SCADA系统

模拟量转换实际数据
4-20mA对应仪表最小值仪表最大值，比例关系如 下：
模拟量A与数字量D比例关系 如下：
A4 D 800 20 4 4000 800
A 4 实际值 最小值 20 4 最大值 最小值
实际值为 （16-4）/ 16
*
0.6 = 0.45
RS485 接口
SCADA系统简介
SCADA 系统
SCADA系统
监控点分散
应用在测控点十分分散、 分布范围广泛的生产过程 和设备的监控
无人或少人值守
通常测控现场是无人或 少人值守
Supervisiory Control And Data Acquisition 监视控制和数据采集
与DCS同源
与DCS（分布式控制系统） 同源，从上世纪60年代开 始发展至今
系统组成
大到跨洲际的传输管线 分布式测控 小到单机单台设备的数 采监控
SCADA 系统
SCADA系统组成
软件
硬件
通信网络
SCADA软件：实时数据 库、历史数据库 各厂家组态软件 PLC编程软件
仪表 PLC、RTU等 计算机、网络设备 其他
有线、无线(GPRS、 Zigbee、电台、2.4G 网络等）
RS485
接口信号：+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表 示“1”，信号电平降低。 传输速率：RS485通信速度快，最大传输速率为 10mb/s。 干扰：采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共 模干扰的能力。 传输距离：理论上，通信速率在100Kbps及以下 时，RS485的最长传输距离可达1200米。
组态软件
组态软件功能
人机界面功能
良好的人机界面， 提供丰富的快速应 用设计的工具
开放性
是指组态软件能与 多种通信协议互联， 支持多种硬件设备。
可编程的命令语言
有可编程的命令语 言，使用户可根据 自己的需要编写程 序，增强图形界面
数据处理功能
完成实时监控，产 生功能报表，显示 历史曲线、实时曲 线等功能，
信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
Modbus 通信协议
MODBUS通讯协议，是1979年由美国Modicon （莫迪康）公司提出的。
MODBUS是世界上第一个用于工业现场的总线协议，可以说，它的 出现标志着工业现场从模拟量时代向通讯时代迈进。
电压输出
信号范围
主要的电压信号的范围为0～10 v
不易受干扰
模拟量电流信号适用于远程传 输
变送器是将感受的物理量、化学量等 信息按一定规律转换成便于测量和传 输的标准化信号的装置
电流输出 (广泛采用)
信号范围
电流信号的标准通常采用4～20 mA （防爆：20mA的电流通断引起的火 花能量不足以引燃瓦斯）
接口转换设备
PC上位机的RS485电路
• 通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232 信号转换成RS485信号， • 通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为 RS485类型的扩展卡。
电缆
• 在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通 的双绞线 • 在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配 （一般为120Ω）的RS485专用电缆，干扰恶 劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆。
温度变送器
流量计
电流变送器
常见 485 设备
流量计
变频器
485接口设备之间，怎么进行数据交互呢？
人与人交流主要靠共同语言 设备之间交流则依靠
通信协议
Modbus 通信协议
Modbus
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Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通
PLC
PLC
百度百科
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。 它采用了可编程程序的存储器，用来在其内部存储逻辑、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的 指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；
PLC 结构
存储器（ROM/RAM） 系统程序+用户程序
为常规模式。
感谢聆听！
Thank You
标准、开放、免费
国家标准GB/T195822008 完全免费
简单、通俗易懂
用户使用容易，厂商开发 简单
第一个总线结构
第一个用于工业现场的总 线协议
支持多种电气接口
如RS-232、RS-485、RS422
Modbus 通信协议
从机1
从机2
从机3
从机4
从机5
RS-485上的软件层协议ModBus主要依赖于主从模式.
开发商开发具有一套具有一定通用性的 软件平台，生产若干中规格的硬件模块， 然后根据用户要求在软件平台上二次开 发及硬件模块的连接
软件开发平台就称为“组态软件”
准确定义1
人机界面HMI(HumanMachineInterface） /监控与数据采集SCADA（Supervisory ControlAndDataAcquisition)软件。
下达调度和操作命令
对远程分中心或现场设备进行控制
变送器
变送器
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变送器是从传感器发展而来的，凡是能输出标准信号的传感器即称为变送器
标准信号：国际电工委员会(IEC)将电流信号 4mA~20mA(DC)和电压信号 1V~5V(DC)确定为过程控制系统中模拟信号的统一标准
变送器
抗干扰能力差
适合于将同一信号送到并联的 多个仪表上
• CPU根据用户存储器中的程 序，按指令步序号（或地址
First Steps • 上电处理后，利用编程器将用户 程序送入PLC的存储器
号）作周期性循环扫描，扫 描过程中进行自诊断检查
PLC 工作方式
PLC
PLC是一种工业控制计算机，属于串行工作方式
它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即通过 执行反应控制要求的用户程序来实现。 CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一 瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按顺序依次完成相
编程器 监控设备
扩展 接口
外存储器
中央处理器 外部设备接口
打印机
输入接口
电源
输出接口
输入设备 按钮、开关等
输出设备（接触器、 电磁闸等）
PL百度文库 工作流程
process step • 以扫描方式按顺序将所有输入端 子的通断状态或输入数据读入 Second steps
third step
• 程序结束
• 对输出状态的刷新等工作 • 输出状态寄存器的通断状态 在输出刷新阶段送至输出锁 存器中， • 并通过一定的方式（继电器、 晶体管或晶闸管）输出，驱 动相应输出设备工作
主机将自己转为发送状态 主机按照预先约定的格式发出寻址数 据帧 主机恢复自身的接收状态
主机
Modbus 通信协议
整个系统只能有一个主机，每一个从机都必须有一个唯一的地,从机的地址有两个作用.
