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scada在制造业中的应用1.引言1.1 概述概述：SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是一种现代化的控制系统，在制造业中得到了广泛的应用。
它通过集成各种传感器、执行器和计算机系统，实现对生产过程的实时监控、数据采集和远程控制。
SCADA系统通过可视化界面提供了各种功能，如监视生产设备状态、实时数据显示、报警和故障诊断等，使生产环境变得更加高效和安全。
本文将深入探讨SCADA在制造业中的应用，并讨论其优势、挑战和未来的发展方向。
通过对SCADA系统的研究和分析，可以为制造业的智能化转型提供有力的支持和指导。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将以以下方式组织和阐述SCADA在制造业中的应用：1. SCADA的基本概念和原理：首先，我们将介绍SCADA系统的基本概念和原理，包括其组成要素、工作原理以及与其他相关技术的区别。
通过了解SCADA系统的基本知识，读者将能够更好地理解其在制造业中的应用。
2. SCADA在制造业中的应用场景：接下来，我们将详细探讨SCADA 在制造业中的具体应用场景。
我们将以实际案例为例，介绍SCADA系统的应用领域，如生产过程监控、数据采集与分析、设备状态监测等。
通过这些案例，读者将能够深入了解SCADA系统在制造业中的实际应用以及其所带来的好处和效益。
3. SCADA在制造业中的优势：在本节中，我们将重点讨论SCADA 系统在制造业中的优势。
我们将探讨其对生产效率、质量控制、成本管理等方面的积极影响，并提供相关数据和调研结果作为支持。
读者将能够清楚地了解到SCADA系统在提升制造业整体效能方面的价值和潜力。
4. SCADA在制造业中的挑战和未来发展方向：最后，我们将探讨SCADA系统在制造业中所面临的挑战以及未来的发展方向。
我们将讨论与数据安全、系统可靠性、技术创新等相关的问题，并提供一些建议和展望。
通过这部分内容，读者将能够对SCADA系统的发展趋势和未来的应用前景有一个更全面的了解。
随着工业互联网的飞速发展，PLC/DCS/SCADA三款控制产品被各大企业所应用，如何选择PLC/DCS/SCADA控制系统，成为企业的关键性问题。
下面跟大家一起分享一下西门子PLC,DCS,SCADA三者的区别与联系。
狭义的说，DCS主要用于过程自动化，PLC主要用于工厂自动化(生产线)，SCADA主要针对广域的需求，如油田，绵延千里的管线。
如果从计算机和网络的角度来说，它们是统一的，之所以有区别，主要在应用的需求，DCS常常要求高级的控制算法，如在炼油行业，PLC对处理速度要求高，因为经常用在联锁上，甚至是故障安全系统;SCADA也有一些特殊要求，如振动监测、流量计算、调峰调谷等，SCADA是调度管理层，DCS是厂站管理层，PLC是现场设备层。
西门子PLC，即可编程控制器，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。
DCS系统，即集散控制系统，属90年代国际先进水平大规模控制系统。
它适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统的价格昂贵。
SCADA系统，即分布式数据采集和监控系统，属中小规模的测控系统。
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，性价比高。
SCADA、DCS是一种概念，PLC是一种产品，三者不具可比性。
PLC是一种产品，由它可以构成SCADA、DCS。
DCS是过程控制发展起来的，PLC是继电器—逻辑控制系统发展起来的，PLC是设备，DCS、SCADA是系统。
DCS与西门子PLC的区别要点：1、DCS是一种“分散式控制系统”，而西门子PLC(可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。
系统可以实现任何装置的功能与协调，西门子PLC装置只实现本单元所具备的功能。
2、在网络方面，DCS网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。
组态软件求助编辑编辑本段系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。
组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。
在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
编辑本段国外进口品牌组态软件国外组态软件：1、InTouch：Wonderware（万维公司）是Invensys plc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。
Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。
在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。
但是，早期的InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。
2、IFix：GE Fanuc 智能设备公司由美国通用电气公司（GE）和日本Fanuc公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案，帮助用户降低成本，提高效率并增强其盈利能力。
Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.x软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。
第一章SCADA系统1.1. SCADA系统的意义SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。
了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多，也有采用PLC的或者专业控制器。
而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为SCADA系统。
SCADA系统与其他系统的区别在于：分布区域广泛主站与控制对象距离远监控终端的工作条件苛刻通讯系统复杂多变通讯系统不保证可靠传输1.2. SCADA系统的构成SCADA系统主要包括三部分组成，主站端，通讯系统和远程终端单元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WIND OWS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。
通讯系统就非常复杂了，有线的包括音频电缆、载波电缆、光纤、电力载波等，无线的包括电台、卫星、微波等。
远程终端单元(RTU or TeleControl )的品种也很多，大的系统由很多机柜组成，小的系统可能就是一个小盒子。
1.3. SCADA的主站系统SCADA系统的主站过去由很多著名的系统是基于UNIX操作系统家族和XWIND OW图形界面的。
随着计算机系统的发展，特别是PC机的发展，PC机和PC机上运行的操作系统在扮演着越来越重要的角色。
庞大的主站系统一般包括如下内容：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。
SCADA系统在油田中的应用 一、引言 [1] SCADA系统，即分布式数据采集与监视控制系统。是基于PLC的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行远程监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。广泛应用于油田、市政管网、水资源监测、环保等诸多行业,功能越来越强大,结构也越来越复杂。 SCADA系统发展到今天已经经历了三代。第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代；第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护、升级以及与其它联网构成很大困难。通常采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统；90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。
二、SCADA系统结构及原理 [1] SCADA系统可分为3层：数据采集层、数据监控层、数据应用层。第一层为数据采集层,由RTU与一次仪表构成,完成现场原始数据的采集与预处理。它是SCADA系统的基本单元，基本配置包括远程终端(RTU)或是可编程逻辑控制器(PLC)、通信设施以及必需的外部单元；第二层为数据监控层,在此层将利用各种软件远程仿真现场,实现数据的实时监控、实时报警等，还可以根据设计需求进行大量历史数据的存储。它是整个SCADA系统的核心单元,管理和协调系统中所有的工艺装置和设备运行；第三层为数据应用层,在此层实现对已采集数据的分析、整理,并根据需要实现多种形式的显示发布。 结构图如下： 图一 SCADA系统结构图 三、油田现场需求及系统要求 3、1现场需求 1、 实现让那若尔油田采油区北区17个注气站网络建设与1个控制中心建 设； 2、 组建有效的区块内通信网络，实现集中管理、远程控制，各分站到控制 中心通信距离≤10KM。 3、 控制中心的功能：实现对各个采油站注气流量、压力、温度等数据的远 程监测；根据气举压力、温度变化，远程控制注气流量； 4、 各注气站的功能：实现对每口注气井的注气流量、压力、温度等数据的 采集和预处理，并传送到构建好的网络当中； 3、2系统要求 1、 可靠性、安全性。由于各个井控制系统的安全性、稳定性直接影响到注气井的注气量，进而影响到油井的产油量。因此，在系统中的通信设备、一次仪表及控制设备和程序编程等各环节都必须做到高可靠性； 2、 远程监控功能。因井群分布很散，无人职守。为了降低劳动强度，操作人员能够在车间控制室根据需要进行远程操作，同时能够监测到各井的运行参数，从而实现集中监控； 3、 可维护性。在系统软件、应用软件和硬件方面要具有强大的报警和故障
数据应用层 数据监控层 数据采集层 SCADA系统 自诊断功能，以便工程技术人员对系统故障进行分析和维护； 4、 可扩展性。系统应采用具有一定标准及应用较广泛的硬件设备，主要是考虑系统发展扩大，为以后系统的连接打好基础； 5、开放性。随着计算机技术和网络技术的发展和应用普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交换信息，从而实现管理与控制一体化。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不能完全开放或通用，但必须要求上位机监控系统具有开放性。
