SCADA系統(tǒng)教程-SCADA系統(tǒng)

1、第一章 SCADA系統(tǒng)1.1. SCADA系統(tǒng)的意義 SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的縮寫，是對分布距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。 了解生產(chǎn)情況是實施科學(xué)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，如果生產(chǎn)過程分布很近，可以采用就近控制的辦法，就地接線，就地監(jiān)視，就地控制，對于復(fù)雜的過程生產(chǎn)采用DCS系統(tǒng)控制的比較多，也有采用PLC的或者專業(yè)控制器。而對于生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)分布距離非常遠(yuǎn)的，比如幾公里，幾十公里，幾百公里甚至幾千公里的，如變電站，天然氣管線，油田，自來水管網(wǎng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們慢慢發(fā)展出遠(yuǎn)程采集監(jiān)視控制系

2、統(tǒng)，稱為SCADA系統(tǒng)。 SCADA系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于： 分布區(qū)域廣泛 主站與控制對象距離遠(yuǎn) 監(jiān)控終端的工作條件苛刻 通訊系統(tǒng)復(fù)雜多變 通訊系統(tǒng)不保證可靠傳輸1.2. SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成 SCADA系統(tǒng)主要包括三部分組成，主站端，通訊系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端單元 主站一般采用先進(jìn)的計算機，有著良好的圖形支持，現(xiàn)在采用PC計算機和WINDOWS系統(tǒng)居多，在歷史上，曾經(jīng)有很多系統(tǒng)采用UNIX系統(tǒng)和XWINDOWS圖形界面。一個主站可能的分站數(shù)量從幾十到幾百、幾千個不等。 通訊系統(tǒng)就非常復(fù)雜了，有線的包括音頻電纜、載波電纜、光纖、電力載波等，無線的包括電臺、衛(wèi)星、微波等。 遠(yuǎn)程終端單元(RTU or

3、TeleControl )的品種也很多，大的系統(tǒng)由很多機柜組成，小的系統(tǒng)可能就是一個小盒子。1.3. SCADA的主站系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的主站過去由很多著名的系統(tǒng)是基于UNIX操作系統(tǒng)家族和XWINDOW圖形界面的。隨著計算機系統(tǒng)的發(fā)展，特別是PC機的發(fā)展，PC機和PC機上運行的操作系統(tǒng)在扮演著越來越重要的角色。龐大的主站系統(tǒng)一般包括如下內(nèi)容：通訊前置系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)解析各種不同的規(guī)約，完成通訊接口數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。包括前置計算機，串口池或者M(jìn)ODEM 池，機架，防雷措施和網(wǎng)絡(luò)接口。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要包括運行實時數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。工程師工作站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的組態(tài)、畫面制作和系統(tǒng)的各種維護(hù)。生產(chǎn)

4、調(diào)度工作站，是監(jiān)控系統(tǒng)的主要用戶，顯示畫面，畫面瀏覽，實現(xiàn)各種報警等。各種監(jiān)控工作站，主要用于特別龐大的系統(tǒng)，幾個人已經(jīng)無法監(jiān)控的情況，這時會根據(jù)需要，設(shè)立各種的監(jiān)控工作站，每個工作站有人員工作。歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，是SCADA系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)器。WEB服務(wù)器，是現(xiàn)在SCADA主站系統(tǒng)的一個流行趨勢，只要用戶裝有瀏覽器軟件，得到相應(yīng)的授權(quán)，就可以訪問相應(yīng)的他關(guān)心的數(shù)據(jù)。上層應(yīng)用工作站，主要用于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的挖掘工作。在電力系統(tǒng)比如潮流分析，負(fù)荷預(yù)測，事故追憶，電網(wǎng)穩(wěn)定性分析，能量管理 等等。在自來水行業(yè)包括管網(wǎng)壓力損耗分析，管網(wǎng)經(jīng)濟性分析，管網(wǎng)漏失分析等。在采油工程上，包括示功圖顯示

5、，示功圖分析，泵況分析，功圖計產(chǎn)等等。作為SCADA主站系統(tǒng)，大的系統(tǒng)可能有幾十個上百個工作站，多個服務(wù)器。為了保證系統(tǒng)的可靠性，采用雙前置系統(tǒng)，多服務(wù)器系統(tǒng)，兩個網(wǎng)絡(luò)。但是對于簡單的SCADA主站系統(tǒng)可能就只有一臺計算機，運行一套軟件。各種不同應(yīng)用的SCADA系統(tǒng)，可以說大部分是相同的或者類似的。但是各個行業(yè)有各個行業(yè)的特點，每個行業(yè)所關(guān)心的東西不一樣。比如電力行業(yè)非常關(guān)心每個線路電壓電流功率，而對于自來水行業(yè)就不是特別關(guān)心這些數(shù)據(jù)，而關(guān)心管道的壓力流量等。這樣就形成了不同行業(yè)的系統(tǒng)。也有通用的人機界面使用，但是這種界面一般無法滿足各個行業(yè)的特殊需要。1.4. SCADA的通訊系統(tǒng)SCADA

6、通訊系統(tǒng)是最豐富多彩的，有很多通訊方式是很多人都沒有聽說過的。一般分類大體可以分為兩類，有線和無線，但是隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，基于各種網(wǎng)絡(luò)的通訊方式也發(fā)展很快，這種通訊方式很難歸結(jié)到有線或者無線的范疇，所以也單獨作為一類。有線方式比較多：音頻電纜，架空明線，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。在有線上傳輸大體分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸，基帶傳輸是在介質(zhì)上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，可能也要經(jīng)過信號變化。調(diào)制解調(diào)傳輸要經(jīng)過模擬數(shù)字變換的傳輸。很多介質(zhì)既可以作為基帶傳輸也可以作為調(diào)制傳輸。無線方式主要包括: 電臺、微波、衛(wèi)星、光線、聲波等手段。網(wǎng)絡(luò)方式是通訊系統(tǒng)架構(gòu)在一個計算機網(wǎng)絡(luò)之上，比如幀中繼，ATM.，I

