工業(yè)自動(dòng)化 SCADA系統(tǒng)架構(gòu)類型

在工業(yè)自動(dòng)化中，當(dāng)需要使用各種設(shè)備時(shí)，有必要了解其中設(shè)計(jì)的架構(gòu)。設(shè)備以各種方式相互通信 - 通過(guò)硬件或通信在現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間共享數(shù)據(jù)。哪個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)入哪個(gè)連接，是定義和解決所必需的，一旦我們了解了架構(gòu)，那么我們就可以輕松地在系統(tǒng)中工作。

SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

在設(shè)計(jì)SCADA系統(tǒng)時(shí)，了解其架構(gòu)至關(guān)重要，因?yàn)樗亲詣?dòng)化的基本組成部分之一。SCADA應(yīng)用程序通常在服務(wù)器上運(yùn)行。臺(tái)式計(jì)算機(jī)和屏幕等客戶端可以通過(guò)將它們連接到服務(wù)器來(lái)充當(dāng) HMI。

由于PLC和RTU等操作設(shè)備也連接到服務(wù)器，可以使用SCADA客戶端來(lái)控制和監(jiān)視操作。在這篇文章中，我們將學(xué)習(xí)幾種類型的SCADA系統(tǒng)架構(gòu)，如單片、分布式和網(wǎng)絡(luò)化。

單片 SCADA 架構(gòu)

單片SCADA架構(gòu)是SCADA系統(tǒng)中使用的第一種也是最基本的架構(gòu)類型。請(qǐng)參閱下圖以了解。

單片SCADA架構(gòu)由與RTU(遠(yuǎn)程終端單元)通信的單個(gè)SCADA系統(tǒng)組成。

RTU也是一種PLC，但它沒(méi)有自己的顯示器，主要通過(guò)無(wú)線協(xié)議進(jìn)行通信。此外，它還用于工廠中環(huán)境危險(xiǎn)且無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域。

當(dāng)SCADA系統(tǒng)首次開(kāi)發(fā)時(shí)，計(jì)算的概念通常集中在大型機(jī)系統(tǒng)上。網(wǎng)絡(luò)通常不存在，每個(gè)集中式系統(tǒng)都是孤立的。因此，SCADA系統(tǒng)是獨(dú)立的系統(tǒng)，幾乎沒(méi)有與其他系統(tǒng)的連接。

為與遠(yuǎn)程終端單元 (RTU) 通信而實(shí)施的廣域網(wǎng) (WAN) 的設(shè)計(jì)只有一個(gè)目的：在現(xiàn)場(chǎng)與 RTU 通信。此外，目前使用的WAN協(xié)議在當(dāng)時(shí)基本上是未知的。

SCADA網(wǎng)絡(luò)中使用的通信協(xié)議由RTU設(shè)備供應(yīng)商開(kāi)發(fā)，通常為獨(dú)家擁有。此外，這些協(xié)議通常非常局限，并且?guī)缀醪辉试S遠(yuǎn)程設(shè)備內(nèi)所需的掃描和控制點(diǎn)之外的任何功能。一般來(lái)說(shuō)，將其他類型的數(shù)據(jù)流量與網(wǎng)絡(luò)中的RTU通信混合是不可行的。與SCADA主站的連接受到系統(tǒng)提供商的限制。與主站的連接通常在總線級(jí)別通過(guò)連接到中央處理器(CPU)背板的專利適配器或控制器進(jìn)行。

分布式 SCADA 架構(gòu)

第二代SCADA系統(tǒng)利用系統(tǒng)小型化和局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，在多個(gè)系統(tǒng)之間分配處理。多個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)具有特定的功能，連接到LAN并實(shí)時(shí)共享信息。

這些工作站通常是微型計(jì)算機(jī)類，比第一代處理器更小，更便宜。其中一些分布式站用作通信處理器，主要與RTU等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。有些用作操作員界面，為系統(tǒng)操作員提供人機(jī)界面(HMI)。其他用作計(jì)算處理器或數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。SCADA系統(tǒng)的各個(gè)功能在多個(gè)系統(tǒng)中的分布為整個(gè)系統(tǒng)提供了比單個(gè)處理器更多的處理能力。連接這些單獨(dú)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通常基于LAN協(xié)議，無(wú)法超出本地環(huán)境的限制。

使用的一些LAN協(xié)議本質(zhì)上是專利的，其中提供商創(chuàng)建了自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或其版本，而不是從中提取現(xiàn)有的協(xié)議。這允許提供商針對(duì)實(shí)時(shí)流量?jī)?yōu)化其LAN協(xié)議，但限制(或有效地消除)其他提供商與SCADA LAN的網(wǎng)絡(luò)連接。該圖顯示了典型的第二代SCADA架構(gòu)。