四、方案设计 整套系统分为中心控制室、远程站两大部分。控制中心室与远程站之间通过百兆光纤直连。 中心控制室包括网络接入设备、数据库服务器、工程师站和显示系统四部分。网络采用前兆以太环网的冗余设计，通过网络模块将前端采集到的数据传输到数据库服务器中存储；工程师站针对整个系统进行管理，通过Step7软件编程控制前端远程站的数据采集，利用WinCC组态软件模拟现场画面、设备的运行画面和报警、报表等画面；显示系统将最终图像显示到投影墙上。 远程站包括数据采集、处理、传输和控制等设备。通过编辑好的程序对采集
到的数据进行预处理、传输。[4]
系统框图如下： 图二 系统框图 按照现场需求及系统要求，本套系统硬件均采用德国西门子设备，保证系统性能。 上位机监控软件采用西门子WINCC软件组态画面，配以WINCC Web Navigator
和WINCC Option Data@Monitor V6.0， 用户可以在互联网上通过输入任意远程站的IP地址，进行远程监控。通过WINCC 用户归档软件选项，用户可以自定义表格进行归档；使用Step7软件对S7-300 PLC进行编程；网络通讯采用X414-3E。 远程站信号采集通过CP341 通讯处理器（RS232）与现场数据采集设备进行MODBUS协议或者ASCII码协议模式交换数据，经CPU314处理后，再通过CP343-1 以太网通讯模块传送X204-2，再由X204-2通过百兆的光纤与中心控制室网络通信设备X414－3E通讯，按照设定的程序进行传送。 系统结构图如下：
控制设备 数据传输设备 数据采集、处理设备
通信模块 数据库服务器 工程师站 显示系统
控制设备
数据传输设备 数据采集、处理设备
●● ●
远程站
中心控制室 图三：系统结构图 五、系统功能的实现 1、实现了注气站各注气井上的压力、流量、阀值等参数的集中采集、处理和传输功能。现场注气站分布分散，所处地理条件差，人工数据采集和记录难度大、周期长，受环境因素影响大。通过本系统，可以大大减少人工工作量，缩短数据采集记录的周期，并且不受环境因素的约束，提高了工作效率。 2、上位机系统实现了对数据的统一管理、分析、存储和组态等功能。 2.1、丰富的画面显示功能：在各操作终端显示的画面有注气站实际地理位置分布画面、远端站内总管线的压力、温度、注气量，分管线的压力、注气量、阀门开度，管线注气量的设定值、实际值显示分画面、趋势曲线图画面、报警画面等。使操作人员通过这些画面可以全面的了解系统运行情况。 2.2、数据报表、查询功能。历史数据查询功能、报表打印功能。对井群运行参数有完整的历史数据存储，一般每 1 分钟存储一次数据，以便查询和相关的统计分析。同时能够打印生产日报表和生产月报表。 2.3、具有故障诊断与报警处理功能。对系统中注气站、井的温度、压力阀值越限报警，阀门故障报警，网络交换机、PLC314等设备运行状态报警。并对所有报警数据有存储功能，对历史报警数据可按照一定条件进行查询。同时要记录这些状态位发生变化时的有关信息。如：故障标签名称、报警信息、故障报警时间和报警确认时间等，并对报警信息进行管理。
六、关键技术 1、编译技术：[2] 系统提供可编程功能。采用Step7为S7-300 PLC进行编程，并在工程师站上可以根据需求随时更改系统程序，为使用者提供极大的方便。 STEP7 编程软件，强大的工控编程软件，能够解决复杂的自动化任务。可以快速进入，节省编程时间，具有扩展功能和密码保护功能。适用于所有SIMATIC S7 PLC机型软件编程。支持IL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换。STEP 7提供的软件工具可以帮助调试和测试程序，这些特征包括：监视S7-300正在执行的用户程序状态，为S7-300指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。为了简化应用程序中位控功能的使用，STEP7提供的位控向导可以在几分钟内全部完成PWM、PTO或位控模块的组态。该向导可以生成位控指令，可以用这些指令在应用程序中对速度和位置进行动态控制。对于位控模块，STEP 7还提供了一个控制面板，可以控制、监视和测试运动操作。
2、多媒体技术：[3] 本系统结合了动画、声音、图形图像等多种多媒体技术，选用WinCC组态软件，对现场实际情况进行模拟显示。 西门子公司的工业组态控制软件SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统软件，具有良好的开放性和灵活性。在生产过程自动化中WinCC解决了系统可视化和控制任务。它提供了适用于工业的图形显示、信息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传输使其具有高度的实用性。同时WinCC还提供了开放的界面用于用户解决方案，这使得将WinCC参与复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。 WinCC的突出特点：通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用 ；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。
七、结论 SCADA系统采用分布式数据采集方式，对各注气站上运行参数进行分散采集、集中管理。硬件选用德国西门子先进设备，有效的保障了系统安全性、可扩展性和开放性。组态软件WinCC和编程软件Step7与西门子S7-300系列PLC的有机结合，提升了系统稳定性。系统人性化的设计，使操作人员能更快的熟悉和使用本系统，了解远程站各注气井的温度、压力等参数的变化及站内各设备的运行状况。哈萨克斯坦让那若尔油田采油区北区注气站分布分散，地理环境差，人工数据采集录入工作难度大、周期长，本套系统的建立，将大大减少人工巡井的次数，降低运行成本，提升采油厂的自动化程度，必将为油田带来明显的经济效益。