7、P網(wǎng)，這種通訊方式可能是有線的也可能是無線的，甚至多次跨越無線和有線。其性能也明顯區(qū)分于有線和無線系統(tǒng)。比如不用考慮誤碼，不用考慮報文的大小，不考慮系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是網(wǎng)絡(luò)的時延可能比較大。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或者CDMA傳輸SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)就是典型的例子。1.5. SCADA的遠(yuǎn)方終端單元 SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元有一個專門的詞匯RTU。現(xiàn)在術(shù)語中稱為TeleControl。 RTU一般包括通訊處理單元、開關(guān)量采集單元、脈沖量采集單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元，開關(guān)量輸出單元和脈沖量輸出單元等構(gòu)成。還有一些其他的接口方式，比如電力變壓器的分接頭，氣象的格雷碼接口，水文的BCD碼接口等等

8、。 遠(yuǎn)方的通訊一般和RTU安裝在一起，這樣便于接線。 現(xiàn)在的RTU出來完成本身的數(shù)據(jù)采集工作和協(xié)議處理之外，還要完成和各種IED設(shè)備的接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。而且RTU的通訊處理單元的能力越來越強大，而相應(yīng)的采集工作卻在逐漸的弱化，由各種IED設(shè)備代替了。 RTU在中國電力系統(tǒng)的最大發(fā)展就是用交流采樣算法直接計算線路的電壓、電流、有功功、無功功率、功率因數(shù)、頻率、諧波等，取代了傳統(tǒng)的電力變送器，降低了成本，降低了接線復(fù)雜度，減少了誤差環(huán)節(jié)，提高了精度。而今綜合了保護(hù)、遠(yuǎn)動、計量的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了，而傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動已經(jīng)基本退出了歷史舞臺。在其他行業(yè)的發(fā)展限于作者的知識范圍，無法多寫。SCADA主站系統(tǒng)2.

9、1. 概述 主站一般采用先進(jìn)的計算機，有著良好的圖形支持，現(xiàn)在采用PC計算機和WINDOWS系統(tǒng)居多，在歷史上，曾經(jīng)有很多系統(tǒng)采用UNIX系統(tǒng)和XWINDOWS圖形界面。一個主站可能的分站數(shù)量從幾十到幾百、幾千個不等。 SCADA主站系統(tǒng)主要包括計算機硬件和計算機軟件構(gòu)成。作為SCADA主站系統(tǒng)，大的系統(tǒng)可能有幾十個上百個工作站，多個服務(wù)器。為了保證系統(tǒng)的可靠性，采用雙前置系統(tǒng)，多服務(wù)器系統(tǒng)，兩個網(wǎng)絡(luò)。但是對于簡單的SCADA主站系統(tǒng)可能就只有一臺計算機，運行一套軟件。軟件主要包括如下模塊： 1 規(guī)約接口模塊 2 實時數(shù)據(jù)庫軟件3 圖形界面4 制圖軟件5 歷史數(shù)據(jù)軟件6 上層應(yīng)用軟件7 報警模

10、塊2.2. 系統(tǒng)硬件構(gòu)成龐大的主站系統(tǒng)一般包括如下硬件內(nèi)容：通訊前置系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)解析各種不同的規(guī)約，完成通訊接口數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。包括前置計算機、串口池或者M(jìn)ODEM 池，機架，防雷措施和網(wǎng)絡(luò)接口。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)?？赡苡幸粋€，兩個甚至多個前置計算機。串口池是多個串口構(gòu)成的集合，有兩種方式，一種是插在計算機上的多串口卡，一種是以太網(wǎng)接口的多串口服務(wù)器。MODEM池是多個MODEM的集合，可以采用多個MODEM或者采用DSP技術(shù)的集成式MODEM（一個接口可以提供30個MODEM）。 各種數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)把各種不同的協(xié)議進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲于實時數(shù)據(jù)庫中。某種意義上前置系統(tǒng)是一種特殊的網(wǎng)關(guān)

11、設(shè)備。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要包括運行實時數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。工程師工作站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的組態(tài)、畫面制作和系統(tǒng)的各種維護(hù)。生產(chǎn)調(diào)度工作站，是監(jiān)控系統(tǒng)的主要用戶，顯示畫面，畫面瀏覽，實現(xiàn)各種報警等。各種監(jiān)控工作站，主要用于特別龐大的系統(tǒng)，幾個人已經(jīng)無法監(jiān)控的情況，這時會根據(jù)需要，設(shè)立各種的監(jiān)控工作站，每個工作站有人員工作。歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，是SCADA系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)器。WEB服務(wù)器，是現(xiàn)在SCADA主站系統(tǒng)的一個流行趨勢，只要用戶裝有瀏覽器軟件，得到相應(yīng)的授權(quán)，就可以訪問相應(yīng)的他關(guān)心的數(shù)據(jù)。上層應(yīng)用工作站，主要用于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的挖掘工作。在電力系統(tǒng)比如潮流分析，負(fù)荷預(yù)測，事故追憶，電網(wǎng)穩(wěn)定性分

12、析，能量管理等等。在自來水行業(yè)包括管網(wǎng)壓力損耗分析，管網(wǎng)經(jīng)濟性分析，管網(wǎng)漏失分析等。在采油工程上，包括示功圖顯示，示功圖分析，泵況分析，功圖計產(chǎn)等等。支撐硬件：因為SCADA系統(tǒng)要求365D24H連續(xù)工作，電源系統(tǒng)要求比較苛刻，除了雙回供電，還要求有保證系統(tǒng)供電的UPS系統(tǒng)，甚至柴油發(fā)電機。用于系統(tǒng)輸出的打印機系統(tǒng)方便用戶了解工作狀態(tài)的模擬屏系統(tǒng)，這是因為有時整個SCADA系統(tǒng)的畫面過于龐雜，而調(diào)度人員可能關(guān)心的數(shù)據(jù)沒有那么多，而且在計算機的屏幕上無法全面顯示，為了調(diào)度人員了解全局，需要一個N平方米的模擬屏顯示，而且有些操作可以在模擬屏上演練。大型投影裝置，主要方式有背投，投影儀，電視墻等，其

