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《工业控制网络安全技术与实践》一一2.1 数据采集与监视控制系统

简介:

本节书摘来自华章出版社《工业控制网络安全技术与实践》一 书中的第2章,第2.1节,作者:姚 羽 祝烈煌 武传坤  ,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.1 数据采集与监视控制系统

工业控制数据采集与监视控制(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)系统是由计算机设备、工业过程控制组件和网络组成的控制系统,对工业生产过程进行数据采集、监测和控制,保证工业生产过程的正常运转,它是电力、石油、冶金、天然气、铁路、供水、化工等关系国家命脉的基础产业的神经中枢。
SCADA系统主要用于控制分散设备。这些系统用在配电系统中,如水分配和废水收集系统、石油和天然气管道、电网传输和分配系统、铁路等公共交通系统。SCADA系统集成数据采集系统、数据传输系统和HMI软件,以提供一个集中的监视和控制系统,用于许多过程的输入和输出。SCADA系统可收集现场信息,将信息传递到一个中央计算机设备,并以图形或文本方式给操作员显示该信息,以便操作员监视或从实时的中心位置控制整个系统。
典型的SCADA系统架构如图2-1所示。
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图2-1 典型的SCADA系统架构
图2-2显示的是SCADA系统实现的一个例子。这种SCADA系统主要由区域控制中心、主控制中心、冗余控制中心和多个远程站点构成。控制中心和所有远程站点之间采用远程通信技术进行点对点连接,区域控制中心提供比主控制中心更高级别的监督控制,企业管理网络可以通过广域网访问所有控制中心,并且站点也可以被远程访问以进行故障排除和维护操作。
2.1.1 什么是SCADA系统
SCADA系统是工业控制网络调度自动化系统的基础和核心。SCADA负责采集和处理工控系统运行中的各种实时和非实时数据,是工业控制网络调度中心各种应用软件的主要数据来源。SCADA系统包括实时数据采集、数据通信、SCADA系统支撑平台、前置子系统、后台子系统等。
一个SCADA系统通常由一个主站和多个子站(远方终端装置RTU或其他自动化系统)组成。主站通常在调度控制中心(主站端),子站安装在厂站端,主站通过广域网实现与子站的通信,完成数据采集和监视控制。主站除了接收子站的信息外,还以数据通信的方式接收从下级调度控制中心主站转发来的信息,又向上级调度控制中心主站转发本站的信息。厂站端是SCADA系统的实时数据源,又是进行控制的目的地。SCADA所采集的数据包括模拟量测量、状态测点和脉冲累加量。SCADA系统的主站分为前置子系统和后台子系统,二者通过局域网相连并相互进行通信。
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图2-2 SCADA系统实现例子
前置子系统主要完成与厂站端及其他调度控制中心的通信,并将获得的数据发送给后台子系统,后台子系统进行数据处理。SCADA把这些最近扫描的已经被监视系统处理完的反映状态的数据存储在数据库中。画面数据直接连接到数据库,因此画面可以直观地给出该系统状态的实际景象。
2.1.2 SCADA 后台子系统的主要功能
SCADA后台子系统的主要功能有数据处理和控制调节、历史数据存储、与其他子系统的计算机通信和人机界面交互等。
数据处理和控制调节是SCADA应用的基本功能,主要实现与前置子系统的通信,并完成SCADA系统基本的遥信、遥测、遥控和遥调功能。历史数据存储软件采集并存储了历史数据,用以作为制作调度计划的数据基础和制作运行报表的根据。SCADA后台子系统计算机与其他子系统计算机之间的通信能便利而安全地实现信息交换和数据共享。人机界面交互软件使操作者通过人机界面与应用程序进行交互,以实现各种应用所需的功能。
2.1.3 SCADA 系统未来的技术发展
随着计算机技术和通信技术的快速发展,SCADA 系统也将不断发展。总体趋势是:监控的空间范围更广,监控处理的速度更快,监控的物理量更全面。同时,人机交互更友好,系统更加智能化。
全球定位系统(GPS)将广泛应用在数据采集环节,使RTU的遥测量带有时标以消除采样非同时性误差。
随着调度中心各种应用功能的增多,需要调度中心进行的数据集成和整合也随之增加,这就需要将传统的SCADA系统的历史数据库和其他应用子系统的数据库统一规划,以满足调度中心全局功能的要求。
SCADA系统的数据传输和应用软件接口更加标准化,SCADA 系统更开放,可扩展性和可移植性更好。
各种人工智能技术、可视化技术、人机工程技术也将更多地应用到 SCADA 系统中,以提高系统的易用性,提高调度员在事故情况下的快速反应能力。

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