SCADA系統(tǒng)介紹

1、自動(dòng)化控制1、SCAD原統(tǒng)介紹2、自動(dòng)化控制儀表和自動(dòng)化控制 設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)3、物位測(cè)量及物位測(cè)量儀表4、信號(hào)隔離器、安全柵、變頻器5、氣體檢測(cè)儀6、火焰監(jiān)測(cè)儀表（火焰監(jiān)測(cè)儀、火焰 保護(hù)/點(diǎn)火裝置）7、自控閥門（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥體、閥門 定位器、過濾減壓器等） 機(jī)構(gòu)）9、不間斷供電電源10、井口安全系統(tǒng)（哈里伯頓、貝克、卡麥?。?1、中間端子柜（信號(hào)開關(guān)、保險(xiǎn)、開關(guān)電源、信號(hào)端子）12、儀表風(fēng)系統(tǒng)SCAD原統(tǒng)介紹了解生產(chǎn)情況是實(shí)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(duì)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

2、制器。而對(duì)于生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)分 布距離非常遠(yuǎn)的，比如幾公里，幾十公里，幾白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) 視控制系統(tǒng)，稱為SCADA系統(tǒng)。一、SCADA系統(tǒng)概述SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控 制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石 油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上乂稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)

3、行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào) 節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系 統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為 能量管理系統(tǒng)(EMS系統(tǒng))的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、 正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn) 已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì) 效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水 平中方面有著不可替代的作用。SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系

4、統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可 靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA 系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，不同時(shí)期有不同的產(chǎn)品，同時(shí)我國也從 國外引進(jìn)了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動(dòng)了鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)向更 高的目標(biāo)發(fā)展。SCADA在石油管道工程中占有重要的地位，系統(tǒng)管理石油管道的順序控制輸 送、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)同步傳輸記錄，監(jiān)控管道沿線及各站控系統(tǒng)運(yùn)行狀況。各站場(chǎng)的站控系統(tǒng)作為管道自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，除完成對(duì)所處站場(chǎng)的監(jiān)控任務(wù)外，同時(shí)負(fù)責(zé)將有關(guān)信息傳送給合肥調(diào)度控制中心并接受和執(zhí)行其下達(dá)的命 令，并將所有的數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存。除此之外的

5、基本功能 ，現(xiàn)在的SCADA管道系統(tǒng) 還具備泄露檢測(cè)，系統(tǒng)模擬，水擊提前保護(hù)等新功能.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(duì)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SCADA系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用，典型的應(yīng)用很多，分別舉例如下： 變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守 水庫的監(jiān)控和壩體監(jiān)控 自來水管網(wǎng)監(jiān)控 降水和水文監(jiān)控 洪水監(jiān)控油田油井監(jiān)控城市照明監(jiān)控供熱管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)監(jiān)控灌溉水渠監(jiān)控和分配鐵路信號(hào)監(jiān)控環(huán)境監(jiān)控氣象監(jiān)控地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控等等二、SCADA系統(tǒng)發(fā)展歷程SCADA(Supervisory Control and Data Acquisit

6、ion)系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān) 視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了三代。第一代是基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的 SCADA系統(tǒng)，如電力自動(dòng)化研 究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的 SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng) 系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計(jì)算機(jī)運(yùn)用到 SCADA系統(tǒng)時(shí)開始到 70年代。第二代是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用 VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，自動(dòng)發(fā)電 控制（

7、AGC）以及網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合到一起構(gòu)成了 EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。第 一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具 有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級(jí)以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。90年代按照開放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能 夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國 SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn) SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最 大的時(shí)期，國家計(jì)劃未來三年內(nèi)投資 2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對(duì)電力系 統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。第四代SC

8、ADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備，預(yù)計(jì)將與 21世紀(jì)初 誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以 及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營的需要。SCADA系統(tǒng)在電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，應(yīng) 用上也有迅猛的發(fā)展。由于電氣化鐵道與電力系統(tǒng)有著不同的特點(diǎn)，在SCADA系統(tǒng)的發(fā)展上與電力系統(tǒng)的道路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上已經(jīng)成 熟的產(chǎn)品有由我所自行研制開發(fā)的 HY200微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以及由西南交通大學(xué)開 發(fā)的DWY微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)性能可靠、功能強(qiáng)大，

