作為遠程測控系統(tǒng)，廣義看它包括局域網(wǎng)和城域網(wǎng)、城際網(wǎng)(廣域網(wǎng))，通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠，地域跨越城市內(nèi)和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統(tǒng)，即各現(xiàn)場測點分散(1~2公里)，以測量和數(shù)據(jù)采集為主，控制比較少、比較簡單(泵啟停或單回路調(diào)節(jié))、就地控制(類似基地式儀表)等，檢測分散但數(shù)據(jù)處理及顯示操作集中，數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)多種、數(shù)據(jù)傳輸方式也多樣化。
一、遠程測控系統(tǒng)的發(fā)展及需求
作為遠程測控系統(tǒng)，廣義看它包括局域網(wǎng)和城域網(wǎng)、城際網(wǎng)(廣域網(wǎng))，通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠，地域跨越城市內(nèi)和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統(tǒng)，即各現(xiàn)場測點分散(1~2公里)，以測量和數(shù)據(jù)采集為主，控制比較少、比較簡單(泵啟?；騿位芈氛{(diào)節(jié))、就地控制(類似基地式儀表)等，檢測分散但數(shù)據(jù)處理及顯示操作集中，數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)多種、數(shù)據(jù)傳輸方式也多樣化。
作為遠程測控系統(tǒng)(RMCS)，和工業(yè)上常用的DCS、PLCS等以工廠自動化為目標的控制系統(tǒng)相比，是有差異的。RMCS、DCS、PLCS都是以“3Ｃ”技術(shù)為基礎(chǔ)，但是DCS等在通訊(Communication)技術(shù)方面跟蹤世界潮流不及RMCS快(詳見本文第二節(jié))，在開拓市場方面，RMCS更是受到青睞，我國以生產(chǎn)DCS等產(chǎn)品為主的和利時、浙江中控、上自儀等公司，都開展了RMCS的業(yè)務(wù)，其中以軌道交通相關(guān)的測控系統(tǒng)最為顯著。
作為數(shù)字通信，遠程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式有工程實例的種類很多，如電力線帶無線載波；銅纜電話線及光纖通訊傳輸(如ADSL非對稱數(shù)字用戶環(huán)路等)；數(shù)傳無線電臺傳輸(利用免申請頻率或申請專用頻點——窄帶、點對點或點對多點)；利用移動通訊(手機)資源傳輸(CDMA碼分多址、GPRS通用分組無線服務(wù)即GSM的延續(xù)、3G高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊)；利用互聯(lián)網(wǎng)資源直至三網(wǎng)融合、利用衛(wèi)星通訊等。
作為遠程測控系統(tǒng)的測量端的現(xiàn)場層，各行業(yè)情況差異很大。一般單個測量儀表多接到RTU上(RTU：RemoteTerminalUnit遠程終端單位)，形成多點I/O集中，安裝在現(xiàn)場或現(xiàn)場附近，可經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸電臺發(fā)射接收無線信號，連入網(wǎng)絡(luò)。有些行業(yè)發(fā)展到在單個變送器上可發(fā)射接收無線電波，從而多臺變送器和監(jiān)視站形成無線局域網(wǎng)。RFID射頻識別技術(shù)做到智能卡貼到物體上，可以發(fā)射、接收無線電波，做到“物與物相聯(lián)”，這也是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時使遠程測控系統(tǒng)功能擴大，獲得“物體”地理位置等信息。遠程故障診斷及遠程維護技術(shù)已發(fā)展十多年，也對遠程測控系統(tǒng)提出更高要求。
遠程測控系統(tǒng)對來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，有的要求連續(xù)測量數(shù)據(jù)，有的則要求定時傳輸來的數(shù)據(jù)，所以現(xiàn)在的無線傳輸?shù)淖兯推?，可以斷續(xù)工作，從而節(jié)省了能量，做到了低功耗，所以現(xiàn)場儀表可以用電池供電。
