數據採集和操作控制系統（SCADA 系統）

監督控制和數據採集系統或 SCADA 系統一詞出現在 80 年代後期。二十世紀。同時，首次嘗試將安裝有圖形應用程序的個人計算機用作操作員控制台。

第一個 SCADA 系統是為 DOS 或 Unix 操作系統開發的，並且由於硬件的硬件限制和操作系統的圖形功能而具有相當有限的功能。 SCADA 系統隨著圖形界面的出現而得到廣泛應用，例如 Windows 3.11、X-Windows、Phantom 和允許您在多任務模式下實現必要的進程執行速度的硬件。

SCADA系統作為頂級軟件開發工具出現的原因與Borland Delphi等可視化編程系統出現的原因類似。他們的主要任務是減輕軟件開發人員描述標準接口和功能的常規和實際上無用的負擔。同時，應該理解的是，使用 SCADA 系統並不像他們試圖想像的那樣意味著降低對開發人員資格的要求。

區分系統 MMI（人機界面） 和 監控與數據採集系統，因為它們都成功地相互獨立開發，在設備市場上佔據了不同的利基市場 HMI（人機界面）.

MMI 系統實際上是用於單個設備或技術裝置的本地控制面板，配備有字母數字屏幕和鍵盤或圖形，通常是觸摸屏。

在大多數情況下，MMI 設備是使用一個特殊的控制器來實現的，其軟件部分並不意味著任何額外的修改或更改。

同時，SCADA 系統包括使用標準的個人計算機和操作系統，用於自動化管理大型技術過程的過程，其中涉及大量的執行設備和技術單元，還支持可能實施分佈式應用程序（使用多個操作員控制台）……

由於端到端編程系統的存在，在 MMI 和 SCADA 系統之間劃清界限是不可能的，在這些系統中，不同級別的控制系統的軟件開發工具之間通常沒有區別。

缺乏描述 SCADA 系統的目的和功能組成的單一標準以及對術語“SCADA”本身的解釋差異使得此類系統的分類和比較變得複雜。

可以區分以下主要的 SCADA 系統組：

• 控制器製造商開發的SCADA系統；

• 獨立製造商開發的SCADA系統；

• SCADA 系統是端到端編程系統的組件。

控制器設備製造商開發自己的 SCADA 系統的任務是為最終用戶提供使用該製造商的控制器開發可視化應用程序的工具。

可以區分此類系統的以下主要特徵：

• 這些系統的界面重複了控制器設備編寫軟件方式的界面；

• SCADA 系統組件經過優化，可以處理從特定製造商的控制設備接收到的數據；

• 與其他製造商的設備進行數據交換的接口實現不佳或難以使用。

這種系統的一個典型例子是 西門子WinCC……這種專有系統的使用，一方面最大限度地減少了培訓軟件開發專家的成本，但另一方面，它嚴格地將系統的開發人員和最終用戶綁定到特定的製造商甚至特定的來自一家製造商的設備系列。

此外，許多控制設備製造商被迫開發自己的 SCADA 系統以用於營銷目的，而沒有為其軟件產品提供所需級別的支持和維護。

第三方 SCADA 系統是創建過程可視化和控制應用程序的最靈活的工具。它們的優勢包括支持創建分散式和分佈式控制系統的大量功能，以及將來自不同製造商（包括競爭製造商）的設備集成到一個系統中的能力。

為了與執行設備交換數據，此類系統使用實現 DDE 或 OPC 接口的軟件 I/O 服務器。此類 SCADA 系統的普及，以及遵守自動化工具標準的需要，導致所有控制器設備開發商都擁有自己的 OPC 或 DDE 軟件服務器, 與設備一起交付或按訂單交付。

由於端到端編程系統將操作員站的開發作為控制系統的一個組成部分，因此它始終包含 SCADA 系統的獨立組件。然而，由於整個系統作為一個整體發揮作用，這些組件也可能是端到端編程系統其他模塊的組件，或者不可能將SCADA系統以其純粹的形式分離成一個軟件產品。