9、在保證電氣化鐵道 供電安全，提高供電質(zhì)量上起到了重要的作用，對(duì)SCADA系統(tǒng)在鐵道電氣化上 的應(yīng)用功不可沒。三、SCADA系統(tǒng)的組成SCADA系統(tǒng)主要由站控系統(tǒng)、調(diào)度控制中心主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和傳輸通信系統(tǒng)三大 部分組成。（一）站控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程終端裝置站控系統(tǒng)（SCS Station Control System）是天然氣集輸站場(chǎng)的控制系統(tǒng)，也是SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中最重要的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程終端裝置RTU、站控計(jì)算機(jī)、通信設(shè)施及相應(yīng)的外部設(shè)備組成。站控系統(tǒng)通過RTU從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量儀表采集所有參數(shù)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，根 據(jù)需要將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過 RTU處理、傳送至站控計(jì)算機(jī)，并經(jīng)通信通道傳送至 調(diào)

10、度控制中心的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)接受來至調(diào)度中心的遠(yuǎn)程控制指令對(duì)站場(chǎng)進(jìn) 行控制。站控系統(tǒng)具有獨(dú)立運(yùn)行的能力，當(dāng)SCADA系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障或與調(diào)度控制 中心的通信中斷時(shí)，不影響其數(shù)據(jù)采集和控制功能。站控系統(tǒng)的硬件配置和應(yīng)用程序設(shè)置應(yīng)根據(jù)所控制場(chǎng)站的重要程度、規(guī)模和功能的不同而進(jìn)行設(shè)置。被控站可分為兩類：第一類是大中型站，如集氣站、脫水站、 調(diào)壓計(jì)量站、增壓機(jī)站、分輸站等有人值守的站場(chǎng)。第二類是小型站，如閥室、 活管站、陰極保護(hù)站、單井站等，通常是無人值守的站場(chǎng)。典型的大中型站控制 系統(tǒng)框圖如（圖3-1; 3-2）1、遠(yuǎn)程終端（RTU）RTU是Remote Terminal Unit (遠(yuǎn)程測(cè)控

11、終端)的縮寫，是 SCADA系統(tǒng)的基本 組成單元。一個(gè)RTU可以有幾個(gè)，幾十個(gè)或幾白個(gè)I/O點(diǎn)，可以放置在測(cè)量點(diǎn) 附近的現(xiàn)場(chǎng)。RTU應(yīng)該至少具備以下2種功能：數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng) 絡(luò)通信)，當(dāng)然，許多RTU還具備PID控制功能或邏輯控制功能、流量累計(jì)功能 等等。1.1RTU基本功能1.1.1數(shù)據(jù)采集RTU的基本功能之一是從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是來自變送器的模擬 值，離散觸點(diǎn)輸入或頻率/脈沖信號(hào)。一些靈敏儀表、流量計(jì)算機(jī)和分析儀通過 申行通訊向RTU提供模擬或離散數(shù)據(jù)。RTU對(duì)原始輸入所做的處理依賴于數(shù)據(jù) 的類型。(1)模擬信號(hào)供給RTU的模擬信號(hào)(如壓力和溫度等)通常是42OmA

12、信號(hào)。RTU將處理這 些輸入信號(hào)且將相應(yīng)的信息存入 RTU的數(shù)據(jù)庫中。(2) 離散數(shù)據(jù)離散輸入只有兩個(gè)狀態(tài)，即開/關(guān)(ON/OFF)，打開/關(guān)閉或報(bào)警狀態(tài)。有時(shí)稱離 散值為位、狀態(tài)或二進(jìn)制輸入，RTU讀入它們時(shí)將作報(bào)警檢查且存入數(shù)據(jù)庫中。(3) 脈沖和頻率信號(hào)有些設(shè)備向RTU提供一系列表示流量的脈沖信號(hào)，如渦輪和正位移動(dòng)流量 計(jì)。在處理這一類輸入時(shí)，RTU即能計(jì)算代表瞬時(shí)流量的當(dāng)前脈沖速度或頻率， 也能計(jì)算代表累計(jì)總流量的累計(jì)脈沖數(shù)。 RTU處理脈沖輸入的步驟包括： 從I/O子系統(tǒng)得到脈沖信息； 脈沖累計(jì)器加； 計(jì)算脈沖率； 比較瞬時(shí)值和報(bào)警值； 處理脈沖累計(jì)器的翻轉(zhuǎn)， 將原始值和轉(zhuǎn)換值存入數(shù)