由于在網(wǎng)絡(luò)中形成集中監(jiān)視站，這就產(chǎn)生了SCADA軟件(監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集，SupervisoryControlandDataAcquisition)，該測控系統(tǒng)也稱為SCADA系統(tǒng)。
在實際應(yīng)用中，油田、市政工程(自來水廠的水源地、城市煤氣穩(wěn)壓站等)，大型工廠的公用工程(原料或成品的儲運，電力、熱力、水汽等供應(yīng)，為了調(diào)度需要，某些工廠內(nèi)與各車間的DCS平行而專設(shè)測控系統(tǒng))、輸油輸氣管線、電網(wǎng)調(diào)度、移動設(shè)備(交通工具、工程機械、大型車間內(nèi)天車等)采用SCADA系統(tǒng)和無線傳輸用RTU的工程實例較多，但由于近來可被選擇的相關(guān)設(shè)備種類很多，所以RTU等現(xiàn)場設(shè)備和人機界面等中控室設(shè)備，或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，面臨著更新?lián)Q代的問題。作為自動化行業(yè)，解決幾十公里或幾公里或一公里以內(nèi)的測控系統(tǒng)的問題，是我們的要務(wù)，為各行業(yè)提供解決方案和做好服務(wù)是我們在市場中立足的要務(wù)。提供幾公里內(nèi)的現(xiàn)場測量儀表和RTU是自動化儀表制造行業(yè)的責(zé)任，提供對應(yīng)接口和驅(qū)動軟件，應(yīng)該滿足主流網(wǎng)絡(luò)的要求。
在更廣的范圍內(nèi)，工業(yè)現(xiàn)場以外，遠測測控也在發(fā)展，如自然環(huán)境的地質(zhì)、水文、海嘯預(yù)測的傳感網(wǎng)，各種大型建筑物、大型設(shè)備、消防和有毒氣體的監(jiān)測(包括礦山)、糧庫等社會公共資源的監(jiān)測等。特別是由于傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，使傳感器和信號傳輸?shù)某杀鞠陆?，能耗降低，使泛在感知技術(shù)逐步普及，傳感網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)成為新興產(chǎn)業(yè)。
有線和無線通信介質(zhì)的兼容，數(shù)據(jù)信號擴大到聲音、圖像等多媒體。信號、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣化及網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的流行，使遠程測控系統(tǒng)形成異構(gòu)系統(tǒng)，所以需要進一步的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)通信技術(shù)。
二、SCADA系統(tǒng)與SCADA軟件
1、遠程測控系統(tǒng)按功能分層因行業(yè)而異，一是多樣化，二是扁平化，這與通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展及管理調(diào)度和操作方式發(fā)展有關(guān)。一般現(xiàn)在分現(xiàn)場層、監(jiān)視層、管理層三層。
2、監(jiān)視層所指的中控室及與現(xiàn)場分散設(shè)備相接口的部分，這是狹義上的SCADA系統(tǒng)。從硬件上看，分為人機界面設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，現(xiàn)場為無線通信情況下，還有通信處理前置機，人機界面設(shè)備監(jiān)視站內(nèi)配有中心數(shù)據(jù)庫，由于Web技術(shù)的發(fā)展，有各種服務(wù)器/客戶器或服務(wù)器/瀏覽器。如某SCADA系統(tǒng)的調(diào)度中心的配置為：服務(wù)器、廣域骨干網(wǎng)、工作站、通信前置機等。人機界面與多媒體結(jié)合，大型視頻墻(VideoWall)等在中控室或指揮中心常被采用。
