SCADA系统概述

root

2.1.概述

主站一般采用先进的计算机，有着良好的图形支持，现在采用PC计算机和WINDOWS系统居多，在历史上，曾经有很多系统采用UNIX系统和XWINDOWS图形界面。一个主站可能的分站数量从几十到几百、几千个不等。( xSCADA主站系统主要包括计算机硬件和计算机软件构成。作为SCADA主站系统，大的系统可能有几十个上百个工作站，多个服务器。为了保证系统的可靠性，采用双前置系统，多服务器系统，两个网络。但是对于简单的SCADA主站系统可能就只有一台计算机，运行一套软件。

软件主要包括如下模块：
1  规约接口模块   
2  实时数据库软件
3  图形界面
4  制图软件
5  历史数据软件
6  上层应用软件
7  报警模块

2.2.系统硬件构成
庞大的主站系统一般包括如下硬件内容：
通讯前置系统，主要负责解析各种不同的规约，完成通讯接口数据处理，包括数据转发。包括前置计算机、串口池或者MODEM 池，机架，防雷措施和网络接口。根据系统的规模可能有一个，两个甚至多个前置计算机。串口池是多个串口构成的集合，有两种方式，一种是插在计算机上的多串口卡，一种是以太网接口的多串口服务器。MODEM池是多个MODEM的集合，可以采用多个MODEM或者采用DSP技术的集成式MODEM（一个接口可以提供30个MODEM）。  
各种数据网关把各种不同的协议进行解析，转换成统一的数据存储于实时数据库中。某种意义上前置系统是一种特殊的网关设备。
实时数据库系统，主要包括运行实时数据库的服务器。
_工程师工作站，负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。
,生产调度工作站，是监控系统的主要用户，显示画面，画面浏览，实现各种报警等。
各种监控工作站，主要用于特别庞大的系统，几个人已经无法监控的情况，这时会根据需要，设立各种的监控工作站，每个工作站有人员工作。
历史数据库服务器，是SCADA系统保存历史数据的服务器。
LWEB服务器，是现在SCADA主站系统的一个流行趋势，只要用户装有浏览器软件，得到相应的授权，就可以访问相应的他关心的数据。
上层应用工作站，主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析，负荷预测，事故追忆，电网稳定性分析，能量管理等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析，管网经济性分析，管网漏失分析等。在采油工程上，包括示功图显示，示功图分析，泵况分析，功图计产等等。)
支撑硬件：'
因为SCADA系统要求365D×24H连续工作，电源系统要求比较苛刻，除了双回供电，还要求有保证系统供电的UPS系统，甚至柴油发电机。
用于系统输出的打印机系统
方便用户了解工作状态的模拟屏系统，这是因为有时整个SCADA系统的画面过于庞杂，而调度人员可能关心的数据没有那么多，而且在计算机的屏幕上无法全面显示，为了调度人员了解全局，需要一个N平方米的模拟屏显示，而且有些操作可以在模拟屏上演练。
大型投影装置，主要方式有背投，投影仪，电视墙等，其原因基本与模拟屏类似，可以降低调度人员的劳动强度。
安装机柜和布线
空调系统，为了系统可靠工作和人员的舒适性，需要空调系统，而且这样的空调系统不同于家庭空调，可能要求24小时工作。

root

2.4.        SCADA软件的上层应用
系统的上层应用比较复杂，种类繁多，应用五花八门，也就是不同SCADA系统区别的本质所在。因为各种SCADA系统应用85％都是一样的，差异很小。而差异主要在上层应用和传感器。
应用太多种类，限于笔者的经历和知识，只能进行一些简单举例。
路灯监控的开灯时间计算是室外照明应用的一个重要的模块，是要根据控制地点的经纬度计算每天的开灯关灯时间，下置给RTU设备进行开关灯控制，这个模块不需要历史数据，仅仅需要当地的经纬度。
电力系统的短期负荷预报，需要利用去年的历史数据和当前几天的历史数据以及天气预报情况，根据数据模型，可以进行短期的负荷预报，可以指导调度和发电。
油井监控的示功图分析和示功图计产，需要根据每口井的示功图数据进行泵况的分析和泵效的分析，给修井、开井和停井提供数据依据。在地形复杂（山地、丘陵、高原），无法设置计量间的地区，可以根据示功图进行产量的估计，虽然有误差，但误差可以忍受，而且就是有误差的数据也比没有误差好。