13、原因基本與模擬屏類似，可以降低調(diào)度人員的勞動強度。安裝機柜和布線空調(diào)系統(tǒng)，為了系統(tǒng)可靠工作和人員的舒適性，需要空調(diào)系統(tǒng)，而且這樣的空調(diào)系統(tǒng)不同于家庭空調(diào)，可能要求24小時工作。2.3. 系統(tǒng)軟件構(gòu)成系統(tǒng)軟件龐大而復(fù)雜，其軟件劃分有時候類似于盲人摸象，怎么看都有其道理。軟件劃分的目的是為了軟件的編制和維護(hù)。一個好的軟件架構(gòu)超過一堆程序員的辛苦努力。軟件劃分的方法一般分為模塊方法，把軟件劃成很多的模塊，軟件通過模塊通訊的方法進(jìn)行耦合，對于簡單的程序一般采用模塊法。模塊間的接口只要定義清楚，修改一個模塊不會影響到其它模塊的功能。還有一種劃分方法是層次法，把軟件分為很多層，軟件是按照層次關(guān)系進(jìn)行操作，

14、比如對于操作系統(tǒng)就必須按照層次進(jìn)行分析，層次法的好處對于某一層不滿意，只有層間的關(guān)系劃分得很合理，就可以重新編寫一個層替換原來的層，而不需要修改其它代碼。而實際上對于復(fù)雜的軟件系統(tǒng)一般采用的是模塊層次的劃分方法，既要按照層的概念定義操作的層次關(guān)系，又要按照模塊的方法劃分同層間的模塊關(guān)系。監(jiān)控系統(tǒng)的層次構(gòu)成如下，但實際為了軟件編制的方便和軟件的效率，也未必完全按照這個層次模型進(jìn)行劃分和編寫，因為完全模塊化和層次化后系統(tǒng)的效率可能很低，影響性能，允許跨層次的訪問，一般不允許跨模塊的訪問。上層應(yīng)用軟件 數(shù)據(jù)挖掘軟件狀態(tài)分析軟件WEB發(fā)表圖形界面圖形工具報警歷史數(shù)據(jù)其它應(yīng)用實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫服務(wù)器/GI

15、S服務(wù)器規(guī)約接口OPCOLE其它接口操作系統(tǒng)硬件驅(qū)動圖形接口文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2.3.1. 規(guī)約接口模塊從軟件劃分的角度看規(guī)約接口模塊是整個監(jiān)控軟件直接和控制設(shè)備打交道的，從監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源來看它是最底層的數(shù)據(jù)提供者，它所服務(wù)的對象是實時數(shù)據(jù)庫。它是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來源，也是系統(tǒng)操作執(zhí)行的輸出模塊。一般按照規(guī)約不同，進(jìn)行模塊的劃分，不同的規(guī)約采用不同的模塊實現(xiàn)，OPC和OLE由專門的模塊實現(xiàn)，不同的OPC和OLE采用不同的模塊實現(xiàn)。規(guī)約的實現(xiàn)有的是沒有層次的，很多也是有層次的。具有層次的規(guī)約好處在于在一種通訊模式下的規(guī)約很容易在其它通訊模式下實現(xiàn)。規(guī)約的調(diào)度可以采用單線程或者多線程的方式，單線程實現(xiàn)

16、簡單，容易管理，但是效率低。多線程的優(yōu)點在于效率高，缺點是編寫復(fù)雜管理復(fù)雜。所有的規(guī)約都可以用有限狀態(tài)機模型進(jìn)行描述，采用狀態(tài)機，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖后，編寫程序時，可以非常清楚狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移條件，避免進(jìn)入死狀態(tài)或者出現(xiàn)餓死的狀態(tài)。其實規(guī)約很多都是有其層次結(jié)構(gòu)的，一般包括物理層、鏈路層和應(yīng)用層（不可能采用七層模型，那樣太復(fù)雜效率太低，軟件編寫業(yè)太復(fù)雜），實現(xiàn)時也按照層次實現(xiàn)。協(xié)議的分層是指協(xié)議報文的頭和內(nèi)容的關(guān)系，下層一般把上層的數(shù)據(jù)作為載荷使用。規(guī)約接口模塊可以由軟件在前置系統(tǒng)實現(xiàn)，也可以通過硬件（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）實現(xiàn)。所有的數(shù)據(jù)都寫入實時數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)在SCADA系統(tǒng)的規(guī)約很多，關(guān)于規(guī)約的問題在其它章

17、節(jié)闡述。2.3.2. 實時數(shù)據(jù)庫先進(jìn)的監(jiān)控組態(tài)軟件都有一個實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織和管理的核心。也有人稱其為數(shù)據(jù)詞典。實時數(shù)據(jù)庫與基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的數(shù)據(jù)庫（如：關(guān)系數(shù)據(jù)庫）在原理、實現(xiàn)技術(shù)、功能和系統(tǒng)性能方面有很大的不同。集成了實時數(shù)據(jù)庫功能的組態(tài)軟件的應(yīng)用范圍更為廣闊，尤其是在時間關(guān)鍵型應(yīng)用中。但實時數(shù)據(jù)庫并不是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實時系統(tǒng)兩者的簡單結(jié)合，它在概念、理論、技術(shù)、方法和機制方面具備自身特點。如：數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)與組織；數(shù)據(jù)處理的優(yōu)先級控制、調(diào)度和并發(fā)控制協(xié)議與算法；數(shù)據(jù)和事務(wù)特性的語義及其與一致性、正確性的關(guān)系；數(shù)據(jù)查詢/事務(wù)處理算法與優(yōu)化；I/O調(diào)度、恢復(fù)、通信的協(xié)議與