3、監(jiān)視層SCADA系統(tǒng)中對應(yīng)的軟件即SCADA軟件，包括人機界面軟件和數(shù)據(jù)采集軟件。所以對應(yīng)軟件可寫成HMI/SCADA軟件。目前SCADA軟件已經(jīng)成為獨立的產(chǎn)品，在工控行業(yè)又稱為組態(tài)軟件。國外著名品牌有FIX、Intouch等，國內(nèi)有組態(tài)王、三維力控等。它已由主要解決人機界面問題，而擴大至組態(tài)控制策略，建立實時數(shù)據(jù)庫、通信及聯(lián)網(wǎng)，提供各種I/O的驅(qū)動程序等，完成系統(tǒng)集成的軟件工程全部軟件支持任務(wù)。它的主要功能組件有：應(yīng)用程序管理器、圖形界面開發(fā)/運行程序、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)/運行程序、I/O驅(qū)動程序等。其他功能組件還有：通用數(shù)據(jù)庫接口(ODBC接口)/運行程序、控制策略編輯/生成組件、實用通信程序組件等。
其中實用通信程序組件的功能包括：用于雙機冗余系統(tǒng)中主機與從機間的通信、關(guān)于多種通信介質(zhì)的應(yīng)用(如以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN、GSM等)，Server/Client的數(shù)據(jù)雙向傳輸、基于Internet或Browser/Server(B/S)的通信功能等。
標準化方面，采用IEC61131-3及OPC(OPCUA)(此為行規(guī))、TCP/IP、IEEE802及其它標準，使其具有開放性，能與多種軟件平臺及工具軟件相兼容。
SCADA軟件運行后，可以完成如下幾個任務(wù)：查看現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和流程畫面；自動打印各種實時/歷史數(shù)據(jù)報表；自由瀏覽各種實時/歷史趨勢；及時得到并處理各種過程報警和系統(tǒng)報警，在必要時人為干預(yù)生產(chǎn)過程，修改相關(guān)參數(shù)或狀態(tài)(手動操作)；與管理部門的計算機聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供實時和歷史數(shù)據(jù)。
4、關(guān)于利用手機短信或個人數(shù)據(jù)助理(無線PDA)等方式，讓管理人員可在多處看到工廠控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng)應(yīng)接有如“anywhere”的無線發(fā)射臺)、公用工程測控系統(tǒng)等相關(guān)參數(shù)，這些在國外已相當(dāng)普及，這方面技術(shù)是遠程測控系統(tǒng)的一部分，國內(nèi)應(yīng)該重視這方面的需求。
5、關(guān)于GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系統(tǒng)，這在民用方面已開始普及，而在自動化行業(yè)還不太普及，只是少數(shù)DCS系統(tǒng)開始提供這方面的應(yīng)用。首先應(yīng)該明確GPS技術(shù)應(yīng)用是遠程測控系統(tǒng)的一部分。這在交通管理、物流管理、輸油輸氣管線管理、煤氣等市政工程管理等方面都可以利用，GPS接收機通過定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息，分散的現(xiàn)場，對這些信息都是非常需要的。自動化行業(yè)的專業(yè)人員應(yīng)該學(xué)會做出可接入GPS的測控系統(tǒng)的解決方案，為用戶做好接入服務(wù)。
三、現(xiàn)場儀表及RTU
遠程測控系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表提供各種檢測的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場條件各不相同，所以應(yīng)有多種儀表，供用戶和設(shè)計人員選擇。
1、近幾年發(fā)展起來的工業(yè)無線技術(shù)，如由中科院沈陽自動化所為代表，我國國家標準化管理委員會提出，已成為國際標準的“工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA”(Wireless Networksfor Industrial Automation)，它采用Mesh(網(wǎng)格)路由結(jié)構(gòu)、全網(wǎng)TDMA模式、帶電池的低能耗技術(shù)。它有WIA無線通信模塊，與溫度模塊、壓力流量模塊、液位流量模塊等集成智能無線模塊——現(xiàn)場儀表(每個儀表上有一個天線)，另有WIA無線網(wǎng)關(guān)，向下與現(xiàn)場儀表無線通信，數(shù)據(jù)匯集，再經(jīng)Ethernet等串口與中央控制室的有線系統(tǒng)相連。