13、據(jù)庫中。(4) 申行輸入復(fù)雜設(shè)備使用申行通訊接口來交換數(shù)據(jù)己日益流行，如RS-232C。能提供申行接口的設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、水分析儀、氣體色譜儀、重度測(cè)量儀、硫化氫分析儀和PLC。接收數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)可作為模擬、離散或脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理且存入RTU數(shù)據(jù)庫中。1.1.2控制輸出控制輸出可由兩處產(chǎn)生：來自 SCADA控制中心操作員的直接命令和 RTU 中的控制環(huán)路。操作員發(fā)出的控制指令一般具有監(jiān)控性質(zhì)， 例如啟動(dòng)和停止一過 程，使壓縮機(jī)投入運(yùn)行或設(shè)置站出口壓力值。RTU既能通過模擬輸出量也能通過數(shù)值信號(hào)來控制礦場(chǎng)設(shè)備。模擬輸出信號(hào)可表示速度、壓力設(shè)置或閥定位命令，送往控制器的信號(hào)即可是420mA的環(huán)路電流，

14、也可是15VDC的電壓信號(hào)。在某些場(chǎng)合，模擬控制可通過一對(duì)升/降繼電器完成，控制器將根據(jù)繼電器的狀 態(tài)提高和降低設(shè)置值。RTU出現(xiàn)故障時(shí)，控制設(shè)置值將保持其最后的值。RTU可通過其離散輸出點(diǎn)來打開和關(guān)閉閥門和設(shè)備，該離散輸出點(diǎn)的組態(tài)方式 有幾種。1.1.3控制環(huán)路若需要的話，RTU通常按一閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)，這樣就減少了遠(yuǎn)程站場(chǎng)的附 加控制設(shè)備。在RTU實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制比在SCADA主機(jī)上更受歡迎，這符合分布 式控制原則，即控制指令盡可能接近過程，它將控制環(huán)路與通訊問題分開， 使過 程變量跟蹤所花的時(shí)間最少。(1) 模擬控制環(huán)路該環(huán)路提供了普通的模擬控制功能， 以便建立用于組態(tài)控制環(huán)路的模塊， 如PI

15、D 算法。這些控制環(huán)路使用前面討論的模擬輸入值和模擬輸出值。(2) 離散控制根據(jù)數(shù)字輸入值和由模擬輸入報(bào)警過程所設(shè)置的離散狀態(tài)，RTU可執(zhí)行離散控制。離散控制算法可利用組合邏輯和順序邏輯以及時(shí)間延遲。通常的應(yīng)用 包括開、關(guān)設(shè)備和編排閥門的操作程序。有各種各樣編制離散控制程序的方法， 根據(jù)所選設(shè)備，有階梯邏輯、布爾邏輯、C、 FORTRAN和其他專門的語句。(3) 混合控制環(huán)路某些RTU銷售商在一個(gè)控制結(jié)構(gòu)內(nèi)提供模擬和離散兩種信號(hào)處理功能，稱 為功能過程表。這樣就允許用模擬和離散混合控制功能來任意定義控制環(huán)路。1.1.4計(jì)算RTU可完成復(fù)雜的計(jì)算工作，以減少送往主機(jī)的數(shù)據(jù)?？装辶髁坑?jì)和渦輪 流量

16、計(jì)的計(jì)算通常由事先編制好的程序來實(shí)現(xiàn)。通常在RTU上可加入用戶專門的計(jì)算要求，計(jì)算結(jié)果值可以處理成模擬輸入且與報(bào)警條件比較；1.1.5RTU/主機(jī)通訊主機(jī)與RTU的通訊信息分為兩大類：從RTU向主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和自主機(jī)向 RTU的監(jiān)控命令傳輸。信息的格式和內(nèi)容以及主機(jī)和 RTU問的連接范圍稱為通訊協(xié)議?，F(xiàn)有大量 的通訊協(xié)議，某些協(xié)議接近實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。最普通的通訊協(xié)議支持主機(jī)在多點(diǎn)通 訊線路上順序查詢RTU。對(duì)于這些協(xié)議，每個(gè)RTU的唯一地址必須編入每條信 息中。RTU掃描和計(jì)算數(shù)據(jù)，以表的方式組織以便向主機(jī)傳輸。通訊過程中先 是進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，將數(shù)據(jù)按通訊協(xié)議的要求格式化，為數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。SCA

