SCADA与RTU学术报告

1、2020/6/27,1,我国企业自动化与信息化系统的建设与发展展望,北京科技大学信息工程学院 马正午,2020/6/27,2,一 概述,1. 用信息化带动工业化,以工业化促进信息 化是我国实现国家现代化的国策 工业化 自动化 信息化,2020/6/27,3,2. 企业实现现代化的三大支柱 生产过程实现自动化 企业管理实现信息化(ERP + EtherNET) 完善企业计算机网络设施与信息平台（Internet/Intranet）建设 3. 企业生产过程自动化系统(含硬/软件) 的市场需求分析,2020/6/27,4,企业生产过程自动化系统主要包括应用于流程工业(机械、冶金、石油化工、纺织等生产

2、线等)的DCS和非流程工业（油田、矿山、城市基础设施等）的SCADA。这些自动化系统的市场采购需求量显然是巨大的，以城市建设为例，全国城市自来水管监控系统网数字化改造，就有别600亿。 但从历史上看，国外自动化系统厂家和商家，几乎完全占领了我国的市场；国内厂家几乎处于“系统集成”的状态。当然，近年来有所改善，如北京的和利时，浙江的浙大中控等都有了自己的创新产品。在RTU产品市场上安控公司所创立的具有自主知识产权的民族品牌一枝独秀。,2020/6/27,5,二 建立企业生产过程的自动化系统,1. 企业生产过程的自动化系统分类 流程工业生产线自动化系统 机械、汽车、冶金、纺织、制药等生产线 非流程

3、工业生产线自动化系统 油/气田、农业、水文气象等远程监控系统 城市基础设施（水/气/电/热/交通/环保） 的远程监控/管理系统,2020/6/27,6,2. 国内外用于企业生产自动化系统的 DCS/PLC，SCADA/RTU发展状况 （1） DCS/PLC 集散控制系统(DCS, Distributed Control System)，又名分布式计算机控制系统, 它是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。 可编程逻辑控制器(PLC, Programmable Logic Controller)是DCS不可缺少的组成部分。,2020/6/27,7,DCS是

4、由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。DCS是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。DCS 是采用标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级组成的一个以通讯网络为纽带的集中显示而操作管理、控制相对分散的实用系统。与常规的集中式控制系统相比有许多特点。,2020/6/27,8,在工业生产过程中集散控制系统DCS的主要特点表现为以下一些特点: l 实现了分散控制。它使得系统控制危险 性分散、可靠性高、投资减小、维护方 便。 l 实现集中监视、操作和管理。使得管理 与现场分

5、离,管理更能综合化和系统。 l 采用网络通信技术，这是DCS的关键技 术，它使得控制与管理都具实时性，并 解决系统的扩充与升级问题。,2020/6/27,9,（2） SCADA/RTU 企业SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）系统，主要是为了解决具有高度分散性质的非流程工业生产企业自下而上的信号采集、传输和实现自上而下的控制与管理，而建立起来的一种生产自动化系统。 一个完善的SCADA系统建立，又依托于高精度、智能化的一次仪表获取信息，准确无误的通讯手段传输信息，以及高效快捷的计算机处理信息，为了完成这一任务，起到关键作用的设备就是R

6、TU（Remote Terminal Unit）。 当世界进入90年代后，无论从测控仪表、通讯技术，抑或是计算机处理能力均得到了飞速发展，SCADA和RTU的应用也日趋成熟。,2020/6/27,10,众所周知，由于计算机与通讯技术的突破性进展，致使企业生产自动化系统从一次仪表的信号采集，到信息的传输、通讯等已形成数字化和网络化，SCADA技术也被赋予了崭新的内涵，目前已出现的“基于现场总线技术的全开放式的管控一体化系统”，使得企业实现生产过程自动化、全厂信息集成以及企业上网等，均变得更加方便、灵活、容易和经济；“基于以太网的网络控制系统”首先在楼宇自动化系统中得到突破性的应用，这就使得RTU

7、为自己的应用空间找到了新的应用领域。,2020/6/27,11,(3) RTU（Remote Terminal Unit）的基本构成 通常RTU是由信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成。RTU本身是由微处理器控制的，它能够根据主计算机系统的请求，通过通讯介质向主计算机系统发送或接收信号、查询和控制RTU的操作（其中包括数据库修改、调整参数、全面的远程诊断等），RTU支持网络系统，也可以在正常执行其他任务的情况下充当网络节点。它通过自身的智能软件系统，可理想的实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。,2020/6/27,12,（4）

8、RTU种类及特点,* 面向数据采集RTU *（数据采集 + 本地控制）RTU * 无线RTU,2020/6/27,13,向专用化面向发展 * 城市公用事业（水/气/热/电）数据远传； * 楼宇自动化（远传抄表系统）； * 石油、化工、燃气。 向多用化方向发展 RTU/PLC 向无线化方向发展,（5）RTU的发展趋势,2020/6/27,14,（6）DCS与SCADA、RTU的关系解析,SCADA系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包含两个层次的含义：一是分步式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机HMI（H

9、uman Machine Interface）系统。,2020/6/27,15,从发展的目光来看，SCADA系统，即分布式数据条集和监控系统，它集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点。因此，SCADA、DCS、RTU的关系，解析起来看，SCADA系统与DCS系统互有兼容，而RTU装置顾名思义，则是作为SCADA系统或DCS系统里面的一个组成部份（终端）来看待。,2020/6/27,16,RTU在SCADA（或DCS等）系统中的基本作用主要表现在：,RTU能控制对输入的扫描，且通常是以很快的速度。它还可以对过程进行一些处理，如改变过程的状态，存储等待SCADA监控中

