SCADA简介

SCADA简介

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文缩写，国内流行叫法为监控组态软件。从字面上讲，它不是完整的控制系统，而是位于控制设备之上，侧重于管理的纯软件。SCADA所接的控制设备通常是PLC（可编程控制器），也可以是智能表，板卡等。

早期的SCADA运行与DOS,UNIX，VMS。现在多数运行在Windows操作系统中，有的可以运行在Linux系统。

SCADA不只是应用于工业领域，如钢铁、电力、化工，还广泛用于食品，医药、建筑、科研等行业。其连接的I/O通道数从几十到几万不等。下面就其结构、功能、接口、开发工具等方面予以介绍。SCADA体系结构

1.1 硬件结构

通常SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理何运算。而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面，通过Web发布在Internat上进行监控，可以认为这是一种“超远程客户”。

硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232)，总线方式可以是RS485，以太网等连接方式。总线方式与点到点方式区别主要在于：点到点是一对一，而总线方式是一对多，或多对多。

在一个系统中可以只有一个服务器，也可以有多个，客户也可以一个或多个。只有一个服务器和一个客户的，并且二者运行在同一台机器上的就是通常所说的单机版。服务器之间，服务器与客户之间一般通过以太网互连，有些场合（如安全性考虑或距离较远）也通过串口、电话拨号或GPRS方式相连。典型的硬件配置图如下：

1.2 软件体系结构

SCADA有很多任务组成，每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器，如报警服务器，记录服务器，历史服务器，登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体，但物理上可能放

置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作，缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统。

典型的硬件配置图如下：

1.3 通信

1.3.1内部通信

客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式。请求式：客户周期性向服务器发出请求，然后服务器为客户准备数据，传送给客户。

订阅式：客户向服务器注册所关心数据，服务器记录每个用户关心的数据。当数据变化通知相应的用户。

广播式：当数据的变化时，服务器向所有客户发出通知。

1.3.2与I/O设备通信

1) 通信模式

设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备支持主动发送方式。主动发送方式即I/O设备在数据改变时主动向外界报告数据。有的设备也支持订阅式通信。设备驱动程序应该能够支持各种通信模式。

2) 通信协议

通信协议即与设备间的会话格式，可以理解为一种简单的交流语言。这些语言有一定的地方性，尤其是国产的PLC，智能仪表。常见的协议有Modbus, Profibus等。设备驱动程序必须为每种协议编制相应的代码。开发一设备驱动一般为1~5周，这要根据协议的复杂程度决定。软件商一般将该部分做成标准开发包，用户可以自己开发。

服务器可同时带有多个不同种类的驱动程序，这样服务器就可以同时跟多种设备进行通信。

1.3.3与外界通信

为了效率，服务器上的实时数据和历史数据一般都以私有格式存放，实时数据驻留在内存中，而历史数据保存在磁盘中，事件记录也可能以私有格式保存在磁盘中，但有些软件可以将其直接存放到关系数据库（如Ms SQL Server，ORACLE）中。由于无论采用直接方式还是ODBC

与关系数据库通讯，速度都是比较慢的，所以不可能将快速变化的数据都存放到关系数据库中。那么服务器内这些私有格式的数据是如何与外界联系的呢，下面简要说明。

SCADA通过多种方式与外界通信。如OPC，一般都会提供OPC客户端，用来与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯。因为OPC有微软内定的标准，所以OPC客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯。现在国外的硬件厂商大多都能提供OPC服务器，而国内的硬件厂商确很少。SCADA供应商一般也会提供自己的OPC服务器，以便别人通过OPC访问自己，这样也实现了不同SCADA间的互联。此外还有其他的一些通讯手段，如：

l ODBC，第三方程序通过ODBC访问历史数据，事件记录等。

l API接口：可以在编程环境（如VB,VC）中使用该接口。

l OLE控件：可以在各种编程环境下使用，也可以嵌入到支持OLE包容器的程序中，如Ms Word。l DDE：微软的动态数据交换协议。

2．整体构架

由服务器，客户端构成了SCADA C/S结构，由服务器，Web服务器，Web客户构成了SCADA B/S 结构。服务器配置在不同的机器上，甚至不同的操作系统平台上，彼此分工协作，形成统一整体，构成了SCADA的分布式体系结构。

为了增加系统的可靠性，服务器端允许双机热备，重要场合可以一机多备。服务器双机热备一般是将两台机器配置相同，一台作为主站，另一台机器作为副站，主站完成服务器的正常工作，另一台与其同步。当主站故障时，副站接替主站的工作。主站与副站是相对的，可互换的。双机热备包含I/O通道的热备。 由于多个客户可以同时访问一个服务器端，所以客户端本来就是多重的。

一个系统中，可以有多个服务器，每个服务器可带有多个I/O设备。客户端可以访问一台或多台服务器。W eb服务器可以作为多个服务器的代理，将Web客户与各服务器连接起来，这就构成了如下图所示的体系结构：

3．内部组织概述

3.1 服务器内部组织

服务器包括过程数据库，I/O驱动，Web服务器等。服务器的核心是过程数据库，下面对其内