17、DA 主機(jī)通過向RTU發(fā)送一數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令從 RTU請(qǐng)求數(shù)據(jù)，當(dāng)RTU識(shí)別了它的掃 描地址和數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令后,向主機(jī)傳送離散和模擬數(shù)據(jù)表。某些協(xié)議支持異常報(bào) 告。此時(shí)RTU不向主機(jī)傳送完整的輸入數(shù)據(jù)表，僅報(bào)告上次掃描后變化較大的 一些離散值和模擬量。根據(jù)技術(shù)規(guī)格要求，遠(yuǎn)程終端應(yīng)能在-30+60 C的環(huán)境溫度和95%的最高相對(duì) 濕度的環(huán)境下操作。2、站控計(jì)算機(jī)2.1計(jì)算機(jī)的硬件組成存儲(chǔ)程序工作方式與諾依曼計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令采用存儲(chǔ)程序工作方式(1) 事先編制程序。(2) 將程序存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器之中。(3) 計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)將自動(dòng)地、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令加以執(zhí)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器

18、、控制器、輸入裝置、輸出裝置等五大部件，構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1.1運(yùn)算器運(yùn)算器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部件。運(yùn)算器的功能只有最基本的二進(jìn)制算 術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。如加、減、乘、除四則運(yùn)算及與、或、非邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器的硬件結(jié)構(gòu)由兩部分組成：一部分是算術(shù)邏輯單元，這是運(yùn)算器 的核心，它主要由并行加法器及其他邏輯運(yùn)算部件和各種數(shù)據(jù)通路組成。 運(yùn)算器 的另一部分是寄存器，用以存儲(chǔ)參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。運(yùn)算器的性能是影響整個(gè)計(jì)算機(jī)性能的重要因素， 運(yùn)算器所能并行處理 二進(jìn)制代碼的位數(shù)通常稱為機(jī)器字長。 位數(shù)的多少影響了計(jì)算機(jī)的精度。 運(yùn)算器 進(jìn)行基本運(yùn)算的速度，將直接影響系統(tǒng)的速度，所以精度和速度就成了運(yùn)算器的 重

19、要性能參數(shù)。2.1.2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器乂叫內(nèi)存或主存，是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和記憶部件，存儲(chǔ)器的功能是用以 存放數(shù)據(jù)和程序。內(nèi)存是由一個(gè)個(gè)內(nèi)存單元組成的，每個(gè)內(nèi)存單元有兩個(gè)屆性：一是它對(duì)應(yīng)有 一個(gè)地址編碼（二進(jìn)制編碼）；二是它所存放的內(nèi)容，也是二進(jìn)制編碼。二者是完 全不同的概念；內(nèi)存單元的總數(shù)目叫內(nèi)存容量。計(jì)算機(jī)通過給每個(gè)內(nèi)存單元規(guī)定不同地址編碼來管理內(nèi)存。CPU對(duì)內(nèi)存的操作分為讀、寫兩種：從內(nèi)存單元 取數(shù)到CPU內(nèi)部叫作讀操作；從CPU內(nèi)部送數(shù)到內(nèi)存單元叫作寫操作。存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)：容量與速度。存儲(chǔ)容量是指一個(gè)存儲(chǔ)體中有 多少個(gè)存儲(chǔ)單元。也就是能存放多少信息。目前最常用的編址格式是按字節(jié)編址。

20、 所謂字節(jié)，是指8位二進(jìn)制代碼的長度稱為一個(gè)字節(jié)，每一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)地址 碼，因此容量的衡量單位也就是指存放字節(jié)數(shù)的多少。 如4KB , 64KB ,1MB等。 存儲(chǔ)容量越大，計(jì)算機(jī)的功能越強(qiáng)，處理問題的能力及范圍也就越大。存儲(chǔ)器的速度是衡量存儲(chǔ)器性能的乂一個(gè)重要指標(biāo)，一般用存儲(chǔ)周期 （也稱讀寫周期）來說明，它是指兩次訪問（讀取或?qū)懭耄┐鎯?chǔ)器之間的最小時(shí)間問 隔。在計(jì)算機(jī)工作過程中，信息是不斷地在存儲(chǔ)器與運(yùn)算器之間進(jìn)行傳送，因此速度的大小直接影響了機(jī)器的速度。存儲(chǔ)器的速度主要取決丁存儲(chǔ)器記憶元件的 性質(zhì)和存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。內(nèi)存乂分為只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器(RAM)兩類：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器

