1、SCADA系统简介系统简介SCADA系统Supervisiory Control And Data Acquisition 监视控制和数据采集监视控制和数据采集SCADA系统应用在测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程和设备的监控监控点分散监控点分散通常测控现场是无人或少人值守无人或少人值守无人或少人值守与DCS（分布式控制系统）同源，从上世纪60年代开始发展至今 与与DCS同源同源大到跨洲际的传输管线分布式测控小到单机单台设备的数采监控系统组成系统组成SCADA系统SCADA软件：实时数据库、历史数据库各厂家组态软件PLC编程软件软件仪表PLC、RTU等计算机、网络设备其他硬件有线、无线(G
2、PRS、Zigbee、电台、2.4G网络等）通信网络SCADA系统组成系统架构系统架构系统架构 运用各种硬件模块和控制软件进行灵活的组态，根据用户具体工况和要求构建监控系统。 基本组成结构是采用以工业以太网做为控制网络，可编程控制器PLC做为核心的现地控制单元，配以相对独立的的测量元件。 主要功能01数据采集和处理功能数据采集和处理功能自动采集运行过程中各设各的实时数据，根据采集的数据，建立实时、历史数据库04趋势分析趋势分析将数据以曲线形式进行展示。方便、直观监控运行情况02控制功能控制功能根据运行情况，按照设定逻辑或需求对系统相关设备进行自动控制。05报警提醒报警提醒根据需要，对参数进行报
3、警限值设定后，参数超出限值，将进行报警提醒，保障生产安全03报表记录查询报表记录查询系统将存储于数据库数据按照客户指定报表格式、模板，自动生成报表06下达调度和操作命令下达调度和操作命令对远程分中心或现场设备进行控制变送器变送器变送器百度百科变送器是从传感器发展而来的，凡是能输出标准信号的传感器即称为变送器标准信号：国际电工委员会(IEC)将电流信号 4mA20mA(DC)和电压信号 1V5V(DC)确定为过程控制系统中模拟信号的统一标准变送器模拟量电流信号适用于远程传输不易受干扰不易受干扰电流信号的标准通常采用420 mA（防爆：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯）信号范围信号范
4、围适合于将同一信号送到并联的多个仪表上抗干扰能力差抗干扰能力差主要的电压信号的范围为010 v信号范围信号范围电流输出(广泛采用)电压输出变送器是将感受的物理量、化学变送器是将感受的物理量、化学量等信息按一定规律转换成便于量等信息按一定规律转换成便于测量和传输的标准化信号的装置测量和传输的标准化信号的装置温度变送器温度变送器压力变送器压力变送器浓度探头浓度探头液位变送器液位变送器常见变送器变送器这两根线既是电源线这两根线既是电源线又是信号线又是信号线变送器输出电流在4-20mA之间，根据传感器输出而变化变送器信号正信号负电源测量设备模拟信号怎么转换为数据呢？模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量
5、A/D转换转换4-20mA对应800-4000模拟量A与数字量D比例关系如下：80040008004204DA模拟量转换实际数据模拟量转换实际数据4-20mA对应仪表最小值-仪表最大值，比例关系如下：最小值最大值最小值实际值4204A测量到现场电流为16mA，变送器量程0-0.6MPa实际值为 （16-4）/ 16 * 0.6 = 0.45RS485接口RS485百度百科RS485串行总线标准在同一总线上最多可以挂接32个节点，数据最高传输速率为10Mbps，传输距离理论值约1200米RS485接口RS232l 接口信号：接口的信号电平值较高，达到十几V，容易损坏接口电路的芯片。l 传输速率：
6、传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps。l 干扰：接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰。l 传输距离：传输距离有限，最多只能通信几十米。RS485l 接口信号：+2V+6V表示“0”，- 6V- 2V表示“1”，信号电平降低。l 传输速率：RS485通信速度快，最大传输速率为10mb/s。l 干扰：采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。l 传输距离：理论上，通信速率在100Kbps及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米。RS-485最常见的应用是在工业环境下可编程逻辑控制器内部之间的通信。RS485接口接线方式接
7、线方式 RS485有两线制和四线制两种接线 四线制是全双工通讯方式，支持点对多点数据通信； 两线制是半双工通讯方式，支持多点数据通信. 两线制布网网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络 在同一总线上最多可以挂接32个节点。如果使用特制节点会更多。布网布网PC上位机的上位机的RS485电路电路 通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号， 通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。 在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线 在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120）的RS485专用电缆，干扰恶劣
8、的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆。电缆电缆接口转换设备温度变送器电流变送器流量计PC流量计流量计常见485设备变频器变频器485接口设备之间，怎么进行数据交互呢？人与人交流主要靠共同语言设备之间交流则依靠通信协议Modbus通信协议Modbus百度百科Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus通信协议国家标准GB/T19582-2008完全免费标准、开放、免费标准、开放、
9、免费用户使用容易，厂商开发简单简单、通俗易懂简单、通俗易懂第一个用于工业现场的总线协议第一个总线结构第一个总线结构如RS-232、RS-485、RS-422支持多种电气接口支持多种电气接口MODBUS通讯协议，是1979年由美国Modicon （莫迪康）公司提出的。MODBUS是世界上第一个用于工业现场的总线协议，可以说，它的是世界上第一个用于工业现场的总线协议，可以说，它的出现标志着工业现场从模拟量时代向通讯时代迈进。出现标志着工业现场从模拟量时代向通讯时代迈进。Modbus通信协议至少且只有一个主机，其他的都是从机 不管任何时候，从机都不能主动向主机发送数据 主机具有访问从机的权限，从机不
