SCADA

数据采集与监控系统

定义

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监控系统)用于工业自动化、电力、水务等领域的远程测控。通过 RTU、Modbus、IEC 104 等协议采集现场数据,实现遥测、遥信、遥控、遥调。

系统架构

SCADA 通常包含:现场层(RTU、PLC、传感器、仪表);通信层(4G、光纤、专网);主站层(数据采集、人机界面、历史库、报警);应用层(报表、分析、与 MES、GIS 集成)。主站通过 Modbus、IEC 104、DNP3、OPC UA 等协议与 RTU 通信。与 DCS 相比,SCADA 侧重广域数据采集与监控,DCS 侧重流程控制。

应用领域

电力调度、配电自动化;水务、燃气、热力管网;油气管道;市政、交通、环保。工业网关可将现场设备数据转换为 SCADA 支持的协议,或将 SCADA 数据接入云平台、物联网平台。

主站职责与时标对齐

主站负责四遥而不是回路调节

主站的职责是把地理上分散的站点收成一张可监视的图,并在需要时发出少量遥控或遥调。现场装置自己完成快速联锁和保护,主站不参与每一个扫描周期。因此主站数据库里的值是“最近一次成功通信得到的工程量”,旁边应带着时标和质量。时标缺失时,调度无法区分这是当前值和两小时前的冻结值。画面若把二者画成同样的鲜艳颜色,操作员会按过期数据发令。

点入库之前要完成变比、极性、死区和报警级别。死区用来抑制遥测在门槛附近抖动时刷屏;死区过大,真实的慢变化被吃掉。报警级别决定是否需要确认、是否推给上一级。没有分级的系统在事故时所有点一起闪,真正的首发信号被淹没。现场 PLC 或终端负责把原始通道变成这些点,主站不应再猜一次量程。

广域链路要允许断续

使用条件是链路可以中断,业务仍能说清中断期间发生了什么。管网、配电和泵站的上行未必随时在线。终端应在本地留下事件顺序和冻结,恢复后按时间补传;主站应能接收迟到数据并插回历史,而不是用补传时刻覆盖采样时刻。控制命令则相反:超时未执行的遥控必须作废,不能在链路恢复后突然补做,否则现场状态已经变了,补做的命令会误动设备。

权限和闭锁是控制的前提。某站点处于就地模式、检修或通信质量坏时,主站侧按钮应不可用,并说明原因。双主站或主备切换时,只允许一个主站拥有控制权,备用主站可以监视。控制权切换过程中的在途命令要清掉。

时标、雪崩和遥控闭锁

事故时的报警雪崩是最容易把系统用垮的情况。一个电源故障引出上百条通信中断,若每条都要人工确认,首发原因被排到列表最底下。应按站点归并,并让终端只报原因不报由此派生的每一条通信失败。第二是对时。主站、终端和通信机时差超过事件分辨率,多站点的动作顺序会排反,事故分析指向错误的开关。

第三是恢复上线时的总召唤。总召唤把当前值刷上来,但若不带动质量,中断期间的旧报警会重新弹出,像又发生了一次事故。应区分“当前状态”和“未确认的新事件”。历史库还要防止用断线前的最后一个值画直线穿过整个中断区间。最后,遥控选择后若长时间不执行,选择应超时撤销,避免下一个值班员在不知道仍有选择的情况下误执行。

备用通道切换时还要防止双主站同时总召唤。主备各拉一次全点,终端的通信任务被占满,现场控制周期变长,严重时终端判通信故障而把输出打到安全态。切换逻辑应先停一侧的召唤,再把控制权交过去,并在数据库里留下切换时刻,方便把切换造成的通信告警和真正的站点故障分开。

时钟源也不要留成两套。主站用一套对时、终端用通信机里的另一套,切换之后事件顺序会整体平移。应指定唯一对时来源,并在总召唤报文里带上终端自己的时钟偏差,偏差过大时禁止遥控。

相关术语

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