21、(RAM)分為:動(dòng)態(tài)RAM、靜態(tài)RAM.只讀存儲(chǔ)器(ROM)分為:掩模型只讀存儲(chǔ)器 MROM、可編程只讀存儲(chǔ) 器PROM、可重編程只讀存儲(chǔ)器 EPROM和電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 EEPROM。 2.1.3控制器控制器的功能是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件按照要求協(xié)調(diào)地工作。 也就是 說控制器必須自動(dòng)地按照給定的命令要求,發(fā)出一系列控制信號(hào),供給各個(gè)部件， 使它們順序地、相互嚴(yán)密配合地完成指定的功能。為此，控制信號(hào)本身應(yīng)體現(xiàn)兩 個(gè)方面的性能，它應(yīng)向各部件指明：應(yīng)該執(zhí)行什么操作？什么時(shí)間做？這就要求控 制器的基本構(gòu)成應(yīng)包括指令部件、定時(shí)部件。(1) 指令部件所謂指令，就是一組二進(jìn)制代碼，它指出了計(jì)算機(jī)所能

22、執(zhí)行的基本操作。 這是面向機(jī)器的命令，也稱為機(jī)器語言。每個(gè)計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都已指明機(jī)器 所能完成的操作，如加法指令、傳送指令、轉(zhuǎn)移指令等等。用戶可以根據(jù)自己解 題的要求，運(yùn)用指令編寫程序?？刂破鞯闹噶畈考褪菍?duì)用戶所用的指令進(jìn)行 解釋，并轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€(gè)部件所需的控制信號(hào)。(2) 定時(shí)部件計(jì)算機(jī)是嚴(yán)格按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行操作的。 一條指令的執(zhí)行是通過許多 部件按照先后次序進(jìn)行指定的操作來完成的， 對(duì)丁這種嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系，稱之為 定時(shí)。定時(shí)是由機(jī)器的時(shí)鐘脈沖來保證的， 定時(shí)部件根據(jù)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖發(fā)出全 機(jī)所需的具有先后次序的定時(shí)信號(hào)。各個(gè)部件可在各個(gè)不同的定時(shí)信號(hào)控制下工 作。(3) 控制信號(hào)邏輯它

23、根據(jù)指令的操作要求和時(shí)序先后的要求，將 做什么？ ”、什么時(shí)間做？ ”兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合，產(chǎn)生出所需的控制信號(hào)，送往各個(gè) 部件?？刂破?、運(yùn)算器兩者統(tǒng)稱為中央處理器(CPUCentral Processing Unit) 目前廣泛應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一就是CPU集成在一塊芯片上。CPU的結(jié)構(gòu)、性能是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最關(guān)注的問題之一。而控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ) 器三者統(tǒng)稱為主機(jī)。2.1.4輸入輸出部件輸入輸出是完成人、機(jī)聯(lián)系的部件。把人們解決問題的步驟與數(shù)據(jù)通過 輸入設(shè)備送入機(jī)器；乂要把機(jī)器計(jì)算的結(jié)果通過各種人們希望的形式送出來。完成輸入輸出的設(shè)備多是電子、機(jī)械、聲光的設(shè)備，如打印機(jī)、顯示器、鍵

24、盤、磁 盤、光盤等等。這些設(shè)備各具有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作速度、信息形式、信息傳 送方式。它們與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系必須通過一個(gè)接口部件進(jìn)行匹配。所以輸入輸出設(shè)備部件應(yīng)包括兩部分：一部分是設(shè)備本身；另一部分是接口部件。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，用戶關(guān)心的除了計(jì)算機(jī)精度、速度、容量 等主要性能外，就是輸入輸出設(shè)備。2.1.5總線計(jì)算機(jī)的部件之間的聯(lián)系方式，采用總線連接方式，所謂總線就是指信 息傳送的一組公共通路。各部件都只與總線連接。它們的信息發(fā)送和接收也只與 總線有關(guān)。如運(yùn)算器的結(jié)果要發(fā)送給存儲(chǔ)器，它可以將結(jié)果送到總線上，以后再 發(fā)出控制信號(hào)，這時(shí)在總線上的所有部件都有可能收到這個(gè)運(yùn)算結(jié)果，但因?yàn)榭?制

25、信號(hào)只發(fā)給了存儲(chǔ)器，所以也只有存儲(chǔ)器來接收。這種總線的方式使部件之間 的聯(lián)系比較規(guī)整，減少了接線，同時(shí)也使部件的增減變得容易了。與直接相聯(lián)比， 總線連接方式的缺點(diǎn)是速度低，并增加了一些總線的控制邏輯。2.1.6微處理器微型計(jì)算機(jī)主要由微處理器（MPC）、存儲(chǔ)器、I/0接口和系統(tǒng)總線四部 分組成。微處理器是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和指揮控制中心。 不同型號(hào)的微型計(jì)算機(jī)，其 性能的差別首先在于其微處理器性能的不同,而微處理器性能乂與它的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)、硬件配置有關(guān)。但無論那種微處理器，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)總是相同的，都由運(yùn) 算器、控制器和寄存器組三大部分，外加內(nèi)部總線及緩沖器組成；每個(gè)部分乂各 由一些基本部件組成。