作用1 对于主机的目标从机，当收到主机发来的非0地址时，要做出数据包应 答，因为每台从机，其物理连线是在一起的，所以这就会造成其他从 机认为数据是要发送给它的现象，所以在从机回复主机的数据包中， 加上从机自身的地址。
应各项电器的动作，所以它属于串行工作方式。
接下来我们就介绍一下PLC经常用到的RS485接口协议
组态软件
组态软件
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组态软件，上位机软件的一种。
组态软件<=上位机软件。又称组态监控软件系统软件。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。
组态软件
“组态” configuration
使用软件工具对计算机及软件的各种资源 进行配置，达到使计算机或软件按照预先 设置，自动执行待定任务，满足使用者要 求的目的。
作用2
主机向目标从机发寻址帧时其地址部分为从机地址，这样主机
才可以检索到目标从机
Modbus通信协议数据帧
主站：
从站：
04 03 03 26 00 20 A5 C8
04 03 40 00 B1 1E 62 00 00 00 00 02 EE 66 DC 03 A1 88 8B 40 82 E1 28 41 AD 88 8B 450 64 00 00 00 00 00 00 00 00 02 EE 66 DC 03 A1 50 64 74 52 44 E2 E2 4A 45 E3 E1 28 41 AD 0 82 E1 28 41 AD 88 8B 40 82 CC 9D
RS485 接口
接线方式
• RS485有两线制和四线制两种接线 • 四线制是全双工通讯方式，支持点对多点数据通 信； • 两线制是半双工通讯方式，支持多点数据通信.
PC
布网
• 两线制布网网络拓扑一般采用终端匹配的总线 型结构，不支持环形或星形网络 • 在同一总线上最多可以挂接32个节点。如果 使用特制节点会更多。
RS485由于不具备冲突检测的硬件机制，所以它必须遵循主从模
式。
硬件协议可以确保数据得以传输出去，软件协议保障数据的有序传输，数据 不会发生冲突
结构要求
数据交互
至少且只有一个主机，其他的都是从机 不管任何时候，从机都不能主动向主机 发送数据 主机具有访问从机的权限，从机不可以 主动访问从机，任何一次数据交换，都 要由主机发起 不管是主机还是从机，系统一旦上电， 都要把自己置于接收状态
04 05
06
趋势分析
将数据以曲线形式进行展示。方便、直 观监控运行情况
控制功能
根据运行情况，按照设定逻辑或需求对 系统相关设备进行自动控制。
报警提醒
根据需要，对参数进行报警限值设定后，参数 超出限值，将进行报警提醒，保障生产安全
报表记录查询
系统将存储于数据库数据按照客户指定 报表格式、模板，自动生成报表
SCADA 系统前景
新思界产业研究中心发布的《2018-2022年中国SCADA系统行业市场专题研究及投资可行性报告》
SCADA 系统展望
随着Internet技术的发展，浏览器界
面已经成为计算机桌面的基本平台。
传统的组态界面将保留，主要供调 度员使用，基于浏览器的Web端供
非实时用户浏览，此模式将逐渐成
系统架构
系统架构
• 运用各种硬件模块和控制软件进 行灵活的组态，根据用户具体工 况和要求构建监控系统。
• 基本组成结构是采用以工业以太 网做为控制网络，可编程控制器 PLC做为核心的现地控制单元， 配以相对独立的的测量元件。
主要功能
01 02
03
数据采集和处理功能
自动采集运行过程中各设各的实时数据 ，根据采集的数据，建立实时、历史数 据库
常见变送器
温度变送器
浓度探头
液位变送器
压力变送器
变送器
信号正
电源
这两根线既是电源线 又是信号线
测量设备
变送器
信号负
变送器输出电流在4-20mA之间，根据 传感器输出而变化
模拟信号怎么转换为数据呢？
测量到现场电流为16mA，变送器量程0-0.6MPa
A/D转换
模拟量转换为数字量
4-20mA对应800-4000
数据库
配有实时数据库， 可存储各种数据， 如模拟量、离散量、 字符型等
SCADA 系统应用场景
电力、市政、冶金、石油、化工、燃气、铁路及楼宇智 能化等诸多领域
极大地提高了生产和运行管理的安全性能和可靠程度； 避免生产人员面临恶劣工作环境，保证了工作过程中第一 位的人员的安全性； 可大大地减少不必要的人工浪费； 可提高预测突发事件的能力，在紧急情况下的快速反应和 处理能力可极大地减少生命和财产的损失
RS485
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RS485串行总线标准在同一总线上最多可以挂接32个节点，数据最高传输速率为10Mbps，传输距离理论值约1200米
RS485 接口
RS-485最常见的应用是在工业环境下可编程逻辑控制器内部之间的通信。
RS232
接口信号：接口的信号电平值较高，达到十几V， 容易损坏接口电路的芯片。 传输速率：传输速率较低，在异步传输时，比特率 为20Kbps。 干扰：接口使用一根信号线和一根信号返回线而构 成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干 扰。 传输距离：传输距离有限，最多只能通信几十米。
准确定义2
实现HMI或MMI(ManMachineInterface)和控 制功能；
准确定义3
实时数据库、实时控制、SCADA、通信及 联网、开放数据接口、对I/0设备的广泛支 持。
常用组态软件
InTouch KingView /KingSCADA Citech
WinCC
ForceControl iFix