考慮到兩個主要區別，此類系統與控制器製造商開發的 SCADA 系統具有相同的優點和缺點：

• SCADA 系統是端到端編程系統的組成部分，實際上與其他製造商的軟件和硬件沒有互操作性；

• SCADA 系統在此類應用中的作用僅限於圖形界面的開發。

SCADA系統的組成和結構

SCADA系統的組成和結構

通常，SCADA 系統由兩組獨立的軟件產品組成：開發環境和執行環境。

開發環境 被稱為用於設計和配置工藝過程可視化環境的集合。

工作期間的環境 — 這是一套軟件產品，是操作員站工藝過程可視化程序項目工作所必需的軟件產品。

另外，開發者和運營者在同一個項目中工作時，開發環境和運行環境的交互問題需要考慮：

1. 開發者所做的更改立即生效。

2. 運行時反映在項目源代碼中所做的更改。

3. 更改會在運行時重新啟動或強制反映出來。

第一類交互的實現可以在商業演示中非常清楚有效地展示產品的功能，因此有時會在最終的軟件產品中實現。然而，在處理實際項目時，存在丟失部分圖形界面或控件動態移動的潛在危險。在這方面，第二種和第三種相互作用或它們的結合是最普遍的。

SCADA系統的以下主要部分可以區分：

• 標籤庫；

• 圖形顯示模塊；

• 腳本處理器；

• 報警和警告系統；

• 用於歸檔工藝過程參數的模塊。

SCADA 系統標籤 是用於存儲工藝過程參數值及其屬性的對象。標籤有時被錯誤地稱為“變量”。同時，標籤的概念最接近面向對象編程語言中類的定義。

圖形顯示模塊實現了項目的圖形界面。 通常，圖形界面是一組帶有圖形元素的屏幕表單。創建屏幕的任務簡化為將圖形元素放置在屏幕形狀上並設置它們的屬性。

在調用、顯示和關閉屏幕窗體的過程中，當點擊圖形對象、改變個別標籤的屬性或值時，需要執行計算或動作，其中有 腳本引擎... 腳本在某些系統中也稱為“宏”或“腳本”。

大多數實現自動化操作員工作站圖形界面的 SCADA 系統腳本都是圖形元素上的鼠標單擊處理程序。

對於腳本，來自不同製造商的 SCADA 系統提供一種或多種語言。控制器製造商開發的系統或作為端到端編程系統的一部分通常提供與編寫腳本相同的編程語言 控制器軟件……第三方 SCADA 系統通常提供專門的宏腳本語言。

使用通用編程語言允許您通過訪問其他庫和 API 來實現複雜的用戶界面和處理數據的非標準方法。

同時，開發人員必須在任何情況下研究與 SCADA 系統組件一起工作的函數庫，就像研究宏語言一樣，實施的代碼可能存在潛在危險或從第三方函數繼承錯誤圖書館。

警報系統 旨在通知操作員過程參數值超出允許範圍。通常，對於每個技術參數，可以設置 2 種類型的設置，根據它們將出現通知：分別是緊急和警告設置。

根據系統的功能，這些設置是根據一個或多個標准設置的：

• 超出範圍。本例中有：上、下警告值和上、下報警值。

• 偏離標稱值的某些值。分配與設定值的最小和最大允許偏差。

• 設置過程參數值的最大允許變化率。允許範圍設置的值以絕對單位指定，與標稱和變化率的偏差可以以絕對單位和當前或設定點值的百分比指定。

由於對於一個工藝過程來說，設置緊急和警告設定點的參數數量可能很大，在 SCADA 系統中，可以將技術控制的參數組合成組，並為任何參數設置優先級設定點。

主要任務 備份模塊 - 提供在相對較短的時間內在監視器屏幕上顯示技術參數（趨勢）圖形以及構建簡單報告的能力。用於存檔 SCADA 系統值的模塊應提供以下功能：

• 以一定的頻率或更改將值存檔在本地數據庫中；

• 當存檔值發生變化時——可以設置存檔死區；

• 設置本地數據庫大小限制；

• 設置存儲值的時間；

• 在自動模式下超過存儲時間或數據庫大小時執行例行維護以刪除過時或最早的值；

• 用於構建存檔值圖表並查看它們的界面的可用性；

• 用於以值表的形式導出指定期間的參數值的系統的可用性。