26、運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯單元 ALU、累加器ACC、累加鎖存器、暫存器和 標(biāo)志寄存器取等部件組成。其主要功能是完成各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。2.2計(jì)算機(jī)的軟件組成計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)只是計(jì)算機(jī)組成的一半，另一半是軟件。所謂軟件就是指各 種各樣的程序，這些程序是解決各種問題的步驟，用指定的語言格式把它寫出來， 就稱之為程序。當(dāng)計(jì)算機(jī)裝備上各種程序后，它就具有了十分奇妙的功能。操作系統(tǒng)，語言處理程序（解釋、編譯）,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)用程序（工具 程序），應(yīng)用軟件2.2.1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是一組軟件，它的功能是用來控制和管理計(jì)算機(jī)所具有的 各種資源，主要分為兩部分：一是對(duì)計(jì)算機(jī)所有的資源進(jìn)行調(diào)度、管理、監(jiān)督，

27、使它們盡可能地充分發(fā)揮其作用，彼此之間能保持協(xié)調(diào)、高效。所謂資源，是指 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理機(jī)、主存儲(chǔ)器、各種外部設(shè)備、各種配置的軟件。二是為用 戶使用計(jì)算機(jī)提供監(jiān)控手段和服務(wù)的條件， 使用戶能很方便地使用機(jī)器的各種功 能，并能有效地監(jiān)督和控制機(jī)器的工作。操作系統(tǒng)本身的性能直接影響了機(jī)器性 能的發(fā)揮。一臺(tái)機(jī)器雖有性能很好的硬件結(jié)構(gòu)，但如果配置了一個(gè)不良的操作系 統(tǒng)，用戶使用起來也將感到困難、別扭，甚至感到速度很慢。在發(fā)展中，優(yōu)秀的 操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，為廣大用戶所歡迎，目前被許多機(jī)器普遍采用的有DOS系統(tǒng)、WINDOWS、UNIX 系統(tǒng)等。2.2.2語言處理程序（解釋、編譯）解釋方式編譯方式程序語

28、言'從語言'功能角度劃分機(jī)器語言'、匯編語言'和高級(jí)語言'人們利用程序語言，把自己需要解決的問題步驟寫出來，這就叫編制程序。 對(duì)丁人們來說，最希望的是自然語言，或是所習(xí)慣的專業(yè)語言。但是程序是需要 由機(jī)器執(zhí)行的，那么這些語言就必須讓機(jī)器能夠識(shí)別并執(zhí)行， 這就產(chǎn)生了極大的 矛盾，因而也就產(chǎn)生出各種各樣的程序語言。2.2.3實(shí)用程序（工具程序）為了使用者更容易而方便地使用計(jì)算機(jī)，目前機(jī)器都提供一些實(shí)用程序， 幫助用戶作了許多工作，所以這些實(shí)用程序亦稱為工具軟件或服務(wù)程序，如用丁程序輸入和調(diào)試過程中需要修改整理的編輯程序、調(diào)試程序、故障檢測(cè)與診斷程序、殺病蠹程

29、序等等。2.2.4數(shù)據(jù)庫管理程序在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，需要建立數(shù)據(jù)庫，為了便于用戶建庫并查詢、顯示； 修改庫中內(nèi)容，對(duì)庫中數(shù)據(jù)輸出打印、建表、統(tǒng)計(jì)等等，目前出現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)庫 的管理程序，如 dDBASE、FoxPro、OROCAL 等。2.2.5應(yīng)用程序系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身配置的。在用戶使用時(shí)還要輸入用戶的源程 序，稱為應(yīng)用程序。當(dāng)前為給用戶提供方便，許多常用的通用軟件已形成商品， 或組成一個(gè)軟件包，隨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起出售，如：(1) 科學(xué)計(jì)算類程序(2) 工程設(shè)計(jì)類程序(3) 數(shù)據(jù)處理類程序(4) 信息管理類程序(5) 自動(dòng)控制類程序2.3輸入輸出系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)也稱I/O系統(tǒng)，其功能