艾默生的無線系統(tǒng)中的無線變送器，發(fā)射距離可達800米，采用免費頻段：2.4G、5.8G，發(fā)射功率小于10mw，屬于微功率短距離設(shè)備，免于備案，數(shù)據(jù)刷新(更新數(shù)據(jù)時間發(fā)射無線電波)時間可變更，一般為1秒、2秒、4秒或更長，對應(yīng)有標準IEC62591。
WIA等產(chǎn)品還可以集成遠程傳輸無線通信GPRS模塊。
2、近十多年來，一直用于油田、城市煤氣管線、自來水廠的水源地等處的RTU遠程終端單位，它是成熟的產(chǎn)品，它滿足了幾點~幾十點輸入、輸出信號的連接和處理，所接的測量元件或其它現(xiàn)場儀表是專用的或通用的模擬儀表，輸出信號可以是模擬量和開關(guān)量，經(jīng)過集中，由調(diào)制解調(diào)器接入數(shù)傳電臺。這種模式用于分散的現(xiàn)場測量的無線傳輸?，F(xiàn)在正進入更新?lián)Q代時期。由于RTU的使用習(xí)慣及價格優(yōu)勢，它將與單獨現(xiàn)場儀表互相并存。
3、現(xiàn)場總線技術(shù)(20余種現(xiàn)場總線，包括HART)，它提供數(shù)字化的現(xiàn)場儀表，在很多行業(yè)作為遠程測控系統(tǒng)的基礎(chǔ)是有優(yōu)先條件的。原設(shè)計通信介質(zhì)有無線方式，但一般只是作為通信距離的延伸和補充。現(xiàn)在還有RI/0(遠方輸入/輸出)設(shè)備等，已在工程中使用。總之，現(xiàn)場總線如何用于遠程測控系統(tǒng)，特別是形成無線局域網(wǎng)，并與現(xiàn)在推廣的無線變送器產(chǎn)品相融合，還在研發(fā)過程之中。
4、采用PLC控制器作RTU的替代品或作為PLC性能的擴展，這也是一個在很多遠程控制系統(tǒng)中采用的切實可行的方案，工程實例很多。
5、RFID技術(shù)，目前在工廠管理、物流行業(yè)已逐步應(yīng)用，它是非接觸式的可移動的智能身份證，在識別、跟蹤、查找等方面功能顯著，它將是物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)，也是遠程測控系統(tǒng)可開拓的領(lǐng)域。
四、當(dāng)前的遠程測控供應(yīng)商市場
1、Honeywell公司承接的西氣東輸二線測控系統(tǒng)，西段長2441公里，東段長2472公里，另有支線6條，全長3657公里，地下儲氣庫3座、LNG調(diào)峰站等，有多個壓氣站、分輸站、閥室。采用了PLC、RTU、ESD、SCADA系統(tǒng)。
2、安控公司為工業(yè)級RTU專業(yè)制造公司，油氣田系統(tǒng)集成商，產(chǎn)品有Super、E5000、Super32、SuperE40、E6800、SuperE50及Super系列網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品等RTU，年產(chǎn)值超過1億元。應(yīng)用實例有控油機控制、水源井監(jiān)控、天然氣井監(jiān)控、管道閥室、天然氣調(diào)壓站及管網(wǎng)檢測、注水站監(jiān)控等，另有原油處理站、油庫、天然氣門站及中高壓站等工程業(yè)績。
3、艾默生公司在市政SCADA系統(tǒng)中業(yè)績遍布于美國，國內(nèi)有哈爾濱市政水務(wù)系統(tǒng)，其Ovation
SCADA系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)類型：①撥號，租用線路，擴頻無線(串行)；②租用線路，擴頻無線(以太網(wǎng))；③其他無線技術(shù)：GPRS/CDMA、Wi-Fi、Wi-Max、自組織網(wǎng)絡(luò)等。
4、Sixnet公司除有多種相關(guān)產(chǎn)品外，在國內(nèi)有多個工程實例：勝利油田天然氣集輸計量系統(tǒng)，長慶油田長輸管線巡檢SCADA系統(tǒng)、深圳燃氣集團LNG天然氣檢測SCADA系統(tǒng)、撫順新鋼鐵能源計量管理SCADA系統(tǒng)、太原市自來水公司供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)、澳門威尼斯人酒店電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)、重慶市環(huán)保局污染源在線監(jiān)測SCADA系統(tǒng)(北京華控公司研制了下水道化糞池安全預(yù)報警系統(tǒng))、云南石林10MW光伏發(fā)電系統(tǒng)、武廣高鐵防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)等。
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