10、心查询的数据。一些RTU能够主动向SCADA监控中心进行报告，但多数情况下还是SCADA监控中心对RTU进行选择。RTU还有报警功能。当RTU受到SCADA监控中心的选择时，它需要对如“把所有数据上传这样的要求进行响应，来完成一个控制功能。,2020/6/27,17,监控中心使用远端地址进行数据的安全传输，对数据 变化的异常报告，以及高效的通过一种媒介与多个远端进行通讯。 对数字状态输入进行监控并在受到轮询时向监控中心汇报状态的变化。 监控并计算从kWh计数器得到的累积脉冲。 检测、存储并迅速汇报某一状态点的突发状态变化。,2020/6/27,18,监控模拟量输入，当其变化超过事先规定的比例时

11、，向监控中心汇报。 在可编程的执行过程中对每个基点在选择核对执行的安全模式下进行执行控制。 模拟量设定点控制。 对状态变化作1毫秒事件序列的标定。 执行可编程的、孤立的自动控制算法。 能够仿效以byte和以bit为单位的协议。,2020/6/27,19,3. 当前DCS, SCADA发展状况特点：,（1）基础硬件和软件由专用产品系统发展为通用 标准化产品系统； （2）系统体系结构由集中结构向分布式结构，进而向客户机/服务器结构方向发展，并在此基础上发展成为基于Internet/Intranet技术的全厂自动化系统（即所谓的BS（Browser/Server）结构，BS结构充分发挥了高速局域网的

12、强大信息流通能力和先进的工作站、服务器的强大处理能力，使得系统规模更大，处理速度更快，人机界面更友好，而且具有极强的扩充性和灵活性，而以此为基础 的基于Internet/Intranet技术的全厂自动化系统，使得整个系统数字化。,2020/6/27,20,系统操作人员可以通过计算机网络系统了解到工厂各个部门的信息，操作员工作站，可在不受设备安装位置和距离限制的情况下，实现远程监视与控制。 (3) 系统软件采用了窗口技术，面向对象技术、多媒体技术等软件新技术；其软件功能更加齐全； （4）用软件及系统更加实用、方便、可靠。,2020/6/27,21,（4） DCS, SCADA的系统结构,应该说,

13、对于某一个生产企业,其DCS或SCADA的系统结构都是不太一样的,下面我们以城市燃气/供水企业为背景给出其典型的SCADA的系统结构: * 信息管理中心系统IMCS（Information Management Center System） * 企业管理与经理决策支持系统（MIS/DSS） 或称：公司办公自动化系统OAS （Office Automatic System ）,2020/6/27,22,* 生产过程实时数据采集与监控系统 （SCADA）； * 企业社会服务系统（如城市燃气/自来 水企业综合自动化系统将含管网GIS和 网 络自动抄表AMR收费功能。 注：AMRAutomatic M

14、eter Reading),2020/6/27,23,我们可以形象的说说，城市燃气/供水企业SCADA系统（SAS）的结构是由IMCS、OAS、SCADA、GIS、AMR相加而成，即 SAS = IMCS + OAS + SCADA + GIS + AMR 下面我们给出它的图形结构：,2020/6/27,24,2020/6/27,25,（1） 信息管理中心系统（IMCS）,信息管理中心系统（IMCS）主要是一个计算机集群管理系统，其主要配置为两台服务器、一台大容量磁盘阵列机，以及若干台PC机；系统处于Ethernet网环境之中，网络协议为TCP/IP；两台服务器形成双机互为热备份，充分保证数据

15、冗余和安全。 该系统中的经理级决策支持系统（DSS）与GIS服务中心系统是依据企业的实际需要进行选择开发。,2020/6/27,26,通常可采用了以下策略：,. Web服务器 + 客户端应用的分布式结构 . Web服务器具有连接数据库的能力 . 基于HTTP/HTML和CGI，实现客户-服务器连接自动访问后台数据,2020/6/27,27,（2） 生产过程实时监控系统（SCADA）,任何一个企业，为了满足对生产过程的调度指挥，均需设置一个“中央生产调度指挥中心”，以及指挥生产的“生产过程实时监控系统（SCADA）”；该SCADA系统通常由企业生产调度指挥中心、分厂测控站（MCS: Measur

16、e & Control System）、管网RTU、有线/无线通信系统等构成；因此，SCADA就构成了企业综合自动化系统（SAS）的核心系统。,2020/6/27,28,企业生产过程实时监控系统（SCADA）的功能，可以概要的描述如下：,数据采集功能 数据传输功能 数据显示及分析功能 报警功能 历史数据的存储、检索、查询及分析功能 报表显示及打印功能 遥控功能 网络功能,2020/6/27,29,4. 企业综合自动化系统构成,在企业“管控一体化系统（即SAS,综合自动化系统）”中，实时信息系统起着非常重要的作用；它可以采集控制系统中的实时数据，使管理者在远离现场的办公室里就可以监测到生产现场情

17、况及事故报警信息，并可以对取得的实时数据进行优化、分析，从而为保证生产设备正常运转，同时还可以使管理者利用系统中ERP进行高层次的系统管理，以达到最大限度的降低生产成本，充分调动职工生产积极性，提高劳动生产率，为企业创造最好的生产业绩。,2020/6/27,30,2020/6/27,31,三 SCADA及其RTU产品应用领域与 市场分析,SCADA及其RTU产品应用领域 （1）油田采油机群信息网络系统数据监测与控制； （2）全国城市自来水管网系统中的压力等参数的 数据监测与控制； （3）全国城市污水处理工程系统数据监测与控制； （4）全国城市天然气（煤气）管网系统信号测控；,2020/6/27,32,（5）全国城市电网系统的数据监测与控制； （6）气象站网信息系统数据监测与控制； （7）水库大坝水文地质信息系统数据监测与控 制； （8）现代农业示