18、算法，等等，這些問題之間彼此高度相關(guān)。實時數(shù)據(jù)庫無縫地集成了數(shù)據(jù)庫與定時性，在對數(shù)據(jù)庫能力和實時處理技術(shù)兩者均有要求的各種領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用前景，集成了實時數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控組態(tài)軟件，對多種工程或過程及時間關(guān)鍵型應(yīng)用更是必要而迫切的，為國家的現(xiàn)代化尤其是自動化建設(shè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展提供有力的、必不可少的支持，在信息技術(shù)、信息高速公路及信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)中起到重大作用。利用實時數(shù)據(jù)庫可以完成以下應(yīng)用： 1. 記錄實時過程的歷史數(shù)據(jù)，用于過程存檔、歷史數(shù)據(jù)查詢、事故分析、系統(tǒng)建模等。2. 連接各種類型的自控設(shè)備（如：DCS、PLC、智能模塊、板卡、智能儀表、控制器、變頻器等），配以監(jiān)控界面，實現(xiàn)自動監(jiān)控。

19、 3. 通過數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)通訊功能構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)。 4. 運行在控制系統(tǒng)（包括DCS大型控制系統(tǒng)或其它中小控制系統(tǒng)）的上位機中，在數(shù)據(jù)庫上運行先進(jìn)控制軟件、優(yōu)化控制軟件和其它用戶應(yīng)用程序，在客戶機上運行各種界面監(jiān)控軟件，快捷方便地實現(xiàn)可擴展的先進(jìn)控制或優(yōu)化控制的目標(biāo)。 5. 連接多種控制系統(tǒng)和設(shè)備，實現(xiàn)車間級、分廠級及總廠級實時數(shù)據(jù)綜合利用和管理。 6. 配合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，構(gòu)建生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)及其它管控一體化系統(tǒng)。 7. 通過數(shù)據(jù)的Web功能，利用Internet/Intranet資源，在瀏覽器上訪問生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。 8. 完全的開放功能，以實時數(shù)據(jù)庫為平臺進(jìn)行再次開發(fā)。 2.3.3. 圖

20、形界面指將采集的數(shù)據(jù)，用各種計算機圖形技術(shù)展示給使用者而提供給使用者的界面。主要包括圖和動畫連接。圖指展示給用戶的圖形，動畫鏈接是指讓圖隨著數(shù)據(jù)的改變而發(fā)生變化。比如在圖上存在一個指示燈，與實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)的一個離散變量X進(jìn)行動畫連接，那么當(dāng)X=0時至少燈為綠色，X=1時指示燈為紅色。不同的軟件對動畫連接的叫法不一樣，動畫連接的詞最早見于組態(tài)軟件。為了方便用戶根據(jù)需要產(chǎn)生各種方便的圖形，一般主站軟件給用戶提供了很多類型的圖元供用戶使用。圖元大體可以分為：基本圖元如點、線、矩形、圓形、文字等，這些圖元的形狀、顏色、填充、文字等在動畫連接后可以隨著變量的改變而改變。復(fù)雜圖元可以是綜合了很多基本圖元而生

21、成的圖元，它的屬性更多，更為復(fù)雜，比如X-Y曲線，圓餅圖，指示儀表。對象圖元更為復(fù)雜，也更利于用戶的使用，比如可以把一個爐子定義成一個對象圖元，把一個管道定義為對象圖元。結(jié)合GIS系統(tǒng)，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行多個層面多維度的展現(xiàn)。在很多的SCADA系統(tǒng)中需要了解采集控制對象和地理分布的關(guān)系，這就需要強大的GIS系統(tǒng)的支持。目前的主站軟件把這二者結(jié)合的不是很多。2.3.4. 圖形工具提供給開發(fā)工程師的工具。因為一個軟件即使功能再強大，提供的圖元再多也有不能滿足用戶要求的時候。這時需要提供一種可以開發(fā)復(fù)雜圖元和對象圖元的工具。用戶可以根據(jù)自己的需要開發(fā)圖元。提供這樣的工具可以把原來需要軟件提供商做的工作交

22、給用戶做，如果存在很好的交流和利益分配機制，可以把用戶變成開發(fā)者，這樣對于發(fā)展客戶和提高軟件的功能很有益處。2.3.5. 報警報警模塊主要用于提示操作人員，主要包括如下類型的報警信息.開關(guān)量輸入狀態(tài)變化報警，指開關(guān)量輸入信號的狀態(tài)發(fā)生改變，如斷路器的位置從合變?yōu)榉?，閥的狀態(tài)由通變?yōu)閿嗟却?。這種狀態(tài)的變化可能直接導(dǎo)致嚴(yán)重的事故或者對系統(tǒng)的運行有巨大的影響。模擬量超限報警，指模擬量超過或者低于設(shè)定的限值，比如管道溫度高于設(shè)定值，這種狀態(tài)的可能會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降或者造成人身安全事故。模擬量報警一般包括上上限、上限、下限、下下限等，有時用顏色加以區(qū)分。報警模塊從實時數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，產(chǎn)生報警事

23、件。報警事件寫入歷史報警記錄。事故追憶(SOE),有時為了分析系統(tǒng)出現(xiàn)故障時系統(tǒng)的狀態(tài)，便于找出事故原因，需要知道各個重要點數(shù)據(jù)和時間。這就需要SOE。SOE事件記錄的產(chǎn)生是在RTU內(nèi)部產(chǎn)生并存儲，實質(zhì)是具有時標(biāo)的信息（也就是把信息上打上時間標(biāo)簽），主站端需要把這些數(shù)據(jù)讀出來并顯示，存入歷史報警數(shù)據(jù)庫中。SOE系統(tǒng)需要整個系統(tǒng)的時鐘同步，而且要求同步精度很高（1mS），所以對整個系統(tǒng)要求很高。過去很難有一種辦法解決這個問題，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步和GPS可以很好的解決。2.3.6. 歷史數(shù)據(jù) 歷史數(shù)據(jù)是整個SCADA系統(tǒng)的財富。歷史數(shù)據(jù)是按照時間或者其它規(guī)則把實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)容轉(zhuǎn)成歷史記錄。 歷史數(shù)據(jù)

