什么是SCADA软件系统？

导 读 

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

SCADA系统是以计算机为基础的MDC。这里有涉及到什么是MDC？MDC (Manufacturing Data Collection & Status Management)是一套用来实时采集、并报表化和图表化车间的详细制造数据和过程的软硬件解决方案。

MDC 通过多种灵活的方法获取生产现场的实时数据（包括设备、人员和生产任务等），将其存储在Access , SQL 和 Oracle 等数据库，并以精益制造(Lean Manufacturing)管理理念为基础，结合系统自带的近100种专用计算、分析和统计方法，以25,000多种报告和图表直观反映当前或过去某段时间的生产状况，帮助企业生产部门通过反馈信息做出科学和有效的决策。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，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。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

1. 过程报警

过程报警是过程数据库的基本功能。告警处理应用软件适用于所有的应用软件，包括了SCADA应用软件在数据处理和控制调节中的报警。报警是对测量值的范围、变化速度的预警。报警包括限值报警，变化率报警，偏差报警，异常报警等。更复杂的报警可以通过对测量值进行数学运算，然后对运算结果进行报警检查而产生。发生报警后，操作员可以通过报警画面对报警进行“确认”，“确认”就是告诉系统我知道了发生的事，以免系统再次提醒。报警信息，报警确认信息，报警恢复（报警消除）等信息都可以被系统自动记录下来。报警按照重要程度可分为多个优先级，如低级、高级、紧急。报警发生时系统可以通过多种方式通知用户，如弹出报警窗、发出声响，甚至可以发送短信或电子邮件。至于使用哪种方式，用户可以自由指定。

2. 历史存储

对实时数据可以进行历史存储。历史数据存储软件采集和村存储了历史数据，以作为调度计划的数据基础和用于运作报表的制作。对于生产状况分析、实现先进/优化控制、以及生产事故分析非常重要，所以将重要的工艺数据都会进行长期历史保存。为了节省存储介质空间，对保存的数据使用压缩保存。常用的保存方式有周期性保存和变化保存（数据只有变化到一定程度才保存）。

3. 脚本语言

除了固定格式的功能，如点内部处理（能够完成几种固定形式的功能，如量程转换、报警检查、PID运算），动画连接（能够完成几种固定形式的动画，如颜色、位置改变）等，SCADA还允许用户定义特殊的逻辑、运算，这是通过SCADA的内置编程语言实现的。SCADA的提供的编程环境有的是内嵌VBA编译器，有的是自定义的类似BASIC或类似C语言的编译器。无论是哪种编程环境SCADA都要提供很多访问自身数据的属性、方法，以便在编程环境中与SCADA系统交互。这种内置的编程语言经常称作“动作”，现在更多的称呼是“脚本”。这里的脚本与Excel中的“宏”类似。通过脚本用户可以自由扩展系统功能。

脚本与一般编程语言类似，在脚本中提供多种运算操作（如赋值、数学运算、逻辑运算），控制语句（如条件判断，循环，分支），以及内置函数等。有的SCADA还支持自定义函数。脚本的触发方式有多种：一次性执行（如进入窗口时执行）；周期执行；事件触发执行（如数据改变时执行，按键触发）。脚本也能产生多种输出动作：如向过程数据库写数据；发送短信；调用窗口；产生声响等。

1.提高效率。SCADA的开发一般需要20~100人，并且不断的采用新技术，吸取用户的经验，在使用中不断提高。SCADA综合用户的需求，将工程中共性东西提炼出来，制成相应的模式或模块，以帮助用户快速实现自己的工程。因此使用SCADA可以跟上时代的发展，并能提高自己的工作效率。

    2.一致性。SCADA的提供固定的格式，让用户实现自己的工程，有的是填表式的，有的是向导式的。无论是谁来组态，同样的工程要求，形成的组态结果都是相同的，或者差异很小。

    3.可维护性。SCADA内部功能强大，组织复杂，但是对用户是透明的，所以用户的组态工作量不大，或者只是重复性较大。因此工程易于维护。

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M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，在第二代中，广泛采用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。在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。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。

第三代是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。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。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。

第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

典型的企业IT架构如下图所示，ERP位于最上层，负责进销存、财务、人力、生产计划等宏观层面的管理控制，其下是MES系统， 定位于车间层级，实现对生产工艺流程、质量等的把控，最下面是生产控制系统，通常称为PLC、DCS等系统，直接监控生产设备 的启停、开关等，实现产品制造过程。SCADA系统软件即处于MES层与生产控制系统层之间，承上启下，实现信息流有效的上传下 达。MES和ERP属于信息系统范畴，而PLC等生产控制系统属于工业自动化范畴，两者因为面向的领域不同，因此数据结构等存在 极大差异，属于异构系统，不能直接进行数据交互，这种情况下，只能借助SCADA系统软件来弥合两者差异，实现数据互通。我 们经常听到信息化工业化两化融合、IT与OT融合等概念，这些概念的付诸实施同样也需要SCADA系统软件作为必不可少的中介。

从简单的开关机到复杂的模拟量和字符串，制造数据涵盖车间现场需求的各个方面。MDC通过多样化的数据采集手段，让数据的获取拥有最大的可能。MDC通过与数控系统、PLC系统、以及机床电控部分的集成，实现对机床数据采集部分的自动化执行，不需要操作人员的手动操作，这样既保证了数据的实时性，也减少了人工操作产生的失误，保证数据的真实和准确性。 MDC设备运行状态报告，可以显示出当前每台设备的运行状态，包括是否空闲、空闲时间多少、是否加工中、加工时间是多少、状态设置如何、正在运行中或是出了故障了？ 设备综合利用率OEE报表，能够准确清楚地分析出设备效率如何，在生产的哪个环节有多少损失，以及可以进行哪些改善工作？直观、阵列式、色块化的设备实时状态跟踪看板，将生产现场的设备状况第一时间传达给相应的使用者。企业通过对工厂设备状态的实时了解，可以实现即时、高效、准确的精细化设备管理。