30、是完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部 世界的聯(lián)系。2.3.1I/。系統(tǒng)的功能與組成計(jì)算機(jī)與外部世界的聯(lián)系最根本的是信息的交換。I/O系統(tǒng)提供了信息交換的手段及一切軟、硬件的支持。I /O系統(tǒng)包括了硬件及其相應(yīng)的軟件。所 謂外部世界，是指需要與處理器系統(tǒng)聯(lián)系的人與物，如控制臺(tái)、其它儀器設(shè)備、 其他計(jì)算機(jī)等，人則必須通過各種設(shè)備與機(jī)器聯(lián)系， 如鍵盤、打印機(jī)、顯示器等。 一切與處理器聯(lián)系的設(shè)備統(tǒng)稱為外圍設(shè)備，輸入輸出設(shè)備。由于I/。設(shè)備種類繁多，性能各異，不能直接與 CPU聯(lián)系，在硬件上由4部分組成的I /O系統(tǒng)。硬件上由4部分組成的I/O系統(tǒng)。(1) 外圍設(shè)備(2) 設(shè)備控制器它將設(shè)備生成的各種形式的二進(jìn)制代碼

31、轉(zhuǎn)換成電的信號(hào)，并根據(jù)輸入信號(hào)的要求，對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，是由外設(shè)廠家生產(chǎn)，屆于外圍設(shè)備的一個(gè)組成 部分，是設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的界面(3) 輸入輸出接口接口用來完成外圍設(shè)備與處理器信息在速度上、形式上相互匹配的任務(wù)。 外設(shè)的形式、種類各不相同，表示二進(jìn)制代碼的形式有：脈沖的有無；脈沖的正 負(fù)；電位的高低等。信息的傳送也有申行、并行、申并行多種形式。CPU的二進(jìn)制信息是并行的，具有標(biāo)準(zhǔn)的電位要求。在速度上，兩者相差懸殊。接口部件 的功能首先是進(jìn)行外設(shè)與內(nèi)處理器間的信息交換，使其形式上能互相適應(yīng)，速度上能互相匹配。其次是根據(jù) CPU的控制要求，對(duì)輸入輸出系統(tǒng)工作進(jìn)行控制與 檢測(cè)。接口部件是計(jì)算機(jī)系

32、統(tǒng)的一部分， 不同的輸入輸出方式、不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 形式，都影響接口部件的組成。而接口部件性能的好壞，將直接影響整機(jī)系統(tǒng)。(4) 處理器執(zhí)行輸入輸出指令的部件，對(duì)I/。系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)、檢測(cè)、控制。在以上4級(jí)之間，CPU、主存與I/O接口部件之間是由系統(tǒng)內(nèi)的總線連 接，而接口與設(shè)備之間則由申行或并行通信總線連接。上位機(jī)系統(tǒng)主要是連接上位機(jī)、服務(wù)器、通信設(shè)備、打印設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)； 上位機(jī)還可以設(shè)置WEB服務(wù)器，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。站控計(jì)算機(jī)功能：數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控、報(bào)警和報(bào)警處理、事故 追憶和趨勢(shì)分析、與其他應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合。實(shí)際的SCADA系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)到底如何配置還是根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和要求而 定

33、。根據(jù)安全性要求，上位機(jī)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)冗余，即配置兩臺(tái)服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái) 出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)卻換到另外一臺(tái)工作。3、通信設(shè)施及相應(yīng)的外部設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分。與一 股的過程監(jiān)控相比，通信網(wǎng)絡(luò)在SCADA系統(tǒng)中扮演的作用更為重要，這主要因 為SCADA系統(tǒng)監(jiān)控的過程大多具有地理分散的特點(diǎn)， 如無線通信機(jī)站系統(tǒng)的監(jiān) 控。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) 3.1.1數(shù)據(jù)通信概述計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換稱為通信?；镜耐ㄐ欧绞接袃煞N: 并行通信和申行通信。并行通信方式是數(shù)據(jù)的所有位同時(shí)傳送， 傳送速度快，但是因?yàn)閿?shù)據(jù)有多少 位就需要有多少條傳輸線，所以

34、通信成本高，只適用于近距離計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間 的數(shù)據(jù)通信。 適用于并行通信的接口芯片有 Z80-PIO, 8255A等。申行通信方式是數(shù)據(jù)逐位順序傳送，只需一對(duì)傳輸線，因而能節(jié)省傳輸線， 特別是長距離傳送時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就更為突出，但是申行通信速度比并行慢。隨著 通信技術(shù)的發(fā)展，不斷提高了申行通信速度，使得計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)采用了申行通 信方式。適用于申行通信的接口芯片有 Z80-SIO; 8251A等。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路和通信設(shè)備，把分布在不同地理位置上的具備獨(dú) 立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端及其附屆設(shè)備連接起來的一種網(wǎng)絡(luò)，并且配以相應(yīng)的 網(wǎng)絡(luò)軟件，使廣大用戶能夠共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)等