24、的記錄很龐大，一年的記錄數(shù)據(jù)可能就有幾個GB甚至幾十個GB的數(shù)據(jù)量。所以對歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的內(nèi)存和存儲以及CPU的速度要求比較高。因為在數(shù)據(jù)挖掘的時候，需要大量的遍歷歷史數(shù)據(jù)。2.3.7. 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布為了滿足信息化建設(shè)的要求，避免建設(shè)成為信息化孤島，現(xiàn)在主流的主站軟件都有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能或者模塊。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布包括很多種形式，目前最流行的是WEB發(fā)布，這是因為隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，WEB瀏覽器成為目前個人計算機的主要軟件配置，而且瀏覽器軟件大多數(shù)是免費的，功能相當(dāng)?shù)膹姶?，用戶?shù)量眾多。這樣通過WEB進(jìn)行發(fā)布不需要安裝軟件，不需要培訓(xùn)客戶，用戶也習(xí)慣這樣獲得數(shù)據(jù)。缺點：安全性差和速度慢網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的另外的形式是需要

25、客戶安裝客戶端軟件，客戶端軟件是收費的，所以這種方式不太受歡迎。但是其優(yōu)點也很明顯，安全性高，速度也快，而且甚至不需要借助于網(wǎng)絡(luò)，通過電話線、RS485、RS232接口都可以。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的另外一種形式是通過實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫發(fā)布，這種發(fā)布一般不是給人看的，是應(yīng)用軟件間的一種數(shù)據(jù)傳遞方式。其它的方式如基于網(wǎng)絡(luò)的OPC，COBRA等等。2.3.8. 主站系統(tǒng)的工作階段劃分 主站系統(tǒng)按照工作階段可以分為系統(tǒng)開發(fā)階段和系統(tǒng)運行階段。系統(tǒng)開發(fā)階段：是設(shè)計工程師為實施其控制方案，在主站軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng),供系

26、統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等。其主要使用者是開發(fā)工程師和工藝工程師。系統(tǒng)運行階段：在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標(biāo)應(yīng)用程序被裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形界面運行程序、實時數(shù)據(jù)庫運行程序等。主站軟件支持在線組態(tài)技術(shù)，即在不退出系統(tǒng)運行環(huán)境的情況下可以直接進(jìn)入開發(fā)環(huán)境并修改工程內(nèi)容，使修改后的工程直接生效。設(shè)計工程師最先接觸的一定是系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，通過一定工作量的系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試，最終將目標(biāo)應(yīng)用程序在系統(tǒng)運行環(huán)境投入實時運行，完成一個工程項目。2.4. SCADA軟件的上層應(yīng)用SCADA系統(tǒng)的上層應(yīng)用比

27、較復(fù)雜，種類繁多，應(yīng)用五花八門，也就是不同SCADA系統(tǒng)區(qū)別的本質(zhì)所在。因為各種SCADA系統(tǒng)應(yīng)用85都是一樣的，差異很小。而差異主要在上層應(yīng)用和傳感器。應(yīng)用太多種類，限于筆者的經(jīng)歷和知識，只能進(jìn)行一些簡單舉例。路燈監(jiān)控的開燈時間計算是室外照明應(yīng)用的一個重要的模塊，是要根據(jù)控制地點的經(jīng)緯度計算每天的開燈關(guān)燈時間，下置給RTU設(shè)備進(jìn)行開關(guān)燈控制，這個模塊不需要歷史數(shù)據(jù)，僅僅需要當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度。電力系統(tǒng)的短期負(fù)荷預(yù)報，需要利用去年的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前幾天的歷史數(shù)據(jù)以及天氣預(yù)報情況，根據(jù)數(shù)據(jù)模型，可以進(jìn)行短期的負(fù)荷預(yù)報，可以指導(dǎo)調(diào)度和發(fā)電。油井監(jiān)控的示功圖分析和示功圖計產(chǎn)，需要根據(jù)每口井的示功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行泵

28、況的分析和泵效的分析，給修井、開井和停井提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在地形復(fù)雜（山地、丘陵、高原），無法設(shè)置計量間的地區(qū)，可以根據(jù)示功圖進(jìn)行產(chǎn)量的估計，雖然有誤差，但誤差可以忍受，而且就是有誤差的數(shù)據(jù)也比沒有誤差好。供熱管網(wǎng)的管效分析，根據(jù)管網(wǎng)出口的壓力和溫度，各個測壓測溫點的數(shù)據(jù)，取一個時間斷面，可以分析管網(wǎng)的效率，分析供熱的經(jīng)濟性，甚至為增設(shè)和修改管網(wǎng)走向，提供數(shù)據(jù)依據(jù)。水文監(jiān)控的洪水預(yù)警，根據(jù)各個RTU采集的降水信息、水位信息等，結(jié)合河流流域地區(qū)的地貌特征，建立數(shù)學(xué)模型，可以估計河流的干流和支流的流量，估算水位，發(fā)布洪水預(yù)告，找出危險地段等等。這種應(yīng)用關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)生活，關(guān)系到生命和財產(chǎn)的安全。