10、可以主动访问从机，任何一次数据交换，都要由主机发起 不管是主机还是从机，系统一旦上电，都要把自己置于接收状态结构要求结构要求RS-485上的软件层协议ModBus主要依赖于主从模式.RS485由于不具备冲突检测的硬件机制，所以它必须由于不具备冲突检测的硬件机制，所以它必须遵循主从模式。遵循主从模式。硬件协议可以确保数据得以传输出去，软件协议保障数据的有序传输，数据不会发生冲突主机将自己转为发送状态主机按照预先约定的格式发出寻址数据帧主机恢复自身的接收状态数据交互数据交互从机1从机2从机3从机4从机5主机Modbus通信协议整个系统只能有一个主机，每一个从机都必须有一个唯一的地,从机的地址有两个
11、作用从机的地址有两个作用.作用作用1主机向目标从机发寻址帧时其地址部分为从机地址，这样主机才可以检索到目标从机作用作用2对于主机的目标从机，当收到主机发来的非0地址时，要做出数据包应答，因为每台从机，其物理连线是在一起的，所以这就会造成其他从机认为数据是要发送给它的现象，所以在从机回复主机的数据包中，加上从机自身的地址。Modbus通信协议数据帧04 03 03 26 00 20 A5 C804 03 03 26 00 20 A5 C8主站：04 03 40 00 B1 1E 62 00 00 00 00 02 EE 66 DC 03 A1 88 8B 40 82 E1 28 41 AD 88
12、 8B 450 64 00 00 00 00 00 00 00 00 02 EE 66 DC 03 A1 50 64 74 52 44 E2 E2 4A 45 E3 E1 28 41 AD 0 82 E1 28 41 AD 88 8B 40 82 CC 9D 从站：PLCPLC百度百科可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。它采用了可编程程序的存储器，用来在其内部存储逻辑、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；中央处理器输入接口输出接口电源编程器监控设备外存储器打印机外部设备接口扩展接口存储器（ROM/RA
13、M）系统程序+用户程序输入设备按钮、开关等输出设备（接触器、电磁闸等）PLC结构PLC工作流程 上电处理后，利用编程器将用户程序送入PLC的存储器First Steps CPU根据用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，扫描过程中进行自诊断检查Second steps 程序结束 对输出状态的刷新等工作 输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中， 并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作third step 以扫描方式按顺序将所有输入端子的通断状态或输入数据读入process stepPLC工作方式PLCPLC是一种工业控制计算机，
14、属于串行工作方式是一种工业控制计算机，属于串行工作方式它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即通过执行反应控制要求的用户程序来实现。CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按顺序依次完成相应各项电器的动作，所以它属于串行工作方式。接下来我们就介绍一下PLC经常用到的RS485接口协议 组态软件组态软件组态软件百度百科组态软件，上位机软件的一种。组态软件=上位机软件。又称组态监控软件系统软件。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。组态软件“组态组态” configuration使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按
15、照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。人机界面HMI(HumanMachineInterface）/监控与数据采集SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition)软件。准确定义准确定义1实现HMI或MMI(ManMachineInterface)和控制功能； 准确定义准确定义2实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/0设备的广泛支持。 准确定义准确定义3Configure组态软件开发商开发具有一套具有一定通用性的软件平台，生产若干中规格的硬件模块，然后根据用户要求在软件平台上二次开发及硬件模块的连接软件开发平软件开发
16、平台就称为台就称为“组组态软件态软件”常用组态软件ForceControlInTouchCitechiFixWinCCKingView /KingSCADA组态软件组态软件功能人机界面功能人机界面功能良好的人机界面，提供丰富的快速应用设计的工具开放性开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。可编程的命令语言可编程的命令语言有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面数据处理功能数据处理功能完成实时监控，产生功能报表，显示历史曲线、实时曲线等功能，数据库数据库配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等SCADA系统应用场景电力、市政、冶金、石油、化工、燃气、铁路及楼宇智能化等诸多领域l极大地提高了生产和运行管理的安全性能和可靠程度；l避免生产人员面临恶劣工作环境，保证了工作过程中第一位的人员的安全性；l可大大地减少不必要的人工浪费；l可提高预测突发事件的能力，在紧急情况下的快速反应和处理能力可极大地减少生命和财产的损失SCADA系统前景新思界产业研究中心发布的2018-2022年中国SCADA系统行业市场专题研究及投资可行性报告SCADA系统展望随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台。传统的组态界面将保留，主要供调度员使用，基于浏览器的Web端供非实时用户浏览，此模式将逐渐成为常规模式。