针对离散型加工业的特点，MDC在采集数据的数据挖掘方面，提供更为专业化的分析和处理。客户化的数据处理和丰富的图形报表展示功能，涵盖了车间应用的各个方面。并对设备和生产相关的关键数据进行统计和分析，如开机率，主轴运转率，主轴负载率、NC运行率，故障率，设备综合利用率（OEE），设备生产率，零部件合格率，质量百分比等等。

在多数制造型企业，SCADA系统软件是和MES系统一起出现的，MES通过SCADA系统软件与生产设备交互。MES与生产设备的交互分几个层面。第一层是MES只读取设备工艺数据，然后将得到的信息汇总到电子批记录，代替人工填写。第二层是MES向设备传递简 单的非控制信息，比如生产批号、产品信息、配方设定信息等，实现简单的交互。第三层是MES深度介入设备的运行控制，接管设备的启停控制，根据需要随时向设备下达设定值、工作元件的动作指令等。要达成目标，需要SCADA系统软件集成商、设备供 应商以及设备使用方三方密切合作，这是最复杂的控制方式，但也是最灵活的方式，可以实现效益的最大化。

SCADA系统软件最基础的功能是数据采集显示。对于制造企业，车间范围内涉及大量的生产设备，这些设备分布在不同的位置， 由不同的供应商提供，采用不同的组态软件，或在现场触摸屏上或在独立的PC机上显示生产运行画面，通讯协议不统一：例如PPI、MPI、PROFIBUS、PROFINET、MODBUS-RTU、MODBUS-TCP、MODBUS-ASCII、OPC等一些通用协议和专属协议呈现不统一的现象。站在岗位操作人员的角度 ，这种状况无可厚非，可是站在车间管理人员或是公司领导层的角度，如果要了解设备生产情况，是不可能到现场各个岗位都走一遍的。而当我们把视野放大，扩展到整个工厂范围，或者是整个集团公司范围，每一台生产设备都是独立存在，都是一座座信 息孤岛，而SCADA系统软件就是为了解决这一问题出现的。它采集所有相关设备的运行信息，并在统一的界面进行展示，我们所 关注范围内的所有设备运行状态可以一览无余，管理人员坐在办公室就可以对生产运行状况做到胸有成竹。    

SCADA系统软件衍生的功能是远程监控。比如石油化工行业中有远在千里之外的无人工作站，没有SCADA系统软件的存在，这些就彻底沦为盲区，而有了SCADA系统软件的协助，我们就仿佛有了千里眼顺风耳，距离就不再成为问题。再如制药行业都会涉及公用工程，这些设备和系统往往分布在不同的楼层不同的区域，运行维护人员不可能做到全天候的巡检，而借助SCADA系统软件， 就免除了东奔西走之苦，遇到异常情况可以迅速做出响应。

SCADA系统软件较为完善的功能涉及对设备的控制和信息交互。此时，MES、SCADA系统软件、生产控制系统作为密不可分的整体 ，经由SCADA系统软件，MES系统可以直接为设备下达批次信息、产量信息、工艺参数设定值以及配方信息等，甚至直接控制设备的启停运转，并在生产过程中，设备运转参数信息根据需要及时传递给MES系统进行记录存储，生产结束时，设备的生产运行时间、生产产量信息等都可以传递给MES系统处理，信息流在上下层之间顺畅流通。   

作为现代企业，精益生产以及对效率的追求都向我们提出了新的需求，能源消耗管理和设备利用率（OEE）管理等获得了越来越多的关注，此类问题的实现也要有赖于SCADA系统软件的帮助。作为SCADA系统软件的使用者，制造企业必须在调研初期就明确真实需求，根据企业的发展阶段，既不能遗漏功能需求，也不能单纯追求高大上而好高骛远。正确的定位是SCADA系统软件项目实施成功的基础。近些年，德国大力提倡的工业4.0，我国提出的智能制造2025等制 造业升级改造计划，SCADA系统软件作为数据交互的基础，也是无法缺席的。

SCADA系统非常好，不过有其局限性，就是对设备的信息化要求比较高；而在车间范围内涉及大量的生产设备，这些设备分布在不同的位置，由不同的供应商提供，设备的新旧年份也不一样，而且很多品牌的设备不对外开放接口，或者开放收费很高（比如马扎克），还有很多设备是老旧设备，根本没有对外的数据接口。这就导致SCADA系统设备种类覆盖的局限性。        

而树字工厂lightMES的智能三色灯，因为遵循交通灯一样的红灯停，黄灯等，绿灯行的规则，可以联网所有的生产设备，解决生产设备联网的通用性问题。智能三色灯联网设备后，通过对现场设备系统集成，可以打通生产现场过程控制层与企业运营管理层间的联系，并对关键设备联网改造，实现设备层、信息管理系统的数据交互，实现对产品、生产进度、生产效率、质量信息、设备实时运行状态、设备OEE等管理过程的可视化、数字化、智能化改善，提高生产效率和产品质量、降低生产成本和能耗，打造生产过程数字化管控能力，以支撑公司精益生产优势，进而提升企业生产制造的网络化、数字化、智能化水平，逐步实现制造业的智能制造。而且一天可以安装部署一个车间，打造高大上的电子看板。另外可以很方便的升级到MES，一周可以实现一条生产线的生产数字化。