29、上層應(yīng)用只能根據(jù)行業(yè)進(jìn)行單獨的開發(fā)，不可能一個軟件滿足各行各業(yè)的要求。第三章 SCADA通訊系統(tǒng)2.5. 概述 SCADA中通訊系統(tǒng)顯得非常的重要，可以看成SCADA系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)。而通訊實際是單獨的一門學(xué)科，想在這里用一個章節(jié)講清楚基本是不太可能的。這里只能給出一個粗略的說明，詳細(xì)內(nèi)容可以參考有關(guān)通訊系統(tǒng)和原理的書籍。 通信系統(tǒng)的基本模型見圖3-1。圖31-1中發(fā)送端的信息源把消息m轉(zhuǎn)換成信號g(t)。為了使信號適合于在信道中傳送，由發(fā)送設(shè)備將它變換為s(t)后再送人信道。信道是指傳輸信號的通道。圖3-1中噪聲源是信道中的噪聲以及通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集中表示。由于噪聲的干擾，接收端收到的

30、信號r(t)可能不同于s(t)。接收設(shè)備把以r(t)轉(zhuǎn)換為輸出信號g(t)，它是g(t)的近似或估計值，最后受信者將g(t)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的消息m(t)。信息源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備受信者g(t)s(t)r(t)g(t)m(t)噪聲源發(fā)送端接收端圖3-1 通信系統(tǒng)的基本模型 由g(t)到s(t)稱為信道編碼，一般調(diào)制方式有ASK,FSK,PSK,QAM,TCM等等。信道編碼經(jīng)常用在有線和無線通信。隨著DSP計算能力的提高，AD、DA速度和精度的提高，以及數(shù)學(xué)方法的發(fā)展，現(xiàn)在信道編碼的能力越來越接近香農(nóng)信息論的理論值，在電話線上，香農(nóng)信息論的理論值在64K以下，而實際的調(diào)制解調(diào)器可以達(dá)到33.6K甚

31、至56K的速度。 正弦振蕩的載波信號可以用 Asin(2*t +),各種調(diào)制方式可以用下面的數(shù)學(xué)公式加以描述。 ASK 信號 s(t)= Asin(2*t +) g(t)=1 s(t)= 0 g(t)=0 FSK 信號 s(t)= Asin(2*1*t +) g(t)=1 s(t)=Asin(2*2*t+) g(t)=0 PSK 信號 s(t)=Asin(2*1*t +) g(t)=1 s(t)=Asin(2*1*t +0) g(t)=0 PSK和FSK還有很多變型的方式，如DPSK,MSK等。 QAM和TCM過于復(fù)雜，在這里不便贅述，請參考有關(guān)書籍。 由于通訊過程中存在噪聲干擾，就有可能出現(xiàn)

32、差錯，那么就要進(jìn)行差錯控制，差錯控制的方法就是編碼。通訊編碼的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是近世代數(shù)，里面研究群環(huán)域的概念，詳細(xì)內(nèi)容可以參考相關(guān)書籍，而編碼解碼、檢錯和糾錯是通信與編碼學(xué)科研究的范疇，國內(nèi)典型的教材是西安電子科技大學(xué) 王新梅老師編寫的教材，其缺點過于深奧，不太好懂。 而在SCADA系統(tǒng)中經(jīng)常用的是檢錯，糾錯除了特殊的場合很少使用，檢錯主要是兩種編碼方式校驗和和CRC校驗。 和校驗原理非常簡單，就是對信息進(jìn)行加法運算或者模2加法運算，接收后對信息進(jìn)行同樣的運算，比較運算結(jié)果和傳輸來的校驗是否一致，如果一致認(rèn)為是正確的，否則認(rèn)為錯誤。這個算法實現(xiàn)起來非常簡單，也得到了廣泛的應(yīng)用，但是其基本原理存在

33、著出現(xiàn)差錯檢不出的可能，適合于信道質(zhì)量比較好的場合。 CRC校驗方法可以檢出的錯誤遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了和校驗，適合比較惡劣的通訊場合。 CRC校驗比較復(fù)雜一些，它有一個生成多項式g(x),信息可以看成一個i(x)，設(shè)校驗位為16位，則校驗多項式 r(x)=x16 *i(x) / g(x)。則整個發(fā)送序列多項式為 t(x)= x16 *i(x) / g(x) + r(x)。接收時，如果沒有差錯則用t(x)/g(x)=0, 如果有差錯就不是0。這樣就可以知道差錯了。人們已經(jīng)找到很多的標(biāo)準(zhǔn)生成多項式，比如CRC-16 g(x)= x16+ x15+ x2+1CRC CCITT g(x)= x16+ x12+

34、x5+1 而CRC的計算需要進(jìn)行移位和模2加運算，計算機除非有專門的硬件設(shè)備，否則計算起來很慢，為了提高計算速度，一般采用查表計算的方法，把運算轉(zhuǎn)換成查表和字節(jié)運算，這樣使得運算速度大大提高。下面的一段程序是MODBUS CRC校驗的計算方法，體現(xiàn)了上述的思想。const unsigned char auchCRCHi = 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,

35、0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC

36、1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0

37、x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81

38、, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,0x

39、C0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40 ;const unsigned char auchCRCLo = 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0x

40、C4,0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD,0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0,

41、0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7,0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE,0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE

42、5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2,0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB,0x7B, 0

43、x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91,0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A

44、, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88,0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80,0x40 ;unsigned short crc(unsigned char *puchMsg , unsigned short usDataLe

45、n) unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* high byte of CRC initialized */ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* low byte of CRC initialized */ unsigned uIndex ; /* will index into CRC lookup table */ while (usDataLen-)/* pass through message buffer */ uIndex = uchCRCHi *puchMsg+ ; /* calculate the CRC */ u