供热管网的管效分析，根据管网出口的压力和温度，各个测压测温点的数据，取一个时间断面，可以分析管网的效率，分析供热的经济性，甚至为增设和修改管网走向，提供数据依据。
水文监控的洪水预警，根据各个RTU采集的降水信息、水位信息等，结合河流流域地区的地貌特征，建立数学模型，可以估计河流的干流和支流的流量，估算水位，发布洪水预告，找出危险地段等等。这种应用关系到人民群众的生产生活，关系到生命和财产的安全。
上层应用只能根据行业进行单独的开发，不可能一个软件满足各行各业的要求。

root

SCADA系统教程3.1

SCADA, 教程
        概述
    SCADA中通讯系统显得非常的重要，可以看成SCADA系统的神经系统。而通讯实际是单独的一门学科，想在这里用一个章节讲清楚基本是不太可能的。这里只能给出一个粗略的说明，详细内容可以参考有关通讯系统和原理的书籍。
    通信系统的基本模型见图3-1。图31-1中发送端的信息源把消息m转换成信号g(t)。为了使信号适合于在信道中传送，由发送设备将它变换为s(t)后再送人信道。信道是指传输信号的通道。图3-1中噪声源是信道中的噪声以及通信系统中其它各处噪声的集中表示。由于噪声的干扰，接收端收到的信号r(t)可能不同于s(t)。接收设备把以r(t)转换为输出信号g’(t)，它是g(t)的近似或估计值，最后受信者将g’(t)转换成对应的消息m’(t)。