通過(guò)連接到網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)分配系統(tǒng)的功能不僅有助于提高處理能力，還可以提高整個(gè)系統(tǒng)的冗余和可靠性。與許多第一代系統(tǒng)中使用的簡(jiǎn)單主/備用交換方案不同，分布式架構(gòu)通常使LAN上的所有站點(diǎn)始終處于在線狀態(tài)。例如，如果一個(gè)HMI站發(fā)生故障，則可以使用另一個(gè)HMI站來(lái)操作系統(tǒng)，而無(wú)需等待從主系統(tǒng)到輔助系統(tǒng)的故障轉(zhuǎn)移。用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的WAN并未因SCADA主站中本地站之間的LAN連接開(kāi)發(fā)而發(fā)生重大修改。這些外部通信網(wǎng)絡(luò)仍然僅限于RTU協(xié)議，并且不可用于其他類型的網(wǎng)絡(luò)流量。

網(wǎng)絡(luò)化 SCADA 架構(gòu)

當(dāng)前一代SCADA主站的架構(gòu)與第二代架構(gòu)密切相關(guān)，主要區(qū)別在于開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)，而不是由提供商控制的專利環(huán)境。仍然有幾個(gè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，它們共享主站功能。仍有 RTU 使用提供商擁有的協(xié)議。第三代的主要改進(jìn)是開(kāi)放系統(tǒng)的架構(gòu)，使用標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放協(xié)議，并通過(guò)WAN而不僅僅是LAN實(shí)現(xiàn)SCADA功能的分發(fā)。

開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)消除了前幾代SCADA系統(tǒng)的一系列限制。使用即用型系統(tǒng)使用戶可以輕松地將第三方的外圍設(shè)備(如顯示器、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器等)連接到系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。隨著他們轉(zhuǎn)向“開(kāi)放”或“商用”系統(tǒng)，SCADA提供商逐漸退出了硬件開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)。這些提供商已轉(zhuǎn)向康柏、惠普和太陽(yáng)微系統(tǒng)等系統(tǒng)提供商，因?yàn)樗麄冊(cè)陂_(kāi)發(fā)基本計(jì)算平臺(tái)和操作系統(tǒng)軟件方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。這使得SCADA供應(yīng)商能夠?qū)⑵溟_(kāi)發(fā)集中在可以為系統(tǒng)增加特定價(jià)值的領(lǐng)域：SCADA主站的軟件。

第三代SCADA系統(tǒng)的主要改進(jìn)來(lái)自WAN協(xié)議的使用，例如用于主站和通信設(shè)備之間通信的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。這允許主站中負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的部分通過(guò)廣域網(wǎng)“正確”與主站分離。供應(yīng)商現(xiàn)在正在生產(chǎn)可以通過(guò)以太網(wǎng)連接與主站通信的RTU。該圖代表一個(gè)SCADA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

通過(guò)WAN分發(fā)SCADA功能帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是災(zāi)難生存能力。在第二代系統(tǒng)中，SCADA處理在LAN上的分布提高了可靠性，但是如果容納SCADA主站的設(shè)施完全丟失，則整個(gè)系統(tǒng)也可能丟失。通過(guò)將處理分布在物理上獨(dú)立的位置，可以構(gòu)建一個(gè)SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在任何一個(gè)位置的完全損失中幸存下來(lái)。對(duì)于一些將SCADA視為超關(guān)鍵職能的組織來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)真正的好處。

通過(guò)這種方式，位于其他國(guó)家某些偏遠(yuǎn)地區(qū)的SCADA系統(tǒng)也可以訪問(wèn)該系統(tǒng)并與之通信數(shù)據(jù)。這意味著SCADA系統(tǒng)現(xiàn)在不僅可以在單個(gè)工廠中使用，還可以用于物理位置相距甚遠(yuǎn)的多個(gè)工廠。

SCADA開(kāi)發(fā)工具

在工業(yè)環(huán)境中，SCADA系統(tǒng)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冇兄谔嵘a(chǎn)效率，分析數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)更明智的決策，并傳達(dá)系統(tǒng)問(wèn)題以幫助減少停機(jī)時(shí)間。只需在Sovit2D 開(kāi)發(fā)平臺(tái)中拖拉拽圖形即可輕松設(shè)計(jì)、實(shí)施和修改。使用Sovit2D軟件設(shè)計(jì) SCADA 可以節(jié)省三分之二的開(kāi)發(fā)、修改時(shí)間。Sovit2D 遵循HTML5標(biāo)準(zhǔn)，基于B/S架構(gòu)，無(wú)需安裝客戶端，支持2D、3D的畫(huà)面組態(tài)，輕松實(shí)現(xiàn)3D可視化功能及數(shù)字孿生，支持本地/云端部署，可輕松與用戶自有系統(tǒng)集成為綜合應(yīng)用平臺(tái)。使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。

審核編輯黃宇