35、資源。由于網(wǎng)絡(luò)資源共享，可以充分發(fā)揮各地資源的作用和特長，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制， 提高可靠性，降低系統(tǒng)投資。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩部分組成。 硬件組成如圖所示，通信線路通 過結(jié)點(diǎn)(Node)把主機(jī)(Host)、終端或CRT監(jiān)視器、磁盤和打印機(jī)等連接成網(wǎng)絡(luò)。 (1)主機(jī) 用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)過程控制和經(jīng)營管理等，包括中央處 理機(jī)、終端、外部設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和語言等軟件。(2) 結(jié)點(diǎn)在通信線路和主機(jī)之間設(shè)置的通信控制處理機(jī)，它擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和差錯(cuò)控制等通信控制處理功能。 結(jié)點(diǎn)可分兩種，一種是只與主機(jī)相連， 另一種是可與主機(jī)和終端相連。(3) 通信線路 連接諸結(jié)點(diǎn)的高速通信線路(或

36、稱信道)，一般采用雙絞線、同 軸電纜、光導(dǎo)纖維等傳輸介質(zhì)。對(duì)于遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)可選用微波或衛(wèi)星通信。介質(zhì) 不同，其帶寬也不一樣，如雙絞線帶寬一般為lM2MHz,同軸電纜可達(dá)300MHz, 而光纜可達(dá)3000MHz。3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成.數(shù)據(jù)通信是一種通過微機(jī)和通信線路相結(jié)合，完成編碼信息傳輸、存貯和處 理的通信技術(shù)。通信控制部件的主要功能是：鏈路控制，同步、差錯(cuò)控制。信道 乂稱為通信線路，包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)中間通信設(shè)備， 是數(shù)據(jù)傳送的通道。傳輸 介質(zhì)一般采用雙絞線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維等。3.1.3數(shù)據(jù)傳輸形式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸形式基本上可分為兩種，一種是基帶傳輸形 式，另一種是

37、頻帶傳輸形式。1.基帶傳輸對(duì)信號(hào)不做任何調(diào)制,直接將二進(jìn)制信號(hào)以電脈沖信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)姆椒? 稱 為基帶傳輸，不歸零 NRZ,在碼元之間沒有間隔，所以難以判定一位的結(jié)束和 另一位的開始，需要有某種方法來使發(fā)送端和接收端同步。2.頻帶傳輸頻帶傳輸是一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)時(shí)， 就需要采用調(diào)制方式，用基帶脈沖信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。 所謂調(diào)制，就是在發(fā)送 端用基帶脈沖對(duì)載波波形的某個(gè)參數(shù)（如振幅、頻率、相位）進(jìn)行控制，使其隨 基帶脈沖的變化而變化，如圖所示。這種已調(diào)制的信號(hào)通過通信線路傳送到接收 端，再經(jīng)過解調(diào)，乂恢復(fù)為原始的基帶脈沖。通常把兼有調(diào)制和調(diào)解兩種功能的 調(diào)制解

38、調(diào)器稱為MODEM。常用的調(diào)制方法有三種：振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。（二）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的可靠性和可用性取決于從主站到 RTU以及從RTU返回主站的數(shù) 據(jù)傳輸情況。天然氣集輸工程SCADA系統(tǒng)主要采取以下幾種通信媒體進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸：有線、微波、衛(wèi)星、同軸電纜、光纖及其它通信方式傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在通信信道上傳輸時(shí),必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)音頻信號(hào),這種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換 成音頻信號(hào)的技術(shù)稱為調(diào)制，常用的幾種調(diào)制方式有：調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相。調(diào)制 器和解調(diào)器主件稱為調(diào)制解調(diào)器（MODEM ）,它是由調(diào)制器和解調(diào)器兩個(gè)英文 單詞縮寫而成的一個(gè)術(shù)語。SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有單工、半雙工、全雙工三種方式，單工傳輸 方式只能向一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，且通信能力極為有限。半雙工方式可以雙向的傳 輸數(shù)據(jù)，但同一時(shí)刻內(nèi)只能向一個(gè)方向