图3-1    通信系统的基本模型
) ^# ?( `9 w) u" d    由g(t)到s(t)称为信道编码，一般调制方式有ASK,FSK,PSK,QAM,TCM等等。信道编码经常用在有线和无线通信。随着DSP计算能力的提高，AD、DA速度和精度的提高，以及数学方法的发展，现在信道编码的能力越来越接近香农信息论的理论值，在电话线上，香农信息论的理论值在64K以下，而实际的调制解调器可以达到33.6K甚至56K的速度。_
  正弦振荡的载波信号可以用 Asin(2*π*ω*t +φ),各种调制方式可以用下面的数学公式加以描述。
, E; B3 F8 o  s, X5 w- v; x( o   ASK   信号 s(t)= Asin(2*π*ω*t +φ)  g(t)=1
! F- u7 p2 H- \* l3 r* ~               s(t)= 0                   g(t)=0    $ q" \/ _9 P0 x- @, r
   FSK   信号 s(t)= Asin(2*π*ω1*t +φ)  g(t)=1
4 N+ q( ^- W2 n: C               s(t)=Asin(2*π*ω2*t+φ)   g(t)=0      
) Q6 U3 v1 d) o  t! A. |   PSK    信号 s(t)=Asin(2*π*ω1*t +π)   g(t)=1
% R+ h$ W8 V* U7 q+ \7 b: w( Vs(t)=Asin(2*π*ω1*t +0)   g(t)=0
! Q. M  X3 f  e+ O   PSK和FSK还有很多变型的方式，如DPSK,MSK等。
" E/ ?) V0 H" |   QAM和TCM过于复杂，在这里不便赘述，请参考有关书籍。" x& K/ j: z. D# j
由于通讯过程中存在噪声干扰，就有可能出现差错，那么就要进行差错控制，差错控制的方法就是编码。通讯编码的数学理论基础是《近世代数》，里面研究群环域的概念，详细内容可以参考相关书籍，而编码解码、检错和纠错是通信与编码学科研究的范畴，国内典型的教材是西安电子科技大学 王新梅老师编写的教材，其缺点过于深奥，不太好懂。
    而在SCADA系统中经常用的是检错，纠错除了特殊的场合很少使用，检错主要是两种编码方式校验和和CRC校验。;
    和校验原理非常简单，就是对信息进行加法运算或者模2加法运算，接收后对信息进行同样的运算，比较运算结果和传输来的校验是否一致，如果一致认为是正确的，否则认为错误。这个算法实现起来非常简单，也得到了广泛的应用，但是其基本原理存在着出现差错检不出的可能，适合于信道质量比较好的场合。
  CRC校验方法可以检出的错误远远超过了和校验，适合比较恶劣的通讯场合。
    CRC校验比较复杂一些，它有一个生成多项式g(x),信息可以看成一个i(x)，设校验位为16位，则校验多项式 r(x)=x↑16 *i(x) / g(x)。则整个发送序列多项式为 t(x)= x↑16 *i(x) / g(x) + r(x)。接收时，如果没有差错则用t(x)/g(x)=0, 如果有差错就不是0。这样就可以知道差错了。人们已经找到很多的标准生成多项式，比如
CRC-16        g(x)= x↑16+ x↑15+ x↑2+1
; v: o3 W8 D, O0 b8 [9 u! l9 vCRC –CCITT   g(x)= x↑16+ x↑12+ x↑5+1 ) d* F' x7 L3 y
   而CRC的计算需要进行移位和模2加运算，计算机除非有专门的硬件设备，否则计算起来很慢，为了提高计算速度，一般采用查表计算的方法，把运算转换成查表和字节运算，这样使得运算速度大大提高。下面的一段程序是MODBUS CRC校验的计算方法，体现了上述的思想。3 |5 v  L) d8 J( B2 v2 _- D7 U
const unsigned char auchCRCHi[] = {
: _% o& ]: @0 l# v0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x408 `& n" L3 H* ?& B; ^
}
const unsigned  char auchCRCLo[] = {  }
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4,0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD,0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7,0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE,0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2,0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB,0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91,0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88,0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80,0x40) O1
} ;
5 \- C* U& B& A* K+ D' A# q- H! [& x
unsigned short crc(unsigned char *puchMsg , unsigned short usDataLen)
2 S0 {& }1 ~8 E# h8 E' C1 I; G2 k: o{
: F. f9 A9 b/ |  unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* high byte of CRC initialized */
% ?$ f# T- x" f$ A% m  unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* low byte of CRC initialized */
0 B9 Q/ G( b( |; b$ V2 u& `$ }, O  unsigned uIndex ; /* will index into CRC lookup table */
8 [4 k# A2 [# {; J   while (usDataLen--)/* pass through message buffer */
, ^& D" x! q) M' I   {/ T- y+ Z8 [" k, g) c
     uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsg++ ; /* calculate the CRC */) }: R, U' f: C
     uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex];
4 m4 C8 b. z7 V2 s6 \6 i& N     uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ;
1 }/ l$ P0 k1 p( k   }
& G! L9 B2 H# Y0 V  return (uchCRCHi << 8 |
}

当然，还可以用编码解码的方法纠正错误，但是实现起来比较复杂，一般只有在信道非常昂贵的时候才使用如卫星通道和深空通讯。在SCADA系统中采用可以纠错的编码的极少。
通讯由于介质的不同大体可以分为如下的三种类型：'
有线、无线和网络。单独把网络拿出来是因为这些年网络技术发展很快，目前网络成了传输SCADA信息的一个很重要的方式。
信道分类也可以分为半双工和全双工的信道，但是有时即使信道是全双工的，而协议是半双工的，系统也工作在半双工状态。

root

SCADA系统教程3.

SCADA, 教程, 系统
3.2.        有线系统
有线的范畴很广，常用的包括电话线、音频电缆、电力载波、同轴电缆、光纤等待，我们这里的有线指的是要有介质连接而且不经过网络协议而直接进行SCADA协议的通讯方式。,
在有线信道中，除了载波信道，普遍来看传输的速度要高于无线信道，误码率低于无线信道，时延也小，可靠性高于无线信道。其缺点是建设投资大，周期长，而且在有些特殊场合根本无法建设有线的通讯方式。
有线信道中有的是直接传输的数字信号，比如在双绞线上走RS485/RS422信号，在双绞线上通过长线驱动设备进项传输，在光纤上直接传输的都是数字信号。RS485可以在100KBPS的速度上传输1.2千米，长线驱动器可以到19.2KBPS的速度，光纤可以到几百K甚至几百兆的速度，传输距离可以在几百米到几十千米。
有线信道很多要用到调制解调设备，如电话线、音频电缆、载波通道，其信道容量肯定小于香农信息论容量。电话线中的调制解调器可以达到33.6kbps的速度，而载波通道有的只能到300bps的速度。

