油田SCADA系统(3D数据采集监测系统)
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SCADA是从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集  系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

同时,我们可以根据客户要求,添加现场控制,数据库,多台分机,中控  系统,日常曲线,日常报表,上传云服务,等。

硬件


通常SCADA系统分为两个层面,即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信  ,进行数据处理和运算。而客户用于人机交互,如用文字、动画显示现场的状态,并可以对现场的开关、阀门进行操作。还有一种“超远程客户”,它可以通过Web发布在Internet上进行监控。硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接,也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232),总线方式可以是RS485以太网等连接方式。

软件

SCADA由很多任务组成,每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集  ,数据处理(如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等)。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器,如报警服务器,记录服务器,历史服务器,登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体,但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作,缺点是效率低,局部故障可能影响整个系统 [2]  。
典型的SCADA硬件配置图典型的SCADA硬件配置图

通信

SCADA系统中的通信分为内部通信、与I/O设备通信、和外界通信。客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式,请求式,订阅式与广播式。设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式,大多数设备都支持这种通讯方式,当然也有的设备支持主动发送方式。SCADA通过多种方式与外界通信。如OPC,一般都会提供OPC客户端,用来与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯。因为OPC有微软内定的标准,所以OPC客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯。
SCADA通讯结构SCADA通讯结构

系统构成

编辑
SCADA系统主要有以下部分组成:监控计算机、远程终端单元(RTU)、可编程逻辑控制器(PLC)、通信基础设施、人机界面(HMI)。
使用SCADA概念可以构建大型和小型系统。这些系统的范围可以从几十到几千个控制回路,具体取决于应用。示例流程包括工业,基础设施和基于设施的流程,如下所述:
工业过程包括制造,过程控制,发电,制造和精炼,并可以连续,间歇,重复或离散模式运行。
基础设施过程可以是公共的或私人的,包括水处理和分配,污水收集和处理,油气管道,电力输送和配电以及风力发电场。
设施流程,包括建筑物,机场,船舶和空间站。他们监视和控制暖气,通风和空调系统(HVAC),通道和能源消耗。
但是,SCADA系统可能存在安全漏洞,因此应对系统进行评估,以识别风险和解决方案,以减轻这些风险。
办公环境中使用的SCADA远程监控流程的例子办公环境中使用的SCADA远程监控流程的例子

监控计算机

这是SCADA系统的核心,收集过程数据并向现场连接的设备发送控制命令。 它是指负责与现场连接控制器通信的计算机和软件,这些现场连接控制器是RTU和PLC,包括运行在操作员工作站上的HMI软件。 在较小的SCADA系统中,监控计算机可能由一台PC组成,在这种情况下,HMI是这台计算机的一部分。 在大型SCADA系统中,主站可能包含多台托管在客户端计算机上的HMI,多台服务器用于数据采集,分布式软件应用程序以及灾难恢复站点。 为了提高系统的完整性,多台服务器通常配置成双冗余或热备用形式,以便在服务器出现故障或故障的情况下提供持续的控制和监视。
典型的SCADA模拟动画动画显示典型的SCADA模拟动画动画显示

远程终端单元

远程终端单元,也称为(RTU),连接到过程中的传感器和执行器,并与监控计算机系统联网。 RTU是“智能I / O”,并且通常具有嵌入式控制功能,例如梯形逻辑,以实现布尔逻辑操作。

可编程逻辑控制器

也称为PLC,它们连接到过程中的传感器和执行器,并以与RTU相同的方式联网到监控系统。 与RTU相比,PLC具有更复杂的嵌入式控制功能,并且采用一种或多种IEC 61131-3编程语言进行编程。 PLC经常被用来代替RTU作为现场设备,因为它们更经济,多功能,灵活和可配置。

通信基础设施

这将监控计算机系统连接到远程终端单元(RTU)和PLC,并且可以使用行业标准或制造商专有协议。 RTU和PLC都使用监控系统提供的最后一个命令,在过程的近实时控制下自主运行。 通信网络的故障并不一定会停止工厂的过程控制,而且在恢复通信时,操作员可以继续进行监视和控制。 一些关键系统将具有双冗余数据高速公路,通常通过不同的路线进行连接。

人机界面

人机界面(HMI)是监控系统的操作员窗口。它以模拟图的形式向操作人员提供工厂信息,模拟图是控制工厂的示意图,以及报警和事件记录页面。 HMI连接到SCADA监控计算机,提供实时数据以驱动模拟图,警报显示和趋势图。在许多安装中,HMI是操作员的图形用户界面,收集来自外部设备的所有数据,创建报告,执行报警,发送通知等。
模拟图由用来表示过程元素的线图和示意符号组成,或者可以由工艺设备的数字照片覆盖动画符号组成。
工厂的监督操作是通过HMI进行的,操作员使用鼠标指针,键盘和触摸屏发出命令。例如,泵的符号可以向操作员显示泵正在运行,并且流量计符号可以显示通过管道泵送了多少流体。操作员可以通过鼠标点击或屏幕触摸从模拟器切换泵。 HMI将显示管道中流体的流量实时减少。
SCADA系统的HMI包通常包含一个绘图程序,操作员或系统维护人员用来改变这些点在接口中的表示方式。这些表示可以像在屏幕上的交通灯一样简单,其代表现场中实际交通灯的状态,或者像代表摩天大楼中所有电梯的位置的多投影仪显示器一样复杂,或者全部火车上的火车。
“历史记录”是HMI中的一项软件服务,它在数据库中存储带时间戳的数据,事件和报警,可以查询或用于填充HMI中的图形趋势。历史学家是从数据采集服务器请求数据的客户端 [3]  。
更复杂的SCADA动画显示四个批量化工反应锅的控制更复杂的SCADA动画显示四个批量化工反应锅的控制


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