46、chCRCHi = uchCRCLo auchCRCHiuIndex; uchCRCLo = auchCRCLouIndex ; return (uchCRCHi 8 | uchCRCLo) ;當(dāng)然，還可以用編碼解碼的方法糾正錯誤，但是實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，一般只有在信道非常昂貴的時候才使用如衛(wèi)星通道和深空通訊。在SCADA系統(tǒng)中采用可以糾錯的編碼的極少。通訊由于介質(zhì)的不同大體可以分為如下的三種類型：有線、無線和網(wǎng)絡(luò)。單獨把網(wǎng)絡(luò)拿出來是因為這些年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展很快，目前網(wǎng)絡(luò)成了傳輸SCADA信息的一個很重要的方式。信道分類也可以分為半雙工和全雙工的信道，但是有時即使信道是全雙工的，而協(xié)議是半雙工的，

47、系統(tǒng)也工作在半雙工狀態(tài)。2.6. 有線系統(tǒng)有線的范疇很廣，常用的包括電話線、音頻電纜、電力載波、同軸電纜、光纖等待，我們這里的有線指的是要有介質(zhì)連接而且不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而直接進(jìn)行SCADA協(xié)議的通訊方式。在有線信道中，除了載波信道，普遍來看傳輸?shù)乃俣纫哂跓o線信道，誤碼率低于無線信道，時延也小，可靠性高于無線信道。其缺點是建設(shè)投資大，周期長，而且在有些特殊場合根本無法建設(shè)有線的通訊方式。有線信道中有的是直接傳輸?shù)臄?shù)字信號，比如在雙絞線上走RS485/RS422信號，在雙絞線上通過長線驅(qū)動設(shè)備進(jìn)項傳輸，在光纖上直接傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號。RS485可以在100KBPS的速度上傳輸1.2千米，長線驅(qū)動器

48、可以到19.2KBPS的速度，光纖可以到幾百K甚至幾百兆的速度，傳輸距離可以在幾百米到幾十千米。有線信道很多要用到調(diào)制解調(diào)設(shè)備，如電話線、音頻電纜、載波通道，其信道容量肯定小于香農(nóng)信息論容量。電話線中的調(diào)制解調(diào)器可以達(dá)到33.6kbps的速度，而載波通道有的只能到300bps的速度。2.7. 無線系統(tǒng)無線信道常用的包括無線電臺、微波通訊和衛(wèi)星通訊等。GPRS/CDMA通訊方式列入網(wǎng)絡(luò)通訊的范疇。無線電臺由于收到帶寬的限值，其信道一般為25KHZ，無線電管理委員會專門劃出幾個頻段用于無線數(shù)據(jù)傳輸，主要包括150MHZ頻段，230MHZ頻段和470MHZ頻段。目前的調(diào)制解調(diào)技術(shù)可以做到的速度從60

49、0bps到19200bps不等。目前一般都是采用調(diào)制解調(diào)器和無線電臺做在一起的數(shù)傳電臺。采用無線電臺中心站要復(fù)雜一些，為了系統(tǒng)能夠更好的通訊，需要建設(shè)一個很高的全向天線，有的是安裝在樓頂，有的是建設(shè)專門的鐵塔。實施前要進(jìn)行頻點干擾測試、遮擋測試、場強測試等。無線電臺受到地形和建筑的影響相當(dāng)嚴(yán)重，有時會出現(xiàn)本來通訊很好，在中間出現(xiàn)一個高層建筑導(dǎo)致無法通訊。無線電臺有時不適宜于城市應(yīng)用，也不適宜于山區(qū)、高原、丘陵地帶使用。適合于平原農(nóng)村和水面應(yīng)用。無線電臺是一個典型的半雙工輪詢系統(tǒng)，系統(tǒng)如果點數(shù)很多，輪詢一遍所花的時間可能會長達(dá)幾分鐘甚至更長。另外必須區(qū)分無線電臺的接口速率和空中速率，這二者是獨立

50、的沒有關(guān)系的兩個概念?？罩兴俾手傅氖请娕_在無線信道的實際數(shù)據(jù)速率，這個速度越快，說明電臺的性能越好，而且單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越多。接口速率是電臺與RTU設(shè)備的速率，這個速率只要不小于空中速率和通訊速度沒有太大關(guān)系。無線電臺可能會受到干擾的影響，嚴(yán)重影響通信性能，甚至完全無法使用。主要干擾有：同頻干擾、高壓輸電線路電暈干擾、其它射頻設(shè)備等。一般不受天文情況的影響，如太陽黑子，太陽磁暴，電離層等。微波通訊只有在特別重要的場合才實施，其投資巨大，而且要每大約50KM就要有一個中繼站，對于地形復(fù)雜的場合，可能為了視距原因可能很近就要有一個中繼站。一般的單位是沒有財力建設(shè)微波系統(tǒng)的。國內(nèi)的電力企業(yè)當(dāng)年倒是

51、有一套從各個大區(qū)到中央的微波通訊系統(tǒng)。微波通訊還是會收到降水和霧的影響的。衛(wèi)星通訊更是萬不得已才使用，首先其功率太大，一個小型的衛(wèi)星基站要上百瓦的功率，需要一個1M口徑的拋物天線，需要專門昂貴的設(shè)備（通訊設(shè)備要人民幣幾萬塊），而且通訊費用非常高昂，一個報文，可以承載256BYTE的數(shù)據(jù)需要0.5圓人民幣，只有海上，沙漠等實在無法借助其它通訊手段的時候才采用。衛(wèi)星通訊相當(dāng)可靠，除了太陽耀斑、太陽磁暴、暴雨等情況，一般都不會出現(xiàn)通訊中斷現(xiàn)象。太陽耀斑、太陽磁暴會影響衛(wèi)星的通信，還存在所謂的星蝕效應(yīng)，就是通信衛(wèi)星和太陽在同一個方向上，由于太陽是一個很大的干擾源，導(dǎo)致衛(wèi)星通信中斷。不過中斷時間只有幾分