root

SCADA系统教程3.3

SCADA, 教程, 系统:
3.3.        无线系统
无线信道常用的包括无线电台、微波通讯和卫星通讯等。GPRS/CDMA通讯方式列入网络通讯的范畴。
无线电台由于收到带宽的限值，其信道一般为25KHZ，无线电管理委员会专门划出几个频段用于无线数据传输，主要包括150MHZ频段，230MHZ频段和470MHZ频段。目前的调制解调技术可以做到的速度从600bps到19200bps不等。目前一般都是采用调制解调器和无线电台做在一起的数传电台。)
采用无线电台中心站要复杂一些，为了系统能够更好的通讯，需要建设一个很高的全向天线，有的是安装在楼顶，有的是建设专门的铁塔。实施前要进行频点干扰测试、遮挡测试、场强测试等。无线电台受到地形和建筑的影响相当严重，有时会出现本来通讯很好，在中间出现一个高层建筑导致无法通讯。无线电台有时不适宜于城市应用，也不适宜于山区、高原、丘陵地带使用。适合于平原农村和水面应用。
无线电台是一个典型的半双工轮询系统，系统如果点数很多，轮询一遍所花的时间可能会长达几分钟甚至更长。
另外必须区分无线电台的接口速率和空中速率，这二者是独立的没有关系的两个概念。空中速率指的是电台在无线信道的实际数据速率，这个速度越快，说明电台的性能越好，而且单位时间传输的数据越多。接口速率是电台与RTU设备的速率，这个速率只要不小于空中速率和通讯速度没有太大关系。
无线电台可能会受到干扰的影响，严重影响通信性能，甚至完全无法使用。主要干扰有：同频干扰、高压输电线路电晕干扰、其它射频设备等。一般不受天文情况的影响，如太阳黑子，太阳磁暴，电离层等。
微波通讯只有在特别重要的场合才实施，其投资巨大，而且要每大约50KM就要有一个中继站，对于地形复杂的场合，可能为了视距原因可能很近就要有一个中继站。一般的单位是没有财力建设微波系统的。国内的电力企业当年倒是有一套从各个大区到中央的微波通讯系统。微波通讯还是会收到降水和雾的影响的。
卫星通讯更是万不得已才使用，首先其功率太大，一个小型的卫星基站要上百瓦的功率，需要一个1M口径的抛物天线，需要专门昂贵的设备（通讯设备要人民币几万块），而且通讯费用非常高昂，一个报文，可以承载256BYTE的数据需要0.5圆人民币，只有海上，沙漠等实在无法借助其它通讯手段的时候才采用。
卫星通讯相当可靠，除了太阳耀斑、太阳磁暴、暴雨等情况，一般都不会出现通讯中断现象。2
太阳耀斑、太阳磁暴会影响卫星的通信，还存在所谓的星蚀效应，就是通信卫星和太阳在同一个方向上，由于太阳是一个很大的干扰源，导致卫星通信中断。不过中断时间只有几分钟的时间。

root

CADA系统教程4.1

SCADA, 教程, 系统


4.1.    概述  :
按照国标GB/T 14429-93 《远动设备及系统 术语》中的定义，远动（tele control）指应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。简称“四遥”。
V远程测量指应用通信技术，传输被测变量的测量值，同义词：遥测。
远程信号指应用通信技术，完成对设备状态信息的监视，如告警状态或开关位置、阀门位置等；同义词：遥信。
远程命令指应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令；同义词：遥控 。
f远程调节指应用通信技术，完成对具有两个以上状态的运行设备的控制；同义词：遥调。
本章节只想对测量技术做一个粗略的介绍，让读者有一个概括性的了解，而不会深入到技术细节去讨论某个功能怎么实现。

onezhaoyuzhu

有没有HIM的

184159463

有什么用啊？