代碼將在建立與SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)的連接之前將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一段時(shí)間。

SCADA組態(tài)軟件

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