52、鐘的時間。2.8. 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊方式在無線方式上常用的包括GPRS/CDMA, ZIGBEE, 無線以太網(wǎng)等。有線方式常用的包括以太網(wǎng)、ADSL、CABLE MODEM等。網(wǎng)絡(luò)通訊方式的優(yōu)點在于借用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，真正打破了地域的限制，可以構(gòu)架分布全球的SCADA系統(tǒng)，對于很多全球生產(chǎn)的企業(yè)非常有利。由于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建于公共網(wǎng)絡(luò)之上，在出現(xiàn)突發(fā)事件時而且要求SCADA系統(tǒng)在突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處理時，這樣的方式可能會因為公眾通訊的信息量大增，導(dǎo)致通訊設(shè)備癱瘓或者阻塞，而無法應(yīng)對這樣的應(yīng)用。這種通訊阻塞的情況完全有可能出現(xiàn)，所以在構(gòu)建SCADA系統(tǒng)的時候，一定要評估這個風(fēng)險，否則就是一套在緊急情況下不

53、能使用的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可能就沒有建設(shè)的必要。對于這種系統(tǒng)一定要采用生存能力強的獨立系統(tǒng)，比如無線電臺。在網(wǎng)絡(luò)通訊上，由于GPRS/CDMA，ADSL等設(shè)備都是構(gòu)建在PPP協(xié)議或者PPPOE協(xié)議之上的，其地址分配可能是動態(tài)的，也可能是靜態(tài)的。而主站的地址可能是靜態(tài)的也可能是動態(tài)的，所以二者可能存在互不知道IP地址的可能，如果沒有專門的機制是無法通訊的。為了保證RTU能和主站通訊就需要做專門的處理。就TCP/IP通訊而言，雙方必須知道對方IP地址和端口號才能通信，而且一般的通訊模型是客戶機/服務(wù)器模型，而且一般主站作為服務(wù)器使用，所以主站系統(tǒng)不能放在防火墻的后面，如果放在防火期后面，防火墻至少要開

54、放幾個端口，而且把主機的IP地址通過NAT的方式映射到公網(wǎng)上，否則RTU不可能和主站通訊。如果主站地址是靜態(tài)的，RTU端設(shè)置通訊設(shè)備時，把主站的IP地址設(shè)為主機IP地址。這樣上電后，RTU的通訊設(shè)備DTU就可以根據(jù)設(shè)定的IP地址和端口號及通訊方式（TCP/UDP）找到主站進(jìn)行通訊。如果主站是動態(tài)地址（比如采用電話撥號上網(wǎng)或者ADSL撥號上網(wǎng)），由于主機地址是動態(tài)的，RTU的通訊設(shè)備DTU的IP地址也是動態(tài)的，雙方不可能直接找到對方。就需要申請一個動態(tài)域名解析業(yè)務(wù)以區(qū)別于靜態(tài)域名解析服務(wù)，比如動態(tài)域名為QQQ.ZZZ.COM，在主站端安裝動態(tài)域名解析軟件，主站只要開機就登陸到動態(tài)域名服務(wù)器，比如

55、花生殼，注冊自己的IP地址，告知QQQ.ZZZ.COM的地址是XX.XX.XX.XX。RTU端的DTU設(shè)備設(shè)置時其通訊的主機不能設(shè)為IP地址，而應(yīng)該設(shè)為QQQ.ZZZ.COM,在DTU設(shè)備上電后，首先向DNS服務(wù)器請求解析QQQ.ZZZ.COM的IP地址，DNS服務(wù)器根據(jù)動態(tài)域名解析軟件注冊的IP地址，告訴DTU，QQQ.ZZZ.COM的IP地址是XX.XX.XX.XX，這樣DTU知道了主站的IP地址和雙方約定的端口號和通訊方式(TCP/UDP)就可以通訊了。另外，由于通訊是TCP/IP通訊，主站和RTU端的端口號和通訊方式（TCP/UDP）要設(shè)成一致。GPRS/CDMA的應(yīng)用是無線通訊，幾乎

56、沒有數(shù)傳電臺的缺點，其構(gòu)架于無線通訊運營商的網(wǎng)絡(luò)之上，只要手機能夠通話就能工作，缺點是按照流量收費，費用可能略微嫌高。另外收到網(wǎng)絡(luò)能力限制，同時能夠發(fā)起的認(rèn)證連接數(shù)和同時能夠維持的連接數(shù)有限，對于大規(guī)模的應(yīng)用可能是一個相當(dāng)大的制約。一般來看CDMA的通訊速度要高于GPRS，而實際應(yīng)用中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其標(biāo)稱速率。GPRS/CDMA還有一個重要的問題是網(wǎng)絡(luò)延時問題，從用戶發(fā)出一個報文到收到響應(yīng)報文，可能需要3秒甚至更長的時間，對于有些苛刻的應(yīng)用無法滿足。無線以太網(wǎng)是一個非常有前途的通訊方式，其價格越來越便宜，而且?guī)捄軐?，最高可以?4M，可以在上面承載語言業(yè)務(wù)、圖形監(jiān)控業(yè)務(wù)和SCADA業(yè)務(wù)，非常有發(fā)展?jié)摿?。而且可以在無線以太網(wǎng)上構(gòu)建自組織網(wǎng)絡(luò)（MASH網(wǎng)），這樣無論網(wǎng)絡(luò)是固定的還是移動的，都能正常通信；即使出現(xiàn)個別設(shè)備的損壞，都能通過網(wǎng)絡(luò)的再組織，保證正常的通信。無線以太網(wǎng)采用全向天線時，其通訊距離受到很大的限制，只有幾百米，而采用定向高增益天線，距離可以到幾到幾十公里。ADSL/CABLE MODEM都是大家耳目能詳?shù)娜粘Ｉ暇W(wǎng)方式，其優(yōu)點缺點想必大家都很清楚，值得一提的是很少有RTU設(shè)備可以直接支持PPPOE協(xié)議，這可能需要進(jìn)行配置或者增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)，倒是一個限制。第四章 遠(yuǎn)程終端單元（RTU）2.9.